Source d’énergie renouvelable prometteuse à l’heure de la transition énergétique, la géothermie rencontre toutefois quelques difficultés à se développer, à cause notamment de coûts de prospection et des investissements de base très importants. Un constat que les chercheurs de l’Ecole Polytechnique de Montréal entendent bien bouleverser en proposant le moyen de démocratiser cette technologie pour l’approvisionnement énergétique des bâtiments. Ces chercheurs ont inauguré pour cela, mardi 1er novembre, la première unité mobile de modélisation géothermique au monde.

Modélisation et réduction des coûts

Alors que les villes intelligents et durables tendent à se généraliser progressivement, l’utilisation de pompes à chaleur géothermiques offre un moyen fiable de réduire la consommation d’énergie et l’empreinte environnementale des bâtiments. Problème : l’investissement de départ dissuade bien souvent les promoteurs immobiliers, et cela d’autant plus dans les milieux urbains denses. « La géothermie peine à prendre la place qui lui revient » à cause « des coûts prohibitifs » qui freinent l’adoption de la technique, constate Philippe Pasquier, professeur agrégé au département des génies civil, géologique et des mines à Polytechnique Montréal.

Dans ce cadre, l’institution de recherche et d’enseignement montréalaise affirme avoir mis au point une unité mobile de recherche en matière de géothermie unique au monde, capable de démocratiser cette technologie et de la rendre à terme accessible au plus grand nombre. Inaugurée cette semaine dans la principale métropole du Québec, elle a pour objectif d’intégrer des procédés de géothermie testés à des systèmes de gestion d’énergie, des villes connectées et des technologies de chauffage et de climatisation.

“L’utilisation de pompes à chaleur géothermiques offre un moyen fiable de réduire la consommation d’énergie et l’empreinte environnementale des bâtiments”

Cette unité de recherche servira par exemple à simuler les besoins en consommation d’énergie associés au chauffage et à la climatisation d’un édifice de dix étages, grâce à un puits à colonne permanente de 300 mètres de profondeur et un puits d’injection de 150 mètres de profondeur. « Les différents essais qui seront effectués permettront de valider des modèles de conception qui ont été développés dans ce domaine, et permettront de réduire les coûts de conception, de construction et d’opérations des systèmes géothermiques », ajoute Philippe Pasquier.

Un système de géothermie à puits à colonne permanente

La technique du puits à colonne permanente s’oppose ici à la technologie traditionnelle largement utilisée au Canada et qui repose sur les circuits fermés. Des tunnels sont creusés sous le bâtiment, dans lesquels on fait circuler un liquide chargé de capter la chaleur ou la fraîcheur du sol. De son côté, le dispositif utilisé ici consiste à creuser un seul puits très étroit (de 10 à 20 cm de diamètre), mais très profond (jusqu’à 500 m) afin de pomper l’eau souterraine et de l’utiliser pour chauffer ou refroidir les bâtiments.

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«Un système de géothermie à puits à colonne permanente peut être jusqu’à trois fois plus performant qu’un système conventionnel à boucle fermée, tout en permettant de réduire de deux à cinq fois les coûts associés à l’implantation des composantes souterraines. Mais le réel potentiel qu’offre un tel système de géothermie est sa capacité d’intégration à des bâtiments existants en milieu urbain à haute densité », souligne le Pr Pasquier. Cette technique permettrait notamment d’intégrer la géothermie aux bâtiments déjà construits dans les zones urbaines. « Il suffit de viser à côté du métro et des conduites d’eau », ajoute-t-il.

“Un système de géothermie à puits à colonne permanente peut être jusqu’à trois fois plus performant qu’un système conventionnel à boucle fermée”

Le professeur Benoît Courcelles, spécialiste du traitement de l’eau, s’est préoccupé quant à lui des effets potentiellement néfastes d’une eau souterraine chargée en minéraux et bactéries. L’unité de recherche servira à élucider des problèmes de variation de température et de pression des eaux souterraines. « On y utilisera une forme de barrière qui laissera passer l’eau, mais retiendra les contaminants qui nuisent au fonctionnement d’un système de géothermie », explique-t-il.

Cette expérience devrait livrer ses premières conclusions d’ici 24 à 36 mois. L’étape suivante consistera alors dans la réalisation d’un projet de démonstration qui intégrera un système à colonne permanente et un système conventionnel, à des fins de comparaison, pour le bâtiment d’un partenaire de projet.