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Accurate Geofluid Properties as key to Geothermal Process Optimisation

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De nouveaux outils pour prédire les propriétés des fluides géologiques avec précision

L’efficacité opérationnelle est un facteur essentiel au bon fonctionnement des systèmes dans les centrales géothermiques. Des chercheurs de l’UE fournissent des données sur le comportement des fluides extrêmement chauds en matière de transfert de chaleur, en vue de maximiser la valeur de l’énergie thermique.

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Il est essentiel de disposer de modèles thermodynamiques rigoureux pour comprendre les propriétés physiques et chimiques des fluides géologiques, ces eaux souterraines chaudes qui circulent dans la croûte terrestre. Les centrales géothermiques pâtissent toutefois de l’absence de modèles de haute précision permettant de planifier les opérations du système et d’en tester l’efficacité. Par conséquent, les exploitants ont souvent recours à des essais empiriques in situ.

Modéliser les caractéristiques des fluides géologiques

Le projet GEOPRO, financé par l’UE, a rassemblé douze partenaires issus de sept pays pour collecter de nouvelles données sur les propriétés des fluides géologiques, afin de mieux comprendre et d’améliorer les problèmes opérationnels rencontrés dans les centrales géothermiques. «Les propriétés physiques et chimiques des fluides géothermiques sont essentielles pour déterminer leur potentiel en matière de transport de chaleur tout au long de la durée de vie du puits. Une meilleure compréhension des propriétés des fluides permet d’optimiser le développement et l’exploitation des sites», fait remarquer Namrata Kale, coordinatrice du projet. «Par ailleurs, le développement de nouvelles technologies géothermiques, en l’occurrence les systèmes géothermiques améliorés et les systèmes supercritiques, est intimement lié aux propriétés des fluides du réservoir.» Aujourd’hui, deux ans et demi après le début du projet, l’équipe du projet GEOPRO est convaincue que ses objectifs seront atteints. Les chercheurs ont travaillé sur le développement d’une boucle d’écoulement multiphasique (un instrument de laboratoire visant à étudier les caractéristiques de l’écoulement des fluides dans les canalisations) et sur la génération de nouvelles données thermodynamiques et cinétiques précises pour les fluides géologiques. L’équipe a également porté ses efforts sur de nouveaux modèles permettant d’établir des prédictions concernant des solutions complexes de CO2 et de sels minéraux à plusieurs composants. «Toutes ces données ont servi à la conception d’un nouvel ensemble d’outils d’aide à la décision conviviaux et flexibles qui devraient permettre d’optimiser la gestion des réservoirs géothermiques, la production d’électricité et de chaleur, et les stratégies de réinjection», indique Namrata Kale.

L’impact du projet GEOPRO

La formation de tartre, notamment de silice et de carbonate de calcium, qui se produit dans les puits de forage, les tuyaux de surface et les équipements, a de lourdes conséquences économiques. Elle peut entraîner des pertes d’énergie et de production, augmenter les coûts de nettoyage et de maintenance, voire conduire à l’arrêt des puits de production/réinjection. Conjointement avec les simulations de maintien de l’écoulement (visant à ce que les tuyaux ne se bouchent pas) et les essais, l’amélioration des équations d’état devrait faciliter une modélisation prédictive des causes de la formation de tartre. Les phénomènes de corrosion locale causés par le dégazage de CO2 pourraient avoir un impact négatif sur l’intégrité structurelle et la durée de vie des tuyaux et des équipements des centrales géothermiques. L’intégration des modèles de solubilité du CO2 et des équations d’état des fluides contenant de l’eau, du sel et du CO2 aux simulations de maintien de l’écoulement permettra aux chercheurs de mieux évaluer les causes du dégazage, puis d’optimiser le contrôle de ce phénomène et de la pression. «Les simulations géothermiques couplées à des outils d’aide à la décision fondés sur les connaissances peuvent être utilisées par les géoscientifiques afin d’aider les exploitants à optimiser la disposition des puits, les dimensions des tuyaux et les revêtements, et à réduire les frais d’entretien», explique Namrata Kale. Les nouveaux modèles et outils de GEOPRO contribueront à rendre la production d’énergie géothermique plus accessible et plus abordable. Ils devraient permettre de réduire la formation de tartre et la température de réinjection, de contrôler le dégazage de CO2, de ralentir la dégradation des matériaux, d’augmenter la production d’énergie et d’exploiter des ressources extrêmement chaudes (avec des températures allant jusqu’à 440 °C). L’ensemble de ces mesures entraînera une réduction des coûts, qu’il s’agisse des investissements liés au surdimensionnement des équipements, du pompage ou de la corrosion du matériel. S’ensuivra une augmentation parallèle de l’enthalpie d’extraction et du rendement de la production d’électricité. Les connaissances générées par GEOPRO aideront également l’Europe à atteindre les nouveaux objectifs climatiques qu’elle se fixe à l’horizon 2030. Le facteur de charge de l’énergie géothermique dépasse les 95 %. L’utilisation des outils GEOPRO permettra d’optimiser la production et l’exploitation des puits géothermiques, et d’améliorer l’efficacité opérationnelle des centrales géothermiques, faisant de l’énergie géothermique une ressource énergétique sûre et durable.

Mots‑clés

GEOPRO, fluide géologique, centrale géothermique, dégazage, outil d’aide à la décision, simulations de maintien de l’écoulement, formation de tartre

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