Bronkhorst

Le rôle des débitmètres dans le procédé de production d’énergie géothermique

29 septembre 2020 Robert Merkli
Mass Flow Meters for Earthquake Seismograph

Identifier de nouvelles sources d’énergie figure parmi les grandes préoccupations de notre société. En Suisse, nous avons la chance de disposer de superbes paysages montagneux, à perte de vue. Ne serait-ce pas fantastique de pouvoir tirer profit de ces montagnes pour créer de l’énergie propre ?

Le laboratoire souterrain du Grimsel, en Suisse (propriété de NAGRA, ETH Zürich), a pris les devants et étudie les possibilités d’utiliser la chaleur terrestre comme source d’énergie, autrement dit l’énergie géothermique. 

Lisez l'exemple d'application sur la réduction des tremblements de terre grâce à l'exploitation de l'énergie géothermique. Au laboratoire du Grimsel, l'Ecole Polytechnique Fédérale (ETH) de Zurich étudie les conditions sous lesquelles ces tremblements de terre se produisent et comment réduire la magnitude de ces séismes pour qu'ils ne soient pas ressentis à la surface de la terre. Nos régulateurs de débit massique sont utilisés dans leurs expériences pour simuler le procédé de production d'énergie géothermique par un apport régulé d'eau dans les roches souterraines.

Comment utiliser l’énergie géothermique pour alimenter une centrale électrique ?

En Suisse, la production d’énergie se fait à partir de trois sources principales : 

  • Les centrales hydrauliques
  • Les centrales nucléaires
  • Les centrales thermiques conventionnelles et autres centrales

Environ 30 % de la production d’électricité est assurée par des centrales nucléaires. Nombreux sont ceux qui cherchent à réduire cette proportion en la remplaçant pour une source d’énergie plus propre.

Vidéo montrant l'expérience menée sur le procédé de production d'énergie géothermique.

L’énergie géothermique pourrait apporter une solution partielle. L’idée est assez simple et consiste à envoyer de l’eau froide sous la croûte terrestre, à la laisser absorber la chaleur de la terre et à la pomper ensuite vers la surface pour en exploiter la chaleur, par exemple au sein d’une centrale électrique. 

Si le principe parait évident, sa mise en œuvre comporte un problème. À une profondeur de 4 à 5 kilomètres sous la terre, où l’eau injectée accumule la chaleur jusqu’à atteindre 200 °C, elle se dilate à l’intérieur de la cavité rocheuse poreuse. La roche ne présentant qu’une faible perméabilité, celle-ci doit être renforcée par le biais d’injections de fluides à haute pression. Une hausse soudaine de pression qui peut induire des épisodes sismiques.

Au laboratoire du Grimsel, les équipes étudient les conditions sous lesquelles ces micro-séismes surviennent et les solutions possibles pour réduire leur magnitude, de manière à ce qu’ils ne soient pas ressentis à la surface de la Terre. 
 

grimsel test site

Quel est le rôle des régulateurs de débit massique ?

Les chercheurs utilisent des régulateurs de débit massique de Bronkhorst pour simuler le procédé de génération d’énergie géothermique en injectant des flux d’eau contrôlés dans la roche souterraine.

Les régulateurs permettent d’envoyer une quantité exacte d’eau, à une pression donnée. Pour déterminer quel débit induira une activité sismique dans la roche, les appareils doivent pouvoir couvrir une large plage de débits d’eau.

Divers tests hydrauliques sont effectués, parmi lesquels : 

  • des injections par impulsion
  • des débits constants
  • des hauteurs d’eau constantes 
  • et des injections cycliques d’eau 
afin de déterminer les propriétés hydrauliques de la masse rocheuse et d’en suivre l’impact (sa réaction face à la pression) à l’intérieur des trous de forage, à proximité des points d’injection. 
Étant donné que les analyses sont entre autres menées au sein de roches peu perméables, de très petites quantités d’eau doivent être injectées à des débits très faibles sur de très longues durées. 

 

Quels régulateurs de débit sont utilisés ?

La solution fournie par Bronkhorst comporte trois régulateurs de débit massique Coriolis montés sur un circuit associé à un système de contrôle et de mesure.  Les régulateurs de débit massique (MFC) servent à réguler de l’eau pure.

Afin d’étudier l’influence d’un débit faible, de nombreux et différents débits d’eau pure doivent être testés comme paramètre d’entrée, à partir d’un nombre limité d’appareils. 
 

Laboratoire souterrain Grimsel

Grâce au circuit, chacun des trois appareils peut être sélectionné pour y appliquer le débit adéquat. L’utilisation d’instruments à effet Coriolis garantit un niveau élevé de précision et l’injection immédiate d’une quantité d’eau définie, quelles que soient les conditions extérieures telles que la température ambiante ou la pression. 

Qui plus est, les appareils permettent de lire certaines propriétés de l’eau en temps réel, telles que la température et la densité. La température maximale de l’eau utilisée dans le laboratoire souterrain du Grimsel, entre 400 et 500 mètres de profondeur, est de 40 °C (uniquement pendant les tests thermiques). 

Vous souhaitez obtenir plus d'informations concernant les expériences sur l'énergie géothermique ? Téléchargez le PDF des chercheurs de l'ETH Zurich.

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Cette installation fournit une méthode solide, fiable, flexible, compacte et facile pour réguler l’approvisionnement en eau. Pour suivre les expériences menées, les chercheurs de l’école polytechnique ETH Zürich ont recours à des logiciels de Bronkhorst, dont FlowPlot, afin d’obtenir un relevé de l’ensemble de l’expérience.
 
De plus, ils ont la possibilité d’utiliser TeamViewer pour contrôler, visualiser et surveiller à distance l’installation au Grimsel, de sorte qu’une présence physique permanente ne soit pas nécessaire.
 

Vous souhaitez plus d'informations sur les débitmètres dans l'exploitation de l'énergie géothermique ? 

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