Le Geotop - Offre de thèse de doctorat en hydrogéologie – géothermie

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Offre de thèse de doctorat en hydrogéologie – géothermie

Validation expérimentale d’un modèle thermo-hydro-géochimique de puits à colonne permanente. Approches géochimique et isotopique.

Les puits à colonne permanente (PCP) sont des systèmes géothermiques de basse température (jusqu’à 500m de profondeur) qui utilisent l’eau souterraine comme fluide caloporteur afin de chauffer et climatiser des bâtiments. Ce faisant, ils sont jusqu’à trois fois plus efficaces que les systèmes géothermiques de basse température traditionnels, tels que les puits en boucle fermée qui représentent 90% des installations au Canada. Les PCP permettent également de réaliser d’importantes économies tant au niveau de la construction (2 à 5 fois) que des frais d’exploitation (de l’ordre de 100 000 kWh/an par puits). D’autre part, au-delà des gains financiers associés aux PCP, leur réel potentiel réside dans leur capacité à être intégrés aux bâtiments déjà construits en zones urbaines denses où l’installation de puits en boucle fermée n’est pas possible. Néanmoins, malgré leur potentiel élevé, les PCP sont peu utilisés au Canada en raison notamment des risques géochimiques potentiels inhérents à l’utilisation de l’eau souterraine en milieu carbonaté, telles les régions de Montréal et de Toronto.

L’École Polytechnique de Montréal a développé au cours des dernières années des approches novatrices de modélisation thermo-hydro-géochimique pour simuler l’opération d’un PCP et anticiper les phénomènes de précipitation/dissolution de minéraux au sein des installations, favorisées par les conditions d’opération (pression, température, oxygène dissous, vitesse de l'eau, etc.). Ces modèles ont été largement validés avec des solutions de référence numériques, mais n’ont pas fait l’objet d’une validation expérimentale qui permettrait de confirmer leur validité et de rassurer la communauté sur la qualité des outils de conception mis à leur disposition.
Le but du présent projet est d’utiliser des approches de pointe issues de l’hydrogéologie isotopique, inédites en géothermie, afin de quantifier certains aspects clés pour l’optimisation du fonctionnement d’un PCP en conditions réelles d’utilisation. Pour ce faire, le candidat aura accès au laboratoire mobile de géothermie (LMG) de Polytechnique Montréal, une installation unique au monde conçue pour reproduire l’opération d’un bâtiment d’une dizaine d’étages, couplée à des PCP installés à proximité de Montréal. Il pourra ainsi acquérir des données de haute qualité en conditions réelles d’opération, tout en contrôlant la majorité des conditions limites du système. Le candidat aura accès aux laboratoires analytiques du GEOTOP, centre de recherche en géochimie et géodynamique, pour réaliser les analyses élémentaires (SF6) et isotopiques du carbone (13C), de la molécule d’eau (2H et 18O), du strontium (87Sr et 86Sr) et du radon (222Rn).

Le projet s’articulera autour de trois axes principaux :
- Quantification du taux de renouvellement de l’eau du PCP par l’aquifère régional: ce paramètre a une influence considérable sur la composition géochimique de l’eau du puits, ainsi que sur l’impact d’un PCP sur la qualité des eaux souterraines.
- Quantification des échanges gazeux avec l’atmosphère en tête de forage en réponse aux sursaturations transitoires au sein du PCP: ces échanges exercent un contrôle fort sur les processus de précipitation-dissolution et devraient être mieux régulés par les échanges avec l’eau souterraine.
- Quantification des cinétiques de précipitation-dissolution de la calcite au sein des installations (échangeur de chaleur, tuyaux ou puits) : cet axe expérimental in-situ permettra de mieux situer ces processus au sein d’une dynamique fortement transitoire d’utilisation des puits.

Le candidat sera supervisé par le professeur Paul Baudron (École Polytechnique de Montréal) et co-supervisé par les professeurs Florent Barbecot (UQAM-GEOTOP) et Philippe Pasquier (École Polytechnique de Montréal). Il bénéficiera ainsi d’un encadrement multidisciplinaire par des spécialistes des différentes disciplines requises pour mener à bien ses travaux. À l’issue de ses travaux, un minimum de trois publications scientifiques est attendu.

Le candidat recherché doit avoir un baccalauréat, maîtrise ou Master en génie géologique, en géologie, en hydrogéochimie, en hydrogéologie, en géochimie, en géothermie, ou en chimie environnementale. Un parcours équivalent dans les domaines chimiques ou physiques pourra être envisagé si le candidat montre un fort intérêt pour l’hydrogéologie. Des connaissances en géochimie isotopique et/ou en géothermie sont un atout. Le candidat devra être autonome, flexible, proactif, et être capable de travailler en équipe.
Financement assuré pour 3 ans, pour un début à partir du 1er janvier ou 1er mai 2017.

Pour soumettre votre candidature, faites parvenir CV + lettre de motivation + lettres de recommandations par courriel à l’adresse suivante : Prof. Paul Baudron, Département des génies civil, géologique et des mines – École Polytechnique de Montréal, paul.baudron@polymtl.ca

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