Une étude de performance et de faisabilité économique a été menée avec pour objectif d'évaluer la possibilité de substituer la dépendance envers le gaz naturel, actuellement la source principale d'énergie, par une source moins noble et disponible en abondance pour la récupération et la mise en oeuvre de l'exploitation des sables bitumineux en Alberta. L'approche consiste à produire de l'énergie (chaleur et électricité) pour la récupération du bitume et de l'hydrogène essentiel pour les opérations d'hydrotraitement/hydrocraquage par l'intermédiaire d'une gazéification intégrée à un cycle combiné (IGCC) et dont l'alimentation est assumée par un combustible moins noble et moins coûteux que le gaz naturel. Il s'agit du coke de bitume qui est un sous-produit de cokéfaction. Dans cette étude, différentes configurations du complexe IGCC intégrant deux approches de capture /séquestration de CO2 ont été analysées. Dans la première, le CO2 est intercepté via un procédé Selexol d'absorption physique. Dans la seconde, le piégeage de CO2 est assuré par carbonatation minérale humide au moyen de saumures naturelles disponibles dans les aquifères avoisinants. Cette recherche consiste en l'analyse de l'efficacité énergétique d'une unité IGCC produisant 400 MW à partir de la gazéification du coke bitumineux et de l'évaluation des coûts de production de puissance, sous forme d'électricité et de chaleur, et d'hydrogène à partir d'une telle usine incluant des îlots de capture/séquestration de CO2.

Récemment, les questions d'efficacité énergétique sont sur toutes les lèvres. Au Québec, comme ailleurs, il a été proposé que des gains substantiels pourraient être réalisés par l'usage résidentiel de thermostats électroniques pour le chauffage des locaux. La présente étude vise à analyser l'usage de tels thermostats par la clientèle résidentielle d'Hydro-Québec Distribution. Une modélisation faisant appel à la théorie sur les choix discrets ainsi qu'à l'analyse conditionnelle de la demande est mise de l'avant pour y arriver. Particulièrement, nous procédons à une analyse comportementale s'articulant sur un modèle discret-continu faisant intervenir un modèle multinomial logit. De cette façon, nous corrigeons pour un biais important, le biais d'auto-sélection. La dernière étape de notre modèle intègre les résultats du modèle discret-continu dans le but de faire ressortir l'impact de la composante chauffage sur la consommation totale annuelle d'électricité.

Le secteur du bâtiment est l'un des plus grands consommateurs d'énergie à travers le monde, aux côtés des secteurs des transports et de l'industrie. En 2016, le secteur résidentiel au Canada représentait 16,6 % de la consommation énergétique secondaire totale, les besoins en chauffage et en refroidissement constituant 63 % de cette demande. L'amélioration de l'efficacité énergétique des bâtiments résidentiels permet de réduire directement les besoins en chauffage et en refroidissement, ainsi que la consommation énergétique globale. Un facteur clé de cette efficacité est l'enveloppe du bâtiment, qui sépare les espaces intérieurs des éléments extérieurs, assurant le confort des occupants et protégeant le bâtiment contre les conditions climatiques rigoureuses. Une enveloppe bien conçue permet de réduire la consommation d'énergie, les coûts de maintenance, les émissions de gaz à effet de serre, et d'améliorer le confort des occupants. Au Québec, la construction en bois prédomine, soutenue par des ressources locales qui contribuent au développement socio-économique et environnemental de la région. Cependant, l'industrie de la construction québécoise est restée conservatrice, avec peu d'innovations au cours des dernières décennies. Ce mémoire explore une nouvelle méthode de construction appelée le mur parfait, qui optimise les assemblages de murs à ossature légère en plaçant l'isolation à l'extérieur de la structure afin d'éliminer les ponts thermiques et de supprimer le besoin de pare-vapeur. L'étude compare les performances hygrothermiques, l'étanchéité à l'air et la transmission sonore des structures isolées entièrement de l'extérieur à celles des structures traditionnelles nord-américaines à l'échelle 1:1, en confrontant ces résultats à des études de laboratoire. Cet article est structuré en quatre chapitres : une revue de la littérature, les objectifs du projet, les aspects méthodologiques et un article scientifique publié. La version originale en anglais de celui-ci se trouve en annexe. / The building sector is one of the largest energy consumers worldwide, along with transportation and industry. In 2016, the residential sector in Canada accounted for 16.6% of total secondary energy consumption, with heating and cooling needs making up 63% of that demand. Improving the energy efficiency of residential buildings directly reduces heating and cooling requirements, as well as overall energy consumption. A key factor in this efficiency is the building envelope, which separates indoor spaces from external elements, ensuring occupant comfort and protecting the building against harsh weather conditions. A well-designed envelope reduces energy consumption, maintenance costs, greenhouse gas emissions, and improves occupant comfort. In Quebec, wood construction is dominant, supported by local resources contributing to the region's socio- economic and environmental development. However, the Quebec construction industry has remained conservative, with little innovation over the past decades. This thesis explores a new construction method called the perfect wall, which optimizes light-frame wall assemblies by placing insulation outside the frame to eliminate thermal bridges and the need for a vapor barrier. The study compares the hygrothermal performance, airtightness, and sound transmission of structures insulated entirely from the outside with traditional North American structures, further contrasting these results with laboratory studies. This article is structured into four chapters: a literature review, the project objectives, the methodological aspects, and a published scientific article. The original English version of the article can be found in the appendix.

Les distributeurs énergétiques comme Gaz Métro et Hydro-Québec doivent s’assurer que la capacité de leur réseau suffit à satisfaire les besoins de ses clients. Lorsque les réseaux de distribution sont employés à pleine capacité et que la demande d’énergie augmente, ces entreprises ont le choix d’investir pour augmenter leur capacité ou inciter leurs clients à consommer moins. Il est possible de reporter des investissements en offrant aux clients des programmes d’efficacité énergétique qui abaissent la demande. Historiquement, les deux distributeurs québécois et la Régie de l’énergie qui les supervisent ont préféré accroître la capacité de leur réseau respectif afin de sécuriser l’approvisionnement de leur clientèle, notamment parce qu’ils ne leur semblaient pas possibles de contrôler adéquatement la demande énergétique. De plus, comme les revenus des entreprises augmentent avec la demande, ces entreprises ne sont pas incitées à tenter de la réduire. Dans ce mémoire, je propose une méthode d’estimation de la rentabilité d’une stratégie de report actif d’un investissement visant à augmenter la capacité des réseaux de distrubution couplée à un mécanisme incitatif. Ma méthode combine l’évaluation actualisée des coûts et bénéfices de l’investissement à un modèle de comportement du consommateur. / Energy utilities such as Gaz Métro and Hydro-Québec must ensure that the capacity of their network is sufficient to satisfy the needs of its customers. When the distribution networks are used at full capacity and the demand for energy increases, these companies have the choice of investing to increase their capacity or encourage their customers to consume less. Investments can be deferred by offering customers energy efficiency programs that reduce demand. Historically, the two distributors and the Régie de l’énergie who supervised them preferred to increase the capacity of their respective networks in order to secure the supply of their customers, especially because they felt like it was not possible to adequately control energy demand. Moreover, as business incomes increase with demand, these firms have no incentive to attempt to reduce it. In this paper, I propose a method for estimating the profitability of an active deferral strategy for an investment aimed at increasing the capacity of distrubution networks coupled with an incentive mechanism. My method combines the updated assessment of the costs and benefits of the investment with a pattern of consumer behavior.

Le secteur du bâtiment au Canada est responsable de plus de 16% des émissions de gaz à effet de serre (GES) et de 30% de la consommation énergétique. À l’échelle mondiale, cela s’élève à 30% pour les émissions de GES et à 40% en ce qui a trait à la consommation énergétique. Ce secteur a donc un rôle majeur à jouer dans la lutte aux changements climatiques et pour la transition énergétique. L’optimisation multi-objectif fait partie des méthodes de conception reconnues par les scientifiques pour son fort potentiel d’amélioration de la durabilité des bâtiments résidentiels et commerciaux. Depuis le début des années 90, son utilisation dans le domaine n’a cessé de s’accroitre. Des algorithmes d’optimisation sont en continuel développement afin de résoudre efficacement des problèmes de conception dont les exigences sont toujours plus complexes. L’objectif de cette thèse est donc de développer et d’évaluer une méthodologie d’optimisation pour la conception de bâtiments durables tenant compte simultanément d’un ensemble de variables hétérogènes et d’objectifs contradictoires. Les solutions proposées sont complémentaires aux recherches les plus avancées dans le domaine de l’optimisation multi-objectif. Dans un premier temps, une analyse de sensibilité globale est appliquée à 30 variables de conception influençant divers critères de performances relatifs à la consommation énergétique et au confort d’un bâtiment commercial. Trois méthodes d’analyse de sensibilité sont utilisées : Coefficients de régression standard, coefficients de régression partielle par le rang et les indices de Sobol. L’analyse des résultats montre que les 3 techniques mènent à des conclusions similaires. Le rang en ce qui a trait à l’importance des variables est semblable pour chacune des techniques et pour chacune des fonctions évaluées. Les principales interactions entre variables de conception ont été identifiées avec les indices de Sobol de second ordre. Cette première analyse permet d’éliminer certaines variables qui ont peu d’impact sur les critères de performances. De plus, un cadre de conception s’apparentant à une approche de conception traditionnelle a été adopté dans lequel des variables de conception sont définies de façon séquentielle. Une seconde analyse de sensibilité a été appliquée à chacune des phases du processus, en faisant l’hypothèse que les variables définies dans une phase antérieure ont une valeur fixe, soit celle du bâtiment réel. L’analyse des résultats démontre que les méthodes de conception séquentielles tendent à réduire la possibilité d’obtenir des solutions à faible consommation énergétique. Dans un deuxième temps, le problème d’optimisation suivant est formulé : la minimisation simultanée des émissions de gaz à effet de serre résultantes de la consommation énergétique d’un bâtiment résidentiel et de celles résultantes des matériaux de construction. Ce problème implique des variables se situant à différents niveaux hiérarchiques, dont certaines peuvent devenir obsolètes selon la valeur prise par une autre variable. Un algorithme considérant cette particularité est développé et comparé à l’algorithme NSGA-II. Des indicateurs de performances (e.g. convergence et diversité) montrent que les deux algorithmes parviennent à résoudre ce problème. L’analyse du front de Pareto confirme, dans le cas présent, que l’algorithme NSGA-II est finalement plus performant dans l’identification de solutions optimales. L’ensemble des solutions optimales obtenues se définit par des bâtiments utilisant une enveloppe en bois. De plus, le système de chauffage sélectionné pour chacune des solutions repose soit sur l’utilisation d’une pompe à chaleur, soit sur l’utilisation de radiateurs électriques. Finalement, l’étude de cas du bâtiment résidentiel est reprise afin d’évaluer la performance de deux modes de conception : processus de conception séquentiel et processus de conception intégré. Avec l’approche intégrée, 39 variables de conception reliées à l’architecture du bâtiment ainsi qu’aux systèmes CVAC-R sont optimisées simultanément. Dans l’approche séquentielle, les variables architecturales sont d’abord optimisées. Plusieurs solutions optimales sont alors sélectionnées pour la deuxième phase d’optimisation qui se focalisera sur des paramètres relatifs aux systèmes de chauffage. La minimisation de l’empreinte environnementale, du cout sur le cycle de vie et la maximisation du confort thermique sont optimisés simultanément par l’algorithme NSGA-II. Avec seulement 100 heures de temps de calcul, l’approche holistique a mis en lumière 59% des solutions optimales alors qu’il a fallu 765 heures pour trouver 41% des solutions optimales avec l’approche séquentielle. La comparaison démontre les effets négatifs et irréversibles qu’il y a dans la prise de décision dès les phases préliminaires de conception. La méthodologie proposée dans ces travaux de thèse permet donc d’augmenter l’efficacité à trouver des solutions optimales.