210 - La transition énergétique au nord du 49e parallèle

Ouverture du colloque

Ouverture du colloque

Allocution : Fonds de recherche du Québec, section Nature et technologie, Janice Bailey, vice-présidente

Présentation de la vice-présidente du FRQ section Nature et Technologie, Mme Janice Bailey

Allocution : Hatch, Michel Carreau, Ph.D., ing., directeur régional e-grid

Les grands défis de Hatch en décarbonation des communautés et entreprises du Nord du Québec.

• Communication orale 09 h 00
  Les activités de décarbonation nordiques de Hatch Ltée
  Michel Carreau (Hatch Ltée)

  Depuis de nombreuses années, Hatch limitée consacre une grande part de ses activités en énergie à appuyer des projets de décarbonation avec les entreprises et communautés du Nord du Québec.

  Cette communication vise à faire ressortir l’importance de travailler en équipe lorsqu’il s’agit d’implanter de tels projets. La présentation fera le tour de quelques-uns des projets phares de Hatch au Québec, au Canada et ailleurs dans le monde.

Session scientifique et technique 1

Session scientifique où les participants présentent les travaux en cours ou terminés en lien avec la thématique du colloque. Chaque participant dispose 10 minutes pour présenter son travail plus 5 minutes de questions.

• Communication orale 09 h 30
  Scénarios de décarbonation des réseaux autonomes en vue de la carboneutralité en 2050
  Arielle Ebwengue (ÉTS - École de technologie supérieure), Adrian Ilinca (ÉTS - École de technologie supérieure)

  En 2023 encore, les réseaux autonomes produisent une électricité pétro-dépendante à 69% or le Québec a l'ambition d'être carboneutre en 2050. Ce travail priorise les besoins énergétiques dont les politiques en place favorisent l'accélération de la conversion : électricité des bâtiments, chauffage thermique et transport léger à essence. Il prédit l'évolution de cette demande électricique et modélise sur RETScreen l'impact sur les émissions de GES de 11 stratégies d'intégration d'énergie renouvelable capable de la couvrir. Les taux de conversion et de décarbonation qui en résultent, démontrent l'importance d'intensifier les efforts politiques, sociaux, économiques et surtout technologiques, pour la transition énergétique.

• Communication orale 09 h 45
  Stockage partagé de l'hydrogène comme système de secours pour micro-réseaux
  Kodjo Agbossou (UQTR - Université du Québec à Trois-Rivières), Nilson Henao (UQTR - Université du Québec à Trois-Rivières), David Camilo Toquica Cardenas (UQTR - Université du Québec à Trois-Rivières)

  L'intégration de ressources énergétiques renouvelables intermittentes dans les micro-réseaux pose des défis importants pour le maintien d'un fonctionnement fiable. Dans ce contexte, les systèmes de stockage d'énergie à l'hydrogène sont particulièrement utiles pour absorber les intermittences de puissance, en ajoutant les capacités de contrôle nécessaires pour garantir le service d'électricité. De plus, ces systèmes sont avantageux en raison de leur densité énergétique élevée et de leur durée de vie prolongée par rapport à d'autres technologies de stockage. Nous présentons ici une méthodologie pour le dimensionnement du stockage de l'hydrogène en fonction de l'exploitation du micro-réseau dans des conditions climatiques froides. La méthodologie proposée prend en compte des installations partagées pour les électrolyseurs et des piles à combustible individuelles avec des systèmes de récupération de chaleur. Ainsi, on tire parti des processus très performants pour la conversion de l'hydrogène. Par ailleurs, une stratégie de gestion basée sur l'apprentissage par renforcement est présentée, permettant d'exploiter l'hydrogène comme ressource partagée et d'éviter la tragédie des biens communs. Deux exemples numériques sont présentés pour illustrer les méthodologies de dimensionnement et de gestion. Les résultats montrent que le système minimise les coûts en stockant le surplus de production d'énergie renouvelable en été et en l'utilisant en hiver.

• Communication orale 10 h 00
  Microréseaux intelligents pour sites miniers grand nord : Transport ferroviaire
  Miloud Rezkallah (UQO - Université du Québec en Outaouais), Daniel Rousse (ÉTS - École de technologie supérieure)

  Un avenir à faibles émissions se concrétisera par des plans de transition robustes visant à décarboner les opérations des entreprises et l'ensemble des chaînes de valeur. Dans ce contexte, et dans l’objectif de décarboner le Grand Nord, le projet proposé cible la décarbonation des sites miniers et de leur transport ferroviaire en remplaçant les locomotives fonctionnant au diesel par des locomotives utilisant de l’hydrogène produit à partir des sources d’énergie renouvelables disponibles localement dans les villes nordiques. À titre d’application, une production massive d’hydrogène vert destinée aux locomotives d’ArcelorMittal dans la région de la ville de Gagnon, nécessite l’exploitation de la centrale hydraulique de 45 MW d’Hydro-Québec. Celle-ci sera complétée par des installations éoliennes et solaires, formant un système énergétique hybride capable de fonctionner de manière autonome ou d’être connecté au réseau d’Hydro-Québec. La réalisation de ce projet nécessitera : 1) le choix et la conception optimaux des composants physiques du système hybride solaire/éolien/hydraulique/hydrogène, 2) des stratégies avancées de gestion de l’énergie, de contrôle et de communication basées sur l’intelligence artificielle, et 3) et le développement des techniques de gestion efficace de l’eau, ainsi que les systèmes de traitement et de recyclage utilisés dans la chaîne de production de l’hydrogène.

• Communication orale 10 h 15
  Analyse en temps réel des charges auxiliaires d’un système d’entreposage d’énergie relié à un micro-réseau
  Arthur Heissel (ÉTS - École de technologie supérieure), Adrian Ilinca (ÉTS - École de technologie supérieure), Daniel Rousse (ÉTS - École de technologie supérieure)

  Dans le monde, 1,06 milliard de personnes n'ont pas accès aux réseaux électriques, et certaines utilisent des réseaux isolés pour s'alimenter en électricité. C'est le cas de la majorité des communautés du Nunavik, au nord du Québec. Ces communautés consomment du diesel pour générer l'électricité nécessaire, notamment pour le chauffage. Cette consommation atteint environ 27,8 millions de litres annuellement, impactant significativement les émissions de gaz à effet de serre ainsi que la faune et flore locales.

  L'enjeu consiste à implanter des éoliennes suppléées par des batteries (BESS) pour alimenter continuellement ces communautés en énergie renouvelable. Cependant, ces batteries nécessitent des systèmes auxiliaires (ventilation, gestion de charge, système de conversion de puissance) qui consomment une partie de l'énergie stockée.

  Cette recherche vise à analyser en temps réel les charges auxiliaires d'un système d'entreposage d'énergie relié à un micro-réseau, afin de déterminer la réduction maximale possible de consommation de diesel grâce à un système BESS performant. L'objectif final est de minimiser l'utilisation des générateurs diesel lorsque l'apport en énergie renouvelable s'avère insuffisant. Cette analyse s’effectuera par l’intermédiaire d’une simulation des charges du micro-réseaux.

Forum ouvert : Comment accélérer la décarbonation du Nord?

L'ordre du jour sera réalisé par les participants au démarrage. Les gens donneront ainsi leurs propres sujets en plénière et formeront des groupes de travail pour chaque thème abordé dans lesquels les projets vont être élaborés. Chaque groupe de travail rédigera un court compte-rendu qui sera partagé immédiatement.

Allucution : Simon Barnabé, UQTR

• Communication orale 11 h 30
  Le Réseau Québécois sur l’Énergie Intelligente (RQEI) et la valorisation de la biomasse
  Simon Barnabé (UQTR - Université du Québec à Trois-Rivières)

  Depuis plus de 20 ans, Simon Barnabé, travaille à la valorisation de la biomasse et plus particulièrement celle des résidus lignocellulosiques à travers le prisme de la microbiologie industrielle. Suite à sa présentation du RQEI, dans son allocution, le professeur Barnabé, parlera de son expérience de terrain et de ses connaissances à jour sur la transition énergétique de la Basse Côte Nord du Québec où il est actif en création de biocarburants de 2e et 3e génération .

  L’un de ses projets phares en algoraffinage dans cette région concernait un projet énergétique du RQEI sur l’utilisation d’algues marines pour alimenter un moteur de bateau. Outre ce projet, il trouvera certainement d’autres choses intéressantes à raconter! »

  Cette communication vise à présenter le Réseau Québécois sur l’Énergie Intelligente et à faire ressortir le potentiel de la biomasse comme réponse potentielle à la crise climatique dans un contexte québécois.

Repas amical

Repas réseautage entre congressistes

Allocution : Tarquti, Justin Bulota, ing., directeur développement de projet

Session scientifique et technique 2

Session scientifique où les participants présentent les travaux en cours ou terminés en lien avec la thématique du colloque. Chaque participant dispose 10 minutes pour présenter son travail plus 5 minutes de questions.

• Communication orale 14 h 00
  Étude expérimentale de capteurs thermiques photovoltaïques intégrés au bâtiment pour des applications dans le Bas-Arctique
  Andreas Athienitis (Université Concordia), Daniel Baril (Université Concordia), Hua Ge (Université Concordia)

  Les villages nordiques du Nunavik ne sont pas reliés au réseau hydroélectrique du Québec, ce qui entraîne une dépendance aux combustibles fossiles pour l’énergie et a entraîné de nombreux problèmes environnementaux négatifs. Au cours des dernières années, l’intérêt pour l’énergie solaire a augmenté dans la région pour réduire la dépendance au diesel. Pour réduire davantage la dépendance aux combustibles fossiles au Nunavik, cette recherche vise à réduire la consommation nette d’énergie des bâtiments de la région, grâce à des capteurs photovoltaïques/thermiques intégrés au bâtiment (PVTIB). Un prototype de PVTIB à air a été construit et testé au laboratoire de simulation solaire et de chambre environnementale de l’Université Concordia en utilisant l’irradiance et les températures ambiantes typiques d’une journée d’hiver ensoleillée au Nunavik. Les résultats ont montré que les températures de l’air ont augmenté de plus de 30 °C et que des rendements thermiques de plus de 50 % ont été atteints. Les données expérimentales seront utilisées pour l’étalonnage et la validation du modèle de simulation afin d’améliorer davantage les paramètres du IBPVT pour améliorer l’efficacité thermique et électrique. Les performances d'un système PVTIB couplé à une pompe à chaleur solaire pour climat froid seront examinées numériquement pour étudier les avantages potentiels pour le chauffage des locaux et les possibilités de stockage thermique.

• Communication orale 14 h 15
  Stockage d’énergie par pompage thermique multi-énergétique dans un contexte minier nordique
  Sulivan Durand (ÉTS - École de technologie supérieure), Didier Haillot (ÉTS - École de technologie supérieure), Daniel Rousse (ÉTS - École de technologie supérieure)

  Les émissions de CO2 causées par les activités humaines sont principalement responsables des changements climatiques. L’industrie minière occupe une place prépondérante dans ce constat en tant que l’un des plus grands consommateurs mondiaux d’énergie, représentant environ 10% de la consommation mondiale, et contribuant à hauteur d’environ 6% des émissions de gaz à effet de serre. Cette situation est principalement due à l’utilisation de combustibles fossiles, correspondant à 62% de l’énergie finale consommée. Afin de réduire son impact environnemental, il est inévitable que le mode de fonctionnement de l’industrie minière évolue vers la production d’énergie locale à partir de sources renouvelables. Cependant, ces technologies se distinguent par leur caractère intermittent. Par ailleurs, l’un des enjeux significatifs de cette industrie réside dans le fait qu’environ 40% de l’énergie finale consommée est dissipée sous forme de chaleur. Cette communication vise à présenter une solution permettant de tirer parti de ces pertes thermiques tout en résolvant la problématique d’intermittence des technologies d’énergies renouvelables : le stockage d’énergie par pompage thermique multi-énergétique, illustré par le cas d’une mine en milieu nordique Canadien. Seront présentés le principe de fonctionnement de ce système ainsi que les premiers résultats d’une analyse de dimensionnement.

• Communication orale 14 h 30
  Optimisation des énergies renouvelables dans les microréseaux isolés : un outil basé sur Python pour des solutions économiques utilisant des algorithmes génétiques
  Cristian David Cadena Zarate (ÉTS - École de technologie supérieure), Michel Carreau (Hatch Ltée), Adrian Ilinca (ÉTS - École de technologie supérieure), Daniel Rousse (ÉTS - École de technologie supérieure)

  Ce travail présente un outil en Python pour l’analyse technico-économique de l’intégration des énergies renouvelables dans les microréseaux isolés. Il combine un simulateur et un optimiseur basés sur des algorithmes génétiques. Le simulateur intègre une stratégie de gestion de l’énergie qui privilégie les sources renouvelables et le stockage, tout en assurant l’alimentation de la charge grâce aux générateurs diesel. Une stratégie de répartition optimise l’utilisation d’un nombre prédéfini de générateurs selon les besoins du microréseau. L’optimiseur exploite les résultats du simulateur dans un processus itératif d’optimisation mono- ou multi-objectif. Dans l’étude de cas, il vise à minimiser le coût nivelé de l’énergie et à maximiser la réduction de l’utilisation du diesel. Pour accélérer la convergence, des tables préliminaires générées par recherche exhaustive réduisent l’espace de recherche initial. Cet outil modulaire et adaptable surmonte les limitations des logiciels commerciaux comme HOMER. Son application à un microréseau au Nunavik montre que le niveau optimal de pénétration renouvelable peut réduire jusqu’à 87 % la consommation de diesel. Ces résultats soulignent son potentiel pour des applications nécessitant des solutions concrètes en faveur de la décarbonation.

• Communication orale 14 h 45
  Contrôle et stabilité des micro-réseaux isolés à haute pénétration d'énergie renouvelable: le cas des industries minières du Nord du Québec
  Julien Oum Oum (ÉTS - École de technologie supérieure)

  Les émissions de GES liées au secteur industriel s’élevaient en 2022 à 13 MtCO2, 16% des émissions liées au système énergétique québécois. L’exploitation minière et la production de pétrole et de gaz représentent 789 ktCO2, soit 6% des émissions liées à l’industrie. Un réel besoin de décarboner les besoins énergétiques de l’industrie minière du Nord du Québec se fait donc ressentir. Une des solutions proposées pour réaliser cette décarbonation est l’accélération de l’intégration des énergies renouvelables bas-carbone dans le mix énergétique des mines isolées du réseau d’Hydro-Québec. Cette haute pénétration d’énergie renouvelable amène le défi technique de la stabilité de ces micro-réseaux isolés. L’intermittence des énergies renouvelables est un caractère déterminant pour la stabilité des micro-réseaux. Cette variation représente en effet une perturbation non négligeable des génératrices synchrones. Or celles-ci sont en grande partie responsables du contrôle de la fréquence électrique sur les micro-réseaux. La plupart des installations consommatrices sont en général conçues pour fonctionner à une fréquence prédéfinie et sont très sensibles à une variation de fréquence. Dans un contexte d’électrification croissante des équipements miniers, mettre au point une stratégie de contrôle des ressources énergétiques, tenant compte de l’intermittence de l’énergie éolienne, et permettant une alimentation électrique saine représente donc un enjeu majeur pour la décarbonation des mines.

Forum ouvert : Comment favoriser la collaboration entre les parties prenantes?

L'ordre du jour sera réalisé par les participants au démarrage. Les gens donneront ainsi leurs propres sujets en plénière et formeront des groupes de travail pour chaque thème abordé dans lesquels les projets vont être élaborés. Chaque groupe de travail rédigera un court compte-rendu qui sera partagé immédiatement.

Session scientifique et technique 3

Session scientifique où les participants présentent les travaux en cours ou terminés en lien avec la thématique du colloque. Chaque participant dispose 10 minutes pour présenter son travail plus 5 minutes de questions.

• Communication orale 16 h 00
  Vers une révolution énergétique au Nord du 49e Parallèle : l’Ère de l’Énergie 4.0
  Hussein Ibrahim (UQTR - Université du Québec à Trois-Rivières)

  Dans un contexte mondial où la transition énergétique devient un impératif, cette présentation propose une vision intégrée pour accélérer l’adoption des énergies renouvelables dans les régions nordiques. En se concentrant sur le nord du 49e parallèle, nous explorerons comment des solutions technologiques de pointe – telles que la 5G, l’intelligence artificielle, les jumeaux numériques et les réseaux intelligents – peuvent transformer les processus industriels et optimiser l’utilisation des ressources énergétiques. La présentation détaillera des cas concrets illustrant l’application de ces technologies, notamment dans les domaines de la maintenance prédictive, de la robotique autonome et de l’optimisation logistique. Nous mettrons en lumière l’importance d’une infrastructure numérique robuste et d’un accompagnement stratégique pour surmonter les défis spécifiques à ces environnements rigoureux. Le rôle catalyseur des partenariats entre institutions académiques, centres de recherche et acteurs industriels sera également abordé, démontrant comment la collaboration favorise l’innovation et renforce la sécurité énergétique dans les régions nordiques. Cette intervention offre ainsi une feuille de route pour une transition énergétique efficace, adaptée aux réalités du Nord, et ouvre la voie à une modernisation qui combine performance économique et respect de l’environnement.

• Communication orale 16 h 15
  Utilisation des GANs pour l’optimisation de la gestion énergétique dans un micro-réseau
  Joseph Kantole Basakayi (ÉTS - École de technologie supérieure), Adrian Ilinca (ÉTS - École de technologie supérieure), Daniel R. Rousse (ÉTS - École de technologie supérieure)

  De manière générale, l’optimisation des micro-réseaux est un défi majeur en raison des incertitudes liées à la consommation énergétique, aux fluctuations des énergies renouvelables et aux données souvent incomplètes ou limitées. Les réseaux antagonistes génératifs (GAN) peuvent jouer un rôle crucial dans l’optimisation de micro-réseau en générant de scénarios énergétiques réalistes et la complétion des données manquantes, ce qui améliore la gestion énergétique et la prise de décision. Deux cas pratiques permettront d’illustrer l'apport des GAN dans l'optimisation des micro-réseaux. Premièrement, la génération de scénarios de charge et de production énergétique : en entraînant un GAN sur des données historiques de consommation, de météo et de production éolienne, il est possible de générer des séries temporelles réalistes sous différentes configurations énergétiques. Cela permet aux gestionnaires d'anticiper et d’optimiser l’utilisation efficiente des stockage d’énergie (batteries) et des sources d’énergie. Deuxièmement, la reconstruction des données manquantes : dans un micro-réseau isolé, les pannes de capteurs entraînent des lacunes dans les séries de consommation et de production. Un GAN peut reconstruire ces données de manière cohérente, améliorant ainsi la précision des modèles d’optimisation. Ces approches démontrent que les GAN peut constituer un outil puissant pour la gestion intelligente des micro-réseaux.

• Communication orale 16 h 30
  Investigation numérique des contraintes opérationnelles des générateurs diesel sur les performances d'un système hybride renouvelable-diesel
  Sullivan Durand (ÉTS - École de technologie supérieure), Cristian David Cadena Zarate (ÉTS - École de technologie supérieure), Michel Carreau (Hatch Ltée), Marc Antoine Dufour (Glencore), Misagh Irandoostshahrestani (ÉTS - École de technologie supérieure), Daniel Rousse (ÉTS - École de technologie supérieure)

  Cette étude analyse l'impact des contraintes des générateurs diesel sur les performances d'un système hybride composé de panneaux solaires, d'éoliennes, de générateurs diesel et de batteries, dans le nord du Québec. Le système suit une stratégie où les énergies renouvelables couvrent d'abord la demande, et les générateurs diesel fournissent l'énergie restante. L'une des contraintes étudiées est la limitation du taux de montée des générateurs diesel. De plus, des limites minimales et maximales du facteur de capacité des générateurs sont prises en compte pour améliorer leur efficacité, leur fiabilité et leur durée de vie, tout en réduisant les émissions. Des valeurs faibles du facteur de capacité réduisent l'efficacité, tandis que des valeurs élevées augmentent l'usure des générateurs. Lorsque le facteur de capacité tombe en dessous de son seuil minimal, une réduction de l'énergie renouvelable est appliquée pour augmenter la puissance des générateurs et ajuster leur facteur de capacité. Enfin, une contrainte de temps de fonctionnement minimum est imposée aux générateurs, les obligeant à fonctionner un certain temps avant de s'arrêter. L'étude montre que négliger ces contraintes dans le modèle peut conduire à des résultats irréalistes en matière de dimensionnement et de performance du système.

• Communication orale 16 h 45
  La partenariat communauté-industrie-université dans le Nord du Québec
  Kodjo Agbossou (UQTR - Université du Québec à Trois-Rivières), Michel Carreau (Hatch Ltée), Marc-Antoine Dufour (Glencore - Mine Raglan), Sullivan Durand (ÉTS - École de technologie supérieure), Didier Haillot (ÉTS - École de technologie supérieure), Adrian Ilinca (ÉTS - École de technologie supérieure), Miloud Rezkallah (UQO - Université du Québec en Outaouais), Daniel R. Rousse (ÉTS - École de technologie supérieure)

  Si les défis sont importants lorsqu’il s’agit de décarboner le Nord, les auteurs de cette communication, qui sont des chercheurs universitaires et des industriels complémentaires et expérimentés présents sur ce territoire, veulent faire valoir que toutes les parties prenantes d’un projet doivent être assises à la table de développement de celui-ci, et ce dès les étapes préliminaires.

  Cette communication vise à fédérer un maximum de la vingtaine de communautés du Nord-du-Québec dans NET-EERN, un réseau communautaire ou un écosystème de partage de bonnes pratiques énergétiques. Ses objectifs scientifiques consistent, pour chaque communauté, à : 1) établir un inventaire mis à jour et le plus complet possible des charges thermiques et électriques; 2) prolonger la recherche actualisée des solutions de stockage abordées dans des projets industriels en cours et passés; 3) étudier les ressources énergétiques disponibles et possibles; 4) mettre à jour notre connaissance des algorithmes de simulation et contrôle de systèmes énergétiques transitoires. Plus spécifiquement, le projet de recherche vise à former une communauté de pratique distribuée dans chaque communauté participante dont l’objectif est la décarbonation du Nord. On insiste sur le fait que les projets financés par des fonds publics devraient comporter des partenaires locaux dès leur origine.

Clôture du colloque

Une synthèse des présentations scientifiques et techniques sera effectuée et les résultats des deux forums ouverts seront présentés.

Repas amical

Lorsque le programme sera complété et définitif, les organisateurs vont réserver des tables dans une restaurant près de l'ÉTS afin de poursuivre les discussions et approfondir les liens entre les participants. Ça devrait aller au-delà de 19h00 ... (Mais l'application fixe une heure maximale!)