Projet de carottes de glace au pôle Sud
RenewAire ERV fonctionne à -40°F et augmente le débit d’air de la salle de forage de 40% – sans consommer d’énergie supplémentaire.
Publié : 24 août 2017
En bref
Projet :
Projet de carottes de glace au pôle Sud
Lieu de travail :
Pôle Sud
L'industrie :
Recherche scientifique
Installation de VRE RenewAire :
- EV300
Résultats clés :
- Fonctionnement à -40°F
- Il a fonctionné sans problème et n’a pas eu besoin d’être dégivré.
- Débit d’air de 287 CFM, soit une augmentation de 40 % sans consommation d’énergie supplémentaire.
Vue d'ensemble
Dans le but de comprendre les changements dans la chimie atmosphérique, le climat et la biogéochimie, la National Science Foundation (NSF) des États-Unis a créé le South Pole Ice Core Project (SPICE Core). SPICE Core consiste en deux saisons de forage de trois mois chacune (novembre à janvier) de 2014 à 2016. Le projet récupérera une carotte de glace du pôle Sud, en Antarctique, à une profondeur de 1 500 mètres, afin d’étudier les isotopes stables, les aérosols et les gaz atmosphériques sur une période d’environ 40 000 ans.
Grant Boeckmann, ingénieur mécanicien au sein du Ice Drilling Design and Operations Group du Space Science and Engineering Center de l’université du Wisconsin, est un membre essentiel de l’équipe SPICE Core. Boeckmann a travaillé sur la conception de la manipulation des fluides et de la ventilation de la foreuse et, quelques semaines avant le début du forage en 2014, il s’est rendu à la station du pôle Sud pour préparer le site de forage. Il est l’un des principaux opérateurs de la foreuse.
Défis en matière de ventilation
« Nous devions trouver une solution avec un taux de renouvellement d’air élevé pour ventiler la salle de forage avec une consommation d’énergie minimale ». – Grant Boeckmann, ingénieur mécanicien et opérateur de forage
Le forage de la carotte de glace consiste en un processus en deux parties : un forage à sec jusqu’à 200 mètres et un forage humide au-delà. Un fluide de forage est ensuite introduit dans le trou de forage pour compenser le retrait de la carotte de glace et maintenir l’équilibre de la pression. Le forage humide empêche l’effondrement du trou de forage et aide à lubrifier la foreuse lorsqu’elle traverse de la glace de plus en plus dure.
Une fois le forage humide commencé, un défi majeur de ventilation s’est posé dans la salle de forage : trouver un moyen d’éliminer l’odeur accablante du fluide de forage, ainsi que la vapeur induite par la chaleur qui provoquait de graves irritations des yeux et de la peau. « Nous devions trouver une solution avec un taux de renouvellement d’air élevé pour ventiler la salle de forage avec une consommation d’énergie minimale », a déclaré M. Boeckmann.
La nécessité d’une ventilation efficace a créé un autre défi : trouver une solution capable de résister au froid rigoureux du pôle Sud. Il fallait donc pouvoir fonctionner à des températures atteignant -40°F pendant la saison de forage et jusqu’à -117°F pendant les mois où il n’y a pas de forage. En outre, il était essentiel de ne pas avoir à dégivrer le système pendant le fonctionnement, car cela aurait interrompu le flux d’air dans la salle de forage, ce qui aurait rendu l’utilisation de la foreuse très inconfortable.
Solution RenewAire
Pour trouver la bonne solution, il fallait trouver un moyen de ventiler l’air à l’intérieur de la salle de forage aussi rapidement que possible, avec une mise en garde : seuls sept kilowatts d’énergie étaient disponibles pour alimenter le système de chauffage et de ventilation de la salle de forage. Le ventilateur devait donc être aussi efficace que possible sur le plan énergétique, sans oublier d’être rentable en raison d’un budget limité.
Boeckmann a été chargé de trouver une solution de ventilation et a mené une recherche approfondie pour identifier la meilleure option possible qui permettrait d’économiser de l’énergie, d’atteindre les températures souhaitées dans la salle de forage et le taux de renouvellement d’air maximum. Après une étude approfondie, il a décidé que la meilleure option serait un ventilateur à récupération d’énergie (VRE) RenewAire.
Un ERV RenewAire a été sélectionné sur la base de ses principaux facteurs de différenciation :
- Technologie à noyau enthalpique et à plaque statique : Grâce à la technologie de cinquième génération, les flux d’air sont physiquement séparés et la chaleur et l’humidité qui seraient autrement perdues passent efficacement d’un flux d’air à l’autre ; en outre, le fluide de forage ne peut pas repasser dans le flux d’air entrant.
- Capacité à fonctionner à des températures glaciales : Il ne faisait aucun doute que l’ERV fonctionnerait dans les températures extrêmement froides du pôle Sud.
- Pas besoin de dégivrer : Comme il n’y a pas de bacs à condensats, il n’est pas nécessaire de dégivrer, ce qui rend le fonctionnement de la VRE simple et facile, et réduit le temps et les coûts d’entretien.
- Efficacité énergétique : La VRE économe en énergie peut fournir de l’air frais à des niveaux d’énergie minimaux.
- Débit d’air accru : Un rendement élevé permet à la VRE d’atteindre le débit d’air maximal sans dépenser d’énergie supplémentaire.
- Rentabilité : Le faible coût de la VRE s’inscrit dans le cadre du budget.
- Fabriqué aux États-Unis : RenewAire fabrique ses VRE – plus de 180 000 dans le monde entier – à Madison, WI, dans une usine 100% éolienne qui est l’un des rares bâtiments certifiés LEED, Green Globes et ENERGY STAR dans le monde, minimisant ainsi l’empreinte environnementale globale de la production et de la distribution.
« RenewAire a su répondre à tous nos besoins et je recommande vivement ses services. – Grant Boeckmann
M. Boeckmann a travaillé en étroite collaboration avec l’équipe du service clientèle de RenewAire pour sélectionner le meilleur VRE pour le projet, et a même visité le siège social de la société, qui se trouvait à proximité de son bureau de Madison, dans le Wisconsin. Il a été déterminé que le VRE EV300 de RenewAire serait le plus judicieux car la gamme de débit d’air correspondait aux exigences de ventilation du projet.
« Il a été très facile de travailler avec l’équipe de RenewAire », a déclaré M. Boeckmann. « J’ai pris contact très tôt avec un représentant du service clientèle qui m’a beaucoup aidé dès le début. Il a répondu à mes courriels et m’a montré toutes les différentes options lors de ma visite au bureau. RenewAire a su répondre à tous nos besoins et je recommande vivement ses services.
Une fois le problème de ventilation résolu, M. Boeckmann s’est rendu au pôle Sud pour installer le site de forage, y compris le VRE. Le site de forage a été construit à environ un mètre de profondeur dans le sol et a été appelé par l’équipe la tranchée de forage. À l’intérieur de la tranchée se trouvait la salle de forage où se déroulait le forage proprement dit. Le VRE a été installé dans la partie supérieure de l’un des murs de la salle de forage pour fournir de l’air frais et de la chaleur à l’équipe de forage.
« Le VRE RenewAire a dépassé les attentes de l’équipe. – Grant Boeckmann
Résultats
La VRE RenewAire a été introduite une fois que le forage humide a commencé au début du deuxième mois (décembre 2014) de la première saison de forage de trois mois. Elle a fonctionné par équipes de 10 heures et, selon Boeckmann, « la VRE RenewAire a fonctionné au-delà des attentes de l’équipe. »
Boeckmann a indiqué que « le VRE a parfaitement fonctionné dans les températures glaciales », qui se situaient en moyenne entre -4°F et -22°F et pouvaient descendre jusqu’à -40°F. De plus, comme le VRE n’a pas de bacs à condensats ni de tuyaux d’évacuation, et que la technologie du noyau empêche la formation d’eau liquide, aucun dégivrage n’a été nécessaire.
En outre, afin d’assurer une efficacité optimale du flux d’air, Boeckmann a installé deux chauffe-conduits. L’un à l’entrée de la VRE pour préchauffer l’air entrant à environ 0°F, ce qui était recommandé par un ingénieur de RenewAire, et l’autre à la sortie de la VRE pour chauffer l’air à la température souhaitée dans la salle de forage. Lorsqu’il n’était pas utilisé pendant l’intersaison, le VRE a supporté des températures pouvant descendre jusqu’à -117°F sans aucune complication.
« La meilleure chose à propos du VRE RenewAire est qu’une fois qu’il est en marche, vous n’avez plus à y penser. – Grant Boeckmann
Boeckmann a déclaré que le VRE était une bête de somme qui maintenait la température de la salle de forage entre 40°F et 70°F et fonctionnait parfaitement. « Le meilleur aspect du VRE RenewAire est qu’une fois qu’il est en marche, vous n’avez plus à y penser », a-t-il remarqué. « Nous n’avons pas eu à dégivrer le noyau et il n’y a pas eu de cycles de gel à gérer. Le VRE a été très facile à manipuler et a fonctionné tout au long de l’opération sans aucun problème.
De plus, au niveau d’énergie alloué de sept kilowatts alimentant le système de chauffage et de ventilation de la salle de forage, le VRE a augmenté le débit d’air dans la salle de forage de 40 % par rapport à l’absence de VRE. L’équipe de forage a ainsi pu bénéficier de l’air frais et des températures modérées dont elle avait besoin pour faire fonctionner la foreuse sans interruption pendant les 10 heures de travail.
Boeckmann a également indiqué que l’entretien de la VRE était minime. « Le noyau a été vérifié deux fois au cours de la saison et il n’y a eu aucun problème », a-t-il déclaré. « Tout s’est déroulé et a fonctionné comme prévu.
Conclusion
Le projet SPICE Core permettra aux scientifiques de mieux prédire l’avenir de notre climat – et le VRE RenewAire joue un rôle essentiel dans la réalisation de ce projet. Sans le VRE à haut rendement énergétique qui améliore la qualité de l’air intérieur de la salle de forage, il aurait été extrêmement inconfortable pour les foreurs de descendre à plus de 200 mètres de profondeur. Boeckmann partage cet avis et conclut : « La VRE RenewAire a très bien fonctionné dès le départ, et nous sommes heureux qu’elle nous accompagne jusqu’à la fin du projet, lorsque nous aurons atteint notre objectif de 1 500 mètres et 40 000 ans. »
Prochaines étapes
Le projet SPICE Core a terminé une saison de forage et il en reste encore une. À ce jour, l’équipe a foré jusqu’à une profondeur de 736 mètres, avec une qualité de carotte de glace généralement excellente. Déjà 600 mètres ont été expédiés au National Ice Core Laboratory (NICL) à Denver, CO, à des fins de recherche.
En ce qui concerne le VRE RenewAire, Boeckmann indique qu’il sera utilisé pendant toute la saison de forage à venir, à partir de novembre 2015. En améliorant la qualité de l’air intérieur de la salle de forage de manière économe en énergie, le VRE RenewAire aide le projet à atteindre son objectif de forage jusqu’à 1 500 mètres et de sécuriser un enregistrement environnemental s’étendant sur 40 000 ans.
Études de cas récentes
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Sécurité publique : Commissariat de police de Wasilla
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Collectivités locales : Mairie de Prairie du Sac