Numerical modeling of deep geothermal systems at supercritical

Numerical modeling of deep geothermal systems
at supercritical conditions
Mario César Suárez Arriaga
Faculty of Physics and Mathematical Sciences
Michoacan University – UMSNH.
Photo prise à la faculté de Mathématiques:
- Mario César Suárez Arriaga
- A. Ouabadi (Doyen de la faculté des Sciences de la terre,
de la géographie et de l’aménagement du territoire,
K.Boukhetala (Doyen de la Faculté de Mathématiques),
- Participant du secteur utilisateur à la conférence
Abstract
Deep submarine energy is related to the existence of hydrothermal vents emerging in many places along
the oceanic spreading centers between tectonic plates. These systems have a total length of about 65,000
km in the oceanic crust; they contain huge amounts of energy and support rich biological communities at
depths where living organisms cannot use sunlight for photosynthesis. Seafloor hydrothermal circulation
is the principal agent of heat and mass transfer from the Earth’s crust to the ocean and one of the primary
modes of interaction between the solid earth and the ocean/atmosphere system. Submarine geothermal
energy embraces both near-surface reservoirs found at depths of between one and 50 m and deep
hydrothermal resources at a depth of 2000 m below sea level or more. The fluids contained in the latter
deep systems are found at supercritical thermo-dynamic conditions, at more than 400°C and pressures
larger than 220 bar. These reservoirs could provide up to fifteen times as much power, per unit of volume,
as the geothermal fluids used today. Supercritical geothermal energy will enable the generation of
electricity on an efficient, economical basis through special advanced turbine-generators on the ocean
floor. The intention of this conference is to provide a basic description of the main characteristics and
preliminary evaluation of an enormous geothermal source that has never been used on Earth.
Keywords: deep geothermal, submarine geothermal systems, energy potential, supercritical
thermodynamic conditions. Modelage numérique des systèmes hydrothermaux.

Modelado numérico de sistemas geotérmicos profundos en condiciones supercríticas
Resumen
Una de las formas de la energía geotérmica profunda está relacionada a la existencia de fuentes
hidrotermales emergentes en muchos lugares a lo largo de los centros de dispersion océanica entre las
placas tectónicas. La longitud aproximada de estos sistemas en la corteza oceánica es de 65,000 km,
contienen enormes cantidades de energía y soportan ricas comunidades biológicas a profundidades donde
los organismos no pueden hacer fotosíntesis. La circulación hidrotermal submarina es la principal fuente
de transferencia de masa y energía de la corteza terrestre hacia los mares y es uno de los modos de
interacción primarios entre continentes, océanos y atmósfera. La energía geotérmica submarina abarca un
amplio abanico de profundidades, desde sistemas superficiales entre 1 y 50 m, hasta reservorios a más de
2000 m bajo el nivel del mar. Los fluidos submarinos profundos se encuentran a condiciones
termodinámicas supercríticas, a más de 400°C, con presiones mayores a 220 bar. Estos sistemas podrían
brindar quince veces más energía térmica por unidad de volumen, que el fluido geotérmico utilizado
actualmente. La energía geotérmica, empleada en condiciones arriba del punto crítico del agua, permitirá
la generación de electricidad en forma más eficiente y económica a través de turbinas supercriticas
avanzadas, acopladas a generadores especiales situados en el lecho oceánico. En esta conferencia se
describen las características fundamentales y se presenta una evaluación preliminar de esta enorme fuente
geotérmica, que nunca ha sido usada en la Tierra.
Palabras Clave: geotermia profunda, sistemas geotérmicos submarinos, potencial energético, condiciones
supercríticas
La modélisation numérique des systèmes géothermiques profonds à conditions thermodynamiques
supercritiques
Mario César Suárez Arriaga
Faculty of Physics and Mathematical Sciences
Michoacan University – UMSNH
Résumé
L'énergie sous-marine profonde est liée à l'existence des évents hydrothermaux océaniques émergents
dans de nombreux endroits le long de centres de dispersion entre les plaques tectoniques. Ces systèmes
ont une longueur totale d'environ 65 000 km sur la croûte océanique; ils contiennent d'énormes quantités
d'énergie et sont l'appui des riches communautés biologiques à des profondeurs où les organismes vivants
ne peuvent pas utiliser la lumière du soleil pour faire la photosynthèse. La circulation hydrothermale
océanique est le principal agent de transfert de chaleur et de masse de la croûte terrestre vers l'océan et
l'un des principaux modes d'interaction entre la terre solide et le système océan/atmosphère. L'énergie
géothermique sous-marine comprend à la fois des réservoirs superficiels trouvés à des profondeurs entre
un mètre et 50 m et ressources hydrothermaux profondes à plus de 2000 m au-dessous du niveau de la
mer. Les fluides contenus dans ce dernier type de systèmes profonds se trouvent dans de conditions
thermodynamiques supercritiques, à plus de 400 °C et à des pressions de plus de 220 bars. Ces réservoirs
pourraient fournir jusqu'à 15 fois plus de puissance thermique par unité de volume, que les fluides
géothermiques utilisés aujourd'hui. L'énergie géothermique supercritique permettra la production
d'électricité sur une base plus efficace et économique à travers de turbines avancées spéciales avec des
générateurs placés directement sur le plancher océanique. L'intention de cette conférence est de fournir
une description des bases fondamentales, des modèles mathématiques et les principales caractéristiques
de ces systèmes en montrant une évaluation préliminaire d'une énorme source géothermique qui n'a
jamais été utilisé sur la Terre.
Mots-clés: systèmes géothermiques profonds, le potentiel énergétique sous-marin, conditions
thermodynamiques supercritiques, modelage numérique des systèmes hydrothermaux.