Geothermal potential evaluation in Kuujjuaq of subsurface temperature thermal properties

Ines Kanzari, Nicolo Giordano, Mafalda M. Miranda et Jasmin Raymond, Chrystel Dezayes

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoNiagara 2021: 74th Canadian Geotechnical Conference; 14th joint with IAH-CNC

RÉSUMÉ: Les communautés autochtones éloignées et du nord sont fortement tributaires des combustibles fossiles pour chauffer les bâtiments et recherchent maintenant de nouvelles options énergétiques. Par conséquent, l’objectif de cette recherche était d'évaluer la viabilité des systèmes géothermiques superficiels comme alternative au chauffage des bâtiments à Kuujjuaq, la capitale régionale du Nunavik (Canada). Les travaux de terrain ont été réalisés sous l’angle de la caractérisation afin d’évaluer si de tels systèmes peuvent être aménagés de façon viable dans le sous-sol. Vingt échantillons de sédiments quaternaires et vingt-quatre échantillons de roche ont d'abord été prélevés pour analyser leurs propriétés thermiques en laboratoire. Des données géophysiques ont été obtenues par des levés tomographiques de résistivité électrique pour imager les structures souterraines et identifier la présence de pergélisol. Des profils de température ont été mesurés dans les puits d'eau souterraine disponibles. Les dépôts quaternaires et le roc à Kuujjuaq ont une conductivité thermique faible à modérée, avec des valeurs moyennes de 1,6 et 3,0 W m-1 K-1, respectivement. Les levés géophysiques n'ont révélé aucun signe de pergélisol continu. Un profil de température mesuré jusqu'à 80 m de profondeur a indiqué une température moyenne de 1,3 °C. Les dépôts quaternaires apparaissent un milieu favorable au stockage thermique souterrain alors que la roche mère est ciblée pour l’aménagement de systèmes de pompe à chaleur couplée au sol.

ABSTRACT: Remote and northern indigenous communities are heavily dependent on fossil fuels to heat buildings and are now looking for new energy options. Therefore, the purpose of this research was to evaluate the viability of shallow geothermal energy systems as an alternative for space heating in Kuujjuaq, the regional capital of Nunavik (Canada). Work was conducted from a field characterization perspective, evaluating the suitability of the subsurface to host such systems. Twenty quaternary sediment samples and twenty-four rock samples were initially collected to analyze their thermal properties in the laboratory. Geophysical data were obtained through electrical resistivity tomography surveys to image subsurface structures and identify the presence of permafrost. Temperature profiles were measured in available groundwater wells. Quaternary deposits and rocks in Kuujjuaq have low to moderate thermal conductivity, with average values of 1.6 and 3.0 W m-1 K-1, respectively. Geophysical surveys indicated no evidence of continuous permafrost. A temperature profile measured down to 80 m depth showed an average temperature of 1.3 degC. Quaternary deposits can be a suitable medium for underground thermal energy storage while the bedrock is the preferred target for ground-coupled heat pump systems.

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