17. mars 2012

Essai de pompage haut débit au site du SwissFEL

SwissFEL SwissFEL construction

Le test est destiné à justifier que le prélèvement d'eau n'abaisse pas sensiblement le niveau des eaux souterraines

En fonctionnement, les composants extrêmement précis de la nouvelle grande installation de l'institut Paul Scherrer, le laser à rayon X, SwissFEL, doivent être maintenus à température constante pour que la lumière laser puisse atteindre la qualité requise pour les nouvelles expérimentations scientifiques. Le refroidissement doit pour l'instant être effectué par les eaux souterraines des environs de l'installation. Les calculs ne prédisent qu'un léger abaissement du niveau ne dégradant nullement l'approvisionnement en eau potable des communes de Würenlingen, Döttingen et Klein-Döttingen. Le test de pompage haut débit doit confirmer ces prédictions afin que l'administration cantonale puisse permettre ce prélèvement d'eaux souterraines. En juillet 2012, le puisage d'eau pendant quinze jours doit démontrer l'effet négligeable sur le niveau des nappes phréatiques. Les préparatifs à ce test ont commencé au mois de mars avec le déboisement d'une parcelle du futur site du SwissFEL.

Objectifs du test de pompage

En fonctionnement, les différents sous-systèmes du laser à rayon X, SwissFEL, vont générer énormément de chaleur. Ces calories doivent être évacuées pour garder les températures de l'installation constantes. Il est prévu que l'installation soit refroidie à l'eau et les eaux souterraines locales, dont la température de 12 à 14 °C est pratiquement invariable pendant toute l'année, se sont avérées être la source idéale du refroidissement naturel. La température d'eau de l'Aare à proximité par contre suit les variations saisonnières et devrait, si ses eaux étaient exploitées pour le refroidissement du SwissFEL, être refroidie artificiellement à l'aide d'installations cryotechniques, ce qui non seulement entraînerait des variations des températures d'eau de refroidissement, mais aussi une consommation supplémentaire d'énergie.

Les eaux souterraines ne pourront être utilisées que si les quantités du prélèvement restent raisonnables et ne gênent pas l'alimentation d'autres consommateurs. Les habitants des communes de Würenlingen, Döttingen et de Klein-Döttingen prélèvent leurs besoins en eau potable dans les nappes phréatiques locales. Au débit maximum, calculé pour le refroidissement du SwissFEL, l'expertise hydrogéologique commandée par l'institut Paul Scherrer ne prévoit que 70 cm d’abaissement de niveau. Vu que les nappes phréatiques s'étendent sur environ 20 m de profondeur et vu que leur niveau varie actuellement, sans aucun prélèvement, d’un mètre environ pendant l'année, ce projet ne devrait pas produire d’effets néfastes sur approvisionnement de ces communes. Les résultats de l'expertise vont donc prochainement être confirmés par cet essai de pompage à débit élevé.

Lieu du test de pompage

Le test de confirmation sera réalisé sur le futur site du SwissFEL dans la forêt de Würenlingen. A cet effet, un terrain d'environ 3000 m² (la moitié d'un terrain de football) sera déboisé. Les installations du SwissFEL occuperont une surface de 4,7 ha, y compris celle du test de pompage.

Déroulement du test de pompage

Le test consiste dans le creusement d'un puits devant fournir en continu et pendant deux semaines 50 litres d'eau par seconde, à refouler dans l’Aare. Ce débit correspond à peu près à la moitié de la quantité nécessaire au refroidissement maximum du SwissFEL, pouvant atteindre 95 litres par seconde. Le test peut se limiter à un débit moindre puisqu'il est surtout destiné à vérifier le bien fondé de la méthode ayant servie à évaluer l'abaissement du niveau.

Pendant le test, les niveaux des eaux souterraines seront surveillés aux différents points de prélèvement dans les environs de l'Institut Paul Scherrer. Une fois le test effectué, les mesures sont analysées. Si les résultats correspondent aux prédictions de l'expertise, l'administration cantonale donnera son feu vert à cette application d'ingénierie scientifique des nappes phréatiques. Si contre toute attente, le niveau devait baisser plus que prévu par les calculs, il faudrait avoir recours à une autre méthode de refroidissement du SwissFEL.

Conception et échéancier du test de pompage

L'essai de pompage aura lieu au mois de juillet 2012. Les travaux préparatoires ont débutés au mois de mars. La première phase est destinée au déboisement du terrain et au conditionnement du sol pour permettre l'installation des machines lourdes du forage. Un forage de sondage sera réalisé en avril pour connaître la disposition exacte des strates géologiques à l'emplacement du puits à construire. Ces informations permettront la préfabrication du cuvelage sur mesure du puits. Le forage principal creusera un puits de 1,45 m de diamètre. Après installation du cuvelage préfabriqué, le diamètre intérieur du puits sera de 1,2 mètre. Le cuvelage comportera des trous au niveau des nappes phréatiques pour que les eaux souterraines puissent se déverser dans le puits. Les trous ne sont pratiqués qu'aux niveaux des strates caillouteuses. Aux hauteurs du sable, le cuvelage ne comporte pas de trous pour éviter la pénétration de sable dans le puits. Trois à quatre pompes sont montées dans le puits pour hisser l'eau à la surface. A l'extrémité supérieure du puits, un kiosque n'émergeant qu'à peine de 50 cm du sol naturel, sera prévu. Pour refouler les eaux du puits dans l'Aare, une conduite appropriée sera temporairement posée parallèlement aux chemins forestiers.

Après le test de pompage

A condition que le test soit concluant, le puits servira ultérieurement à l'approvisionnement du SwissFEL en eau de refroidissement. Par contre, la conduite provisoire du refoulement dans l'Aare ne servira plus et sera démontée. L'eau de refroidissement du SwissFEL ne sera pas directement celle du puits, mais une eau spécialement traitée, alimentant plusieurs circuits fermés au sein de l'installation SwissFEL. Cette eau traitée chaude du SwissFEL passera dans des échangeurs thermiques pour y être refroidie par les eaux du puits. L'un de ces circuits fermés passera par une conduite souterraine dans le secteur Est du PSI où son eau chaude servira au chauffage des bâtiments. Toutes les eaux souterraines ayant contribué au refroidissement du SwissFEL en fonctionnement, passent ensuite dans des conduites existantes et seront refoulées dans l'Aare.
Informations supplémentaires
http://www.psi.ch/media/swissfel-le-projet-davenir