Objectif
Dans le cadre de l’aménagement de la friche industrielle Renault Trapèze/Ile Seguin des bords de Seine (Figure 1 et Figure 2) sont prévus.
(i) Des productions simultanées de froid et de chaleur par thermofrigopompes de forte puissance couplées à la nappe superficielle de la Craie en position structurale haute (fracturée) pour évacuer les excédents de chaleur et/ou de froid.
(ii) Une production d’eau chaude à 80 °C plutôt que 90 °C sur les retours du réseau à 65°C. Cette température est suffisante pour l’alimentation en ECS (Eau Chaude Sanitaire), et offre de meilleurs coefficients de performance. L’eau est portée à 105 °C via un apport/appoint quand cela s’avère nécessaire.
(iii) Un stockage saisonnier de chaleur et de froid dans la nappe.
Contexte
Le réseau de distribution comprend un réseau de chaleur, dédié au chauffage de locaux, et un réseau de froid, destiné à la climatisation des surfaces à dominante tertiaire, dont les température de consigne et puissances appelées pour l’année 2020 sont estimées respectivement à :
-Réseau de chaleur : 105°C/65°C – 73,1 MWth en 2020
-Réseau de froid : 4,5°C/14°C – 22,8 MWth en 2020
Schéma minier
Pour optimiser la constitution des stocks chaud et froid, les puits chaud et froid, contrairement au schéma minier précédent, qui alternait puits chauds et froid ont été regroupés par secteur conformément aux emplacements cartographiés en Figure 3.
Les débits les plus importants, de l’ordre de 1000 m3/h sont nécessaires pour la couverture des pointes de demande de froid estivales. En hiver, seulement 600 m3/h sont nécessaires. Sur la base d’une injectivité limitée à 100 m3/h par puits pour une productivité de 200 m3/h, on pourra avantageusement diminuer le nombre de puits à forer en réalisant 6 froids chauds et 10 puits chauds soit au total 16 ouvrages.
Deux simulations ont été réalisées dans le but d’étudier l’influence de l’inversion saisonnière sur les températures de production des puits. Sur la base des bilans d’énergies calculés la simulation a porté sur l’injection alternée de 8 000 MWhth de chaleur en été (cycle refroidissement) suivie de 8 000 MWhth de froid en hiver (cycle chauffage).
Modélisation
Le modèle de réservoir exploite la grille de discrétisation horizontale à maillage cartésien variable adapté par rapport au positionnement des puits représenté en Figure 4. La discrétisation verticale repose sur l’hypothèse d’un aquifère homogène et isotrope, statique, d’épaisseur constante arrêtée à 10 m, sans transfert ni communication thermique ou hydraulique avec les couches encaissantes non productri
Sans inversion saisonnière
Dans le premier cas, il n’y a pas d’inversion saisonnière de l’écoulement de la boucle géothermale. Les puits de production sont situés au nord du Trapèze Est et à la pointe ouest de l’Ile Seguin Les puits d’injection situés au sud du Trapèze Est et à l’est de l’Ile Seguin (Figure 5). On ne constitue pas de stockage chaud ou froid dans l’aquifère. L’injection alternée d’eau à 30 °C puis d’eau à 5°C avec un bilan énergétique moyen nul empêche dans ce cas l’apparition d’une percée thermique aux puits de production. L’aquifère absorbe les variations saisonnières de températures de l’eau réinjectée. Ainsi produitons de manière quasi constante à 14°C. (Figure 6).
Avec inversion saisonnière
Dans cette configuration, on inverse le sens de la boucle géothermale en fonction de la température de réinjection. Pour cette simulation, on injecte l’eau à 30 °C dans les puits situés au sud du Trapèze Est et à l’est de l’Ile Seguin. L’eau à 5°C est réinjectée dans les puits situés au nord du Trapèze Est et à la pointe ouest de l’Ile Seguin.
Cette inversion permet de constituer deux stocks dans l’aquifère (Figure 7). Au fur et à mesure des cycles d’inversion, les stocks se stabilisent. En effet, après stockage de chaleur, une partie de l’énergie injectée reste dans la nappe, transférée par conduction à la matrice solide du réservoir. Ainsi, si la première année, à la fin du déstockage de chaleur, on pompe une eau à 23°C (au lieu des 30°C à l’injection), la quatrième année, la température de production n’aura chuté que de 4,5°C (Figure 8), preuve de la stabilisation thermique du stock.
L’intérêt du stockage saisonnier de chaleur et de froid est démontré du point de vue thermique, par l’abaissement de la température de la source chaude en été et augmentation de la température de la source froide en hiver. La mise en place du stockage saisonnier impose un concept de puits réversibles, utilisés alternativement en producteurs puis en injecteurs selon la température des eaux à réinjecter, associés à des unités motrices thermiques (groupes thermo frigo pompes) performantes.
