Utiliser la chaleur pour produire de la chaleur… ou du froid!

Au Canada, les secteurs primaire et manufacturier de l’industrie consomment à eux seuls pratiquement la moitié de la consommation totale d’énergie, générant ainsi environ le tiers des émissions de gaz à effet de serre. En adoptant des technologies novatrices de cogénération ou de récupération de chaleur, les entreprises de ces secteurs pourraient réaliser des gains en efficacité énergétique de l’ordre de 18 à 26 %.

Les professeurs Sébastien Poncet et Mikhail Sorin du Département de génie mécanique de l’Université de Sherbrooke ne comptent pas s’arrêter à ces chiffres : avec leur équipe, ils travaillent pour accroître les performances des systèmes énergétiques. À l’horizon : réduire la consommation en combustibles fossiles et contribuer au développement durable en aidant les industries à pouvoir bénéficier d’outils numériques prédictifs leur permettant de concevoir leurs futurs procédés.

Mais comment arriver à des résultats concrets dans un contexte économique qui contraint souvent les entreprises à investir dans l’amélioration de leur production plutôt que dans l’efficacité énergétique? Comment résoudre de façon intégrée les problématiques économiques et énergétiques?

Pendant cinq ans, la Chaire de recherche du CRSNG en efficacité énergétique industrielle tentera notamment à répondre à ces questions. Sous la direction du Pr Sébastien Poncet, la Chaire s’anime d’énergies nouvelles avec l’aide des partenaires Hydro-Québec, CanmetÉNERGIE de Ressources naturelles Canada et Rio Tinto Alcan. Le programme de recherche de la Chaire porte sur le développement de composants de systèmes industriels de réfrigération, de stockage et de transport d’énergie thermique. Au total, il s’agit d’un investissement de 2,4 M$.

Le programme de recherche de la Chaire se développera en étroite collaboration avec le programme de recherche de cinq ans du CRSNG RDC (Recherche et développement coopérative), toujours avec les mêmes partenaires industriels. Le chercheur principal est le Pr Mikhail Sorin, et son programme, qui bénéficie d’une subvention totale d’environ 2,3 M$, porte sur les systèmes de récupération et de valorisation des rejets thermiques ainsi que sur la diminution de la consommation énergétique des procédés industriels.

Mêmes intérêts, mêmes enjeux

« Les développements technologiques qui résulteront des travaux de la Chaire seront ensuite intégrés, de façon optimale, dans les différents systèmes de conversion, de valorisation, de stockage et de transport de l’énergie thermique, puis dans les procédés industriels pour en améliorer l’efficacité énergétique. D’un côté, on a l’aspect fondamental, et, de l’autre, on a l’aspect appliqué, résume le professeur Sorin. Les deux programmes sont fortement inter reliés ».

Production de froid et chaleur résiduelle

Afin d’atteindre ses objectifs, la Chaire orientera principalement ses activités vers le développement des composants de systèmes industriels de réfrigération, de revalorisation, de stockage et de transport d’énergie thermique, identifiés dans le cadre d’un précédent mandat (des éjecteurs, des coulis de glace, des régénérateurs poreux pour la réfrigération magnétique). Elle optimisera ces composants grâce à des études expérimentales et numériques. « Le coulis de glace, par exemple, permet la production et le transport du froid, système pouvant être utilisé pour la conservation des aliments ou dans le secteur biomédical, a précisé le professeur Sébastien Poncet. Aussi, la réfrigération magnétique, domaine de recherche en plein essor, sera étudiée dans le cadre de la Chaire. Technologie plus efficace, plus économique et plus respectueuse de l’environnement, elle pourrait permettre aux réfrigérateurs domestiques d’être deux fois plus efficaces tout en n’utilisant aucun gaz. En plus, elle permettrait de réduire les factures d’énergie et diminuerait les émissions indirectes de gaz à effet de serre de la réfrigération domestique. »

En ce qui concerne le programme RDC, le professeur Sorin explique : « Au cours des cinq prochaines années, mon équipe de recherche se penchera sur les systèmes de récupération et de valorisation des rejets thermiques, principalement dans les alumineries et les industries des pâtes et papiers. Les développements prévus sont orientés vers la revalorisation de la chaleur résiduelle, la création du froid et la production d’électricité, toujours à partir de la chaleur résiduelle ».

Prendre appui sur les résultats précédents

De 2006 à 2011, le Département de génie mécanique a accueilli une première Chaire CRSNG en efficacité énergétique sous la responsabilité du professeur Nicolas Galanis, avec les mêmes partenaires industriels. Elle a produit plusieurs avancées scientifiques et technologiques, ainsi que des retombées directes pour l’industrie. À titre d’exemple, citons une démonstration de la technologie de coulis de glace réalisée en 2010 à l’entrepôt frigorifique de Moisson Montréal. Le renforcement de ce partenariat avec le renouvellement de la chaire et le financement du programme RDC va permettre d’exploiter le plein potentiel de ces résultats, d’explorer de nouvelles voies d’optimisation énergétique et de former une vingtaine de personnels hautement qualifiés qui constitueront la relève scientifique dans les industries ou les centres de recherche canadiens ou québécois de demain.

« Au Canada, le secteur industriel est le plus énergivore, génère le plus de richesse et contribue à la plus grande partie des émissions de gaz à effet de serre. De plus, il n’existe pas au Canada de groupe universitaire qui s’intéresse à l’utilisation efficace de l’énergie dans l’industrie par une approche multi-énergie. C’est pourquoi nous avons choisi de nous concentrer sur le volet industriel», conclut le professeur Poncet.

« Cette Chaire aura des retombées majeures pour le développement de connaissances et la formation de personnel hautement qualifié, explique Jacques Beauvais, vice-recteur à la recherche, à l’innovation et à l’entrepreneuriat. Elle s’inscrit parfaitement dans notre stratégie de soutien aux partenariats et de développement de l’entrepreneuriat dans le domaine de l’efficacité énergétique, un élément clé du thème porteur des énergies renouvelables. »