Malgré les nombreuses études menées au cours des dix dernières années sur le stockage souterrain, certains verrous scientifiques et techniques demeurent, tels que l’efficacité énergétique du stockage inter-saisonnier en sous-sol, notamment en ce qui concerne les phénomènes hydrologiques. De plus, le contrôle et le pilotage d’un système complexe composé de nombreux éléments, tel que le type d’échangeurs géothermiques sur boucles fermées, la nature du fluide caloporteur, l’implémentation de pompes à chaleur (PAC) haute-température (CO2 ou HFO) ou de machines à sorption, les systèmes de stockage tampon court-termes, le réseau de distribution et les différents modes de contrôle/commande pour différents usages (chauffage et production ECS) des bâtiments, représentent des verrous importants dans l’optimisation à la fois du dimensionnement et du pilotage du système.
Le projet vise à développer des solutions de modélisation pour améliorer cette connaissance, tout en s’appuyant sur des données mesurées issues d’un démonstrateur à l’échelle 1 actuellement en exploitation à Cadaujac, proche de Bordeaux. Les objectifs consistent à proposer des méthodes de calcul permettant d’aider à la conception du système complet, même à des stades très précoces, lorsque relativement peu d’informations sont disponibles.
Le projet comporte quatre macro-tâches techniques et scientifiques visant à :
- Étudier les différents cas d’utilisation du stockage d’énergie souterrain à haute température sur boucles fermées, en évaluant les différentes échelles, niveaux de température, capacités de stockage, ainsi que les KPI utilisés pour évaluer la viabilité des projets.
- Étudier les comportements thermiques du système du stockage d’énergie souterrain à haute température, en étudiant l’impact des phénomènes hydrologiques et en évaluant les pertes thermiques pour différentes profondeurs, milieux et orientations des échangeurs souterrains sur boucles fermées. Cette tâche comporte également une dimension expérimentale. Il s’agit d’exploiter les données recueillies sur le démonstrateur de Cadaujac pour asseoir la méthodologie et valider un modèle d’échangeur avec le sol.
- Développer une méthode de dimensionnement d’un système thermique hybride complet, en prenant en compte les paramètres de conception, les données d’usage, les critères de taux de couverture des besoins en énergie renouvelable, ainsi que les modes de pilotage et de contrôle/commande.
- Exploiter et valoriser les résultats obtenus, notamment en développant un outil de dimensionnement simplifié, bien documenté et modulable, et en communiquant les résultats pour améliorer la visibilité auprès de prospects intéressés par la capacité de stockage qu’offre la géothermie comme source d’énergie de décarbonation.
Une équipe pluridisciplinaire s’est constituée pour mener à bien ce projet, en partenariat avec le laboratoire I2M de l’Université de Bordeaux et Nobatek/INEF4.
La thèse va traiter les quatre macro-tâches du projet, son objectif principal est de développer une méthode de dimensionnement et d’optimisation d’un système de stockage géothermique pour la décarbonation des bâtiments. Le travail se concentre sur l’analyse des différents cas d’utilisation du stockage géothermique, l’étude du comportement thermique du système de stockage souterrain, ainsi que la modélisation et l’optimisation d’un système thermique hybride complet.
L’objectif est de développer un outil numérique simplifié et bien documenté qui permettra aux professionnels de concevoir des systèmes de stockage géothermique intersaisons pour répondre aux besoins de décarbonation des bâtiments. La méthodologie proposée sera validée sur les données réelles issues du site de stockage géothermique existant à Cadaujac et les résultats seront valorisés par une communication scientifique et technique.