201 - Énergie

Pour le développement de l'hydrogène comme vecteur énergétique, il est essentiel de disposer de moyens sûrs, efficaces et peu coûteux de stocker l'hydrogène. La forme de stockage dans un hydrure métallique est intéressante puisque la capacité de stockage volumique est supérieure au stockage sous pression ou même liquide, bien que la capacité gravimétrique soit relativement faible. Les hydrures métalliques sont donc considérés pour des applications stationnaires, mobiles et portables où le volume de l'unité de stockage est un facteur. ??

En dépit de sa capacité de stockage d'hydrogène faible, l’alliage Fer-Titane (FeTi) est utilisé dans certaines applications commerciales, car l’absorption et la désorption d’hydrogène peut se faire à température ambiante. De plus, cet alliage est relativement peu coûteux. Le problème majeur est que la première hydrogénation (communément appelé l'activation) du FeTi est généralement longue et coûteuse. L’objectif de nos travaux est d’éliminer la phase d'activation. Le procédé utilisé consiste à doper le FeTi avec un composé à base de zirconium ou de nickel. Les analyses des alliages obtenus sont faits à l'aide d'appareils à titration d'hydrogène. Les résultats préliminaires nous indiquent que le zirconium permet d’obtenir 1,3%poids total d’hydrogène à température ambiante. Ces résultats correspondent aux attentes minimales de nos partenaires industriels.

Dans le quotidien ou pour la fabrication de produits de consommation, l’énergie est au cœur de l’activité humaine. Le développement de la batterie au lithium a été une des nombreuses solutions aux problèmes énergétiques. Commercialisées au début des années 1990, les batteries au lithium-ion ont aujourd’hui une importance indéniable puisqu’elles se retrouvent dans de nombreux appareils électroniques tels que les cellulaires et les ordinateurs portables. Toutefois, la capacité et la sécurité de ces batteries peuvent être améliorées. En ce sens, la recherche actuelle vise l’amélioration de l’efficacité des différentes composantes des batteries au lithium-ion, à savoir l’anode, la cathode et/ou l’électrolyte. Nous présenterons une méthode de synthèse qui utilise la technologie des plasmas thermiques inductifs pour synthétiser une poudre et/ou pour déposer directement un matériau de cathode à base de LiFePO₄ sur un substrat conducteur comme le nickel, en partant de précurseurs sols-gels. Les premiers résultats démontrent que la synthèse de poudre de LiFePO₄ par plasma inductif donne un matériau de taille nanométrique et de morphologie sphérique. Par ailleurs, la déposition par plasma permet d’obtenir un revêtement à structure olivine stable, résistant et ayant une très bonne réversibilité électrochimique. Les résultats de caractérisation physico-chimique et électrochimique seront présentés.

L'intérêt renouvelé pour la fermentation produisant l'acétone, le butanol et l’éthanol (ABE) est le résultat de la demande croissante des carburants renouvelables afin de fournir un combustible plus propre, durable et respectueux de l'environnement comme alternative aux combustibles à base de pétrole. Le butanol est considéré comme un meilleur carburant que le bioéthanol en raison de sa plus grande densité énergétique, sa plus faible pression de vapeur et sa plus grande compatibilité avec les technologies existantes. Ces caractéristiques sont la raison de l’engouement de l’utilisation du biobutanol comme remplacement potentiel pour l'essence. Cependant, la production du biobutanol est contrainte par des coûts élevés de séparation dus à la présence d'autres coproduits dans le bouillon de fermentation et à sa faible concentration finale due à l’inhibition par le butanol. En effet, un certain nombre de défis doivent être relevés avant que le butanol puisse devenir un concurrent viable aux autres biocombustibles. Les deux défis les plus importants sont l'augmentation de la concentration finale de butanol dans le bouillon de fermentation et le développement d’une technique efficace de séparation. Dans cette recherche, le procédé de fermentation utilisant la fermentation sous vide, l’absorption gazeuse et la pervaporation, a été optimisé individuellement et comparer pour augmenter l'efficacité de la fermentation par une diminution de l'effet toxique du butanol.

Les matériaux composites de type nanoparticules semi-conductrices/graphène ont suscité beaucoup d'intérêt, en raison de leurs excellentes propriétés physiques et optiques. Dans ce travail, nous nous intéressons à préparer et caractériser, pour la première fois, un système composite à base de nanoparticules de CuInS₂/graphène (CIS/Gr), initialement obtenu via un processus de physisorption, à l’aide d’une nouvelle méthode de synthèse colloïdale impliquant le précurseur de CIS et l’oxyde de graphène fonctionnalisé. Les analyses de diffraction (DRX et électronique) démontrent que le CIS croît dans la phase tétragonale, tandis que le Gr présente une structure hexagonale. Les analyses Raman du matériau composite présentent les bandes caractéristiques du CIS et du Gr. Les images MET et MEB montrent des particules semi-sphériques de diamètre < 10 nm, dispersées sur les feuillets de graphène. L’analyse XPS révèle la présence des éléments Cu, In et S (CIS), et C et O (Gr). Un léger déplacement vers des énergies de liaison plus élevées a été noté pour les orbitales Cu 2p_3/2, In 3d_5/2, S 2p_1/2 et S 2p_3/2 ; ce résultat est lié à la présence du graphène dans l’environnement des nanoparticules. Les mesures de capacité par spectroscopie d’impédance révèlent un comportement de type n pour le CIS. L’ajout d’un faible pourcentage massique de graphène (0,2 à 1%) conserve les propriétés semi-conductrices du CIS mais améliore significativement le transfert de charge (Fig.1).

Un nouveau procédé de conversion catalytique de la biomasse lignocellulosique (résidus forestiers, de bois ou d’agriculture, herbes vivaces, algues, etc) en hydrocarbures (essence riche en aromatiques BTX, oléfines légères – précurseurs des matières plastiques et fibres synthétiques) a été récemment développé dans nos laboratoires. Ce procédé comporte deux étapes principales:1) Catalyse homogène en milieu acide et éthanolique, et en présence d’un oxydant et de son catalyseur à base de fer soluble: cette conversion de craquage oxydatif réussit à extraire plus de 70 % en poids de la biomasse, principalement sous forme d’esters d’acides carboxyliques.2) Catalyse hétérogène sur catalyseur nanométrique de zéolithe ZSM-5: Tous les produits de la première étape sont envoyés sur le catalyseur zéolitique qui produit finalement: l’essence “premium” riche en aromatiques BTX, les oléfines légères comme l’éthylène, propylène et butènes, et des paraffines de grade LPG. La conversion est totale grâce à l’action promotrice de l’éther diéthylique, un sous-produit de la première étape. Le résidu solide, Cat-lignin, peut avoir des applications industrielles importantes. Le procédé B-t-H (Biomasse-à-hydrocarbures) est prometteur à plusieurs points de vue: technologique, environmental et économique. Il constitue donc une approche novatrice à côté des procédés traditionnels de fermentation enzymatique d’alcools (éthanol et autres) .

Dans le domaine du contrôle, l’ajustement de contrôleur PID est une étape importante puisqu’il y a un impact direct sur la qualité de la réponse du système. Pour un système non linéaire comprenant un retour d’anti-saturation, il devient rapidement complexe et inapproprié d’ajuster les paramètres de contrôle avec des méthodes classiques. Comme solution, la syntonisation de correcteur peut être vue comme un problème d’optimisation combinatoire ayant pour fonction objective le critère de performance de la réponse du système. Ainsi, j’ai proposé une méthode d’ajustement globale des paramètres hors ligne à base d’algorithmes à colonies de fourmis (ACO) appliquée à une structure de commande de boucles en cascade pour un système d’entraînement avec couplage flexible. Les résultats obtenus démontrent que cette méthode offre deux avantages majeurs; l’ajustement simultané d’un grand nombre de paramètres et une flexibilité du critère de performance permettant de pénaliser spécifiquement des caractéristiques de la réponse et d’imposer des limites sur le courant et la vitesse du moteur. Pour augmenter la faisabilité pratique pour une validation expérimentale par implantation sur FPGA de la méthode, j’ai réduit le temps de calcul en la combinant à un algorithme de recherche locale (Nelder-Mead). Les résultats obtenus confirment que cet algorithme hybride conserve les avantages de l’ACO et réduit considérablement le temps de calcul, tout en améliorant la qualité de la réponse.

Se chauffer et se rafraîchir par le sol est l'objet de cette étude, qui apporte la réponse pour la région de Kabylie.Une maison individuelle de surface habitable de 140 metre carrés peut etre chauffée et rafraîchie par géothermie.La dépense energétique est de l'ordre quelques watts ( de quoi faire fonctionner un ventilateur). Deux solutions sont proposées, l'une utilisant l'air et l'autre l'eau et l'air.

Cette étude est basée sur la connaissance de la température du sol et de la profondeur à laquelle cette dernière est constante et correspond à la moyenne annuelle de celles de surface, soit 17,4 °c . cette valeur permet d'atteindre par un système d'échangeurs enterrés la température de confort dans les locaux qui nous abritent en période estivale et necessite un appoint de l'ordre de 15% pour la période hivernale et constitue de ce fait une alternative salutaire au vu de la situation actuelle des energies fossiles, de leurs effets environementaux, et en prévision de leur épuisement très proche.

Le travail a été mené en établissant trois bilans thermiques, pour évaluer, les besoins thermiques hivernaux, les besoins thermiques estivaux et enfin dimensionner les échangeurs.

Le millet perlé sucré et le sorgho sucré sont deux plantes ayant un fort potentiel pour la production de bioéthanol, car elles sont riches en sucres fermentescibles. Suivant la récolte, des délais peuvent survenir avant d’extraire le jus de leur biomasse. Ces délais peuvent causer une fermentation prématurée des sucres. L’objectif de cette étude était d’examiner les impacts des délais et du mode d’entreposage de la biomasse sur l’extraction et la concentration en sucres du jus du millet perlé sucré et du sorgho sucré. Suivant le pressage initial, trois délais d’attente (24h, 48h et 72h) et deux modes d’entreposage (tige entière ou hachée) ont été étudiés. Pour la biomasse hachée, les résultats ont démontré que plus le délai d’attente est élevé, plus la concentration en sucres dans le jus extrait est faible. Cependant, un plus grand volume de jus a été extrait de la biomasse conservée sous forme hachée que celle sous forme de tige entière. Aussi, un maximum d’humidité a été extrait après 48h, soit 44,6% pour le millet perlé sucré et 49,0% pour le sorgho sucré. Comme la concentration en sucres tend à diminuer avec l’augmentation du délai de pressage, il est recommandé d’extraire le jus de la biomasse hachée le plus rapidement possible. Si la biomasse doit être conservée plus longtemps, il est préférable de l’entreposer sous forme de tiges entières pour une meilleure conservation des sucres.

Les tiges de millet perlé sucré et de sorgho sucré regorgent de jus à forte teneur en sucres qui pourrait être utilisé pour la production de bioéthanol. À l’été 2013, deux prototypes de presse ont été conçus et fabriqués au Département des sols et de génie agroalimentaire de l’Université Laval; une presse hydraulique horizontale et une presse à rouleaux. Ces presses ont été comparées afin de déterminer le concept le plus approprié pour extraire le jus de la biomasse de ces deux plantes. L’impact de la présence des feuilles sur le pressage a aussi été évalué. La presse hydraulique a permis d’extraire environ deux fois plus de jus que la presse à rouleaux. Peu importe la presse, plus de jus fût extrait lorsque la biomasse était pressée sans les feuilles. En moyenne, 320 mL kg^-1 de jus ont été extraits avec la presse hydraulique sans les feuilles contre seulement 180 mL kg^-1 avec les feuilles, toutes espèces confondues. La presse à rouleaux a permis d’extraire plus de jus du sorgho sucré que du millet perlé sucré. Peu importe la presse utilisée, le contenu en sucres était le même pour les deux espèces, avec ou sans feuilles. Les résultats démontrent une plus grande efficacité de la presse hydraulique par rapport à la presse à rouleaux. Il est recommandé de presser la biomasse sans les feuilles pour une meilleure extraction de jus, sans en diminuer sa concentration en sucres. Des améliorations devraient être apportées à la presse hydraulique afin d’optimiser l’extraction de jus.

Au cours des prochaines années, le gouvernement interdira l’enfouissement du bois (2014) et des matières organiques (2020) afin d’être valorisés. L’utilisation de ces biomasses forestières et agricoles représente un approvisionnement comme source d’énergie et de produits biosourcés. Le développement de la filière bioraffinerie dans un contexte régional est donc une voie intéressante de valorisation des points de vue économique et environnemental. Différents acteurs de la région de la Mauricie, entreprises privées, organisme gouvernemental et centre de recherche ont misé sur la torréfaction de biomasse comme voie de valorisation.

Dans ce contexte régional, le procédé de torréfaction sera utilisé pour produire du biochar comme amendement des sols.

Ce projet multisectoriel regroupe les différents intervenants (producteurs de biomasse, transformateurs et utilisateurs) du cycle de vie des produits. L’approche préconisée consiste à créer un marché local de valorisation de la biomasse résiduelle de même que son utilisation. Le transport entre les lieux de récolte, de transformation et d’utilisation sera restreint, augmentant ainsi la compétitivité et la diminution des émissions de GES.

Pour conclure, le développement de la bioraffinerie doit être démontré dans un contexte régional afin de favoriser le développement des régions et de créer un cycle de vie court d’un produit biosourcé diminuant ainsi les impacts environnementaux.

Le contexte actuel pousse les organisations à adopter des démarches ambitieuses de l’Intelligence Énergétique (IE). En effet, cette adoption, d’intégration et d’usage, est renforcée par la généralisation des technologies aboutissant à l’émergence de nouveaux systèmes : nouveaux systèmes de mesure, de contrôle et de régulation des flux d’énergie, nouveaux systèmes intelligents de transport et de distribution (smart grids) et nouveaux modes d’organisation. Certes, ce sont les nouveaux défis de l’énergie qui constituent un pilier dans le cadre de la mise en place pratiques Green IT et d’un Management Responsable de l’Intelligence Énergétique (MRIE) et de l’Efficacité Énergétique (EE) dans les organisations. Cependant, il nous semble ainsi pertinent, d’aller au-delà de l’état et de comprendre les enjeux et les motivations quant aux conséquences négatives des TIC sur l’environnement avec en ligne de mire la réduction des émissions CO2 et de facto de l’intelligence énergétique du Green IT dans la dé-carbonisation des organisations. C’est pourquoi une étude est menée, les résultats liés montrent l’émergence d’une adoption ou d’une intégration de plusieurs facettes.

Mots clés : Green IT, intelligence énergétique, dé-carbonisation des organisations, réduction

des émissions CO2, Maitrise de la Demande d’Energie, efficacité énergétique

Réduire les impacts environnementaux de la production électrique est un enjeu clé pour les gouvernements, d’où la taxation les gaz à effet de serre (GES) ou encore les subventions de la production distribuée d’énergie renouvelable (PDER). Notre étude mesure les bénéfices environnementaux de la PDER dans un contexte d’échange d’électricité entre le Québec avec les juridictions voisines. Elle montre aussi l’influence du niveau de taxe carbone sur ces bénéfices environnementaux. Une analyse du cycle de vie des technologies, renouvelable et conventionnelle, a été réalisée en utilisant la méthode IMPACT 2002+ afin de déterminer leurs taux d’émissions. Un modèle d’équilibre partiel permet de simuler le prix de l’électricité pour plusieurs niveaux de taxe carbone. De plus, une analyse horaire du marché de l’électricité sur la période 2006-2008 permet de déterminer la technologie marginale de production de chaque juridiction afin de soustraire leurs émissions évitées de celles de la PDER et ainsi évaluer son impact environnemental. Les résultats montrent que l’augmentation du niveau de taxe carbone fait diminuer les bénéfices environnementaux de la PDER jusqu’à parfois les annuler. Par exemple, pour la catégorie changement climatique, le rendement de l’éolienne de 30 KW passe de -6,3 à -3,8 kg CO₂eq/kWh, pour respectivement des taxes de 0$ et 60$/tonne CO₂ (réduction de 60%). Les résultats mettent en relief les interactions entre les différentes politiques de réduction des GES.

L’écologie industrielle, permet d’atteindre une organisation industrielle plus rationnelle et plus équilibrée, en essayant d’imiter la structure des écosystèmes naturels. L’accomplissement de ce concept réside dans la mise en œuvre de parcs éco-industriels (EIP) : des entreprises qui se rassemblent pour partager l’utilisation des ressources, des matières premières et certains services. La modélisation et l’optimisation d’un EIP permettent de concevoir de façon optimale les échanges inter-entreprises (énergie, matières premières). Cependant, les études portant sur la conception des EIP mettent en évidence un manque important concernant la prise en compte de données territoriales sur un tel écosystème. Pourtant, le territoire qui accueille ce type de symbiose est déterminant car il impose des contraintes sur la consommation des ressources, leur type (énergies renouvelables ou non), mais également des contraintes de type économique.Cette étude vise à développer un outil innovant pour la gestion de l’énergie dans un EIP tout en prenant en compte divers critères d’optimisation. Un critère économique est formulé ainsi qu’un critère lié à la notion de risque d’intégrer une symbiose pour une entreprise. Une méthodologie est mise en œuvre pour intégrer des données territoriales (énergie, ressources naturelles) au modèle d’optimisation multicritère.

Le domaine pétrochimique constitue un environnement multidisciplinaire où plusieurs professionnels travaillent ensemble. Comme ces compagnies ont souvent un budget limité qu’elles tentent d’optimiser, la tendance veut qu’elles favorisent l’embauche d’ingénieurs chimiques au détriment du nombre d’ingénieurs mécaniques présents au sein de la firme. Ceux-ci ayant plusieurs tâches et étant énormément sollicités.

La conception et l’analyse de circuits de transport de permettrait à des ingénieurs chimiques de concevoir les circuits ce qui enlèverait un poids significatif sur les épaules des quelques ingénieurs mécaniques. L’outil d’aide à l’analyse et à la conception de circuit de transport de fluides présenté dans ce rapport vise à permettre la conception d’un circuit fonctionnel et optimal à un utilisateur peu familier avec les concepts avancés du génie mécanique. L’idée principale derrière ce projet est d’offrir un outil facile à utiliser qui nécessite aucun calcul de la part du concepteur, seulement une bonne connaissance des caractéristiques et paramètres de son circuit et certaines informations sur le fluide qui y circulera. Mise à part certains graphes devant possiblement être trouvés et consultés par l’utilisateur, l’outil effectue tout le travail à lui seul et permet d’éviter d’encombrer un bureau de documentations et de manuels techniques qui peuvent être intimidants pour une personne n’ayant pas de formation directe en génie mécanique.