MODELISATION D’UN CHAUFFAGE GEOTHERMIQUE

INTRODUCTION

  Face à la raréfaction des sources d’énergie fossiles et au réchauffement planétaire, nous devons développer de nouvelles sources d’énergie qui n’émettent pas de gaz à effet de serre et qui puissent se renouveler rapidement. On commence tout juste à s’intéresser à une forme d’énergie durable et exempte d’émissions polluantes qui se trouve à côté : la chaleur terrestre. De part, son potentiel considérable, à savoir qu’elle est inépuisable à la dimension de l’ère humaine, la géothermie se trouve être l’une de nos sources d’énergie les plus prometteuses. Elle est la seule source d’énergie à flux continu (24h/24 ; 7j/7). Le coût de l’énergie est encore trop élevé à Madagascar pour contribuer efficacement au développement social et économique du pays. Néanmoins, l’abondance de ces ressources d’énergie renouvelable en différents secteurs de la Grande Ile permet d’envisager un grand plan stratégique et économique pour la sécurisation de l’approvisionnement. Les travaux de recherche sont une condition essentielle à la réussite d’un projet d’utilisation de l’énergie y compris dans le cas de la géothermie. Ce qui nous entraine dans le vif du sujet « Modélisation d’un chauffage du bâtiment par l’énergie géothermique à Antsirabe I ». La première partie de ce mémoire correspond à la généralité de l’énergie géothermique et aussi à la géothermie de Madagascar. L’objectif de cette partie est de mettre en évidence le principe de la géothermie qui consiste à extraire la chaleur de la terre en puisant l’eau chaude du sous-sol. La deuxième partie traite le contexte général de la zone d’étude ainsi de la modélisation du système de production d’énergie thermique. Il a pour but d’étudier la façon de produire sur un site avec une source chaude de l’énergie thermique. Cette énergie est utilisée comme une source de chauffage dans les bâtiments. On va initier la théorie du confort de l’habitat sur cette partie. La troisième partie est consacrée à la méthode de résolution et aussi à l’interprétation des résultats. Le dernier chapitre de cette partie met en œuvre le développement de la méthodologie utilisée suite à la mise au point de notre outil de travail de modélisation avec le modèle DesignBuilder.

Origine des eaux thermales à Madagascar

  D’après leur origine, démontrée ou parfois seulement supposée, on distingue classement trois grandes catégories d’eaux thermales (eaux chaudes à forte minéralisation) à Madagascar : les eaux vadoses ou géothermales, les eaux juvéniles ou endogènes et les eaux fossiles ou connées. En outre, dans de nombreux cas, une origine mixte peut être envisagée.
Les eaux vadoses ou géothermales  Ce sont des eaux météoriques qui s’infiltrent plus ou moins profondément, acquérant ainsi une température qui dépend de la profondeur atteinte. Après un trajet plus ou moins long, au cours duquel elles peuvent se minéraliser dans des proportions valables aux dépens des formations qu’elles traversent, elles reviennent plus ou moins rapidement à la surface, à une altitude évidement plus basse que celle de la zone d’infiltration, en conservant tout ou une partie des calories absorbées. Leur température s’abaisse souvent à la fin de leur parcours souterrain, par suite d’un mélange avec des eaux froides superficielles.
Eaux juvéniles ou endogènes  Il est parfois difficile de justifier la température et la composition de certaines eaux en invoquant les processus précédent. Aussi fait-on appel à l’hypothèse de la venue au jour d’eaux juvéniles, c’est-à-dire par synthèse à de grandes profondeurs à l’occasion de la recristallisation des roches plutoniques ou volcaniques. La localisation de nombreuses sources thermales, très chaudes et riches en gaz (CO2 en particulier) dans les régions affectées par un volcanisme récent, de même que certains dégagements subordonnés au volcanisme, d’eau chaude plus ou moins minéralisée et de gaz divers, semblent justifié cette hypothèse.
Eaux fossiles ou connées  Ce sont en général des eaux marines emprisonnées dans une formation sédimentaire depuis l’époque de son dépôt. Elles sont souvent fortement minéralisées : à leur salinité originelle, qui peut augmenter par concentration, au cours du temps, s’ajoutent les éléments empruntés aux roches qui les retiennent. Or, ces eaux fossiles peuvent se trouver ultérieurement entrainées par une circulation d’origine superficielle qui, acquerra, de ce fait, une minéralisation très particulière. Il est, bien entendu, difficile de prouver directement l’existence d’un tel mécanisme, mais il est certainement plus fréquent qu’on ne le pense. La possibilité de ce mécanisme reste à vérifier en particulier dans le Sud de Madagascar.
Origine mixte  Donner des exemples de sources thermales d’origine purement juvénile ou connée, est assez embarrassant. En effet, un mélange avec des eaux vadoses moins profondes, et même avec des nappes superficielles, entraine des modifications dans la composition, la température et le débit de la venue d’eau thermale originelle.

Géothermométrie chimique

  C’est l’utilisation de la chimie des sources chaudes pour évaluer les températures souterraines qui servira de base pour l’interprétation. Sur cette étude, les géothermomètres chimiques qui ont été calibrés quantitativement et qui sont utilisés comprennent des géothermomètres silice, Na-K, NaK-Ca et Na-K-Ca-Mg. Les résultats de la géothermométrie chimique pour les eaux (eaux en équilibre avec les minéraux d’altération) indiquent des températures sous surfaces qui varient le plus souvent entre 90 et 130°C. À certains endroits, elles atteignent 150-180°C et à plusieurs endroits l’on trouve des indications de température qui dépasse 180°C et pouvant arriver éventuellement 240°C. Les sources thermales apparaissent dans des formations géologiques d’âges très différents. A Antsirabe et à Itasy, dans la partie centrale de Madagascar et dans l’extrême Nord du pays, ces secteurs thermiques sont associés au volcanisme Pléistocène et à de jeunes fractures. C’est dans ces secteurs de volcanisme récent que l’on prévoit de mesurer des températures souterraines les plus élevées par la méthode de la géothermométrie chimique [9].

CONCLUSION GENERALE

  Le climat de ce district ainsi le potentiel géothermique qui s’y trouve nous autorise de mettre en avant les domaines du confort thermiques d’un local. L’établissement de cette étude passe par plusieurs phases depuis l’exploitation des données (données météorologiques et données géothermiques), du lieu de la construction du bâtiment ainsi de l’architecture de ce dernier.Ensuite, nous étions parties du logiciel DesignBuilder pour la construction de notre modèle, puis nous avons utilisé le modèle Trano Gasy Vaovao (TGV). Quant aux données météorologiques, nous avons pris celles du TMY. Les résultats de la simulation ont montrés que nous avons un gain de 1°C de température pendant la semaine la plus chaude de l’année choisi, et un gain de 1°C à 3,5°C ceci pendant la semaine la plus froide de l’année choisi. Nous avons pu constater qu’une installation de chauffage par voie géothermique apporte une amélioration en confort thermique dans le local. La réalisation de ce projet nous ouvre des voies prometteuses pour l’avenir dans l’utilisation de l’énergie géothermique et la valorisation du gisement géothermique à Madagascar, ceci dans le domaine du chauffage de l’habitat.

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Table des matières

REMERCIEMENT
SOMMAIRE
NOMENCLATURES
LISTE DES ABREVIATIONS
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES
LISTE DES ANNEXES
INTRODUCTION
PARTIE 1 : GENERALITES SUR LA GEOTHERMIE
Chapitre 1 . GENERALITES SUR LA GEOTHERMIE
Chapitre 2 . LA GEOTHERMIE A MADAGASCAR
PARTIE 2 : GENERALITES SUR LA ZONE D’ETUDE ET MODELISATION DU CHAUFFAGE GEOTHERMIQUE
Chapitre 3 .CONTEXTE GENERALE SUR LA ZONE D’ETUDE
Chapitre 4 .MODELISATION DU CHAUFFAGE GEOTHERMIQUE
PARTIE 3 : METHODE DE RESOLUTION ET RESULTATS
Chapitre 5 .METHODE DE RESOLUTION
Chapitre 6 .RESULTATS ET INTERPRETATIONS
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIES ET WEBOGRAPHIES
ANNEXES

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