Le dispositif de Stockage saisonnier en Aquifère (ATES) de faible profondeur : Application au domaine urbain en contexte de changement climatique

Abstract

Afin d’atténuer le réchauffement climatique, il convient de réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre liées aux activités anthropiques. À l’échelle planétaire, le secteur du bâtiment est responsable d’environ 20 % des émissions de CO2. Dans ce contexte, le système de Stockage d’Énergie Thermique dans les Aquifères (ATES) peu profonds s’avère pertinent pour répondre aux besoins thermiques (chauffage et refroidissement) des bâtiments de taille importante tout en réduisant leurs émissions de gaz à effet de serre.Toutefois, trois questionnements peuvent être soulevés quant à la pérennité des ATES. La première problématique est inhérente au développement des îlots de chaleur souterrains en zone urbaine et de leurs effets sur le fonctionnement à long terme des ATES. Le deuxième point est relatif aux effets du changement climatique à long terme sur la demande thermique du bâtiment et les implications sur le fonctionnement des ATES. Enfin, la caractérisation et le suivi du vieillissement des forages de l’ATES (notamment les problématiques de colmatages et corrosion) apparaissent primordiales dans l’optique d’assurer un maintien de la performance des ouvrages. L’objectif de ces travaux de thèse est de donner des éléments de réponse à ces trois problématiques en développant différents outils. À travers une expérimentation basée sur le déploiement d’un dispositif de mesures thermiques distribuées via un câble de fibre optique placé dans des forages, il a été possible de mettre en évidence les zones colmatées des ouvrages. Ce dispositif peu intrusif pourrait s’avérer pertinent à développer pour un suivi de l’évolution du colmatage. Des stratégies de modélisation analytique et numérique ont été développées afin de mettre en évidence l’effet du réchauffement climatique et de l’artificialisation des sols sur la dynamique thermique du sous-sol en contexte urbain. Ces impacts ont été intégrés dans la modélisation à long terme du fonctionnement d’un système ATES théorique exploitant un aquifère peu profond. Différents scénarios climatiques et d’artificialisation des sols ont été testés. Il ressort que l’impact thermique dans le sous-sol et la performance des forages de l’ATES sont influencés par ces deux facteurs. Les stratégies de modélisation développées sont ensuite appliquées sur l’ATES pilote de l’ENSEGID, pour évaluer l’évolution à long terme du dispositif dans ce contexte de changement climatique. En complément, une analyse en cycle de vie permet de démontrer les bénéfices environnementaux du choix de l’ATES pour ce site, en comparant la solution retenue à d’autres solutions énergétiques plus classique et en remettant le choix local dans un contexte énergétique européen.