Thèse : Experimental validation of a thermo-hydrogeochemical standing column well model: geochemical and isotopic approaches

Secteur d'activité : recherche et enseignement

Employeur : Département des génies civil, géologique et des mines (CGM)

Contact : paul.baudron@polymtl.ca

Localisation : Montreal

Description :

Les    puits    à    colonne    permanente    (PCP)    sont    des    systèmes    géothermiques    de    basse    température    (jusqu’à    500m    de    profondeur)    qui    utilisent    l’eau    souterraine    comme    fluide    caloporteur    afin    de    chauffer    et    climatiser    des    bâtiments.    Ce    faisant,    ils    sont    jusqu’à    trois    fois    plus    efficaces    que    les    systèmes    géothermiques    de    basse    température    traditionnels,    tels    que    les    puits    en    boucle    fermée    qui    représentent    90%    des    installations    au    Canada.    Les    PCP    permettent    également    de    réaliser    d’importantes    économies    tant    au    niveau    de    la    construction    (2    à    5    fois)    que    des    frais    d’exploitation    (de    l’ordre    de    100    000    kWh/an    par    puits).    D’autre    part,    au-delà    des    gains    financiers    associés    aux    PCP,    leur    réel    potentiel    réside    dans    leur    capacité    à    être    intégrés    aux    bâtiments    déjà    construits    en    zones    urbaines    denses    où    l’installation    de    puits    en    boucle    fermée    n’est    pas    possible.    Néanmoins,    malgré    leur    potentiel    élevé,    les    PCP    sont    peu    utilisés    au    Canada    en    raison    notamment    des    risques    géochimiques    potentiels    inhérents    à    l’utilisation    de    l’eau    souterraine    en    milieu    carbonaté,    telles    les    régions    de    Montréal    et    de    Toronto.        
    
L’École    Polytechnique    de    Montréal    a    développé    au    cours    des    dernières    années    des    approches    novatrices    de    modélisation    thermo-hydro-géochimique    pour    simuler    l’opération    d’un    PCP    et    anticiper    les    phénomènes    de    précipitation/dissolution    de    minéraux    au    sein    des    installations,    favorisées    par    les    conditions    d’opération    (pression,    température,    oxygène    dissous,    vitesse    de    l'eau,    etc.).    Ces    modèles    ont    été    largement    validés    avec    des    solutions    de    référence    numériques,    mais    n’ont    pas    fait    l’objet    d’une    validation    expérimentale    qui    permettrait    de    confirmer    leur    validité    et    de    rassurer    la    communauté    sur    la    qualité    des    outils    de    conception    mis    à    leur    disposition.        
    
Le    but    du    présent    projet    est    d’utiliser    des    approches    de    pointe    issues    de    l’hydrogéologie    isotopique,    inédites    en    géothermie,    afin    de    quantifier    certains    aspects    clés    pour    l’optimisation    du    fonctionnement    d’un    PCP    en    conditions    réelles    d’utilisation.    Pour    ce    faire,    le    candidat    aura    accès    au    laboratoire    mobile    de    géothermie    (LMG)    de    Polytechnique    Montréal,    une    installation    unique    au    monde    conçue    pour    reproduire    l’opération    d’un    bâtiment    d’une    dizaine    d’étages,    couplée    à    des    PCP    installés    à    proximité    de    Montréal.    Il    pourra    ainsi    acquérir    des    données    de    haute    qualité    en    conditions    réelles    d’opération,    tout    en    contrôlant    la    majorité    des    conditions    limites    du    système.    Le    candidat    aura    accès    aux    laboratoires    analytiques    du    GEOTOP,    centre    de    recherche    en    géochimie    et    géodynamique,    pour    réaliser    les    analyses    élémentaires    (SF6)    et    isotopiques    du    carbone    (13C),    de    la    molécule    d’eau    (2H    et    18O),    du    strontium    (87Sr    et    86Sr)    et    du    radon    (222Rn).        
    
Le    projet    s’articulera    autour    de    trois    axes    principaux    :    

  • Quantification    du    taux    de    renouvellement    de    l’eau    du    PCP    par    l’aquifère    régional:    ce    paramètre    a    une    influence    considérable    sur    la    composition    géochimique    de    l’eau    du    puits,    ainsi    que    sur    l’impact    d’un    PCP    sur    la    qualité    des    eaux    souterraines.       
  • Quantification    des    échanges    gazeux    avec    l’atmosphère    en    tête    de    forage    en    réponse    aux    sursaturations    transitoires    au    sein    du    PCP:    ces    échanges    exercent    un    contrôle    fort    sur    les    processus    de    précipitationdissolution    et    devraient    être    mieux    régulés    par    les    échanges    avec    l’eau    souterraine.       
  • Quantification    des    cinétiques    de    précipitation-dissolution    de    la    calcite    au    sein    des    installations    (échangeur    de    chaleur,    tuyaux    ou    puits)    :    cet    axe    expérimental    in-situ    permettra    de    mieux    situer    ces    processus    au    sein    d’une    dynamique    fortement    transitoire    d’utilisation    des    puits.  

 

Le    candidat    sera    supervisé    par    le    professeur    Paul    Baudron    (École    Polytechnique    de    Montréal)    et    co-supervisé    par    les    professeurs    Florent    Barbecot    (UQAM-GEOTOP)    et    Philippe    Pasquier    (École    Polytechnique    de    Montréal).    Il    bénéficiera    ainsi    d’un    encadrement    multidisciplinaire    par    des    spécialistes    des    différentes    disciplines    requises    pour    mener    à    bien    ses    travaux.    À    l’issue    de    ses    travaux,    un    minimum    de    trois    publications    scientifiques    est    attendu.  

Profil:

Le    candidat    recherché    doit    avoir    un    baccalauréat,    maîtrise    ou    Master    en    génie    géologique,    en    géologie,    en    hydrogéochimie,    en    hydrogéologie,    en    géochimie,    en    géothermie,    ou    en    chimie    environnementale.    Un    parcours    équivalent    dans    les    domaines    chimiques    ou    physiques    pourra    être    envisagé    si    le    candidat    montre    un    fort    intérêt    pour    l’hydrogéologie.    Des    connaissances    en    géochimie    isotopique    et/ou    en    géothermie    sont    un    atout.    Le    candidat    devra    être    autonome,    flexible,    proactif,    et    être    capable    de    travailler    en    équipe.      
    
Financement    assuré    pour    3    ans,    pour    un    début    dès    que    possible.        
    
Pour    soumettre    votre    candidature,    faites    parvenir    CV    +    lettre    de    motivation    +    lettres    de    recommandations    par    courriel    à    l’adresse    suivante    :    Prof.    Paul    Baudron,    Département    des    génies    civil,    géologique    et    des    mines    –    École    Polytechnique    de    Montréal,    paul.baudron@polymtl.ca