Outils de gestion prédictive - Infoterre
Contents
1. chaque pas de temps partir du nuage de points et du champ de vitesse calcul pr c demment Les donn es n cessaires ce calcul sont issues de diff rentes sources T param tre renseign dans la base de donn e des param tres du milieu S param tre renseign dans la base de donn e des param tres du milieu D param tre issu du calcul de positionnement du front thermique tape 2 d crite ci dessus t temps de simulation renseign par l utilisateur dans l interface de gestion des ouvrages quand il renseigne la date de fin de fonctionnement de l ouvrage sur lequel porte le calcul d impact Si le domaine de validit de l approximation de Jacob n est pas respect le calcul n est pas r alis BRGM RP 62946 FR Rapport final 40 O bra pour une Terre durable Centre scientifique et technique 3 avenue Claude Guillemin BP 36009 45060 Orl ans Cedex 2 France T l 02 38 64 34 342. o Prototype 3 couplage SIG calcul analytique bulles thermiques Ils ont t d velopp s sous SIG et sont partiellement aliment s par l utilisateur qui renseigne les param tres de calcul propres au milieu direction d coulement souterrain vitesse d coulement souterrain paisseur moyenne satur e de Paquifere Les r sultats des calculs correspondent a des estimations de perturbations d ecoulements souterrains sous l influence de nouvelles exploitations et des d placements de fronts thermiques autour de forages d injection Ces outils ind pendants de mod les num riques sont susceptibles d tre de bons supports d aide a la d cision compl mentaires d analyses fines de pr faisabilit Ils semblent pertinents pour les utilisateurs non experts lls peuvent aussi trouver une utilit pour des utilisateurs experts en pr analyse de situations Ils sont BRGM RP 63147 FR Rapport final 9 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie galement susceptibles d tre ais ment diffusables via internet notamment Des d veloppements compl mentaires restent cependant n cessaires repr sentation d isovaleurs test d autres codes de calculs pour aboutir au calcul d isothermes interfa age avec des bases de donn es pour renseigner les param tres de calcul et ne plus les laisser au choix de l utilisateur traduction en langage de programmation C NET et tes
3. Outils de gestion des nappes superficielles observatoire et outils d evaluation des impacts de la g othermie Volet 2 Bars de gestion predictive tisa b al je Og Rapport final BURN BRGM RP 63147 FR PA i F vrier 2014 ba Me y y y S Bezelgues Courtade Y Vigier F Tertre V Hamm S Lopez Avec la collaboration de M Analy A Naukenova de l Environnemen t et de la Ma trise de l Energie G osciences pour une Terre durable tude r alis e dans le cadre des op rations de Service public du BRGM 2013ENE10 Ce document a t v rifi par Vincent Mardhel Date 14 02 2014 Approbateur Nom Romain VERNIER Fonction Da d il Date 1 23 L Signatur Dee Le syst me de management de la qualit et de l environnement est certifi par AFNOR selon les normes ISO 9001 et ISO 14001 Mots cl s G othermie basse nergie g othermie tr s basse nergie pompe chaleur gestion En bibliographie ce rapport sera cit de la fa on suivante Bezelgues Courtade S Vigier Y Tertre F Hamm V Lopez S 2014 Outils de gestion des nappes superficielles observatoire et outils d valuation des impacts de la g othermie Volet 2 Outils de gestion pr dictive des ressources Rapport provisoire BRGM RP 63147 FR 40 p 18 fig 1 tabl 1 ann BRGM 2009 ce document ne peut tre reproduit en totalit ou en partie sans l autorisation express
4. 1 Architecture sch matique de l outil web 12 Figure 2 Interface du d monstrateur web 4 14 Figure 3 Bouton Ajouter un ouvrage uzuuenensnnenennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnonnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 15 BRGM RP 63147 FR Rapport final 5 Figure 4 Modification d un ouvrage Figure 5 Bouton Lancer une simulation Figure 6 R sultat d une simulation dans l espace cartographique Figure 7 Resultat d un scenario test a 21 ouvrages en service Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie Figure 8 Sch ma illustrant un tube de courant reliant un puits injecteur et producteur d apr s Gringarten et Sauty 1975 Figure 9 Sch ma d volution de la temperature en un point de l aquifere avec et sans Figure 10 Figure 11 Figure 12 Figure 13 Figure 14 Figure 15 Figure 16 Figure 17 pertes thermiques dans les pontes d apr s Landel et Sauty 1978 Si il ny a pas diffusion au sein de l aquifere les points de raccordement des deux courbes laxe des abscisses concordent c ocooccccncoccnconcncnconcnnononnnnonnnnonnnnnnnnnnnonano Courbe de recyclage d un doublet thermique en fonction de la contribution des pontes d apr s Landel et Sauty 1978 Exemple d un doublet avec superposition de l coulement naturel de la nappe Schema de principe du construction d une ligne de courant oocccccccoccco
5. de calcul a t reprise et transpos e en C NET v4 0 dans une librairie ind pendante et r utilisable GTH Lib e Architecture des composants L algorithme de calcul est associ a une interface utilisateur et une base de donn es pour constituer une application web compl te web service Lorsqu un utilisateur demande un calcul d impact sur des points pr alablement plac s sur la carte une requ te est envoy e au service web qui embarque un module charg du calcul GTH Lib Le service pilote ce module et stocke la repr sentation g om trique des r sultats dans une base de donn es de type PostGIS Le stockage des r sultats en base de donn es est n cessaire dans un souci de performances Cette base est organis e sous forme de quatre tables de donn es table Grille d crivant la g om trie du maillage table des param tres de calcul r partis selon un maillage de l aquifere et des param tres environnementaux table des r sultats de calculs Outil Impacts GTH OR Service de Calcul Interface Utilisateur Figure 1 Architecture sch matique de l outil web BRGM RP 62946 FR Rapport final 12 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie e Fonctionnement Le code ou librairie de calcul cr GTH Lib et int gr dans le WebService prend en entr e une s rie d ouvrages param tr s par l utilisateur Ces param tres non stock s dans la
6. densit d exploitations de tr s DASS ener idad 2 1 RAPPEL DES TRAVAUX ANT RIEURS eee 9 2 2 D VELOPPEMENTS Allen see en ee ee 10 2 2 1 Param tres du Milieu une a rte 10 2 2 2 Mise en ligne de l outil analyse de faisabilit 11 3 Outils de gestion pr dictive d aquiferes forte densit d exploitations de DAS SOS Cnel aiii ed ne et Sd NOD UG TIO IN SE ee a ce ne 19 3 2 DESCRIPTION DU MOD LE MATHEMATIQUE ice 19 3 2 14 CONGITIONS d Validit du mod le iii 19 3 2 2 Description du probleme math matique 22u0240002400n0nn nenne nennen 19 3 2 3 Expression de la temp rature en un point de l aquifere 21 3 3 CALCUL DU CHAMP D ECOULEMENT adicias pieniin nnen eiaa aonta iiaiai 23 3 3 1 D finition de la fonction potentiel complexe et vitesse complexe 23 3 3 2 Expression du potentiel complexe de l coulement u2 0 23 3 3 3 Calcul du champ d coulement 24 3 4 CALCUL DES ISOCHRONES ET DE LA TEMPERATURE DE PRODUCTION sa 26 3 4 1 Galcul des ISOCNIONES sun cialis dante 26 3 4 2 Calcul de la temp rature de production 28 3 5 R SOLUTION NUM RIQUE D UN MOD LE CONCEPTUEL nnne 29 BC ON GIS O Mia ii ice 9 BIDIOOFAPDAIC iii Table des annexes ANNEXE 1 M thode de calcul des impacts thermiques et hydrauliques dite des VECICUNS VIIESSE na Re lo est dd eu nd 36 Liste des figures Figure
7. et le r gime hydraulique permanent est atteint de fa on quasi instantan e Le champ d coulement du fait du pompage et de la r injection aux puits se superpose au gradient hydraulique dans l aquifere 3 Initialement l aquif re et ses pontes imperm ables sont la m me temp rature en fait les temp ratures ne sont pas identiques en raison du gradient g othermique mais celui ci peut tre n glig car nous nous int ressons uniquement aux perturbations de la temperature dans laquif re La temp rature de r injection en un puits est constante dans le temps 4 Les propri t s thermiques conductivit thermique et capacit calorifique de l aquifere sont constantes Les effets densitaires et de viscosit du fluide sont negliges 5 Le transfert de chaleur dans l aquifere se fait uniquement par convection conduction et dispersion thermique sont n glig es 6 Le transfert de chaleur dans les pontes se fait uniquement par conduction verticale 3 2 2 Description du probl me math matique Etant donn les hypoth ses ci dessus le champ permanent des vitesses du fluide est d abord calcul de mani re analytique par la m thode du potentiel complexe qui fournit les quipotentielles du champ d coulement et les fonctions de courant associ es chapitre 3 3 Il est ensuite possible de traiter ind pendamment chaque tube de courant provenant d un puits d injection La temp rature correspondant un tube de cou
8. g othermie dit prototype 2 d velopp s sous ARC GIS 10 partir d un algorithme labor en langage VisualBasic VBA la Direction des Syst mes d Information du BRGM a t missionn e pour BRGM RP 63147 FR Rapport final 11 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse nergie Traduire l algorithme de calcul dans un langage compatible avec une mise en ligne Proposer et tester une solution de mise en ligne de type tout web c est dire sans stockage de donn es sur le poste utilisateur l int gralit des constituants de l outil module de calcul et donn es utilis es pour les calculs sont stock s sur un serveur BRGM et int rog s via une interface web Aucun h bergement permanent de donn es n est pr vue que ce soit celles introduites par l utilisateur ou celles g n r es par l outil de calcul Une fois la simulation r alis e les l ments sont stock s temporairement puis supprim s des la simulation suivante Une possibilit de sauvegarde des scenarios d exploitation tablis pour r aliser les calculs d impact est n anmoins possible sur le poste utilisateur en format texte La synth se des travaux r alis s est pr sent e ci dessous Elaboration du module de calcul de l outil au format web e Transposition du code existant L algorithme de calcul existant est programme sous forme de module VBA pour ArcGIS dans la version SIG de l outil La logique
9. puits de production mais l tat thermique de l aquifere dans son ensemble La figure 15 montre l impact thermique d un doublet simul avec ce code de calcul BRGM RP 63147 FR Rapport final 29 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie 1 95 20 1 80 40 1 65 60 1 50 80 1 35 1 20 100 1 05 20 0 20 40 60 80 100 Figure 16 Impact thermique du fonctionnement d un doublet sur l aquif re Le puits injecteur est situ aux coordonn es 40 40 le puits producteur est positionn aux coordonn es 40 80 La temp rature est repr sent e en variables adimensionelles Ce code est en cours de d veloppement Ces d veloppements pourront tre valid s en utilisant la solution analytique pr c dente Son ach vement et une description plus d taill e devront faire l objet d un prochain projet Il devra galement tre valid en utilisant la solution analytique impl ment dans le cadre de ce projet BRGM RP 62946 FR Rapport final 30 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie 4 Conclusion Face aux besoins de supports d cisionnels pour la gestion des ressource nerg tiques des aquiferes et la pr vention des conflits d usages associ s l exploitation des eaux souterraines le BRGM et l ADEME se sont associ s pour tudier la possibilit de d velopper de nouveaux outils de gestion pr dictive des impact
10. simulation prenant en compte tous les ouvrages ajout s Cependant les ouvrages qui poss dent des modifications en cours pictogramme Attention seront utilis s avec leurs valeurs pr c dentes Lancer une simulation Figure 5 Bouton Lancer une simulation Le r sultat de la simulation peut ensuite tre visualis dans l espace cartographique Sont visibles les d formations des lignes de courants de l aquifere branches partant de chaque forage les valeurs de rabattement surcote et de d placement du front thermique par clic sur les points de restitution des r sultats BRGM RP 63147 FR Rapport final 15 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse nergie Ligne de Point de restitution du r sultat Temps de simulation Figure 6 R sultat d une simulation dans l espace cartographique Faisabilit de la mise en ligne Le demonstrateur a permis de valider la faisabilit de la mise en ligne de l outil Impacts GTH avec quelques avantages par rapport la version actuelle d velopp e dans l environnement logiciel d ArcGIS Du fait du langage et de la source de donn es utilis s les performances s en sont trouv es am lior es Les calculs d impacts sont plus rapides pour exemple le calcul pr sent en Figure 7 et faisant intervenir 21 ouvrages est r alis en 7 secondes Les mises jour de l outil seront simplifi es elles seront centralis
11. BRGM RP 63147 FR Rapport final 27 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse nergie Figure 14 Exemple de trac des isochrones superpos s au champ d coulement pour deux doublets 3 4 2 Calcul de la temp rature de production Afin de calculer l volution de la temp rature aux puits de production il faut d terminer dans un premier temps quelles sont les lignes de courant qui ont atteint le puits de production un instant donn et a quel injecteur elles appartiennent La contribution du d bit d un puits injecteur au d bit pomp un instant donn est Q Qi ninj Nprod 29 N n est le nombre de lignes de courant partant d un injecteur est le d bit transitant par chaque tube de courant in Nyrod est le nombre de tubes ayant atteint le puits producteur La temp rature au puits de production s obtient alors en utilisant la loi des m langes sur les filets de fluide arrivant un puits de production T DiCQiXT QPp Xi Qi XTo D Se Tr ei Qp Q est la contribution de d bit pour un puits injecteur cf eq 29 30 Qp est de d bit de production BRGM RP 62946 FR Rapport final 28 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie T est la temperature de r injection au puits injecteur To est la temp rature initiale de l aquifere La figure 14 montre l volution de la temp rature de production aux deu
12. ace libre Ces param tres sont renseign s selon un maillage carr mailles de 1km de c t couvrant l ensemble de l extension de l aquifere La base de donn e cr e est propre chaque aquifere consid r Un test de la mise en ligne de l outil analytique a t r alis et se traduit par la mise disposition dun d monstrateur l adresse suivante http impactgth brgm rec fr GTH ll devra tre compl t par un test en situation r elle d utilisation par une administration b n vole sur un aquifere pilote qui permettra un retour d exp rience sur son utilisation et de nouvelles am liorations Concernant les outils plus sp cifiques pour la g othermie basse nergie un code de calcul impl ment en Python relativement simple et tr s peu couteux en temps de calcul a t d velopp permettant d acc der tr s rapidement au champ d coulement entre les puits au trac des fronts thermiques et de calculer la d croissance thermique aux puits de production Il repose n anmoins sur un certain nombre d hypotheses comme un aquif re avec des propri t s homog nes et isotropes paisseur transmissivit et ne fonctionne que pour un coulement permanent Par ailleurs la version actuelle d velopp e du code n int gre pas ce stade les changes thermiques avec les pontes imperm ables et donne donc des r sultats plut t pessimistes sur les temp ratures de production temps de perc e plus courts et d crois
13. base PostGIS comprennent Les coordonn es X Y de l ouvrage La date de d but et de fin d activit de l ouvrage Le d bit de l ouvrage Il prend galement en entr e les param tres de la simulation d crits par l utilisateur non stock s dans la base date de d but de la simulation dur e de la simulation pas de temps de restitution des r sultats Les param tres du milieu utilis s pour le calcul stock s dans la base de donn es PostGIS table ParamMilieu Ces param tres comprennent La vitesse d coulement souterrain La direction d coulement souterrain La porosit La transmissivit L paisseur satur e de l aquifere Le r sultat du calcul est bancaris temporairement dans la base de donn es PostGIS table R sultats Il est effac de la base au lancement d une nouvelle simulation x x La presentation du r sultat se fait gr ce un MapServer connect cette base PostGIS Le r sultat de sortie du WebService est compos De lidentifiant du calcul effectu Des coordonn es de la zone calcul e De la perturbation des lignes de courant induite par les ouvrages pris en compte dans le calcul r sultat uniquement catographique Du d placement du front thermique dans le temps r sultat sous forme num rique Durabattement ou surcote de nappe r sultat sous forme x y valeur Elles sont restitu es a l utilisateur sous forme d un tableau de do
14. cnconocononos Exemple du champ d coulement dans le cas de deux doublets et pour diff rentes configurations A pas d coulement r gional B avec coulement regional 6 0 vo 1 4e 7m s C avec coulement r gional 180 vo 1 4e 7m s D avec coulement r gional 6 180 vo 1 4e 5m s E avec coulement r gional 6 50 vo 1 4e 7m s F avec coulement r gional 8 210 vo 1 4e 7m S oocccccccccconononnnnnnnannnnonanennnnnnnnninnns Exemple de trac des isochrones superpos s au champ d coulement pour deux GOUDIEAS c cccccecsceccccecececcccececscaucucecscseaucusecseauausececseauausecscauausenscseauaunenseas Evolution de la temperature de production aux puits d apres les parametres du HVS A A A II eat Impact thermique du fonctionnement d un doublet sur l aquifere Le puits injecteur est situ aux coordonn es 40 40 le puits producteur est positionn aux coordonn es 40 80 La temp rature est repr sent e en variables AGIMENSIONEIE SE rias Mode d application du calcul analytique Vs Liste des tableaux Tableau 1 Param tres du mod le BRGM RP 62946 FR Rapport final 6 21 30 39 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie 1 Introduction Les travaux r cents en mati re d analyse des impacts potentiels de la g othermie de tr s basse nergie assist e par pompe chaleur su
15. de la fonction de courant W z d finie comme la partie imaginaire de la fonction potentielle complexe Le programme consiste calculer une suite de points 2j telle que Vk 0 n p z Y cste 17 Pour se faire en chaque point z on considere la normale unitaire nj a la ligne de courant y et d finie par VW x k J n m 18 Tr ad OX z 19 VW Zj Oy OY La tangente a la ligne de courant est alors d finie par tj tin 20 BRGM RP 62946 FR Rapport final 24 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie Suivant le sens de parcours de la ligne de courant On construit alors les diff rents points le long de la ligne de courant y de la mani re suivante ZZ 2 At 21 Ou A est l incr ment pour avancer le long de la tangente Ce dernier est pris suffisament faible pour approcher correctement la courbe Figure 12 Sch ma de principe du construction d une ligne de courant Par ailleurs le programme n cessite de d finir les points de d part et d arr t pour chaque ligne de courant Les puits dans le plan complexe sont repr sent s par des cercles dont le centre a pour affixe wg et de rayon rg Chacun de ces puits peut donc tre defini par Wp z E C z wgl Tk wp ret j0 E R 22 Le point de d part se situe sur un puits injecteur tel que z w me 23 p z p wi re y 24 Le point d arr t de la li
16. e cf annexe 1 Elle permet de calculer au voisinage de l ouvrage dont on souhaite estimer les impacts la perturbation des lignes de courant caract risant les coulements souterrains r sultante de l influence conjointe du pr l vement ou de l injection effectu e sur cet ouvrage de la direction d coulement r gional et des pr levements injections effectu s sur les ouvrages voisins le d placement du front thermique dans le temps le rabattement ou la surcote de nappe r sultant 2 2 1 Param tres du milieu Les param tres caract ristiques du milieu intervenant dans les calculs sont list s ci dessous o Pi zom trie moyenne o Transmissivite o Vitesse d coulement souterrain o Direction d coulement souterrain Dans les versions ant rieures de l outil analytique ces param tres taient renseign s par l utilisateur au moment de r aliser le calcul d impact BRGM RP 62946 FR Rapport final 10 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie Dans la version 2013 de l outil analytique ils sont pr renseign s pour chaque maille d un maillage carr kilom trique couvrant l extension compl te de l aquif re consid r IIS sont ainsi stock s sous forme d une g odatabase base de donn es g or f renc es interfac e au code de calcul L utilisateur est donc affranchi de la connaissance pr cise et quantitative du contexte hydrog ologique
17. e du BRGM Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie Synthese Les travaux r cents en mati re d analyse des impacts potentiels de la g othermie de tr s basse nergie assist e par pompe chaleur sur les eaux souterraines et le sous sol ont mis en vidence un certain nombre de lacunes quant aux moyens disponibles pour encadrer cette fili re en plein essor et forts enjeux et lui assurer un d veloppement durable respectueux des differents usages et garant de la pr servation quantitative et environnementale des ressources en eaux souterraines Un d ficit d outils op rationnels de gestion des ressources et usages nerg tiques des eaux souterraines ressort en particulier C est pourquoi l ADEME et le BRGM dans le cadre de la convention nationale ADEME n 1205C0131 ont d cid de financer conjointement le pr sent projet dont l objectif est de contribuer d velopper deux types d outils de gestion des aquiferes exploit s nerg tiquement l observatoire des nappes et des outils de gestion pr dictive des ressources Le pr sent rapport concerne le volet de d veloppement d outils de gestion pr dictive des ressources Le programme 2013 a consist poursuivre le d veloppement des outils analytiques initi en 2010 pour les aquiferes monocouches nappe libre et qui s av rent les plus pertinents pour des utilisateurs non experts par exemple les administratio
18. es puisque l outil est h berg sur un serveur central et ne devront pas tre d ploy es sur chaque poste utilisateur Il sera possible de partager les param tres d une simulation gr ce a l enregistrement de ceux ci sous forme de fichier Certains param tres de calcul sont pr configur s et non modifiables par les utilisateurs tel qu indiqu dans la partie Fonctionnement du point 2 2 2 Cela permet de contr ler les param tres de simulation afin de garantir leur pertinence BRGM RP 62946 FR Rapport final 16 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie Ouvrages ES Ouvrage 1 Ouvrage 2 Ouvrage 3 gt Ouvrage 4 Ouvrage 5 Ouvrage 6 Ouvrage 7 Ouvrage 8 gt Ouvrage 9 r Ouvrage 10 Ouvrage 11 jr Ouvrage 12 Ouvrage 13 Ouvrage 14 Ouvrage 15 f 2 Ouvrage 16 T R Ur E PES ae lt F b Ouvrage 17 Ouvrage 18 Ouvrage 19 Ouvrage 20 b Ouvrage 21 OG OOOODOOOOOOOOOOOO0O00 T Ajouter un ouvrage gp Lancer une simulation Figure 7 R sultat d un scenario test a 21 ouvrages en service BRGM RP 63147 FR Rapport final 17 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie 3 Outils de gestion pr dictive d aquiferes forte densit d exploitations de basse energie 3 1 INTRODUCTION Le dimensionnement d une operation de geothermie en aquife
19. eur exploitabilit Pour ce faire deux actions principales ont t r alis es interfacage de l outil avec une base de donn es propre l aquifere consid r et renseignant les param tres de calculs analyse de la faisabilit de la mise en ligne de l outil Concernant les outils plus sp cifiques pour la g othermie basse nergie un code de calcul impl ment en Python relativement simple et tr s peu couteux en temps de calcul a t d velopp permettant d acc der tr s rapidement au champ d coulement entre les puits au trac des fronts thermiques et de calculer la d croissance thermique aux puits de production Il repose n anmoins sur un certain nombre d hypotheses comme un aquif re avec des propri t s homog nes et isotropes paisseur transmissivit et ne fonctionne que pour un coulement permanent Par ailleurs la version actuelle d velopp e du code n int gre pas ce stade les changes thermiques avec les pontes imperm ables et donne donc des r sultats plut t pessimistes sur les temp ratures de production temps de perc e plus courts et d croissance plus marqu e L volution future sera l int gration des changes conductifs avec les pontes Il pourra alors tre propos comme outil d valuation des impacts hydrauliques et thermiques aux bureaux d tudes sous sol en charge des tudes de faisabilit lors de la r alisation de nouveaux projets de g othermie sur aquiferes captifs p
20. gne de courant y est tel qu il existe un puits w tel que IZ wl sh 25 On d finit alors comme tant le dernier point de la ligne de courant le point q p w He p 27 Le programme proc de ainsi ligne par ligne en parcourant l ensemble des puits injecteurs Le calcul du champ d coulement sera d autant plus pr cis qu on augmente le nombre de ligne de courant calculer partant de chaque injecteur et que l incr ment A le long d une ligne de courant est faible La Figure 13illustre des exemples de calcul du champ d coulement pour deux doublets juxtaposes et differentes valeurs et directions de l coulement regional Wy Tye 26 BRGM RP 63147 FR Rapport final 25 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie Figure 13 Exemple du champ d coulement dans le cas de deux doublets et pour diff rentes configurations A pas d coulement r gional B avec coulement r gional B 0 vo 1 4e 7m s C avec coulement r gional 180 vo 1 4e 7m s D avec coulement r gional 180 vo 1 4e 5m s E avec coulement r gional B 50 vo 1 4e 7m s F avec coulement r gional B 210 vo 1 4e 7m s 3 4 CALCUL DES ISOCHRONES ET DE LA TEMPERATURE DE PRODUCTION 3 4 1 Calcul des isochrones Une fois le champ d coulement d termin il est possible de calculer le d placement au cours du temps du front t
21. hermique Pour ce faire il est n cessaire de d terminer le temps de parcours d une particule de froid le long d une ligne de courant Chaque ligne de courant tant d finie par une s rie de points zik E 0 n on peut calculer le temps coul entre chaque position successive Al Av Al ea u 2 At BRGM RP 62946 FR Rapport final 26 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie vti v Av 2 pal avec v dz Ces approximations sont correctes si on consid re un incr ment A infinit simal Une fois que Pon a calcul les temps associ s chaque point qui constitue la ligne de courant on peut tracer pour un pas de temps t donn les contours d isovaleurs reliant chaque point l instant t et d finissant l avanc e progressive du front thermique T t k t k 17T A Z gkt1 Z k 28 t k 1 l ok t k 1 l ok La figure 13 montre un exemple de champ d ecoulement sur lequel on a trace les isochrones pas de 3 ans pour deux doublets g othermiques et ayant les caract ristiques suivantes Parametres Valeur Unit Epaisseur de l aquifere D bit doublet 1 11 P1 Debit doublet 2 l2 P2 Porosite Temperature initial C Temperature de reinjection C Vitesse ecoulement regional m s Direction ecoulement Capacit calorifique de l eau J m3 C Capacit calorifique de la roche J m3 C Tableau 1 Param tres du mod le
22. l quation 3 caract rise les changes thermiques avec les pontes semi infinies cf Figure 9 10 0 4 0 2 fr 0 D Pata Den Figure 10 Courbe de recyclage d un doublet thermique en fonction de la contribution des pontes d apres Landel et Sauty 1978 BRGM RP 62946 FR Rapport final 22 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie 3 3 CALCUL DU CHAMP D ECOULEMENT 3 3 1 D finition de la fonction potentiel complexe et vitesse complexe Dans le cas d un aquif re ayant une conductivit hydraulique constante uniforme et isotrope on peut d finir la fonction potentielle par p Kh 4 Avech z z la charge hydraulique Dans ce cas la loi de Darcy et l quation de diffusion en permanent peuvent respectivement s crire fluide incompressible U VQ 5 Vo 0 6 q est donc une fonction harmonique et il existe une fonction holomorphe dont elle est la partie r elle On appelle fonction potentielle complexe de coulement cette fonction d finie par Mz plz ipz p y ipl y 9 Ou la fonction Y appel e fonction de courant v rifie les conditions de Cauchy ap _ 0d ox dy 7 ap _ ap ay 8 La fonction de vitesse complexe est definie par _ ar z v z v z u iv 11 O u et v sont les composantes du vecteur vitesse et d finies par cause 12 Oy OX __ Ow _ 0p OX Oy 3 3 2 Expression du potentiel comp
23. lexe de l ecoulement La fonction potentielle complexe permet de calculer des champs d ecoulement complexes par superposition d ecoulements elementaires addition des fonctions complexes de chaque type d coulement plan Ainsi dans le cas de l exploitation geothermique avec une multitude de puits la fonction potentielle complexe s crit Q Pt Liz log z zi 14 i est l indice du puits consid r zi la localisation dans le plan complexe du puits Q le d bit positif pour un puits de reinjection ou n gatif pour un puits de production BRGM RP 63147 FR Rapport final 23 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie h l paisseur de l aquifere Par ailleurs afin de tenir compte de l coulement r gional qui peut tre important pour les aquif res superficiels contrairement aux aquif res captifs profonds o il est souvent n glig on consid re le cas g n ral de l expression de la fonction potentielle T 2 Uz Xi log z z 15 U v e v cos isin 16 Avec vo le module de la vitesse et l angle par rapport l axe des x mesure dans le sens trigonom trique Figure 11 R 0 0 E 0 0 Figure 11 Exemple d un doublet avec superposition de l coulement naturel de la nappe 3 3 3 Calcul du champ d coulement Avec les principes nonc s pr c demment on peut calculer le champ d coulement entre plusieurs puits partir
24. local La base de donn es compte Une table Grille d crivant les propri t s g om triques des mailles de la base Une table OUVRAGES d crivant les forages consid rer dans les calculs et leurs param tres d exploitation o Nom de l ouvrage o Nature de l ouvrage o Localisation de l ouvrage coordonn es g ographiques x y maille de la grille laquelle il appartient o D bit d exploitation en m h n gatif dans le cas d un pompage positif dans le cas d une injection o Date de mise en service o Date d arr t de fonctionnement Une table GRADIENT d crivant les propri t s physiques du milieu utilis es dans les calculs d impacts o Gradient de nappe o Perm abilit o Direction d coulement souterrain Une table GEOMETRIE d crivant la g om trie de l aquifere o Position du toit de l aquifere o Position du mur de l aquifere o Epaisseur satur e de l aquifere o Pi zom trie de r f rence de l aquifere o Porosite o Transmissivit o Debit d exploitation maximum autoris o Zones o l exploitation n est pas envisageable mailles d exclusion L outil de calcul proprement dit est transposable n importe quel aquif re tandis qu une base de donn e propre chaque aquif re consid r devra tre tablie 2 2 2 Mise en ligne de l outil analyse de faisabilit Afin de rendre accessible via internet l outil d valuation des impacts de la
25. ment ou r chauffement progressif des Epontes figure 8 T e bon es ad odaf qu as Figure 9 Schema d volution de la temperature en un point de l aquif re avec et sans pertes thermiques dans les pontes d apr s Landel et Sauty 1978 Si il n y a pas diffusion au sein de l aquifere les points de raccordement des deux courbes a l axe des abscisses concordent 3 2 3 Expression de la temperature en un point de l aquifere La temp rature en un point de l aquifere l instant t est donn e par Gringarten Landel et Sauty 1974 TY ST PrCr qay un erfc pace x we t trrone 2 Cette equation est obtenue en considerant un tube de courant infiniment mince limite par les lignes de courant y et y dw et de surface dS entre le puits de r injection et le point consid r trront d signe la date d arrivee du front thermique en ce point 4 PaCa gt h x dS front prCr 4 dy En posant les grandeurs adimensionnelles suivantes PST Ti To C ds Eu PFUF y zu ve PA Ca hD dy en BRGM RP 63147 FR Rapport final 21 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie ads avec dSp en Konz Prer X Pla qh KRPFCF D On peut alors calculer la temperature au puits de production en appliquant la loi des m langes sur les lignes de courant arrivant aux puits l instant tp To f a Erfc e x A to ao ay 3 Le param tre A dans
26. nn es apparaissant a l cran partir d un clic sur le point de restitution BRGM RP 63147 FR Rapport final 13 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie Demonstrateur Web Un d monstrateur Web de l outil a t cr ll reprend la charte des sites web satellites du BRGM et integre une carte permettant de visualiser les resultats des calculs effectu s avec le module de calcul Le fond de carte correspond au scan 25 IGN La limite d extension de l aquifere consid r est galement report e Les forages r pertori s en BSS sont visibles l cran Il est disponible l adresse suivante http impactgth brgm rec fr GTH Sram WJuvrages Je Obrgm Figure 2 Interface du d monstrateur web e Fonctionnement L interface se d coupe en deux parties Une partie cartographique situ e a gauche pr sentant une espace permettant de d finir les positions des ouvrages de mani re manuelle et de visualiser les r sultats de la simulation Une partie Ouvrages droite permettant d ajouter des ouvrages de visualiser la liste des ouvrages ajout s pour ventuellement en modifier les caract ristiques ou bien en supprimer et enfin une option pour lancer une simulation Manipulation des ouvrages Le bouton Ajouter un ouvrage permet d ajouter un ouvrage au centre de la carte L utilisateur peut ensuite d placer cet ouvrage de deux fa ons soit en effectuant
27. ns charg es de la gestion des ressources en eau et du sous sol Ils permettent d valuer les perturbations des coulements souterrains sous l influence de nouvelles exploitations ainsi que des d placements de fronts thermiques autour de forages d injection Ces outils pourront galement trouver un int r t aupr s d utilisateurs experts bureaux d tudes sous sol pour acc der rapidement a de premiers ordres de grandeur sur les impacts hydrauliques et thermiques calcul de pre evaluation pr alables au dimensionnement La poursuite de leur d veloppement comprend Leur interfa age avec une base de donn es permettant de d crire les param tres du milieu selon un maillage de laquif re Ce compl ment permet d affranchir l utilisateur de la connaissance physique fine de l aquifere concern par le calcul d impact sa traduction en langage de programmation Dot Net permettant de tester sa mise en ligne et le test de sa mise en ligne pour v rifier la possibilit de le diffuser via internet En compl ment aux outils pr c dents en 2013 un code de calcul impl ment sous Python a t d velopp sur la base de la solution analytique propos e par Gringarten Landel et Sauty 1974 1975 1978 Cet outil permet en plus du calcul du champ d coulement et du d placement du front thermique de calculer l volution de la temp rature au puits de production ll repose n anmoins sur un certain nombre d hy
28. our de l ouvrage L quation permettant le calcul du champ de vitesses hydrauliques est la suivante Vi V gt V j Q V 2 I1 A Ad j Equation 1 Vitesse locale V en fonction de la vitesse de Darcy de l coulement r gional Vj m s V la composante de la vitesse d coulement au point de calcul associ e au forage voisin j Qj le debit du forage j dj la distance du forage j au point de calcul m h l paisseur productrice de l aquif re m Point d initiation des calculs max 360 m d injection dont 0 on calcul l impact dj voisin j Figure 17 Mode d application du calcul analytique w 5 2 D g c wv 2 o W Les donn es n cessaires ce calcul sont issues de diff rentes sources distance du forage j au point de calcul d donn e produite par le SIG d bit du forage j Q donn es fix es par l utilisateur dans l interface de gestion des ouvrages paisseur productrice de l aquifere h ou paisseur mouill e donn e fournie dans la base de donn es des param tres du milieu Vitesse r gionale Va donn es fournies dans la base de donn es des param tres du milieu calcul es partir des donn es locales de pi zom trie de perm abilit et d paisseur satur e d aquifere e tape 2 calcul du positionnement du front thermique Le positionnement du front thermique est calcul selon le code de calcul ci dessous cha
29. poth ses comme celle d un aquif re avec des propri t s homog nes et isotropes paisseur transmissivit et il ne fonctionne que pour un coulement permanent D autre part la version actuelle d velopp e du code n integre pas ce stade les changes thermiques avec les pontes imperm ables et donne donc des r sultats plut t pessimistes sur les temp ratures de production temps de perc e plus courts et BRGM RP 63147 FR Rapport final 3 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie d croissance plus marqu e L volution future sera l int gration des changes conductifs avec les pontes Il pourra alors tre propos comme outil d valuation des impacts hydrauliques et thermiques aux bureaux d tudes sous sol en charge des tudes de faisabilit lors de la r alisation de nouveaux projets de g othermie sur aquif res captifs profonds ou superficiels Par ailleurs le d veloppement d un outil num rique utilisant un mod le conceptuel du r servoir similaire mais incluant l h t rog n it en termes d paisseur et de transmissivit constituera a terme un outil compl mentaire pour une tude pr liminaire plus pouss e ou une tude d interactions entre ouvrages BRGM RP 62946 FR Rapport final 4 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie Sommaire E 1HFOQUCHON ie 2 Outils de gestion pr dictive d aquiferes forte
30. que pas de temps partir du nuage de points et du champ de vitesse r gional direction g n rale des coulements Les param tres d entr e n cessaires ce calcul sont d taill s ci dessous BRGM RP 63147 FR Rapport final 39 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie D V x t Equation 2 Distance parcourue par le front thermique D en m au bout du pas de temps de calcul t Le param tre temps de simulation est renseign par l utilisateur dans l interface de gestion des ouvrages quand il renseigne la date de fin de fonctionnement de l ouvrage sur lequel porte le calcul d impact e tape 3 calcul de l impact hydraulique L impact hydraulique rabattement provoqu par un pr l vement d eau souterraine et surcote provoqu e par une injection d eau dans l aquifere est valu a l aide de l approximation logarithmique de Jacob h D t O In 2 25 T t AT S D ATt Domaine de validit u gt 1 00 avec u D2S Avec h D t charge de la nappe niveau d eau pi zom trie la distance D du forage d exploitation au bout du temps t d exploitation au d bit Q D distance au puits d exploitation ou est calcul l impact T transmissivit du milieu S coefficient d emmagasinement quation 3 Approximation de Jacob Evaluation des impacts hydrauliques d une exploitation au d bit Q pendant un temps t Le calcul est effectu
31. r les eaux souterraines et le sous sol ont mis en vidence un certain nombre de lacunes quant aux moyens disponibles pour encadrer cette fili re en plein essor et forts enjeux et lui assurer un d veloppement durable respectueux des differents usages et garant de la pr servation quantitative et environnementale des ressources en eaux souterraines Un d ficit d outils op rationnels de gestion des ressources et usages nerg tiques des eaux souterraines ressort en particulier Ce rapport pr sente les r sultats du volet outils de gestion pr dictive des ressources exploit es en g othermie de basse tr s basse nergie le volet Observatoire de nappes est trait dans un second rapport BRGM RP 62946 FR Concernant la tr s basse nergie le d veloppement d outils analytiques avait t initi sur support SIG entre 2009 et 2011 Ils permettaient d valuer les perturbations des coulements souterrains naturels induites par de nouvelles exploitations et tenant compte des exploitations existantes Ils permettaient galement d estimer les rabattements ou surcotes de nappes autour d ouvrages de pr l vement ou d injection et les d placements de fronts thermiques cons cutifs Ce type d outil trouvant un cho favorable aupr s des utilisateurs cibl s administrations charg es de la gestion des ressources en eau souterraine le BRGM et l ADEME ont d cid en 2013 d en poursuivre le d veloppement en am liorant l
32. rant donn d limit par deux lignes BRGM RP 63147 FR Rapport final 19 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie de courant y et w Av peut tre d crite par une fonction unidimensionnelle dans l aquif re Te S t et par une fonction a deux dimensions Pe S z t dans les pontes S tant la surface comprise entre le point courant M l instant t du tube de courant et le point d injection Figure 8 S est ainsi utilise pour parametrer la fonction de courant et sert de coordonnee le long de celle ci lignes de courant puits da production puits d injaction Figure 8 Schema illustrant un tube de courant reliant un puits injecteur et producteur d apres Gringarten et Sauty 1975 L equation diff rentielle r gissant la temperature de l eau dans un tube de courant est obtenue par l criture du bilan thermique sur un element du tube compris entre les surfaces Set S AS equation 1 Soit OT S z t y y y y R AS pac hAS TY S t At Ty St p C q Ty S t Ty S AS t 2K A variation temporelle local du stock de chaleur bilan des flux d nergie transport par le fluide au d bit q a PC dans le volume d aquif re hAS entrant l abscisse S et sortant en S AS iiaa A des Qui en faisant tendre AS et At vers 0 donne OT S z t aT S t IT S t agg eR a at as Le premier terme a gauche represente donc le stockage de la chaleur le second
33. re superficiel ou profond est r alis par la mod lisation des impacts hydrauliques et thermiques de l op ration dans son environnement Si le traitement par m thode num rique est le plus souvent indispensable du fait de la nature h t rog ne du r servoir et des conditions aux limites il est souvent utile de pouvoir acc der rapidement des premiers ordres de grandeur sur les impacts hydrauliques et thermiques Le pr sent chapitre d crit l impl mentation d un code de calcul en langage Python pour l coulement permanent et le transport de chaleur en transitoire dans un aquif re lors du pompage et de la r injection d un fluide une temp rature diff rente de celle de Paquif re Le trac des lignes de courant du d placement du front thermique et la temp rature au puits de production sont d termin s dans l hypoth se de la convection pure dans l aquifere Ce programme est d velopp sur la base de la solution analytique propos e par Gringarten Landel et Sauty 1974 1975 1978 3 2 DESCRIPTION DU MODELE MATHEMATIQUE 3 2 1 Conditions de validite du modele 1 L aquif re est suppos homogene isotrope et d une paisseur uniforme dans le plan horizontal Les pontes au dessus et en dessous de l aquif re sont suppos es imperm ables l coulement et d tendue infinie dans la direction verticale Le systeme est donc sym trique par rapport au plan m dian de l aquif re 2 Le d bit est suppos tre constant
34. respondent une valuation des rabattements surcotes pi zom triques associ s aux scenarii d exploitation simul s et l valuation d une variation de temp rature d aquifere induite par l exploitation Le SIG restitue les r sultats de calcul le pilotage du mod le et la d finition des scenarii d exploitation simul s o prototype 4 les param tres de calcul des impacts hydrauliques et thermiques sont fournis par le mod le num rique r sultats de son calage Ils sont redistribu s l chelle souhait e via le SIG Le SIG r alise les calculs dimpacts codification analytique Ces calculs aboutissent l valuation de rabattements surcotes associ s aux scenarii d exploitation simul s et a l valuation d un d placement de front thermique non l valuation d une variation de temp rature d aquifere induite par l exploitation Ces outils prototypes 1 et 4 sont inf od s au mod le num rique qui fournit les param tres du milieu ce qui impose des contraintes leur mise disposition et une certaine complexit d utilisation pour les utilisateurs de type non experts Leur mise en uvre est surtout int ressante quand des mod les hydrodynamiques pr existent lls ne peuvent qu tre associ s a une exploitation par un utilisateur expert Deux outils prototypes 2 et 3 mettant en uvre des m thodes de calcul purement analytiques o Prototype 2 couplage SIG calcul analytique vecteurs vitesse
35. rofonds ou superficiels Le d veloppement d un outil num rique utilisant un mod le conceptuel du r servoir similaire mais incluant l h t rog n it en termes d paisseur et de transmissivit constituera terme un outil compl mentaire pour une tude pr liminaire plus pouss e ou une tude d interactions entre ouvrages SIG Systeme d Information G ographique BRGM RP 63147 FR Rapport final 7 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie 2 Outils de gestion pr dictive d aquiferes forte densit d exploitations de tres basse nergie 2 1 RAPPEL DES TRAVAUX ANT RIEURS Le partenariat ADEME BRGM de la p riode 2009 2010 a permis de d velopper de nouveaux outils d valuation des impacts pr visibles de la g othermie tres basse nergie sur les aquiferes superficiels a partir de l association d outils SIG et d outils de calculs num riques et analytiques Quatre outils permettant une valuation des impacts hydrauliques et thermiques de l exploitation geothermique des aquiferes la repr sentation cartographique a diff rentes chelles de ces impacts et l archivage de ces donn es ont t d velopp s Deux outils associant SIG et mod lisation num rique prototypes 1 et 4 o prototype 1 les param tres de calcul des impacts hydrauliques et thermiques ainsi que les r sultats des calculs d impacts sont fournis par un mod le num rique Les r sultats cor
36. s de l aquif ere et des roches encaissantes sur la temperature de l eau au puitsde production d un doublet hydrothermique Rapport BRGM 78 SGN 405 GTH Naukenova A 2013 Development of an analytical tool for predicting the displacement of the thermal front and production temperature decline for geothermal exploitation Report of internships graduation ENSG Nancy July 2013 BRGM RP 63147 FR Rapport final 33 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie 6 ANNEXES BRGM RP 63147 FR Rapport final 35 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie ANNEXE 1 M thode de calcul des impacts thermiques et hydrauliques dite des vecteurs vitesse BRGM RP 63147 FR Rapport final 37 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie Les calculs codifi s dans le SIG sont r alis s en 3 tapes calcul du champ de vitesses hydrauliques puis calcul du positionnement du front thermique puis calcul des rabattements et surcotes piezometriques e tape 1 calcul du champ de vitesses hydrauliques Le champ de vitesses hydrauliques r sultantes de l influence des prelevements injections r alis s sur l ouvrage dont on souhaite calculer l impact de l coulement r gional et des pr levements injections r alis s sur les ouvrages voisins cf Figure 17 est calcul sur un nuage de points r partis aut
37. s hydrauliques et thermiques de la g othermie de basse tr s basse nergie Concernant la g othermie de tr s basse nergie sur aquiferes superficiels nappes libres forte variabilit hydrodynamique diff rents prototypes d outils avaient t d velopp s depuis 2009 Ils mettaient en uvre des m thodes de calcul num riques ou analytique coupl es un support cartographique SIG La consultation d utilisateurs potentiels a montr que les outils analytiques pr sentent un int r t certain pour les gestionnaires institutionnels des ressources en eaux souterraines comme supports d aide a la d cision identification d incompatibilit s flagrantes de certains projets avec la preservation de la ressource et de l exploitation existante identification de projets n cessitant des expertises particuli res En 2013 la poursuite des d veloppements a port essentiellement sur l am lioration de lexploitabilit d un outil analytique pour des utilisateurs non experts en hydrog ologie ne disposant pas de l ensemble des donn es de description des aquif res g rer avec Linterfagage de l outil une base de donn e decrivant certains param tres physiques caract ristiques de l aquifere consid r et n cessaires l valuation des impacts des exploitations geothermiques piezometrie moyenne transmissivit vitesse d coulement souterrain direction d coulement souterrain dans le cadre d un aquifere monocouche surf
38. sance plus marqu e L volution future sera l int gration des changes conductifs avec les pontes Il pourra alors tre propos comme outil d valuation des impacts hydrauliques et thermiques aux bureaux d tudes sous sol en charge des tudes de BRGM RP 63147 FR Rapport final 31 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie faisabilit lors de la r alisation de nouveaux projets de g othermie sur aquiferes captifs profonds ou superficiels Le d veloppement d un outil num rique utilisant un mod le conceptuel du r servoir similaire mais incluant l h t rog n it en termes d paisseur et de transmissivit constituera terme un outil compl mentaire pour une tude pr liminaire plus pouss e ou une tude d interactions entre ouvrages BRGM RP 62946 FR Rapport final 32 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie 5 Bibliographie Gringarten A C Landel P A Sauty J P 1974 Programme CADOULAL Simulation transitoire d un doublet hydrothermique place dans un coulement naturel avec fuites thermiques travers les pontes Manuel d utilisation BRGM 74 SGN 336 GTH Gringarten A C and Sauty J P 1975 A theoretical study of heat extraction from aquifers with uniform regional flow Journal of Geophysical Research vol 80 no 35 Landel P A et Sauty J P 1978 Etude de l influence des caract ristiques physique
39. t de mise en ligne Pour plus de details sur chacun des outils on pourra se r f rer au rapport Outil d valuation de l impact hydraulique et thermique de l exploitation g othermique de tr s basse nergie des aquif res superficiels ann e 2 Rapport final mars 2011 BRGM RP 59700 FR Ces outils ont t pr sent s en 2012 un comit d utilisateurs potentiels constitu s de gestionnaires des ressources en eaux souterraines de diff rents territoires DREAL DDT Agence de lEau conseils g n raux et r gionaux communaut s d agglomerations ce qui a permis de mettre en vidence l int r t predominant des outils analytiques pour l identification d incompatibilit s flagrantes de certains projets avec la preservation de la ressource et de l exploitation existante ou encore pour l identification de projets n cessitant des expertises particuli res Dans ce contexte le BRGM a propos de poursuivre en 2013 le d veloppement d un outil analytiques partir du prototype 2 vecteurs vitesses pour les rendre accessibles aux utilisateurs cibl s administrations charg es de la gestion des aquiferes superficiels en mettant l accent sur la repr sentation des r sultats de calculs sous forme d isovaleurs linterfa age avec une base de donn es relative aux param tres du milieu l acc s via internet 2 2 D VELOPPEMENTS 2013 La m thode de calcul analytique utilis e est celle dite des vecteurs vitess
40. terme les flux entrant et sortant par convection et le terme a droite quantifie les pertes thermiques par conduction vers les deux pontes On a not hpaCa QPFCr e q le flux passant travers le tube de courant d limit par les lignes de courant Y and Y Ay m s o TO S t la temp rature dans l aquif re en un point M d abscisse S C e i S z t la temp rature des pontes l altitude z la verticale du point d abscisse S C e h paisseur de l aquif re m e pC la capacit calorifique volumique de l aquif re J m C e pCr la capacit calorifique volumique du fluide J m Cl e Kp conductivit thermique des pontes W m C BRGM RP 62946 FR Rapport final 20 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie Si l on n glige les pertes thermiques dans les pontes on a alors un front thermique abrupt de i y i C R type piston se d pla ant la vitesse a F X o la vitesse apparente du fluide vitesse de Darcy vitesse de filtration et d un facteur Mn gt par BEN a vitesse r elle du fluide avec amp la porosit de l aquifere Dans le cas ou la chaleur peut diffuser dans les pontes le front ne sera plus abrupte le refroidissement ou r chauffement de laquif re sera retard zone de transition entre la temperature initiale et la temp rature de r injection du fait du refroidisse
41. un BRGM RP 62946 FR Rapport final 14 Outils de gestion pr dictive des impacts de la g othermie basse tr s basse Energie glisser d poser directement sur la carte en cliquant sur l ouvrage et en le d pla ant sans rel cher le bouton de la souris puis en rel chant le bouton de la souris lorsque la position de l ouvrage est celle d sir e soit en entrant directement les coordonn es de l ouvrage dans les entr es X et Y du formulaire de l ouvrage puis en cliquant sur le bouton Mettre jour l ouvrage Ajouter un ouvrage Figure 3 Bouton Ajouter un ouvrage Pour modifier les caract ristiques d un ouvrage l utilisateur doit changer les valeurs des entr es du formulaire attach l ouvrage coordonn es g ographiques d bit date d entr e en service date de mise hors service paisseur d aquifere Le pictogramme 2 Attention indique l utilisateur que les modifications qu il a effectu ne sont pas encore prises en compte n cessitant ainsi un appuie sur le bouton Mettre jour l ouvrage Ouvrage 1 ss X 582159 31472419 Y 2327 763 9039624 D bit m3 h 110000 Date d but 94 2014 Date fin 9412024 Epaisseur 15 Aquifere m ds Mettre jour l ouvrage Figure 4 Modification d un ouvrage Le pictogramme Effacer permet de supprimer un ouvrage Lancement d une simulation Le bouton Lancer une simulation permet de lancer une
42. x puits producteurs des doublets d apr s les donn es du tableau 1 temperature degC 0 5 10 15 20 25 30 time years Figure 15 Evolution de la temp rature de production aux puits d apr s les param tres du tableau 1 3 9 R SOLUTION NUM RIQUE D UN MOD LE CONCEPTUEL Nous avons galement entrepris de d velopper un second code reposant sur certaines hypoth ses conceptuelles retenues dans le mod le pr c dent savoir e un coulement permanent 2D dans l aquifere e un transfert thermique purement convectif dans l aquif re e un transfert thermique diffusif monodimensionnel dans les pontes L coulement permanent est alors r solu de mani re num rique dans l aquif ere ce qui reste tr s acceptable en termes de temps de calcul mais permet de consid rer une transmissivit variable En r utilisant des d veloppements effectu s dans le projet de d veloppement SCOTT de la Direction de la Recherche du BRGM on peut aussi utiliser des solveurs parall les permettant de consid rer des maillages importants tout en gardant des temps de r solution tr s comp titifs Une fois le champ d coulement obtenu les transferts thermiques sont ensuite r solus en transitoire dans l aquifere et les pontes La r solution tant galement num rique on peut consid rer la fois des pontes semi infinies et des pontes interm diaires finies On obtient alors non seulement l volution de la temp rature au niveau des
Download Pdf Manuals
Related Search