À 4 100 pieds sous terre, des scientifiques testent un système unique d’énergie géothermique

Fractal Abstract Physics Energy Chemistry

Une équipe collabore à l’assemblage et au test d’un système “rock star” à 4 100 pieds sous terre.

Une équipe de scientifiques a assemblé un système unique en son genre pour les aider à comprendre comment exploiter l’énergie des profondeurs du sol.

Le système de stimulation et d’écoulement est la toute dernière “rock star” du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) et de ses partenaires. Il a été conçu pour étudier comment l’eau se déplace sous terre à travers une roche extrêmement chaude et transmet ensuite la chaleur à la surface.

Le nouveau système fait partie du Enhanced Geothermal Systems – ou EGS-Collab, un projet impliquant plusieurs laboratoires nationaux, universités et partenaires industriels qui travaillent à l’amélioration des technologies géothermiques.

Système de stimulation et d'écoulement PNNL

Une équipe dirigée par le Pacific Northwest National Laboratory a assemblé un système unique en son genre pour l’aider à comprendre comment exploiter l’énergie des profondeurs du sol. Crédit : Chris Strickland Pacific Northwest National Laboratory

Plusieurs composants, un système unique

La mine, qui était autrefois considérée comme la plus grande et la plus profonde des mines d’or d’Amérique du Nord, est actuellement utilisée à diverses fins scientifiques. Un projet étudie comment l’énergie géothermique pourrait un jour alimenter 10 millions de foyers.

L’EGS Collab utilise l’installation souterraine comme banc d’essai où de l’eau et d’autres mélanges de fluides seront pompés sous haute pression dans l’un des cinq trous de forage – des “tunnels” de quatre pouces de large forés dans la roche – et ensuite pompés hors des autres trous de forage. L’équipe étudie comment les fluides non seulement brisent la roche entre les trous de forage, mais aussi comment ils gagnent de la chaleur à partir de l’énergie stockée dans la roche, énergie qui peut être pompée en surface pour produire de l’électricité.

Pour soutenir les efforts de l’EGS Collab, l’équipe a développé le système, composé de plusieurs instruments essentiels à leur étude.

“Le caractère unique de ce système réside dans le fait qu’il réunit en un seul système plusieurs composants nécessaires à la collecte de données importantes pour l’étude de la géothermie”, a déclaré Chris Strickland, le scientifique du PNNL qui codirige l’équipe Simulation et écoulement de l’EGS Collab. “Cela n’existe nulle part ailleurs”.

Mesures du système de stimulation et d'écoulement PNNL

Le système unique de stimulation et d’écoulement mesure 7 pieds de large, 7 pieds de haut et 30 pieds de long. Crédit : Chris Strickland Pacific Northwest National Laboratory

Ces composants comprennent deux pompes d’injection qui peuvent chacune injecter des fluides dans la roche à des pressions élevées. Une pompe peut être utilisée pour un contrôle très précis du débit et de la pression, tandis que l’autre peut être utilisée lorsque des débits élevés sont nécessaires.

Un refroidisseur de fluide crée de l’eau froide afin que l’équipe puisse étudier comment les températures de l’eau affectent les propriétés thermiques de la roche. Un système d’osmose inverse permet à l’équipe de glaner des données sur le trajet de l’eau en modifiant la salinité – ou la salinité – du fluide injecté.

Le système comprend également un ensemble de cinq “packers” qui sont insérés dans les trous de forage. Les packers sont équipés de capteurs qui fournissent des mesures de température et de pression. Des vessies pressurisées sur les packers, ainsi que des pompes de contrôle, scellent les trous de forage et empêchent les fuites hors de la section prévue du trou de forage.

“Le caractère unique de ce système est qu’il réunit en un seul système plusieurs composants nécessaires à la collecte de données importantes pour l’étude géothermique. Cela n’existe nulle part ailleurs.” – Chris Strickland

Le niveau de contrôle précis et d’intégration est un aspect unique du système, fournissant des données de qualité nécessaires pour faire progresser la compréhension scientifique.

“La meilleure partie est que le système est autonome, ce qui signifie que nous pouvons le faire fonctionner et recueillir des données en surface en utilisant un ordinateur portable ou un téléphone à la maison”, a déclaré Strickland. “De cette façon, nous ne passons pas autant de temps sous terre”.

En profondeur, en pièces détachées

“Nous avons d’abord assemblé et testé le système dans un laboratoire en surface pour nous assurer que tout fonctionne”, a déclaré Strickland. “Ensuite, nous l’avons démonté, avons parcouru un kilomètre sous terre avec des pièces de 4 pieds par 4 pieds, les avons transportées sur notre site souterrain dans un wagon, avons réassemblé le système et l’avons testé à nouveau.”

Le système complet, qui mesure 7 pieds de haut par 7 pieds de large et 30 pieds de long, a nécessité trois semaines de construction souterraine. Le système a été construit et testé par le PNNL et les partenaires EGS Collab des Sandia National Laboratories, Idaho National Laboratory et Lawrence Berkeley National Laboratory.

Strickland a ajouté : “On pourrait penser que travailler dans un tunnel de 2,5 mètres à 1,5 km sous terre serait inconfortable.Cependant, de l’air est continuellement pompé depuis la surface pour maintenir les tunnels à une température constante de 70 degrés et fournir de l’air frais à respirer. Les journées de travail sont longues, commençant à 6 h 30 et se terminant à 18 h 30, avec des possibilités limitées de remonter à la surface.”

L’infrastructure et la recherche de l’EGS Collab sont soutenues par l’Office des technologies géothermiques du ministère de l’énergie. Le système fournira des données pendant de nombreux mois, voire des années. Les résultats de ce projet contribueront au développement de nouvelles technologies d’énergie géothermique pour l’industrie.

“Individuellement, les composants fournissent de bonnes données utiles”, a déclaré M. Strickland. “Ensemble, en tant que système unique, l’EGS Collab recevra les données les plus complètes pour aider à faire avancer l’avenir de l’énergie géothermique.”

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