Faire progresser le développement de l’énergie géothermique classique et améliorée

Contexte : l’énergie géothermique au Canada

L’énergie géothermique est une source d’énergie de base stable, fiable et propre. Elle peut également être utilisée pour fournir de la chaleur directe à diverses fins, notamment pour le chauffage collectif et le chauffage des serres. Le Canada dispose de ressources d’énergie géothermique considérables, dont la qualité varie d’un bout à l’autre du pays. Le développement de ces ressources contribuera à réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) associées à la production de chaleur et d’électricité, et aidera le Canada à atteindre ses objectifs en matière de réduction du CO₂.

Des systèmes de production d’énergie géothermique sont en service depuis 1911. Cependant, seuls quelques projets d’utilisation de la chaleur directe ont été construits au Canada à ce jour. La situation est cependant en train de changer. En effet, plusieurs projets axés sur l’énergie géothermique sont à divers stades de développement, dont le projet de 25 mégawatts (MW) de DEEP Corp mené dans le sud de la Saskatchewan, qui devrait être mis en service prochainement.

Bien que la majorité de la population canadienne soit raccordée à un réseau électrique régional, ce n’est pas le cas pour la plupart des collectivités et des sites industriels situés dans le Nord canadien, qui dépendent généralement du diesel pour la production de chauffage et d’électricité. Cette dépendance est coûteuse et a des répercussions importantes sur l’environnement. L’énergie géothermique est particulièrement avantageuse pour ces sites, surtout si la chaleur résiduelle est réutilisée à une autre fin, comme l’alimentation des serres, ce qui contribuerait également à renforcer la sécurité alimentaire dans le Nord.

Certaines régions du Nord reposent sur des ressources à haute température qui peuvent être exploitées pour produire de l’électricité à haut rendement énergétique à l’aide de systèmes de production d’énergie géothermique classiques.

Cependant, dans d’autres régions du Nord, le sous-sol est constitué de roches plus froides, ce qui nécessiterait la mise en place de systèmes géothermiques améliorés. Il serait donc nécessaire de procéder à un forage de 4 à 5 km de profondeur ou plus pour accéder aux roches qui sont suffisamment chaudes pour produire de l’énergie. Cependant, à cette profondeur, les roches doivent être fracturées artificiellement afin de créer une perméabilité suffisante. Ces systèmes sont encore en phase d’expérimentation, bien qu’un système de 6,5 km de profondeur soit en voie d’être achevé en Finlande.

Description du projet

CanmetÉNERGIE Ottawa mène actuellement des recherches afin de faire progresser le déploiement de l’énergie géothermique au Canada. Nos travaux se concentrent sur les aspects technologiques de l’énergie géothermique.

Le laboratoire de notre groupe de L’environnement de subsurface est équipé pour caractériser les propriétés hydrauliques et thermiques des roches et pour étudier les interactions fluide-roche à l’aide de systèmes expérimentaux tels que des instruments de balayage sur carotte et des logiciels de modélisation géochimique. Nous nous concentrons sur les deux enjeux décrits ci-dessous.

Soutenir le développement de l’énergie géothermique classique

Les ressources géothermiques ayant une perméabilité naturelle suffisante pour produire assez d’eau à une température adaptée à une production de chaleur et d’électricité commerciale sont désignées sous le terme de réservoirs hydrothermaux. Au Canada, les réservoirs hydrothermaux se trouvent dans la roche volcanique de la Colombie-Britannique et du Yukon, ainsi que dans les bassins sédimentaires des Prairies et de certaines régions du Nord.

Au cours de l’opération, l’eau est pompée à partir du réservoir de production vers la surface, où la chaleur est extraite. Elle est ensuite renvoyée par pompage dans la terre et injectée en aval dans la même formation ou dans une autre. Durant son trajet, l’eau se refroidit, ce qui peut provoquer des réactions géochimiques susceptibles d’entraîner la formation de minéraux dans le système de tuyauterie (ce que l’on appelle du tartre). Des réactions géochimiques peuvent également survenir lorsque l’eau est injectée dans une formation d’évacuation, surtout s’il ne s’agit pas de la même formation de production, puisque le fluide et les minéraux peuvent ne pas être en équilibre. Ce phénomène peut entraîner une obstruction de la zone entourant le puits, ce qui nécessite un traitement coûteux.

À l’heure actuelle, un certain nombre de promoteurs ciblent les formations sédimentaires profondes situées dans les Prairies. Afin de soutenir le développement émergent de l’énergie géothermique dans cette région, CanmetÉNERGIE Ottawa mène actuellement des activités de recherche et de développement (R-D) sur les interactions fluide-roche dans les réservoirs ciblés en utilisant des instruments tels que des systèmes de balayage sur carotte et la modélisation géochimique. Nos travaux aideront à déterminer le potentiel de développement à grande échelle ainsi que l’altération de la perméabilité dans les formations d’évacuation, ce qui contribuera à éclairer le développement et l’exploitation des projets géothermiques dans cette région. Nous collaborons actuellement avec DEEP Corp dans ce domaine.

Évaluer les possibilités relatives aux systèmes géothermiques améliorés dans le Nord canadien

Dans le Nord canadien, les systèmes de chauffage et d’électricité géothermiques seront probablement limités aux grandes collectivités, où la demande énergétique est assez importante pour rendre l’énergie géothermique économiquement viable. Les systèmes géothermiques améliorés sont bien plus coûteux que les systèmes hydrothermaux classiques en raison de la profondeur de forage accrue et de la nécessité de fracturer les roches. Cependant, ils peuvent être concurrentiels sur le plan économique dans certaines collectivités nordiques éloignées en raison du coût élevé du diesel. Leur compétitivité sera encore plus importante si la chaleur résiduelle est utilisée, et plus encore s’ils sont intégrés à un système de stockage géologique de chaleur à faible profondeur, où la chaleur est captée au cours de la saison chaude (lorsqu’elle n’est pas nécessaire) et stockée à faible profondeur sous la surface, puis produite au cours de la saison froide à l’aide de thermopompes géothermiques.

Cependant, les systèmes géothermiques améliorés sont encore en phase d’expérimentation, et les études à l’échelle pilote et sur le terrain sont trop coûteuses. Afin d’évaluer leur faisabilité dans le Nord et d’éclairer tout travail ultérieur, nous prévoyons de réaliser une modélisation techno-économique détaillée des systèmes géothermiques améliorés en tenant compte de l’intégration du stockage géologique de chaleur à faible profondeur. Les données sur les gradients thermiques sont extrêmement peu nombreuses dans le Nord. À ce titre, la modélisation utilisera différentes valeurs pour les paramètres afin d’estimer la production d’énergie nette et le coût d’un système en s’appuyant sur des conditions optimales, probables et sous-optimales (par exemple, nécessité de forer seulement sur une distance de 4 km et non de 7 km).

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Pour en savoir plus

• Programme des Énergies renouvelables de CanmetÉNERGIE à Ottawa
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