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Jasmin Raymond

Géothermie, hydrogéologie, thermique

Projets en cours

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Chaire de recherche sur le potentiel géothermique du Nord

Couramment utilisés dans le Nord et transportés par camions, trains ou bateaux, les hydrocarbures servent à produire de la chaleur ou de l’électricité à des coûts financiers et environnementaux élevés. L’utilisation des technologies géothermiques représente une alternative pour diversifier les apports énergétiques et diminuer les émissions de gaz à effet de serre. Cela pourrait donner lieu à la création de nouveaux secteurs d’activité intéressants pour les communautés, comme la production locale de fruits et de légumes en serre. Toutefois, l’étendue des ressources géothermiques du Nord est méconnue. Le territoire est vaste et les propriétés thermohydrauliques qui caractérisent les ressources superficielles et profondes varient beaucoup. Dans cette perspective, la chaire de recherche vise à démontrer le potentiel des ressources géothermiques du Nord afin de favoriser le développement de cette filière énergétique durable. 

 

Les recherches permettront d’évaluer des stratégies pour diminuer la consommation d’hydrocarbures et augmenter la performance des systèmes géothermiques en milieu nordique pour en diminuer les coûts et donner ainsi accès à une énergie propre. Pour y arriver, trois objectifs sont visés : 1) Valoriser les environnements géologiques du Nord à fort potentiel géothermique; 2) Améliorer les méthodes de conception et d’opération des systèmes géothermiques nordiques installés dans un contexte de pergélisol; 3) Développer des technologies pour faciliter l’exploitation de la géothermie dans le Nord.

 

Les projets de recherche ciblent deux régions nordiques ayant des profils différents en matière d’approvisionnement énergétique : les mines et villages raccordés au réseau de distribution, principalement en Jamésie; les villages autochtones desservis par un réseau autonome dans le nord du Québec, dont Kuujjuaq la plus grande collectivité au nord de la toundra. Vérifier l’état des ressources géothermiques locales, développer des modèles hydrogéologiques et énergétiques pour prédire les températures d’opération d’éventuels systèmes géothermiques, élaborer de nouvelles approches de modélisation pour améliorer les méthodes de conception des pompes à chaleur, améliorer l’exploitation des réservoirs de chaleur souterraine, étudier l’impact du pergélisol sont autant d’aspects explorés par les chercheurs.


La chaire innove par le développement des ressources et technologies géothermiques encore sous-exploitées, une des seules alternatives locales pour la production de chaleur en continu. Avec l’acquisition de nouvelles connaissances, il sera possible notamment d’étendre leur utilisation au nord du Québec et de mettre à l’essai de nouvelles approches de simulation qui préciseront la compétitivité de la géothermie dans le Nord.

 

>> Entrevue avec Jasmin Raymond à l'émission Je vote pour la science (audio à partir de 10 min 24 sec)

 

>> Entrevue à CBC Radio avec Jasmin Raymond sur la Chaire de recherche sur le potentiel géothermique du Nord (en anglais)

 

 

Potentiel des ressources et technologies géothermiques pour l’approvisionnement énergétique des mines du Nord

Le Nord du Québec assure la production de plusieurs minéraux à travers une industrie qui contribue à l’économie de toute la province. Les coûts énergétiques en milieu nordique sont cependant élevés. Le transport et l’utilisation de combustibles fossiles dans ces milieux éloignés ont également un impact environnemental considérable. Parmi les alternatives disponibles, la géothermie est l’une des seules filières énergétiques exploitables de façon continue qui permettrait de chauffer ou climatiser les bâtiments et les galeries souterraines ou même de produire de l’électricité tout en contribuant à la réduction des émissions de gaz à effet de serre. L’objectif de ce projet est d’évaluer le potentiel des ressources et technologies géothermiques afin de combler les besoins en chaleur et en électricité des minières. À court terme, ce sont les pompes à chaleur géothermique couplées aux opérations de dénoyage des mines qui pourraient fournir de la chaleur alors que les ressources géothermiques issues de forages profonds pourraient à moyen terme produire de la chaleur utilisée directement ou convertie en électricité. Les travaux seront orientés autour de deux axes de recherche, dont le premier concerne la géologie et vise la valorisation des ressources, tandis que le second fait appel au génie mécanique et a pour but d’améliorer les technologies. Un inventaire des ressources et technologies géothermiques disponibles pour les mines actives et les projets miniers du Plan Nord est attendu au terme de ce projet. Des travaux de simulation hydrogéologique et énergétique permettront d’évaluer la pérennité des ressources et d’anticiper les économies d’énergie pour des sites miniers sélectionnés. La réalisation de travaux approfondis pour les sites sélectionnés apportera les connaissances fondamentales afin d’adapter les technologies géothermiques au contexte minier nordique. Le but est de démontrer l’efficacité d’avenues novatrices pour réaliser des économies d’énergie avec les ressources géothermiques. Les travaux seront réalisés en partenariat avec des leaders des domaines énergétiques et miniers, soit Hydro-Québec, Hatch et Goldcorp-Éléonore. L’intérêt de ces entreprises est de susciter le développement de solutions énergétiques rentables pour leurs clients ou leurs propres opérations. Le projet aura des retombées au niveau de la diversification des apports énergétiques disponibles pour les mines du Nord, réduisant leur empreinte carbone et accélérant le développement de pratiques durables au sein de l’industrie minière. La formation d’une relève scientifique qui sera en mesure d’appliquer les solutions développées est aussi au cœur de ce projet.

 

Analyse des processus thermiques des environnements à potentiel géothermique
Face aux changements climatiques, le gouvernement canadien souhaite une réduction volontaire des émissions de CO2. Sans cibles contraignantes, une baisse du bilan carbone demande des percées technologiques afin de graduellement remplacer les combustibles fossiles lorsque des alternatives énergétiques deviennent rentables. C’est le cas de l’énergie géothermique, une ressource durable qui provient de la Terre. Principalement utilisés pour chauffer des bâtiments ou produire de l’électricité, les systèmes géothermiques émettent peu de gaz à effet de serre. Leur coût d’installation est cependant élevé, que ce soit pour des pompes à chaleur destinées aux bâtiments ou des centrales électriques. Ce sont les forages des installations qui font de la géothermie une option dispendieuse comportant des risques technologiques. Ces coûts peuvent être minimisés en identifiant les environnements géologiques où les propriétés thermiques sont favorables. L’objectif de ce programme de recherche est d’améliorer, par l’utilisation de technologies novatrices, les méthodes d’évaluation des processus de transfert de chaleur pour définir avec plus d’exactitude le potentiel des ressources géothermiques superficielles et profondes. Les résultats contribueront à optimiser la conception des systèmes pour diminuer les risques technologiques en géothermie. Une approche intégrée, comprenant des travaux de terrain et de laboratoire couplés à des simulations numériques, sera mise en œuvre afin d’atteindre l’objectif de la recherche.


Objectifs spécifiques : 1) Des outils de mesure in situ des propriétés thermiques du sous-sol seront améliorés en combinant le test de réponse thermique avec sections chauffantes au profilage de température. Ces essais seront effectués à l’intérieur d’échangeurs de chaleur de systèmes géothermiques superficiels et de forages d’exploration pour les ressources géothermiques profondes. 2) L’analyse des données par modélisation numérique, intégrant l’hétérogénéité des matériaux et l’impact de l’écoulement souterrain, permettra de mieux comprendre les conditions géologiques favorables à la géothermie. 3) La densité du flux de chaleur terrestre, méconnue au sud du Québec, mais nécessaire au développement des centrales géothermiques profondes, sera également évaluée par la modélisation des observations de terrain. 4) Le profilage thermique in situ sera validé à l’aide de mesures de laboratoire sur des échantillons. Les analyses seront effectuées avec des scanneurs à rayons X et infrarouge, deux techniques modernes dont la combinaison, encore non envisagée en géothermie, permettra de recalculer les propriétés thermiques selon les conditions du sous-sol.


Les travaux seront entrepris dans les Basses-terres du Saint-Laurent et les Appalaches au bénéfice des populations locales. Les facteurs favorables sont le contexte géologique et la densité de population.
Financement : CRSNG - Subvention à la découverte

 

Laboratoire international associé (LIA) France-Québec (collaboration à un projet de René Lefebvre de l'INRS)

 


Projets récemment terminés

 

Test de réponse géothermique avec une source de faible puissance (collaboration à un projet de Louis Lamarche à l'ÉTS)

Ce projet est une poursuite de ma recherche postdoctorale qui a mené au développement d’une nouvelle technologie d’essais de conductivité thermique, le test de réponse thermique (TRT) avec sections chauffantes. Les travaux sont réalisés au Centre de technologie thermique de l’ École de technologie supérieure (ÉTS) pour la mise à l’essai de nouvelles technologies dont les pompes à chaleur, et au Centre Eau Terre Environnement de l’INRS. Le volet visant la commercialisation de la technologie sera effectué par Gestion Valéo qui valorise les résultats de recherche d’universités québécoises. L’objectif du projet est de développer un prototype amélioré pour la réalisation d’essais de conductivité thermique avec sections chauffantes installées dans des échangeurs de chaleur géothermique. Les améliorations à la technologie seront testées avec la collaboration d’entreprises qui offrent un service d’essai de conductivité thermique. Le projet comprend des étapes de validation de la technologie par modélisation numérique et des travaux de laboratoire à plus petite échelle qui seront la responsabilité de l’ÉTS. Les travaux permettront d’adapter l’appareil aux différents types d’échangeurs de chaleur avec tuyaux en forme de U ou concentriques. Un second prototype sera construit avec les améliorations et validé par des essais de terrain. Je serai responsable de la construction du prototype à l’INRS et de la validation en conditions réelles.
Financement : CRSNG – Subvention De l’idée à l’innovation

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Potentiel de la géothermie profonde au Québec (collaboration à un projet de Michel Malo de l'INRS)

Programme de recherche visant à développer la filière de production d’énergie électrique à partir de la géothermie profonde. La chaleur extraite du roc par le biais de forages profonds produit de l’électricité renouvelable de façon continue et sans émettre de gaz à effet de serre. Les objectifs du programme de recherche sont : 1) définir le potentiel de l’énergie géothermique au Québec, 2) développer et tester les capacités d’exploitation de l’énergie géothermique à des sites potentiels, 3) établir les conditions d’exploitation commerciale de l’énergie géothermique dans un contexte québécois. C’est la première étape vers un projet pilote de production d’énergie géothermique au Québec qui pourrait être réalisé en partenariat avec le secteur privé. Les activités se répartissent dans quatre volets de recherche : 1) l’exploration géologique et l’évaluation des ressources, 2) l’ingénierie des réservoirs et la simulation de l’exploitation, 3) l’analyse des infrastructures de production d’énergie et les frais de fonctionnement, et 4) les impacts sociaux et environnementaux. L’exploration géologique du territoire permettra de déterminer quels sont les secteurs favorables pour la géothermie profonde et de choisir des sites potentiels en fonction de leurs caractéristiques géologiques, géophysiques et géochimiques. Des sites seront caractérisés plus en détail pour ensuite y développer des modèles de réservoirs géothermiques et de production d’électricité. L’évaluation technico-économique des modes de production d’électricité géothermique, le choix des infrastructures en fonction des caractéristiques propres aux sites choisis, l’évaluation de l’intégration des centrales géothermiques aux réseaux de distribution électriques actuels et l’analyse coût-bénéfice pour l’implantation de la filière géothermique sont tous des livrables du troisième volet de recherche. Enfin, des enquêtes seront réalisées pour déterminer l’impact du développement économique, de la création d’emploi, de l’occupation du territoire et de la santé des populations et des écosystèmes concernés. Les impacts escomptés des travaux de ce projet sont de minimiser les risques technologiques, de mieux définir et d’augmenter les réserves d’énergie géothermique en fonction des filières d’exploitation propres et rentables au Québec pour réduire les coûts d’exploitation commerciale.

Financement : FRQNT – Initiatives stratégiques pour l’innovation

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