Application au réservoir minier de Rochebelle-St-Martin de Valgalgues

Le réservoir dont nous cherchons à estimer les capacités géothermiques est celui de Rochebelle-St-Martin de Valgalgues dont la géologie est décrite dans le paragraphe III.4.1. Le volume de ce réservoir minier est estimé à 18 000 000 m3.

IV.4.1.

Calcul global de la réserve énergétique du réservoir

minier

Un calcul présenté par Jessop, 1990 et repris par Raymond (2006), permet d’estimer l’énergie contenu dans le réservoir minier.

L’énergie thermique emmagasinée dans une unité de volume notée Hg est définit par :

V z g c Hg =ρ. . . .

avec ρ = densité du matériel = 999 820 g/m3 à 20°C c = capacité thermique de l’eau à 20°C = 4.184 J/K/g g = gradient thermique moyen en France = 0.030 K/m z = profondeur 300 m

V = volume d’eau du réservoir (m3)

D’après les informations précédentes, H = 7.1015 Joules pour le réservoir de Rochebelle-St Martin. En comparaison, les mines de Gaspé ont une énergie thermique emmagasinée de 6.7.1014J.

IV.4.2.

Paramètres utiles pour le calcul géothermique

Pour estimer la quantité d’énergie productible par notre réservoir minier, la température et le débit de celui-ci doivent être connus. La température a été mesurée par le bureau d’étude Cesame (St-Etienne) entre 1997 et 2005. En moyenne, elle est de 23,4 °C à la sortie du pompage de Fontanes. 15 17 19 21 23 25 27 11/03 /97 24/07 /98 06/12 /99 19/04 /01 01/09 /02 14/01 /04 28/05 /05 T ( °C )

Figure 119 : Valeurs de la température des eaux issues de la mine au niveau du pompage de Fontanes entre 1997 et 2005

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La température varie entre 19 et 25 °C au cours des années mesurées (Figure 119). Nous pouvons supposer que cette température est encore plus élevée dans le réservoir selon le gradient géothermique (augmentation de 1°C tous les 30 m).

Pour le site de Fontanes, le pompage étant déjà en place, la profondeur de pompage de l’eau est donc définie. Cependant, il faut savoir, qu’un phénomène peut apparaitre en cas de pompage plus profond dans le réservoir minier : la stratification de la qualité des eaux et de la température comme le montre l’exemple de la Figure 120. L’eau sera plus chaude en profondeur mais de moins bonne qualité et pourra entraîner une détérioration plus rapide du matériel de pompage par corrosion.

Figure 120 : Exemple de stratification de la température des eaux de mines selon la profondeur (Wolkersdorfer 2008)

Des analyses ont été réalisées dans un réservoir minier résultant de l’exploitation de charbon au Royaume-Uni (Frances colliery). Le pH à la surface du réservoir est proche de celui mesuré à la sortie de la pompe de Fontanes ; l’étude montre que ce pH diminue fortement lorsque les mesures sont faites 100 m en dessous du niveau piézométrique (Figure 121).

Figure 121 : Evolution de la concentration en fer et du pH en fonction de la profondeur dans l’aquifère minier de Frances colliery au Royaume-Uni. (Nutall et al., 2004)

Une pompe est actuellement déjà en place pour maintenir un certain niveau piézométrique dans le réservoir minier et peut être réutilisée dans un système de pompage géothermique.

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Ensuite les eaux de mines sont évacuées en direction d’une station de traitement en aval. L’eau est ensuite rejetée dans le cours du Gardon d’Alès.

Les débits de pompage (Figure 122) nous ont été fournis par le bureau d’étude Cesame (St- Etienne). 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 jan v-9juil₆ -9₆jan_v-9 7 juil_-9

7janv-9juil₈ -98janv-9₉juil-99janv-0juil₀ -00janv-0juil₁ -01janv-0₂juil-02janv-0juil₃ -03janv-0juil₄ -04janv-0juil₅ -05

Q ( m 3 /m o is ) .

Figure 122 : Débit de pompage au niveau du puits Fontanes entre 1996 et 2005

Le pompage est assez constant les 5 premiers mois de l’année (Figure 123), puis décroît en été suite au faible apport dans le réservoir par les précipitations. A l’automne, les pompages augmentent du fait des précipitations plus importantes et des événements cévenols alimentant le réservoir. Ce phénomène n’est pas pénalisant pour l’installation d’une pompe à chaleur dans la mesure où les mois les plus pluvieux coïncident avec les températures les plus froides (automne et hiver). 80 000 100 000 120 000 140 000 160 000 180 000 200 000 jan_v fe_v m

ars avr m_ai juin juil ao_ût se_pt oct nov déc

Q ( m 3 /m o is ) ,

Figure 123 : Valeurs moyennes du pompage par mois, entre 1996 et 2005

En moyenne, tous mois confondus, le débit pompé dans le réservoir minier est de 149 452 m3/mois soit 220 m3/h : ce volume pourrait parfaitement être utilisé par une pompe à chaleur. Le système ne demandera pas de réinjection dans le réservoir minier puisque l’eau doit en être extraite pour maintenir le niveau piézométrique.

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IV.4.3.

Estimation de la réserve potentielle du réservoir minier

de St Martin de Valgalgues (voir annexe 13)

Grace à Dominguez énergie, spécialiste des installations géothermiques, nous pouvons présenter un exemple de capacité énergétique du réservoir minier de Fontanes.

Nous partons sur l’hypothèse de l’utilisation d’une pompe à chaleur dont le coefficient de performance est de 4,02 en production de froid et à 5 pour la production de chaud. Nous partons sur un temps de fonctionnement de la pompe de 8000 h par an.

Sachant que la pompe consomme 257,5 kW sur une heure, si nous estimons le fonctionnement de la pompe à 8000 h alors la consommation totale sera de 2,06 MW/an. Dans le cas ou nous utiliserions la pompe à chaleur en production de froid, la puissance produite serait de 1036 kWh soit 8,3 MW/an produit et en production de chaud la puissance produite serait de 1,3 MW par an.

Un comparatif a été fait avec d’autres sources d’énergies que sont le gaz et l’électricité afin d’estimer la consommation prévue sur 15 ans (Tableau 31 et Figure 124)

Tableau 31 : Comparatif de prévision de consommation annuelle selon 3 sources d’énergie (source Dominguez énergie)

Rendements ou Coefficient de performance Prix/MW Consommation annuelle en € Consommation sur 15 ans en € Electricité 0,98 52 546 531 8 197 959 Gaz 0,85 25,5 309 000 4 635 000 Pompe à chaleur 5 52 107 120 1 606 800

Electricité Gaz Pompe à chaleur

Figure 124 : Représentation de la consommation sur 15 ans avec différentes énergies

La géothermie a un très net avantage.

D’après Dominguez énergie, le pompage de Fontanes additionné à une installation géothermique, permettra de chauffer 240 maisons (d’environ 85 m² chacune) ayant une consommation de 5 kW/h pour le chauffage et en extrayant 5°C de l’eau d’exhaure.

L’investissement à prendre en compte pour la mise en place d’une pompe à chaleur se situe entre 80 et 120 k€ selon les options de celle-ci. Ensuite, chaque maison devra être desservie par un réseau de distribution de chaleur qui dépendra de la distance entre la pompe à chaleur et le bâtiment à chauffer.

L’amortissement d’un tel système est équivalent à une mise en fonctionnement d’une chaudière gaz ou électrique.

Malgré ces informations, nous ne pouvons boucler notre calcul au niveau de l’investissement par manque de données.

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IV.5. Conclusion

Le réservoir de St-Martin de Valgalgues possède un très bon potentiel pour une production d’énergie par géothermie avec une possibilité de chauffage d’environ 240 maisons sur une année soit une puissance d’environ 1 MW. Une installation géothermique permettrait de valoriser l’eau qui est actuellement pompée au niveau du puits de Fontanes et de rentabiliser ce pompage qui est à la charge des anciens Charbonnages de France et donc du contribuable.

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