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Les 10 découvertes de 2019

Une batterie thermique pour les habitants du Nunavik

09-01-2020

Nicolò Giordano, la doctorante Mafalda Miranda et Jasmin Raymond mesurent la température du sous-sol dans un puits. Photo: Chrystel Dezayes

Grâce aux travaux de spécialistes de la géothermie, chauffer les villages du Grand Nord du Québec avec de l’énergie solaire stockée dans le sous-sol n’est plus une idée tirée par les cheveux.

Le diésel est partout dans le Grand Nord québécois : il alimente centrales thermiques, fournaises et autres chaudières qui font désordre dans les vastes étendues blanches. Sans son précieux apport, les quelque 13 000 habitants des 14 communautés du Nunavik ne pourraient notamment pas réchauffer leur eau. Survivre sans diésel est impensable. Chaque année, à Kuujjuaq, ce sont 54 000 L de ce carburant qui brûlent dans les chaudières.

Jasmin Raymond, professeur au Centre Eau Terre Environnement de l’Institut national de la recherche scientifique (INRS), et son stagiaire postdoctoral Nicolò Giordano veulent réduire cette dépendance au diésel. Ils misent sur les énergies renouvelables et sur une mystérieuse « batterie thermique », située 30 m sous terre.

« Le stockage thermique souterrain permet d’accumuler de l’énergie sous nos pieds pendant l’été, alors que sa production par le solaire est possible. Puis, durant l’hiver, on utilise l’énergie stockée pour chauffer des bâtiments », explique Jasmin Raymond, titulaire de la Chaire de recherche sur le potentiel géothermique du Nord à l’INRS.

La technologie est déjà employée un peu partout. Mais on ignorait si elle pouvait être implantée au-delà du 55e parallèle, où de larges pans du sous-sol sont gelés en permanence. Leur étude, publiée dans la revue Applied Energy, démontre que oui.

Simulations encourageantes

Ils ont attaqué la question avec des modélisations − la technologie n’est pas encore assez avancée pour être implantée −, non sans d’abord s’être rendus à Kuujjuaq pour y échantillonner des sols adjacents à un lac duquel les habitants tirent leur eau. Puis ils ont évalué les propriétés thermiques de ces sols. Finalement, ils ont effectué des analyses géophysiques afin de déterminer la disposition optimale des échangeurs de chaleur, ces forages de 105 mm de diamètre dans lesquels on insère des tuyaux où circule de l’eau qui distribue la chaleur.

Les deux chercheurs ont ainsi pu concevoir un modèle capable de prédire les performances d’un système de stockage thermique souterrain dans des conditions de climat subarctique. Leurs simulations sont encourageantes : il est possible de combler 50 % des besoins en chauffage de l’eau potable du village en hiver grâce à la chaleur produite par des panneaux solaires pendant l’été. On parle d’économies annuelles de l’ordre de 7 000 L de diésel ! « Selon nos simulations, l’injection de chaleur fait passer la température du sous-sol de 1 °C à environ 25 °C à la fin de l’été. Le cycle s’inverse quand on retire cette chaleur pendant la saison froide, au bout de laquelle la température redescend à 5 °C », analyse Nicolò Giordano.

La prochaine étape : établir un système de démonstration au Nunavik même. Le défi est de taille, car le coût de forage pour cette technologie, qui est d’environ 900 000 $ dans le sud du Québec, serait de l’ordre de 1,8 million dans le Nord. Sans parler de l’absence d’expertise locale et d’équipement de forage sur place.

Le jeu en vaut néanmoins la chandelle : les économies à long terme sur les coûts de chauffage de divers bâtiments sont alléchantes et l’on diminuerait la dépendance de ces communautés aux livraisons de combustible du Sud. « La technologie pourrait théoriquement être utilisée pour chauffer les arénas, les centres communautaires et même les serres destinées à l’agriculture nordique », indique Nicolò Giordano, optimiste.

À gauche: Nicolò Giordano et Ines Kanzari, une étudiante, installent un système de localisation par satellite. À droite: Analyse des carottes de forage pour évaluer la stratigraphie du sous-sol. Photos: Jasmin Raymond, Chrystel Dezayes

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