Des besoins en froid plus importants que ceux en chaud d’ici 2060

Au Canada, le secteur industriel est responsable d’environ 37 % de la consommation totale d’énergie, et 38 % de cette consommation répond à des besoins en chauffage et en conditionnement d’air. Avec le réchauffement climatique et l’apparition de nouveaux besoins comme le refroidissement des centres de données, les experts s’accordent pour dire que les besoins en froid seront plus importants que ceux en chaud d’ici 2060.

En adoptant des systèmes thermiques qui marqueraient une véritable rupture technologique, les entreprises des secteurs primaire et manufacturier de l’industrie pourraient réaliser des gains importants en efficacité énergétique. Cela permettrait d’envisager une réduction de l’écart entre le Canada et la plupart des pays européens en matière d’intensité énergétique. Des initiatives nationales visent, en outre, la régulation des émissions de gaz à effet de serre et l’adoption de réfrigérants à faible impact environnemental.

Des objectifs ambitieux

Avec le renouvellement de la Chaire de recherche industrielle CRSNG en efficacité énergétique/Hydro-Québec-Ressources naturelles Canada-Emerson, le professeur Sébastien Poncet, du Département de génie mécanique de l’Université de Sherbrooke, travaille avec son équipe à accroître les performances des systèmes énergétiques, par une meilleure conception des composants et par une optimisation des cycles thermodynamiques sous-jacents. L’idée est de réduire la consommation en combustibles fossiles et de contribuer au développement durable par la substitution des réfrigérants classiques, comme les hydrofluorocarbures (HFC), par des réfrigérants à impact environnemental réduit. Les industries bénéficieront également d’outils numériques prédictifs leur permettant de concevoir leurs futurs procédés, développements issus du premier mandat.

Le réflexe des entreprises est bien souvent de mettre l’accent sur une augmentation de productivité au lieu de cibler prioritairement des actions orientées vers une augmentation de l’efficacité énergétique. Et si se préoccuper de notre bilan énergétique pouvait en même temps bonifier l’offre de production ? Pendant cinq ans, ce deuxième mandat de la Chaire de recherche industrielle CRSNG en efficacité énergétique aura justement comme objectif de le démontrer avec l’aide de ses partenaires actuels : le Laboratoire des technologies de l’énergie d’Hydro-Québec (LTE), le centre de recherche CanmetÉNERGIE à Varennes de Ressources naturelles Canada et Emerson. Le programme de recherche de la Chaire porte globalement sur le développement de composants et de systèmes industriels de production et de stockage d’énergie thermique. Au total, il s’agit d’un investissement de près de 2,77 M$. Ce sont une vingtaine étudiants, du baccalauréat jusqu’au postdoctorat, qui seront formés dans ce domaine stratégique au cours de ces 5 années.

Afin d’atteindre ses objectifs, la Chaire orientera plus spécifiquement ses activités vers le développement de composants et de systèmes industriels de production de chaud et de froid (pompes à chaleur, système de réfrigération à éjection), dans la continuité du précédent mandat. Elle optimisera ces composants et ces systèmes grâce à des études combinées expérimentales et numériques.

Des systèmes qui utilisent des matériaux à changement de phase à basse température, par exemple, permettent de remplacer les systèmes de production de froid habituellement utilisés dans les camions transportant les produits congelés et qui consomment de grandes quantités d’énergies fossiles, a précisé le professeur Sébastien Poncet. Le chauffage et la climatisation des bâtiments industriels sont un autre exemple d’application concrète visée par nos travaux.

Bâtir sur des fondations solides

De 2014 à 2019, le Département de génie mécanique a accueilli le premier mandat de cette Chaire CRSNG. Elle a permis la formation de 30 étudiants du baccalauréat au doctorat, ce qui a contribué fortement à consolider la masse critique d’experts en efficacité énergétique au Québec. Les résultats ont été publiés dans plus de 100 articles de revues ou de conférences, et l’excellence des recherches étudiantes a été soulignée par 24 distinctions. Parmi ces résultats, la Chaire a produit plusieurs avancées scientifiques dans la compréhension des mécanismes physiques et le développement d’outils numériques de pointe, ainsi que des retombées directes pour l’industrie sur le transport de coulis de glace hautement concentré, l’injection de gouttelettes dans les systèmes à éjection ou le design des régénérateurs en réfrigération magnétocalorique. Le renforcement de ce partenariat avec le renouvellement de la Chaire va permettre d’exploiter le plein potentiel de ces résultats, d’explorer de nouvelles voies d’optimisation énergétique et de former une vingtaine de personnes hautement qualifiées qui constitueront la relève scientifique dans les industries ou les centres de recherche canadiens ou québécois de demain.

Être un pôle d’attractivité qui sort de la province

Le premier mandat de la Chaire a permis d’attirer de nombreux autres projets en lien avec l’efficacité énergétique avec diverses PME québécoises pour un total de près de 1,5 M$. Cet effet attractif devrait perdurer, la province fourmillant d’entreprises développant des systèmes thermiques qui sont très enclines à faire de la recherche et du développement partenarial. Quatre conférences scientifiques ont également été organisées par la Chaire, attirant les chercheurs et ingénieurs parfois du Québec, du Canada et même du monde entier. D’autres évènements sont déjà planifiés d’ici 2024 pour permettre aux étudiants de rencontrer les experts nationaux et mondiaux du secteur et de partager leurs avancées dans le domaine énergétique.

« Avoir une incidence directe sur l’efficacité énergétique des entreprises québécoises et canadiennes à court et moyen termes est une orientation souhaitée par notre Université, qui préconise ces apports en recherche et en développement orientés vers les besoins identifiés par notre société. La formation de personnel spécialisé dans ce domaine y contribuera assurément sous différents angles. Le thème fédérateur “Changements climatiques et environnement” est d’ailleurs directement relié aux objectifs de cette Chaire de recherche industrielle », assure Jean-Pierre Perreault, vice-recteur à la recherche et aux études supérieures de l’Université de Sherbrooke.

« Le programme de recherche est ambitieux et répond à deux importants objectifs du plan stratégique d’Hydro-Québec : 1) contribuer à la réduction des émissions de gaz à effet de serre dans l’ensemble de nos marchés; 2) alimenter le développement économique du Québec, » Jean Matte, directeur principal, Centre de recherche d’Hydro-Québec.

Sophie Hosatte-Ducassy, directrice du groupe Bâtiments, CanmetÉNERGIE à Varennes, se réjouit également de ce partenariat. « CanmetÉNERGIE de Ressources naturelles Canada est fier de participer à cette Chaire de recherche en efficacité énergétique industrielle à l’Université de Sherbrooke et de collaborer avec l’Université, Hydro-Québec et Emerson Canada. Notre centre a établi une collaboration fructueuse avec l’Université de Sherbrooke depuis de nombreuses années. Les thèmes et les projets qui seront traités dans cette Chaire s’inscrivent dans le mandat du ministère et participeront au développement, à l’utilisation responsable et à la compétitivité du Canada dans le domaine des ressources naturelles, ainsi qu’à la formation de personnel qualifié dans un domaine où le manque de ressources est reconnu. »

« Emerson est heureux de continuer à travailler avec le dynamique écosystème universitaire, de recherche & développement et d'innovation du Québec afin d'offrir de nouveaux produits qui permettent à nos clients d'être plus écoresponsables », a déclaré Ryan Garrah, président d'Emerson Canada.