Face à la croissance du coût de l’énergie, la complexification des gisements, et une pression sociétale accrue pour réduire l’empreinte environnementale des activités industrielles, l’industrie minière est confrontée à un défi de taille. Les usines minéralurgiques comptent pour une portion significative de la consommation énergétique des sites miniers alors que les circuits de broyage affichent une efficacité énergétique sous la barre des 30 %.L’amélioration de l’efficacité énergétique de l’étape de fragmentation apparait comme une avenue logique afin de diminuer l’empreinte énergétique des usines minéralurgiques. Cette recherche vise à démontrer que l’amélioration de la performance énergétique des circuits de comminution est possible en définissant une stratégie d’opération adaptée qui utilise de la régulation avancée. Afin de résoudre la problématique, plusieurs échantillonnages de la réponse dynamique du circuit de broyage de la mine Niobec ont été effectués. La programmation et le calibrage d’un simulateur dynamique permettant de suivre la distribution granulométrique de chacun des flux du circuit de broyage de la mine ont été complétés par la suite. Ce simulateur a permis l’étude des performances du circuit dans différentes conditions d’opération incluant l’intégration de perturbations dans le comportement du minerai. Une stratégie de régulation avancée visant à maximiser la charge circulante du circuit a été développée en utilisant des contrôleurs PID. La maximisation de la charge circulante va de pair avec une amélioration de la classification dans le circuit et une diminution du surbroyage ce qui entraîne une amélioration de l’efficacité énergétique. En comparaison à la stratégie de contrôle actuelle, celle proposée permet d’augmenter le tonnage traité et de diminuer la consommation énergétique par tonne traitée. Les simulations montrent qu’une réduction de 8,29 à 6,92 kWh par tonne traitée est envisageable. Cette amélioration de l’empreinte énergétique se fait de concert avec une augmentation de 155 à 184 tonnes traitées par heure tout en maintenant la cible de dimension du produit de broyage. La robustesse de la stratégie de régulation proposée est démontrée par l’étude de sa réponse à une variation de la dureté du minerai traité. Ces résultats montrent qu’il est possible d’accroitre significativement les performances en utilisant des stratégies de régulation avancée à la portée des systèmes de contrôle les plus communément utilisés. Ils indiquent aussi que l’augmentation de l’efficacité de la classification est un aspect important de l’amélioration des performances énergétiques.

Cette étude a pour but de combler l'écart entre l'état actuel de la simulation énergétique dans le domaine du bâtiment (i.e. hypothèses et modèles) et la connaissance empirique sur le comportement des usagers en matière de contrôle environnemental. L'application principale issue de cette thèse est un module de simulation autonome qui vise la modélisation à haute résolution et à haute fréquence des interactions personne-milieu: de l'occupation des locaux (i.e. l'affectation individuelle d'un environnement modélisé), du contrôle basé uniquement sur la présence ou l'absence des occupants (e.g. détecteurs de mouvement), jusqu'aux modèles comportementaux plus avancés (e.g. commutation manuelle des appareils d'éclairage, l'utilisation des fenêtres ouvrantes). L'intégration du module au sein du logiciel libre ESP-r, un programme qui permet de simuler l'ensemble des interactions bâtiment-systèmes-environnement, permet d'étudier à quel point les modèles d'interactions personne-milieu, issus des études en milieu réel, peuvent influencer les besoins énergétiques d'un bâtiment donné. Certains traits comportementaux, couramment associés aux modèles de contrôle manuel des systèmes d'éclairage, caractérisent également le comportement individuel au niveau des fenêtres ouvrantes; une conclusion issue d'une étude pilote en milieu réel sur le campus de l'Université Laval (Québec). Cette constatation suggère certains traits communs pouvant décrire le comportement des usagers en matière de contrôle environnemental. Le module développé permet également d'étudier le potentiel écoénergétique de stratégies innovatrices: l'application de stratégies de contrôle reposant sur l'adaptation thermique dans un contexte de climatisation hybride, et basées sur l'opération de fenêtres ouvrantes en tant que commutateurs entre climat naturel et climat artificiel. Les résultats préliminaires suggèrent que pour les climats nordiques ou méridionaux, ces approches permettent effectivement de réduire les besoins en climatisation, mais qu'en contre partie les besoins en chauffage augmentent considérablement en raison de l'utilisation des fenêtres en périodes plus tempérées. L'intérêt de la méthode est ici mis en évidence dans sa capacité à simuler globalement l'ensemble des conséquences énergétiques de l'interaction sociale avec l'environnement bâti. / This study sets out to bridge the gap between building energy simulation and empirical evidence on occupant behaviour. The major output is a self-contained simulation module that aims to control all occupant-related phenomena which can affect energy use in buildings. It provides high resolution and high frequency occupancy prediction (i.e. when occupants as individual agents occupy a modelled environment), occupant-sensing control (i.e. as driven by the mere presence of one or more occupants, such as occupancy-sensing lighting controls), as well as advanced behavioural models (i.e. active personal control, such as manual switching of lights, manual adjustments to window blinds, operable windows, personalized air-conditioning units). The module is integrated within the ESP-r free software, a whole-building energy simulation program. Simulation results clearly show that occupants-based phenomena exert a strong influence on simulated energy use, revealing a number of limitations in key assumptions in current energy simulation practice. Key behavioural traits, commonly associated to lighting behavioural patterns, also appear to be associated to personal control of operable windows, as demonstrated in a pilot field study in a Université Laval pavilion in Québec. This may suggest an abstract quality to certain behavioural concepts regarding different environmental controls. The study then focuses on the use of the developed work to investigate the energy saving potential of novel yet untried strategies: adaptive comfort control algorithms in hybrid environments, based on the use of operable windows as switching mechanisms between natural and artificial modes of environmental control. Results suggest that for both heating- and cooling-dominant climates, adaptive comfort control effectively reduces cooling requirements, yet operable window use during cooler conditions appear to increase heating requirements. The usefulness of the original method is here illustrated by providing a more complete view on energy use attributed to occupant behaviour.

Ce projet de recherche consiste à développer un nouveau matériau afin d’améliorer la performance énergétique des bâtiments, tout en réduisant l’empreinte carbone. Le nouveau matériau qui joue le rôle de revêtement mural pourrait remplacer les panneaux de gypse et permettre de réduire les écarts de température à l’intérieur des bâtiments, augmentant ainsi le confort des occupants tout en réduisant les besoins en climatisation et en chauffage. Trois objectifs spécifiques ont donc été établis dans le cadre du présent projet de recherche. Le premier consiste à développer la mise en forme et la formulation de panneaux bois-ciment-cendre de bois-poudre de pierre. Le second vise à caractériser ces panneaux quant à leurs propriétés mécaniques et thermiques, à leur résistance à l’absorption d’eau et à leur réaction au feu. Le troisième consiste à évaluer la performance thermique de ces panneaux à l’aide de deux maisonnettes expérimentales instrumentées. Le choix des matières premières a été fait sur la base de leur capacité thermique, leur densité et leur compatibilité. Ensuite, elles ont été caractérisées quant à leur composition chimique, leur granulométrie et leurs propriétés physiques. Les combinaisons de composantes qui ont été finalement retenues pour les panneaux sont les suivantes : particules de bois-ciment-cendre de bois et particules de bois-ciment-pierre de stéatite. La formulation appropriée à chaque type de panneau a été déterminée en termes de proportion massique eau/ciment, bois/ciment et produit d’addition/ciment sur la base de la maniabilité de la pâte et de la densité du matériau composite obtenu. Les panneaux composites produits ont été caractérisés quant à leurs propriétés mécaniques, physiques, thermiques et à leur comportement au feu et à leur structure interne caractérisée par microscopie électronique à balayage. Le pourcentage de remplacement optimal du ciment par de la cendre de bois est de 30%massique. À ce niveau de remplacement, les propriétés mécaniques du panneau sont légèrement réduites(réduction de 12% de la résistance à la flexion et de 21% de la résistance à l’arrachement des vis) par rapport à un panneau sans produit de remplacement. Au-delà de 30% de remplacement, les propriétés diminuent significativement. La stéatite nous offre une bonne qualité de surface du panneau, comparable à la surface de papier du gypse mais sans papier. Le pourcentage optimal de remplacement du ciment par la stéatite est de 15% massique. Les propriétés mécaniques sont améliorées (augmentation de 69% de la résistance à la flexion, de 37% de la résistance à l’arrachement des vis). Ces panneaux peuvent être coupés facilement avec une scie à main de la même manière que le panneau de gypse. Par conséquent, le processus d'installation du panneau est essentiellement le même. Ces panneaux ont une bonne résistance à l'eau. Les panneaux bois-ciment-poudre de stéatite ont de plus un meilleur comportement au feu que les panneaux de gypse. En effet, ils ne présentent pas une flamme visuelle après 20 minutes d’exposition au feu (une minute pour le panneau en gypse) sous un flux radiatif de 50 kW.m-2. Leur chaleur spécifique (15% de remplacement du ciment par la stéatite) est supérieure à celle du panneau en gypse de 38%. Des panneaux de gypse et des panneaux bois-ciment-poudre de stéatite ont été installés sur les murs intérieurs de maisonnettes expérimentales. Les résultats de mesures réalisées de mars à juillet 2019 montrent que la consommation en chauffage de la maisonnette avec des panneaux bois-ciment-poudre de stéatite a diminué de 7% par rapport à celle de la maisonnette avec panneaux intérieurs de gypse lorsque la plage de températures extérieures était de -9°C à 10°C, sans chauffage intérieur. La température intérieure de la maisonnette avec des panneaux bois-ciment-poudre de stéatite est plus confortable lors d’une journée ensoleillée. La différence des amplitudes de température intérieure quotidienne entre les deux maisonnettes a atteint 2,1°C pour une journée très chaude lorsque la température extérieure a atteint 28°C. / This research project consists to develop a new material in order to improve the energy performance of buildings but also the reduction of the carbon footprint of the materials used. The new material, used as wall covering, could help replace gypsum boards and reduce temperature differences inside buildings, thus increasing building comfort while reducing the need for air conditioning and heating. Three specific objectives have been established for this research project. The first objective is to develop the fabrication method and formulation of wood-cement-wood ash-stone powder panels. The second objective aims to characterize these panels in terms of mechanical and thermal properties, water absorption resistance, and fire resistance. The third objective consists of evaluating the thermal performance of these panels using two instrumented experimental huts. The choice of raw materials was based on their heat capacity, density, and compatibility. Then, they were characterized in terms of chemical composition, particle size, and physical properties. The components used for the composites finally selected are wood-cement-wood ash particle boards as well as wood-cementstéatite particle boards. The appropriate formulation for each type of panel was determined in terms of water / cement, wood / cement and adduct / cement mass ratio based on the workability of the paste and the density of the resulting composite material. The composite panels produced were characterized for their mechanical, physical, thermal properties, fire resistance and internal structure characterized by scanning electron microscope. The optimum percentage of replacement of cement by wood ash is 30% by mass. At this amount of replacement, the mechanical properties of the panel have been slightly reduced (12% reduction in flexural strength; 21% reduction in screw pull-out strength) compared to a panel without replacement. Beyond 30% replacement, the properties decreased significantly. Steatite gives us a good panel surface quality, comparable to the surface of gypsum panel standard but without paper. The optimal percentage of replacement of cement by steatite is 15% by mass. Mechanical properties are improved (69% increase in flexural strength, 37% increase in screw pull-out resistance). These panels can be cut easily with a handsaw in the same way as drywall. Therefore, the panel installation process is essentially the same. These panels have good water resistance. Wood-cement-steatite powder panels have better fire resistance than gypsum panels. Indeed, they do not exhibit a visual flame after 20 minutes of exposure to fire (one minute for gypsum board) under a radiative flux of 50 kW/m2 . Their specific heat (15% replacement of cement by steatite) is higher than that of gypsum board by 40%. Gypsum panels and wood-cement-steatite powder panels were installed on the interior walls of experimental huts The results obtained for March and July 2019 show that the heating consumption of the hut with wood- cement-steatite powder panels has decreased by 7% compared to that of the hut with interior gypsum panels when the outside temperature varied from -9°C to 10°C, without internal heating. The interior temperature of the hut with wood-cement-steatite panels is more comfortable on a sunny day. The difference in daily indoor temperature amplitudes between the two huts reached 2.1°C on a very hot day when the outside temperature reached 28°C.

Au Québec, la construction en bois massif pour les bâtiments de plus de trois étages gagne en popularité. Son caractère écologique et renouvelable est intéressant pour la construction de bâtiments commerciaux. Cependant, la faible utilisation de ce matériau dans le domaine commercial a suscité des questionnements par rapport au comportement thermique. Dans la présente étude, le comportement de la masse thermique a été analysé à l’aide de simulations numériques. Les variables étudiées sont les variables thermiques dynamiques, l’intensité énergétique et le confort. Deux logiciels ont été utilisés pour faire ces simulations. Le premier logiciel envisagé, e-Quest, ne s'est pas révélé pertinent pour les analyses sur l'effet de la masse thermique [1]. EnergyPlus a finalement été utilisé dans le cadre de cette étude. Les résultats ont démontré que le changement de type de masse thermique et la présence de masse thermique permettent de réduire la variation de température moyenne journalière des surfaces internes. Cette réduction atteint 27.8% (2.33°C) lorsque la construction en ossature légère de bois est changée pour une construction en béton massif de 4 W/m2-K RSI. Un constat majeur est que l’intensité énergétique varie surtout en fonction du type de masse thermique. En jumelant le type de masse thermique avec la résistance, un certain gain est obtenu en termes de réduction de l’intensité énergétique. L’épaisseur de masse thermique est le paramètre ayant le moins d’effet sur l’intensité énergétique. Les gains sont d’environ 2.5%, en combinant le type de masse thermique et l’épaisseur de celle-ci. Ce comportement peut s’expliquer par le fait que l’énergie emmagasinée dans l’enveloppe et retournée au bâtiment de façon décalée, ce qui réduit la charge de chauffage en hiver, mais génère des charges de climatisation durant l’été. La dimension du bâtiment étudié et la ventilation peuvent aussi expliquer les faibles gains observés en matière d’intensité énergétique. / In the province of Québec, massive wood buildings of three floors and more are becoming more and more popular. This material being ecological and renewable is interesting for commercial buildings. However, its use is fairly low in this type of buildings and this raises many questions related to the thermal behavior. In this study, the influence of thermal mass has been studied using numerical simulations. The variables analyzed are the dynamic thermal variables, the energy intensity and the comfort. Two programs have been used to perform the simulations. Since the simulations done using e-QUEST have not demonstrated their relevance for thermal mass analyses [1], EnergyPlus software was used to perform the simulations during this study. The results have demonstrated that the type of thermal mass change and the presence of thermal mass can reduce the mean daily temperature swing of the internal surfaces of the walls. This reduction is up to 27.8% (2.33°C) when the building type passes from a lightweight wood construction to a heavyweight concrete one with a 4 W/m2-K RSI. Another major notice is that the energy intensity principally varies in function of the thermal mass type. Coupled with the thermal resistance, this adds a certain reduction of the energy intensity. The thermal mass thickness is the parameter having the smallest effect on the energy intensity. Gains observed are around 2.5% when the modifications of the type of thermal mass and its thickness are combined. This behavior can be explained by the fact that the energy that is stocked in the envelope and returned to the building after a certain time lag reduces heating demand during winter, but generates cooling demand during summer. The size of the studied building and the ventilation system type could be an explanation of the weak gains obtained regarding the energy intensity.

Ce mémoire présente les travaux effectués dans le cadre d'un projet de recherche dont le but était de déterminer le potentiel de la ventilation afin d'améliorer les performances énergétiques de fenêtres dites « intelligentes » intégrant un verre électrochromique, une technologie émergente permettant à la fenêtre d'avoir une opacité variable. Premièrement, afin d'atteindre les objectifs fixés, un modèle de fenêtre ventilée a été implanté dans un logiciel commercial de volumes finis afin d'évaluer les bénéfices de la ventilation. Les modes d'opérations de la fenêtre ventilée étudiés étant pensé afin de réduire les charges de climatisation, les simulations ont été effectuées pour des conditions extérieures standards d'été proposées par la NFRC (National Fenestration Rating Council). Une analyse de l'impact de la ventilation sur des fenêtres faites de différents verres tels que des verres clairs et des verres énergétiques low-e ainsi qu'une étude plus exhaustive pour une fenêtre intégrant un verre électrochromique ont été effectuées selon des critères d'évaluation de performance standards dans l'industrie des fenêtres. Les résultats présentés dans un premier article de journal scientifique ont démontré le potentiel des fenêtres électrochromiques ventilées et la pertinence d'approfondir les recherches sur le sujet. Par la suite, un modèle numérique développé et présenté dans le premier article a été implanté dans un modèle numérique de simulation énergétique de bâtiment existant afin d'évaluer l'impact de la ventilation sur la consommation d'énergie annuelle d'un bâtiment situé à Miami, en Floride, avec des façades faites de verres électrochromiques dont l'opacité est optimisée pour chaque heure de l'année pour minimiser la consommation d'énergie. Les performances de la ventilation en fonction de l'orientation de la façade fenestrée, c'est-à-dire nord, sud, est et ouest, ainsi que l'influence de la quantité de rayonnement solaire reçue par la façade ont été analysées. Les résultats présentés dans un deuxième article de journal scientifique ont permis d'évaluer les surcoûts acceptables engendrés par l'installation de verres électrochromiques au lieu de verres énergétiques low-e afin d'obtenir un retour sur investissement au bout de 5 à 10 ans.

Dans la vague de la nouvelle politique gouvernementale entourant le développement durable découlant du processus de consultation sur l'énergie au Québec, le gouvernement créa la Régie de l'énergie et l'Agence de l'efficacité énergétique. L'article 72 de la loi sur la Régie de l'énergie mentionne que les distributeurs d'énergie devront déposer et ce, annuellement, un plan de ressources. Le but de ce mémoire est d'orienter la SCGM (Société en Commandite Gaz Métropolitain) dans la planification, la réalisation et l'évaluation de sa politique en efficacité énergétique. Une analyse de rentabilité économique a été menée pour expliquer le contexte particulier dans lequel la SCGM évolue. Selon notre analyse, étant donné la structure de ses coûts, il n'est pas économiquement viable pour la SCGM d'entreprendre des programmes d'efficacité énergétique qui ont pour unique but de diminuer la consommation des clients afin de faire face à un accroissement futur de la demande en énergie. Cependant, pour des raisons autres qu'économiques, la SCGM aurait avantage à inclure et ce, dans certains de ses programmes commerciaux, un volet en efficacité énergétique. Ceci lui permettrait de développer une politique efficace répondant aux besoins de ses clients.

Dans la vague de la nouvelle politique gouvernementale entourant le développement durable découlant du processus de consultation sur l'énergie au Québec, le gouvernement créa la Régie de l'énergie et l'Agence de l'efficacité énergétique. L'article 72 de la loi sur la Régie de l'énergie mentionne que les distributeurs d'énergie devront déposer et ce, annuellement, un plan de ressources. Le but de ce mémoire est d'orienter la SCGM (Société en Commandite Gaz Métropolitain) dans la planification, la réalisation et l'évaluation de sa politique en efficacité énergétique. Une analyse de rentabilité économique a été menée pour expliquer le contexte particulier dans lequel la SCGM évolue. Selon notre analyse, étant donné la structure de ses coûts, il n'est pas économiquement viable pour la SCGM d'entreprendre des programmes d'efficacité énergétique qui ont pour unique but de diminuer la consommation des clients afin de faire face à un accroissement futur de la demande en énergie. Cependant, pour des raisons autres qu'économiques, la SCGM aurait avantage à inclure et ce, dans certains de ses programmes commerciaux, un volet en efficacité énergétique. Ceci lui permettrait de développer une politique efficace répondant aux besoins de ses clients.

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