M48 - Ef4

*
Le projet Européen Thermomap et les
objectifs du projet BeTemper
L’actualité 2014 des Energies Renouvelables et du Stockage Energétique
Le 26 mars 2014, Mont-Saint-Guibert
Estelle Petitclerc
Service Géologique de Belgique
D.O Terre et Histoire de la Vie
Institut Royal des Sciences Naturelles de Belgique
Contact: [email protected]
*Plan
* 1-Le SGB et ses activités en géothermie
Activités dans les années 80
•
•
•
Campagne d’exploration géologique (ex: Saint-Ghislain transformé en puits géothermique, en
activité depuis 86)
Reconnaissance du potentiel profond du Bassin de Mons (forages de Ghlin et Douvrain)et de la
Campine (Meerkplas, Turnhout, etc.)
Première carte de “potentiel” à l’échelle du pays (zones d’interêt, isothermes)
Reprise des travaux en 2010
Géothermie profonde (>300m de profondeur)
• Plateforme Géothermie de Wallonie pour la RW-DGO4 (2 cartes de zones d’exploration prioritaires:
300-3000m; 3-6km). (SGB, ULG, Geoforma)
• Evaluation des risques et des obstacles liés à la géothermie profonde pour la RW-DGO4 (Ecorem et
SGB)
• GeoElec
• Comité de suivi scientifique et technique des projets dans le bassin de Mons (IDEA, Earthsolutions)
• Expertise géologique dans différents projets en cours (Bruxelles, Flandres (Balmatt))
Géothermie “superficielle”
• ThermoMap (2010-2013)
• Smart Geotherm (BBRI-CSTC)
“Country update 2013 et 2014” pour EGC2013 et WGC2015
2014
• Nouveau projet (2 ans): BeTemper = “approfondissement de ThermoMap”
* 2- Potentiel géothermique peu profond
Qu’est ce que la géothermie peu profonde ou de faible
enthalpie?
La ressource géothermique est habituellement classifiée suivant
la température de la ressource en eau souterraine (ou parfois du
sous-sol)
*
*
*
*
haute enthalpie (T>150°C)
moyenne enthalpie (T entre 150°C et 90°C)
faible enthalpie (T entre 90°C et 30°C)
très faible enthalpie (T<30°C)
GSHP ou PAC
géothermiques
Quels systèmes géothermiques sont concernés ?
Systèmes ouverts
Ils exploitent les calories de l’eau du sous-sol
(de qq10m à 3-4km).
+ Systèmes avec stockage saisonnier dans
une nappe aquifère (ATES)
Systèmes fermés
Ils exploitent les calories du sous-sol (de
1m à 3km). Fluide: eau glycolée
BeTemper
ThermoMap
+ Stockage saisonnier au moyen
d’échangeurs verticaux enterrés (BTES)
Paramètres influençant le potentiel géothermique peu
profond
* Climatiques (T° de l’air et du sol, précipitations) pour les premiers mètres, le
gradient géothermique (chaleur interne de la terre) intervient principalement
à partir d’environ 80-100m de profondeur.
* Thermiques
du sous-sol (conductivité (λ en W/mK) et capacité thermique
moyenne disponible (W/m)). La conductivité thermique des roches (leur
capacité à conduire la chaleur) est le paramètre clef mais extrêmement
variable en fonction de la nature de celle-ci (minéralogie, taille des grains),
ses paramètres pétrophysiques (densité, porosité), et de son état de
saturation en eau (Diment, 1988; Roberston, 1988; Clauser, 1995).
* Présence
d’eau souterraine. L’eau peut influencer considérablement les
transferts thermiques entre le sol et les systèmes géothermiques
Pour un bon dimensionnement des systèmes géothermiques (sans Test de
Réponse Thermique): nécessité de fournir aux installateurs un maximum de
précision sur les données du sous-sol (pas toujours accessibles).
* 2- ThermoMap
 Durée:
3 ans (sept. 2010- sept. 2013)
 Budget:
3.9 M€, co-finnancé par la Commission Européenne (50%)
 Coordinateur:
 11
David Bertermann (FAU – GeoZentrum Nordbayern, Germany)
partenaires, 9 pays
Services Géologiques
BGS – Royaume-Uni
MAFI - Hongrie
BRGM - France
IGME - Grèce
Privé
Rehau - Allemagne
GBI - Allemagne
IGR - Roumanie
ISOR - Islande
GSB - Belgique
Universités
FAU – Allemagne
PLUS - Autriche
* 2- ThermoMap
Institut Public
EGEC - EU
Website: http://www.thermomap-project.eu/
Objectifs du projet
•
Estimer le potentiel géothermique très peu
profond (<10m) à partir des données
géoscientifiques existantes
•
Harmoniser, combiner et analyser ces données
pour les 9 pays partenaires avec des méthodes
standardisées.
•
Deux échelles de carte de potentiel
.
•
Aperçu et première estimation pour les
utilisateurs finaux (Fig1:European Outline
Map)
•
Accès aux paramètres détaillés pour les
experts, les installateurs et les chercheurs
via les 14 Zones-Test
Données climatologiques, topographiques,
géologiques, hydrogéologiques, pédologiques
et administratives.
Fig1: European Outline Map
= Fournir des outils de support à l’installation de systèmes géothermiques
jusqu’à 10m de profondeur, et faciliter l’identification des régions favorables
à l’exploitation de la géothermie très peu profonde
Zones-Test de la Belgique: échelle régionale
Deux zones-test pour deux contextes géologiques différents:
* Gand : Dépôts monoclinaux tertiaires (meubles)
* Liège: Région faillée, plissée avec couverture partielle de dépôts secondaires.
Perturbation du sol dans les 10 premiers mètres due à la forte densité de
population et à l’activité minière
+++
1500km²
573km²
3 couches entre 0 et 10m
Collecteurs géothermiques
0–3m
λ1
3–6m
λ2
6 – 10 m
Horizontal system
0–3m
Helix – probe system
>5m
λ3
Méthodologie
a.
b.
c.
d.
Zones d’exclusions
Données climatiques
Paramètres du sol
Données hydrogéologiques
Calcul de la conductivité thermique (λ) à
partir des formules de Kersten
Résultats: carte de conductivité thermiques des zones –test
belges
Horizon
0-3m
GENT
LIEGE
Horizon
3-6m
Horizon
6-10m
Vérifications des cartes
Mesure de λ au laboratoire de FAU (Allemagne) de 45 échantillons belges.
12 sur les 17 sites échantillonnés montrent des résultats similaires entre la
mesure en laboratoire et le calcul réalisé par la méthode de ThermoMap
Outils développés par ThermoMap
Calculateur
(en dehors des
zones-test)
Système d’information
géographique en ligne (WebGIS)
en français:
http://thermomap.eduzgis.net/index.html?lang=fr
* 3- BeTemper
Ce projet vise à caractériser d’un point de vue thermique les principales
lithologies belges (jusqu’à 150m de profondeur).
Pourquoi?

Situation Européenne: l’Allemagne, la Suède, la Suisse la Hollande et 4 régions en
Italie (projet VIGOR: DiSipio,2013, Manzella, 2013) ont déjà réalisé des études
similaires, le BGS démarre cette année).

En Allemagne, 70% des SGV semblent être sous- ou sur-dimensionnées (Clauser, 2013)
(incertitudes sur le design de la sonde + sur les besoins énergétiques du batiment)

Une étude Suisse a demontré qu’un dimensionnement correct (avec une connaissance
précise des carcatéristiques thermique du sous-sol) pouvaient réduire jusqu’à 30% la
longueur de la sonde.

Marché Belge: 75% des PAC géothermiques sont des sondes géothermiques
verticales.1600 GSHP (tous syst.) ont été installées en 2011 et 2500 sont attendues
pour 2015. les GSHP representent 15% des nouvelles construction (30% in 2015).

Données nécessaires à un dimensionement correct sont en partie inaccessibles ou
encore inconnues.
* 3- BeTemper
Quelles données disponibles en Belgique?
•
Carte basée sur 15 résultats
de Test de Réponse
Thermique (TRT)
•
Modèle géologique 3D
disponible en FL
•
Projet Smart Geotherm
http://www.smartgeotherm.
be/
Carte de conductivité thermique (W/mK) de la Flandre (source: VITO)
Problèmes
• λ des Formations du Tertiaire (argiles, sables) évaluée mais variabilité
importante due en partie à l’influence de la saturation et de la compaction
• La carte ne prend pas en compte les données des roches sous-jacentes
(Crétacé, socle (Massif du Brabant) aux endroits où l’épaisseur du tertiaire <
50m (vallées)
* 3- BeTemper
Dimensionnement d’une SGV
(pas un champ de sonde)
Propriétés thermiques du sous-sol
Tableaux et normes disponibles
Valeurs de λ calculées pour
calcaires Jurassiques (Suisse):
certaines lithologies belges
(Calcaire Dévonien par ex) ne
sont pas représentées
(carcatéristiques pétrophysiques
différentes)
Besoin d’une table
propre à la Belgique
* 3- BeTemper
Principe: Phase I et II
Données intégrées dans un WebGIS:
Thermal
Properties
Geomech
Values
anical
analysis
Mineralo
gical
analyses
Heat
Conducti
vity map
+Geological
dataset
(Lithological
map
OneGeology)
Hydrogeo
logical data
Legal
constraints
* 3- BeTemper
Sélection des échantillons
 Une trentaine de lithologies belges seront sélectionnées basées sur des
critères géologiques et géographiques (attention particulière pour les
régions densément peuplées).
 Représentativité des différentes lithologies (20 échantillons par
lithologie) à partir des collections de forages du SGB (42km disponibles,
soit 300 000 échantillons) et de nouveaux échantillons prélevés sur le
terrain (sondages, affleurements…).
 Prise en compte du degré d’altération des échantillons.
* 3- BeTemper
Quelles analyses?
1- Mesure de la conductivité et diffusivité
thermique en laboratoire à l’aide d’un TCS (SGB)
Principe: mesurer la conductivité thermique le
long d’un axe à l’aide d’une source IR mobile.
Intérêt:
• méthode précise et fiable (3% précision)
• rapide (environ 40 éch/heure),
• taille de l’échantillon de 4cm à 50cm (carottes
de forage)
• non destructive
Mesures de λ en conditions normales, sèches
et saturées
2- Analyses Minéralogiques (SGB)
Figure 1: TCS
Figure2: Principe de la mesure de conductivité
thermique par la méthode scanning optique
La proportion des différentes phases minéralogiques, le contenu chimique et le contenu micro-textural des
échantillons seront analysés à l’aides des équipements du laboratoire de minéralogie du SGB ( Diffraction
X, SEM avec modules EDS (Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy) et EBSD (Electron BackScattered
Diffraction).
3. Caractérisation des paramètres pétrophysiques des roches à l’Umons (densité, porosité,
perméabilité)
* 3- BeTemper
Conclusions
Connaitre précisément les caractéristiques thermiques du sous-sol est
indispensable (cf. pays leaders dans ce domaine)
Ce travail servira de base à la phase II: réalisation des cartes de potentiel
géothermique peu profond (<150m).
BeTemper permettra d’améliorer à terme la compétitivité des systèmes
géothermiques par rapport aux autres ER (systèmes correctement
dimensionnés: coûts de forages diminués, PAC en adéquation avec
l’équilibre du sous-sol et les besoins énergétiques du batiment…)
* 3- Conclusions
Ces projets
• Servent à évaluer le potentiel géothermique peu profond
disponible pour les utilisateurs finaux, les décideurs…
• Fournissent un accès libre aux données du sous-sol pour les
installateurs, les foreurs…
Contribuent à la réalisation des objectifs H2020 en
soutenant la croissance attendue du marché des PAC
géothermiques grâce à la cartographie du potentiel
géothermique
MERCI DE VOTRE ATTENTION…
QUESTIONS?