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Vue d'un plan de réflexion sur les différentes sources de la géothermie dans le développement des écoquartiers (2011). © BRGM

L’exploitation des eaux minières, une source d’énergie géothermique pour les besoins d’une future zone d’activité : l’exemple de l’ancien carreau de mine du puits Yvon Morandat à Gardanne

16.10.2017
Fermée depuis 2003, l’ancienne mine de charbon de Gardanne est actuellement gérée par le DPSM (Département prévention et sécurité minière du BRGM). L’arrêt partiel des pompages depuis la fin de l’exploitation a contribué à ennoyer les galeries, constituant un important réservoir d’eau dont les températures, selon la profondeur (jusqu’à plus de 1 100 m), peuvent varier de 20 à 30°C.

Diagramme de flux optimum et schéma de principe du système énergétique retenu pour l’exploitation du Puits-Y (H. Lesueur). © BRGM

Diagramme de flux optimum et schéma de principe du système énergétique retenu pour l’exploitation du Puits-Y (H. Lesueur). © BRGM

Objectifs

Cette ressource géothermale potentielle, et encore non-valorisée, a conduit la Ville de Gardanne, dans le cadre de sa politique en faveur des énergies renouvelables, à solliciter le BRGM pour qu’il réalise une étude de faisabilité de l’exploitation des eaux d’une ancienne mine de charbon partiellement ennoyée comme source d’énergie géothermique pour les besoins d’une future zone d’activité (ZA). L’objectif, à terme, est de pouvoir exploiter ce potentiel géothermique afin de satisfaire les besoins en chaud et en froid de la future ZA Morandat, installée au  droit du carreau de mine du puits Yvon Morandat à Gardanne (surface de planchers de 65 500 m² comportant 8 000 m² de locaux rénovés).

Pour caractériser la ressource, évaluer son  adéquation à long terme avec les besoins en surface et mesurer l’impact de son exploitation sur les plans hydraulique, thermique, chimique et bactériologique, le BRGM, au niveau de la préfaisabilité, a été chargé d’examiner les solutions économiques et techniques applicables pour exploiter l’ancien puits de mine. Considéré comme étant étanche, il est caractérisé par sa profondeur (plus de 1 100 m), son diamètre (10 m), un niveau d’eau maintenu à 300 m sous la surface et uniquement deux recettes localisées au fond.

Programme des travaux

L’étude a été décomposée en quatre éléments de mission ponctués par des réunions du comité de pilotage :

  1. Techniques disponibles qui seraient applicables
  2. Cycles thermiques sur le secteur d’étude
  3. Esquisse sommaire de plusieurs dispositifs souterrains envisageables
  4. Estimation sommaire de la réponse thermique du Puits Y

Après avoir écarté les solutions techniques issues du domaine de l’énergie, mais qui ne contribuaient pas au confort thermique de la ZA Morandat, il a été acté que le mode d’exploitation préférentiel du Puits Y consistait à le considérer comme un réservoir de stockage d’énergie thermique (de plus de 60 000 m³) et non comme une ressource géothermique. Sur plusieurs scenarii techniques étudiés, le Comité de pilotage a décidé d’en approfondir trois :

  • Scénario 1 - Le Puits Y est considéré comme un réservoir d’énergie thermique dont le niveau de la température est maintenu suffisamment bas (+/-8°C autour d’une valeur moyenne de l’ordre de 25°C) pour pouvoir être utilisé pour le chauffage, pour l’ECS (eau chaude sanitaire) et pour la climatisation. Ces trois usages recourent à des pompes à chaleur pour adapter le niveau de la température livrée, la distribution de l’énergie thermique se faisant via un réseau en boucle tempérée. Ce système impose que les quantités d’énergie puisées dans le Puits Y pour livrer de la chaleur soient légèrement plus importantes que les rejets thermiques des climatisations qui y sont réinjectés.
  • Scénario 2 - Le Puits Y est considéré comme un réservoir d’énergie thermique dont le niveau de la température est maintenu  relativement haut afin d’autoriser le chauffage par usage direct de la chaleur et de contribuer au fonctionnement de climatisations à adsorption. Ce système implique la disponibilité locale de ressources thermiques renouvelables ou fatales (solaire thermique ou excédents industriels), le Puits Y servant alors de réservoir de stockage tampon. L’analyse a été conduite sur la base d’une énergie thermique fournie par 7 200 m² de panneaux solaires plans.
  • Scénario 3 - Un champ de sondes géothermiques (BTES – Borehole Thermal Energy Storage) intervient en complément ou substitution du Puits-Y ; l’exploitation restant comparable à celle du scénario 1, c’est-à-dire avec une distribution via un réseau en boucle tempérée et à des pompes à chaleur. Toutefois, la température de fonctionnement des ouvrages souterrains peut être inférieure d’une dizaine de degrés à celle du scénario 1.

Résultats obtenus

Pour les trois scenarii examinés, les énergies livrées sont identiques, à savoir 1 844 MWh/an pour le mode chaud et 1 217 MWh/an pour le mode rafraichissement. Les résultats se différencient par la consommation en électricité et une estimation de l’investissement nécessaire.

Scénario 1 :

Consommation d’électricité : 710 MWh/an
Investissement spécifique : 2,3 M€

Scénario 2 :

Consommation d’électricité : 210 MWh/an
Investissement spécifique : 4,7 M€

Scénario 3 :

Consommation d’électricité : 710 MWh/an
Investissement spécifique : 2,0 M€

Lors du dernier comité de pilotage, il a été décidé de retenir définitivement le scénario 1 et de joindre le rapport d’étude au dossier de consultation des entreprises.

PARTENAIRE

SEMAG (Société d’Économie Mixte d’Aménagement Gardanne)

RAPPORT PUBLIC

BRGM/RP-65723-FR - Utilisation géothermique du puits Yvon Morandat - Gardanne - Télécharger le rapport

BRGM - 3 avenue Claude-Guillemin - BP 36009 45060 Orléans Cedex 2 - France Tél. : +33 (0)2 38 64 34 34