La pollution thermique souterraine pourrait être exploitée pour atténuer le changement climatique

Le secret pour chauffer efficacement certains bâtiments pourrait se cacher sous nos pieds, dans la chaleur que les humains ont par inadvertance emmagasinée sous terre.

Tout comme les villes réchauffent l’air environnant, provoquant îlots de chaleur urbainsles infrastructures humaines réchauffent également la terre sous-jacente (SN : 27/03/09). Maintenant, une analyse des sites de puits d’eau souterraine à travers l’Europe et certaines parties de l’Amérique du Nord et de l’Australie révèle qu’environ quelques milliers de ces endroits possèdent un excès de chaleur souterraine qui pourrait être recyclée pour chauffer les bâtiments pendant un an, rapportent des chercheurs le 8 juillet à Communication Nature.

De plus, même si les humains parvenaient à éliminer toute cette pollution thermique accumulée, les infrastructures existantes sur environ un quart des sites continueraient à réchauffer suffisamment le sol pour que la chaleur puisse être récoltée pendant de nombreuses années à venir. Cela pourrait réduire la dépendance aux combustibles fossiles et aider à atténuer le changement climatique.

Ce travail montre l’impact que le recyclage de la chaleur souterraine pourrait avoir s’il était exploité à grande échelle, déclare l’hydrogéologue Grant Ferguson de l’Université de la Saskatchewan à Saskatoon, au Canada, qui n’a pas participé à l’étude. “Il y a beaucoup de potentiel inexploité là-bas.”

La chaleur s’échappe dans le sous-sol à partir des racines chaudes de structures telles que les bâtiments, les parkings et les tunnels, et à partir de surfaces artificielles telles que l’asphalte, qui absorbent le rayonnement solaire. À Lyon, en France, par exemple, des chercheurs ont découvert en 2016 que les infrastructures humaines réchauffaient les eaux souterraines de plus de 4 degrés Celsius.

Les scientifiques ne comprennent pas entièrement comment la pollution thermique modifie les environnements souterrains. Mais le réchauffement du sous-sol peut faire en sorte que des contaminants, tels que l’arsenic, se déplacent plus facilement dans les eaux souterraines.

L’extraction de la pollution thermique pourrait être réalisée en acheminant les eaux souterraines vers des pompes à chaleur en surface. L’eau, réchauffée sous terre par toute cette chaleur piégée, pourrait alors réchauffer les bâtiments en libérant de la chaleur dans leurs intérieurs plus frais, explique Susanne Benz, scientifique environnementale à l’Université Dalhousie à Halifax, au Canada.

Exploiter la chaleur souterraine de cette manière pourrait fournir à certaines communautés un moyen fiable et à faible consommation d’énergie pour chauffer leurs maisons, a déclaré Benz. « Et si nous ne l’utilisons pas, il continuera simplement à s’accumuler », dit-elle.

Benz et ses collègues ont analysé la taille de la population, la demande de chauffage et la température des eaux souterraines dans plus de 6 000 emplacements, dont la plupart se trouvaient en Europe. Les chercheurs ont découvert qu’à environ 43 % des emplacements – principalement ceux situés à proximité de zones très peuplées – suffisamment de chaleur s’était accumulée dans les 20 premiers mètres de la terre pour satisfaire une année de la demande de chauffage locale.

Curieux de la durabilité, les chercheurs ont également identifié des endroits où le flux continu de chaleur dans le sous-sol – et pas seulement la pollution thermique stockée – était élevé. Leurs calculs montrent que si toute la chaleur accumulée était d’abord extraite, la chaleur qui continuait à s’échapper de l’infrastructure existante pourrait être récupérée à environ 25 % des 6 000 emplacements. Dans 18 % des emplacements, cette chaleur recyclée pourrait satisfaire au moins un quart de la demande de chauffage de la population locale.

Construire des systèmes pour tirer parti de la pollution thermique humaine aujourd’hui pourrait un jour aider les résidents à récolter la chaleur du changement climatique, selon les chercheurs.

À l’aide de projections climatiques pour la fin du siècle, l’équipe a sondé la faisabilité de l’extraction de la chaleur souterraine dans un monde plus chaud. Dans le scénario de réchauffement le plus optimiste envisagé, qui suppose un pic d’émissions de gaz à effet de serre vers 2040, les chercheurs ont découvert que le changement climatique réchaufferait suffisamment le sol d’ici la fin du siècle pour que le recyclage de la chaleur souterraine à 81 % des sites étudiés puisse répondre à plus de plus du quart de la demande de chauffage des habitants. S’il n’y a aucun effort pour réduire les émissions, ce nombre passe à 99% des sites.

Bien que les chercheurs se soient principalement concentrés sur l’Europe, Benz dit que d’autres continents possèdent probablement aussi une chaleur souterraine abondante qui pourrait être exploitée. En Europe et ailleurs, le recyclage de la chaleur pourrait être plus réalisable dans les zones suburbaines, dit-elle, où il y a suffisamment de chaleur souterraine accumulée pour aider à répondre aux demandes de chauffage locales et de l’espace pour installer des systèmes de recyclage de la chaleur.

Pour l’avenir, Benz prévoit d’étudier si le refroidissement du sous-sol peut aider à réduire les températures au-dessus du sol dans les environnements urbains. “Cela pourrait en fait être un petit outil supplémentaire pour contrôler [aboveground] chaleur urbaine.



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