Comment fonctionne le système ?
L'énergie géothermique utilise la chaleur de la terre. La chaleur de la croûte terrestre est inépuisable et disponible en permanence en tout lieu.
Qu'est-ce que l'énergie géothermique ?
Depuis la création de la Terre, un refroidissement s'opère à partir du noyau terrestre. Ce refroidissement se concrétise par la formation d'énormes panaches qui se déplacent du noyau à travers la terre jusqu'aux bords extérieurs du globe sur lesquels ils se répandent. Un processus sans fin qui se poursuivra pendant des milliards d'années. À titre d'exemple, dans certaines régions, ces panaches remontent à la surface de la terre, comme par exemple à Hawaï, en Islande et dans le parc de Yellowstone.
Le flux de chaleur qui résulte de ce processus est perceptible en tout point de la terre et se déplace par des processus convectifs et conductifs qui utilisent le fait que la croûte terrestre est saturée d'eau qui se charge du transport de la chaleur. La conduction est la chaleur provenant du noyau terrestre et s'écoulant vers la croûte terrestre (donc dirigée verticalement), ce qui permet en quelque sorte de refroidir le noyau. La convection est la diffusion de cette chaleur sur la croûte terrestre (donc orientée horizontalement).
En fonction de la composition géologique de la croûte terrestre, le degré de flux thermique varie, mais il est "récoltable" à presque tous les endroits du monde. Vous trouverez ci-dessous une représentation géographique de la manière dont le flux de chaleur se propage en Europe.
Warmtestromen op het Europese continent
Ce flux de chaleur est également mesurable, prévisible et se comporte selon des lois physiques : les lois thermodynamiques. En enregistrant un certain nombre de paramètres mesurables à un endroit, il est donc possible de déterminer le potentiel géothermique à ce même endroit. Il s'agit principalement de la perméabilité des couches géologiques (la perméabilité) et de la densité (porosité) de la roche, mais aussi de la conductivité de cette même roche, du flux thermique (le flux) et enfin du gradient thermique. Il s'agit du degré d'augmentation de la température tous les 100 mètres de profondeur. En Europe occidentale, le gradient thermique est en moyenne de 3. Donc, pour chaque 100 mètres de profondeur, la température augmente de 3 degrés.
Le système NotusPid
Les systèmes géothermiques se distinguent par leur mode de fonctionnement. Les systèmes les plus anciens utilisaient (et utilisent toujours) un fluide chauffé poussé vers le haut par la pression souterraine, les geysers, les sources d'eau chaude. Malheureusement, la situation où le fluide atteint la surface de la terre ne se rencontre que dans un nombre limité d'endroits dans le monde. Néanmoins, on sait que l'eau voyage sur toute la croûte terrestre dans les couches géologiques souterraines, généralement à travers le grès. La plupart des systèmes utilisés à ce jour tirent parti de la présence de réservoirs souterrains de fluides. On entend par là qu'il y a de la roche présente dans la structure géologique à un endroit à travers lequel le fluide circule. Les eaux souterraines, mais à une plus grande profondeur. Comme ces couches perméables (également appelées aquifères) sont à des profondeurs différentes, le fluide prend la température de l'environnement immédiat à cette profondeur. Plus c'est profond, plus c'est chaud. Il est alors possible de faire remonter le fluide à la surface en le pompant. À la surface, la chaleur peut alors être extraite et l'eau refroidie est ensuite généralement renvoyée dans la même couche terrestre. Cette forme d'énergie géothermique est également connue sous le nom d'énergie géothermique hydrothermique.
Une deuxième possibilité n'est pas tant d'extraire le fluide chaud de la couche géologique mais de faire en sorte que la chaleur soit remontée par un fluide circulant dans le forage. Aucun fluide n'est alors extrait de la couche géologique mais la chaleur est transférée au milieu par des processus thermodynamiques. Ce fluide peut circuler dans un système de tuyaux fermés, mais il peut aussi s'agir d'un système ouvert où le fluide est le fluide originel présent dans la croûte terrestre. La croûte terrestre est généralement si saturée en liquide que si l'on y fait un trou, ce trou se remplira automatiquement de ce liquide. Celui-ci peut également être mis en circulation sans avoir à extraire davantage de fluide de l'environnement. Cette forme d'énergie géothermique est appelée géothermie pétrothermique.
Le système monotrou développé par NotusPid concerne un système qui peut être utilisé à la fois pour la géothermie hydrothermique (comme les doublets) mais aussi pour la géothermie pétrothermique. Donc dans des conditions non aquifères. En clair, cela signifie que le système ne dépend pas de réservoirs d'eau profonds dans le sol.
La technologie utilise le fait que la conduction et la convection de la chaleur ont lieu dans toute la croûte terrestre en raison d'un flux continu de roche liquide provenant du noyau terrestre, appelé panache. Ensuite, on utilise la saturation en eau de la roche dans la croûte terrestre. Sur la base de processus physiques thermodynamiques, la chaleur est distribuée dans la croûte terrestre par des processus de conduction et de convection dans lesquels la porosité, la perméabilité et la conductivité de la roche jouent un rôle considérable.
En forant un puits de grand diamètre (à une profondeur prédéterminée en fonction du rendement et de la température souhaités), on crée un puits avec la température ambiante souhaitée (en fonction, bien sûr, du gradient géothermique). En raison de la saturation en eau de la roche dans la croûte terrestre, la colonne de forage se remplit automatiquement d'eau jusqu'à environ 10 mètres sous le niveau du sol, là où la pression de la formation se stabilise avec la pression atmosphérique. La collecte du fluide de formation chaud s'effectue via un tube isolé qui sera installé jusqu'au fond du forage. La dernière section de ce tube est une section ouverte filtrée. Par ce tube, le fluide de formation sera amené à la surface au moyen d'une pompe de circulation. Le fluide passe dans un échangeur de chaleur où la température est transférée à un autre milieu. Le fluide refroidi est renvoyé par quatre tubes dans le même trou.
Fonctionnement
Le fluide renvoyé (dont la température est inférieure à celle du fluide extrait) est ramené dans la formation jusqu'au moment où la température ambiante est supérieure de 5 à 10 % à la température du fluide renvoyé. En raison de la différence de température avec l'environnement, une différence de température ("puits de température") est créée au point de "libération" qui va générer une induction du flux de chaleur dans la formation.
Le fait que le fluide renvoyé entre de plus en plus dans une température ambiante plus élevée entraîne un échange de chaleur avec le fluide présent dans les pores de la formation. Cet échange augmente avec l'augmentation de la profondeur en forme de poire qui est donc aussi appelée poire de convection. La différence de température créée entre le puits de forage d'une part et la roche de formation d'autre part initie un flux de chaleur qui, par la perméabilité et l'interaction avec le fluide des pores, conduit à l'échange et au réchauffement du fluide retourné. Il a été scientifiquement prouvé qu'au cours de ce processus, il se crée une compaction énergétique qui est supérieure d'un facteur 4 à 5 au niveau du puits de forage par rapport à la zone limite de convection. L'eau renvoyée est également chauffée par conduction.
Comme la convection se produit sur une longue distance verticale, l'énergie géothermique est également générée sur cette même longueur. Ceci est à l'opposé de la technologie du doublet, dans laquelle l'énergie est récupérée sur une section horizontale relativement courte.
Aperçu schématique du puits à trou unique
La technologie ci-dessus conduit directement à 5 avantages majeurs par rapport au doublet et à la technologie EGS :
Exclusion du risque opérationnel (le système ne dépend pas de la création d'un flux d'eau dans un aquifère, naturel ou artificiel).
Exclusion des tremblements/fissures (la circulation étant établie dans un seul trou, il n'y a pas de sous/surpression ou de création d'un champ de tension qui pourrait conduire à une instabilité de grande ampleur dans la formation).
Aucun problème de minéralisation/dépôt. Parce qu'en principe, c'est presque la même eau qui est recirculée, il n'y a pas d'apport d'eau "fraîche", ce qui peut signifier une accumulation de minéraux, de sels, etc.
Comme aucun flux forcé n'est induit dans la formation, il n'y a pas non plus de migration à l'intérieur de la roche, qui peut obstruer la formation et modifier radicalement la perméabilité, comme cela a été régulièrement démontré dans les doublets actifs. En outre, aucun transport de particules fines et de minéraux n'a lieu dans la roche.
En éliminant la pompe de production qui doit fournir une aspiration de surcapacité et une pompe d'injection qui doit renvoyer l'eau en surpression et en la remplaçant par une simple pompe de circulation, la valeur du COP peut être améliorée.
Enfin ça :
Combien de fois avons-nous buté sur la même pierre....
Le système à trou unique est donc universel, multi-applicable, à faible maintenance, sans "temps d'arrêt" pour remplacer des pièces ou réalimenter le puits.
Il est également prévisible en termes de rendement à court et à long terme,
Sa durée de vie est pratiquement illimitée.
Il n'a pas toutes sortes d'effets secondaires désagréables comme les tremblements de terre, l'obstruction des filtres, les modifications du sous-sol, la pollution par les métaux lourds.
Elle peut être utilisée aussi bien pour de très grands que de très petits projets, une énergie sur mesure.
Pas de constructions compliquées pour se débarrasser d'une éventuelle surcapacité. S'il n'y a pas besoin de chaleur, il suffit de l'éteindre. Aussi simple qu'un interrupteur de lumière !
Alors pourquoi n'est-elle pas largement appliquée ? C'est en effet la grande question et la réponse est à la fois stupéfiante et simple. Dans le climat d'investissement actuel, les gens sont totalement focalisés sur le rendement par euro investi. Sur le papier, les rendements élevés des doublets sont évidents. En appliquant une puissance de pompage encore plus grande dans les puits, les rendements sont importants, cela semble trop beau pour être vrai,...et ça l'est.
Le modèle de revenu tient-il compte du fait que les filtres posent continuellement des problèmes, que la perméabilité des strates terrestres change en raison de l'écoulement forcé,...que des millions sont dépensés pour régénérer les puits,...remplacer l'équipement ?
Il est temps de remplacer cette illusion par une alternative viable.
La solution réside dans la simplicité. Le chauffage par un simple forage non compliqué et une installation similaire, immeuble d'habitation par immeuble d'habitation, hall d'usine par hall d'usine, gymnase par gymnase, les applications sont infinies, simples et rentables.