Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Les ressources particulières à l’environnement minier, tel que l’eau inondant des galeries et des stériles exothermiques, permettent de diminuer les coûts d’installation des systèmes de pompes à chaleur géothermique. Les particularités de l’environnement minier posent toutefois un défi de taille lors de la conception d’un système puisque l’approche utilisée doit considérer, par exemple, la conductivité hydraulique accrue par les excavations ou la génération de chaleur provenant de l’oxydation de minéraux. L’objectif de ce projet de recherche est de simuler l’opération de systèmes géothermiques issus de sites miniers dans le but de démontrer les économies d’énergie potentielles et faciliter l’installation des systèmes. Des approches numériques sont développées avec le programme HydroGeoSphere pour application à des études de cas réalisées aux Mines Gaspé à Murdochville et à la Halde Sud de la Mine Doyon en Abitibi. Un système de pompes à chaleur d’aquifère aux Mines Gaspé est optimisé avec un modèle numérique où sont superposés des éléments 1D et 3D pour représenter les excavations. Les simulations démontrent que le système peut être opéré à partir d’anciens puits de ventilation afin d’éviter d’effectuer des forages. Les stériles de la Halde Sud sont d’abord caractérisés avec un test de réponse thermique conventionnel, analysé avec l’équation de la ligne-source et le principe de superposition considérant les variations du taux d’injection de chaleur. Une méthode numérique est aussi développée pour analyser l’essai influencé par l’hétérogénéité des matériaux et le gradient géothermique prononcé. Le mort terrain et le roc sous la halde sont caractérisés à l’aide d’un nouveau test de réponse thermique effectué avec des câbles chauffants. Des simulations numériques reproduisent ensuite la distribution de température lors d’essais types, laquelle devient rapidement homogène durant la période de restitution thermique ce qui permet d’analyser la température dans le forage sans connaître la position du capteur. L’opération d’un système de pompes à chaleur couplées au sol aménagé sous la Halde Sud est finalement simulée. L’optimisation des charges de chauffage indique que l’échangeur de chaleur situé sous les stériles peut fournir plus d’énergie thermique qu’un échangeur situé dans un environnent conventionnel, réduisant la longueur de forage à l’installation. / Resources associated to mining environments, such as mine water and exothermic waste rock, allow a reduction of installation costs of ground source heat pump systems. Compared to other environments, caution is required when designing systems in mining environments because of enhanced hydraulic conductivity created by mine voids or heat generation due to oxidation of minerals. The objective of this study is to simulate the operation of geothermal systems on mine sites to demonstrate energy savings and promote installation. Numerical modeling approaches are developed with the program HydroGeoSphere applied for case studies conducted at the Gaspé Mines in Murdochville and at the South Dump of the Doyon Mine in Abitibi. A groundwater heat pump system at the Gaspé Mines is optimized with a numerical model, where 1D and 3D elements are superposed to adequately represent the mine voids. The simulations show that the system can be operated using former mining shafts to avoid drilling boreholes. Waste rock of the South Dump is initially characterized with a conventional thermal response test analyzed with the lines-source equation and the superposition principle accounting for variations of heat injection rates. A numerical method is also developed to analyze the test that was affected by the heterogeneity of materials and the strong geothermal gradient. The overburden and the host rock below the dump are characterized with a novel thermal response test using heating cables. Numerical simulations then reproduce the temperature distribution during typical tests, which homogenizes rapidly during the recovery period allowing the analysis of temperature inside the borehole without knowing the position of the sensor. The operation of a ground-coupled heat pump system installed under the South Dump is finally simulated. The optimization of heating loads indicates that the heat exchanger located beneath the waste pile can provide more thermal energy than an exchanger located in a conventional environment, reducing bore length required for a given system.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/21596 |
| Date | 16 April 2018 |
| Creators | Raymond, Jasmin |
| Contributors | Therrien, René |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 268 p., application/pdf, application/zip |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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