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201 - Énergie

Le lundi 6 mai 2013

Les connaissances développées dans le domaine de l’énergie sont
un moteur important du développement durable; elles ont le potentiel d’influencer
à la fois notre société, notre environnement et notre économie.

Cette session des plus stimulantes permettra de mesurer l’ampleur
et la diversité de la recherche actuelle effectuée sur le thème de l’énergie. Cette
étonnante diversité se manifeste notamment par la variété des disciplines
impliquées, des méthodologies utilisées et des applications envisagées.

Plus que jamais, les percées et les innovations dans le
domaine de l’énergie demandent une vision et une approche multidisciplinaires. Vous
êtes donc conviés à cette session au cours de laquelle des conférenciers issus
de diverses disciplines partageront leur intérêt particulier pour le domaine de
l’énergie.

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Domaine
Section 200 - Sciences naturelles, mathématiques et génie
Responsables
UQAM - Université du Québec à Montréal
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Après-midi
13 h 00 à 17 h 30
Communications orales
Les communications durent 15 minutes chacune. Au cours de la session, il y aura une pause et une période de questions. Les présidents de sessions pourront revoir l’ordre des communications avant la session.
L'énergie : un pont entre les disciplines
1
Les polymères conducteurs appliqués pour les batteries lithium-ion
Ngoc Duc Trinh (UQAM - Université du Québec à Montréal), Mathieu SAULNIER , David LEPAGE , Steen B. SCHOUGAARD

L’utilisation de polymères conducteurs dans le domaine des batteries lithium ion font l’objet de plusieurs travaux de recherche(matériaux de cathodes, revêtement des particules, support de l’électrode, etc). En particulier, le poly(3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) attire beaucoup d’attention quant à sa conductivité, flexibilité mécanique et stabilité thermique. Dans le cadre de ce projet, un composé hybride formé du PEDOT et d’un matériau actif, le phosphate de fer lithié (LiFePO4), est utilisé comme électrode composite pour les batteries lithium ion.

L’électrode composite polymère conducteur/LiFePO4 a été préparée par électropolymérisation interfaciale dynamique à trois phases. Cette technique est effectuée dans un système biphasique aqueux/organique, où l’électrode est immergée à travers l’interface. La phase aqueuse et organique contient respectivement l’anion dopant (BF4-) et le monomère (3,4-éthylènedioxythiophène) (EDOT). Les particules de LiFePO4 ont été incorporées dans la phase aqueuse et sont décantées jusqu’à l’interface. Durant l’électropolymérisation à potentiel constant, le polymère conducteur croît autour de l’électrode de travail à l’interface sous la forme d’un disque et recouvre les particules de LiFePO4 pour générer in situ une électrode composite.

Les résultats préliminaires rapportés dévoilent une nouvelle perspective pour le développement d’un support conducteur ionique/électronique pour les particules de LiFePO4.

Résumé
2
Élaboration et caractérisation d'alliages pour la purification de l'hydrogène par des membranes métalliques
Jacques Tosques (INRS - EMT - Institut national de la recherche scientifique - Énergie Matériaux Télécommunications), Manuel MARTIN , Jules GALIPAUD , Bruno Manuel HONRADO GUERREIRO , Lionel ROUÉ , Daniel GUAY

L'hydrogène occupe une place de plus en plus importante dans le domaine des énergies propres et renouvelables. La production de l'hydrogène se fait principalement par vaporéformage du méthane mais d'autres gaz (notamment le CO, CO2, H2S) sont aussi formés. Dans ce contexte, la séparation et la purification de l’hydrogène par des membranes métalliques présente de nombreux avantages.

Le palladium présente de très bonnes propriétés de dissociation et de solubilisation de l'hydrogène. Cependant, la résistance mécanique des membranes de Pd est insuffisante et elles s’empoisonnent en présence de H2S. Nos travaux portent sur l'étude des propriétés d'alliages de palladium susceptibles d’être employés pour la purification de l'hydrogène. Les alliages étudiés (PdCu et les alliages ternaires PdCuX, avec X = Ag, Au, etc) présentent deux phases différentes, soit une phase cubique à faces centrées (cfc) et une phase cubique à corps centrée (ccc). Selon les estimations théoriques, les valeurs de permittivité à l'hydrogène de la phase ccc sont plus élevées que celles de la phase cfc, d’où l’intérêt d’élaborer des alliages de structure ccc et présentant diverses compositions. Cette présentation portera sur une méthode de préparation des alliages (co-électrodéposition) Pd1-x-yCuxAgy et leur caractérisation physico-chimique. Les valeurs de solubilité de l'hydrogène obtenues par une méthode électrochimique seront aussi présentées et comparées aux valeurs obtenues pour l'alliage Pd1-xCux.

Résumé
3
Architecture adaptable : un outil de contrôle des ambiances lumineuses par une structure réactive
ALPER HARUN CAGLAR (Université Laval), Claude MH DEMERS , André Potvin (Université Laval)

Les systèmes vivants sont en dialogue constant avec le monde naturel (Richter, 1978). L’architecture actuelle s’inspire de cette idée et se traduit par le concept de l’architecture sensible et adaptable (Beesley, 2006). Par définition, l’architecture sensible est la forme bâtie qui interagit avec son usager et son environnement (Bullivant, 2006) et qui s’adapte selon cette interaction. Ce dialogue s’élabore des échanges dynamiques entre l’environnement, la forme bâtie et l’occupant, qui composent une ambiance architecturale (Lecorde et Groleau, 2000). En ce sens, la recherche propose, par une approche appartenant aux sciences de l’artificiel, un milieu virtuel d‘expérience pour l’architecture adaptable par la transcription de l’ambiance lumineuse dans une structure réactive tridimensionnelle. Ce milieu d’expérience élaboré à partir des algorithmes génétiques, offre plusieurs possibilités d’émergence des formations morphologiques complexes. Ainsi, il permet aux concepteurs de tester un large éventail de possibilité dans un laboratoire virtuel, un environnement de conception contrôlée qui vivifie et renforce la créativité de l’architecte dans la démarche exploratrice du design. La recherche présentée s’intéresse particulièrement à montrer comment une structure architecturale adaptable peut bonifier l’expérience de l’espace, à travers la nature dynamique de l’ambiance lumineuse.

Résumé
4
L'énergie solaire en clair-obscur : entre avenir brillant et enjeux écologico-sanitaires
Bouchra Bakhiyi (UdeM - Université de Montréal), Joseph ZAYED

La précarité des énergies fossiles et leurs impacts tant environnementaux que sanitaires ont concouru au formidable essor de l’énergie solaire dans le monde. Celle-ci fait principalement appel au solaire photovoltaïque (PV) qui convertit les rayons solaires en électricité grâce à des cellules PV. L'objectif de cette recherche est d'en dresser un portrait par l'analyse diagnostique et l'anticipation des enjeux écologico-sanitaires rencontrés le long du cycle de vie de ce secteur. Selon les données compilées, l’énergie PV qui bénéficie d'une ressource solaire inépuisable, possède une faible empreinte écologique et engendre des gains environnementaux considérables en réduisant notamment les gaz à effet de serre. L'industrie du PV adhère favorablement aux principes de développement durable contribuant entre autres à l'économie verte avec 820 000 emplois en 2011 à travers le monde, dont plus de 5000 au Canada et près de 2000 au Québec. Néanmoins, trois zones d'ombre planent sur l'industrie PV: a) l'exploitation de matériaux potentiellement toxiques pour les travailleurs ; b) des procédés de fabrication et d'exploitation à problématiques sécuritaires ; c) des risques écotoxiques potentiels, principalement en fin de vie. Des études plus poussées ainsi qu'une structuration optimale de ce secteur d'activité s'avèrent nécessaires afin de rehausser les niveaux d'éco-compatibilité, de santé et de sécurité.

 



Résumé
5
Analyse métagénomique d'une pile bio électro-chimique au lisier de porc
thomas jeanne (IRDA), Richard HOGUE , Daniel-yves MARTIN , Patrick DUBÉ , Hani ANTOUN

Ces dernières années ont vu naître le besoin grandissant de développer des énergies alternatives aux énergies fossiles. Dans cette démarche, la valorisation de la biomasse apparaît comme une avenue primordiale. La gestion des effluents organiques a davantage été étudiée en terme de valorisation agricole, mais de récents progrès permettent d’envisager des applications alliant traitement et production d’énergie.

Les piles bio électro-chimiques présentent l’avantage de pouvoir produire directement de l’électricité en faisant intervenir une flore microbienne. Nous décrirons dans cette étude, les étapes qui nous ont permis de mettre en évidence les populations bactériennes impliquées dans ce phénomène, à travers une application de valorisation du lisier de porc. La diversité bactérienne à différentes étapes de maturité de l’unité, sera analysée par pyroséquençage (454), au niveau du 16S ARNr et mise en relation avec les performances électriques. Les populations bactériennes s'établissant à l'anode permettent la production de métabolites libérant leurs électrons à l'électrode. Des espèces des familles Planococcaceae,  des Porphyromonadaceae et des Clostridiales ont été identifiées comme ayant un rôle primordial dans ce phénomène.

L'étude des paramètres physico-chimiques et biologiques d'un prototype de laboratoire a permis de définir les facteurs clés à prendre en considération dans l'optique de développer une unité pilote.

Résumé
6
Modélisation et optimisation d'un vecteur de deux récupérateurs piézoélectriques d'énergie vibratoire
Simon Paquin (Université Laval)

La récupération d’énergie vibratoire a récemment fait l’objet de nombreuses études. Il a été démontré que lorsqu'un récupérateur traditionnel est excité par une source harmonique, il est efficace sur une faible bande de fréquences coïncidant avec sa fréquence de résonance. En pratique, les sources d'excitation sont rarement harmoniques et ont plutôt un large contenu fréquentiel. Dans ce cas, un récupérateur traditionnel est peu performant et des conceptions alternatives doivent être proposées afin d'élargir la bande de fréquences utile. Une conception intéressante est celle d’utiliser un vecteur de récupérateurs. Elle consiste en plusieurs récupérateurs ayant différentes fréquences de résonance permettant d’augmenter la puissance récupérée sur une plus large bande de fréquences. Cependant, cela implique une augmentation du volume de la structure et ainsi une diminution de sa densité de puissance. L’objectif de cette étude est donc de concevoir un vecteur de deux récupérateurs piézoélectriques optimisé afin d’atténuer la baisse de densité de puissance. L’étude inclut une modélisation électromécanique permettant de prédire la distribution de densité de puissance (densité de puissance en fonction de la fréquence d’excitation) du vecteur ainsi qu’un processus d’optimisation de ses paramètres. Pour une source d’excitation donnée, les paramètres optimaux du vecteur seront déterminés maximisant la moyenne et minimisant l’écart type de la distribution de densité de puissance. 

Résumé
7
L’efficacité du millet perlé sucré et du sorgho sucré utilisés pour faire de l’éthanol : comment produire beaucoup avec peu de fertilisant
Marie-noëlle Thivierge (Agriculture et Agro-Alimentaire Canada), Anne VANASSE , Martin CHANTIGNY , Philippe SEGUIN

La production d’énergie à partir de plantes est de plus en plus envisagée, principalement en raison de ses faibles émissions de gaz carbonique. Au Québec, le maïs est utilisé pour produire de l’éthanol. Cette culture nécessite beaucoup de fertilisant azoté, un polluant important. Cependant, des alternatives existent. Le millet perlé sucré (Pennisetum glaucum [L.] R. BR.) et le sorgho sucré (Sorghum bicolor [L.] Moench) sont deux cultures récemment adaptées aux conditions climatiques du Québec et qui produisent une sève très sucrée pouvant être transformée en éthanol.

L’objectif de cette recherche était de déterminer les quantités optimales d’azote (N) requises pour obtenir les meilleurs rendements en millet perlé sucré et en sorgho sucré. Des essais ont eu lieu durant deux ans et à deux sites de climat contrasté. Les cultures ont été fertilisées avec du nitrate d’ammonium (0 à 160 kg N ha-1) et du lisier de porc et de bovin (80 kg Ntot ha-1).

Selon les régions, le millet perlé sucré et le sorgho sucré ont produit des rendements variant de 10.6 à 19.6 tonnes de matière sèche par hectare avec des doses optimales d’azote de 60.3 à 125.5 kg N ha-1, soit seulement 26 à 54 % des besoins en azote du maïs. De plus, en utilisant des engrais enrichis en azote-15, il a été possible de mesurer la répartition de l’azote entre le sol, les racines et les parties aériennes de ces plantes, et de déterminer dans quelle proportion l’azote utilisé par les plantes provient du sol ou de l’engrais.

Résumé
8
Évaluation du potentiel de croissance et de rendement d'une culture de tomates biologiques cultivées dans une serre climatisée à l'aide d'un système géothermique
Johane Méthot (Université Laval), Damien DE HALLEUX , Martine DORAIS

Deux serres expérimentales de tomates biologiques cultivées en plein sol sont utilisées dans le cadre de ce projet. La serre témoin est climatisée et déshumidifiée par ventilation naturelle (serre ouverte) tandis que la serre prototype utilise un système de géothermie (serre semi-fermée). Le contrôle du climat de la serre prototype semi-fermée permet un meilleur confinement que la serre témoin. De ce fait, l’enrichissement en CO2 est plus efficace et s’avère moins dispendieux. L’objectif du présent projet est de comparer et de quantifier les performances agronomiques des deux régies de culture étudiées. Les données de croissance des plants, le rendement et le calibre des fruits ainsi que certaines données physico-chimiques tel que le taux de lycopènes et la capacité antioxydante des fruits sont mesurés régulièrement pendant deux saisons de culture consécutives. Ces données serviront à vérifier l’hypothèse selon laquelle la production de tomates biologiques cultivées en plein sol peut être améliorée tant au niveau de la qualité que du rendement des fruits en utilisant un système de climatisation par géothermie. Si les résultats s’avèrent concluants, cette étude pourrait mener à l’instauration d’un système de climatisation par la géothermie à plus grande échelle. Ainsi, les coûts et l’émanation de CO2 en seraient diminués.

Résumé
9
Adsorption de l’hydrogène dans les nanostructures - étude par la méthode des Intégrales de Chemin Grand Canonique Monte Carlo
David Durette (UQTR - Université du Québec à Trois-Rivières), Pierre BÉNARD , Richard CHAHINE

Les énergies renouvelables sont de plus en plus d’actualité et avant de les utilisées, nous devons développer la technologie pour leur bon fonctionnement. L’hydrogène est une de ces énergies, mais dû à sa faible densité, il est difficile de l’utilisé pour des moyens de transport. Nous présentons un moyen d’améliorer le stockage de l’hydrogène en faisant des simulations Grand Canonique Monte Carlo quantiques (basé sur l'approche des intégrales de chemin) d'adsorption d'hydrogène sur des structures métallo-organiques (MOF). Un potentiel de Lennard-Jones (LJ) 6-12 est utilisé pour les interactions H2-H2 et le potentiel OPLS-AA pour les interactions H2-MOF.  La figure jointe montre l'isotherme d'hydrogène d'adsorption en excès du MOF-5 comparée à deux groupes de recherches expérimentales rééchelonnées selon la surface spécifique pour une température de 77 K.





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