L’exploitation minière souterraine dans les régions froides du monde nécessite le chauffage de l’air frais de ventilation et des bâtiments de surface. L’air vicié est habituellement rejeté dans l'atmosphère à des températures beaucoup plus élevées que l'air ambiant. Un logiciel informatique a été développé afin d'évaluer la faisabilité de récupérer la chaleur de l'air vicié des mines. Le logiciel estime la quantité de chaleur d’air vicié récupérable dans une mine souterraine. Il déterminera ensuite les économies annuelles potentiels d'énergie et un coût capital du système pour obtenir le retour sur l’investissement initial. Le logiciel considère un circuit de glycol en boucle fermée avec des échangeurs de chaleur à tubes et ailettes situées à l'extrémité des installations de ventilations à la surface (à l’entrée et l’échappement d’air). Différents concepts des systèmes de récupération de chaleur sont énoncés. La plupart des sources de chaleurs habituelles trouvées sur un site minier sont répertoriés. Quelques concepts innovateurs qui exploitent le froid de l'hiver comme un atout pour refroidir l'air d'entrée sont exposés. Mots clés : Sources de chaleurs, air vicié, récupération de chaleur, faisabilité, chauffage, refroidissement / Underground mining in cold regions of the world requires heating of surface buildings and intake fresh air. Exhaust return air is usually discharged to the atmosphere at much higher temperatures than the ambient air. A computer software application has been developed in order to evaluate the feasibility of recovering heat from return exhaust air. The software approximates the amount of heat that can be recovered on surface from the exhaust ventilation shaft of an underground mine. It will then determine the annual energy cost savings and a capital cost of the system. This software considers a closed-loop glycol circuit with tube and fins heat exchangers located at the extremity of the exhaust and intake shaft surface installations. Different concepts of the heat recovery system are as well described. Most common heat sources that can be found on mine sites are listed. Several innovative designs that exploit cold winter weather as an asset to cool mine intake air are explained. Key words: heat sources, return air, heat recovery, feasibility, heating, cooling

Le principal objectif de ce mémoire est d’évaluer la performance environnementale des programmes d’efficacité énergétique de Gaz Métro pour la période 2011-2012. Leur évaluation environnementale est nécessaire pour s’assurer que les programmes offerts réduisent les émissions de GES efficacement. La méthode proposée consiste à actualiser le coût social des économies de GES annuelles pour les comparer au coût initial de mettre en place une mesure ou un programme d’efficacité énergétique. En tout, trois évaluations sont effectuées pour 22 des 27 PEÉ de Gaz Métro. Ces évaluations permettent de vérifier si les mesures d’efficacité énergétique et les programmes d’efficacité énergétique réduisent les émissions de GES à un coût inférieur au coût social du carbone. Les résultats nous démontrent que les PEÉ sont majoritairement des instruments de réduction des émissions de GES très profitables lorsque l’on intègre les coûts évités à l’analyse.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Au Canada, le secteur du bâtiment est responsable de 13% des émissions de GES. Dans un contexte de mix énergétique majoritairement composé de ressources renouvelables comme dans la province de Québec, les impacts environnementaux liés aux matériaux sont responsables d'une grande part des impacts des bâtiments. Par conséquent, la prise en compte du carbone intrinsèque sera nécessaire pour atteindre l'objectif canadien de carboneutralité d'ici 2050. Dans l'industrie de la construction, de plus en plus de manufacturiers sont portés à publier les résultats d'analyse du cycle de vie de leurs produits dans des déclarations environnementales de produits (DEP). Ces DEP partagent les impacts environnementaux d'un matériau de construction sous un format simplifié. Ces déclarations sont consultées par les professionnels en conception de bâtiment tels que les architectes et les ingénieurs. En revanche, malgré les règles de catégories en place et les normes à respecter pour concevoir une DEP, les hypothèses pour réaliser l'analyse du cycle de vie peuvent varier et ainsi avoir un impact sur la comparabilité des DEP. Ce projet a pour objectif d'évaluer l'effet d'utiliser les résultats d'impacts environnementaux provenant des DEP pour le choix des éléments de structure en bois massif d'un bâtiment résidentiel multiétage. L'étude a porté sur les DEP nord-américaines des éléments de structure en bois suivants : le lamellé-collé, le lamellé croisé et le bois en placage stratifié. Les résultats d'impacts environnementaux dans les DEP ont été comparés aux données génériques de la base de données Ecoinvent v3.8. Les résultats de cette étude suggèrent que les DEP peuvent généralement être utilisées sans distinction par rapport à leur équivalent dans la base de données générique. Cependant, quelques valeurs d'impacts environnementaux dans des DEP étaient nettement différentes du groupe. De plus, puisque les DEP évaluées déclaraient seulement les impacts de la phase de production, d'autres impacts tels que le transport des matériaux jusqu'au site de construction peuvent avoir un impact considérable sur l'ensemble du cycle de vie du bâtiment. Conséquemment, il est recommandé d'utiliser les DEP dans le cadre d'une analyse du cycle de vie de bâtiment plutôt que d'utiliser les DEP à des fins de comparaisons directes entre elles. Cette étude permettra aux professionnels en conception du bâtiment de mieux comprendre les impacts intrinsèques des matériaux de construction et leur influence sur l'ensemble du cycle de vie du bâtiment.

Ce mémoire expose les différentes opportunités d'implantation de matériaux à changement de phase (PCM) dans des zones thermiques intégrées à des bâtiments. Les avantages inhérents à l'emploi de PCM sont analysés dans l'optique de réduction de la consommation d'énergie dans les systèmes CVAC (Chauffage, Ventilation et Air Conditionné). Le travail est divisé en deux parties renvoyant chacune à un article scientifique. Le premier article analyse les impacts et les bénéfices de galvaniser la masse thermique d'une zone en y incluant des PCM. L'étude illustre en premier lieu l'influence prépondérante de l'inertie thermique sur les performances thermiques de la zone, et les possibilités d'optimisation qui en découlent. L'ajout de PCM dans la zone est ensuite formellement optimisé pour deux cas de figure distincts, à savoir l'imposition de conditions climatiques idéalisées ou réelles à la zone. Pour ces deux contextes, on démontre qu'intégrer à la surface de la zone une quantité de PCM correspondant à une fraction de son épaisseur, à une température de fusion d'environ 26°C, augmente significativement les performances de la zone (20% en moyenne). Les calculs sont effectués selon trois fonctions objectives différentes, dont la complexité et la perspective d'optimisation varient. Le chapitre suivant, où le deuxième article est présenté, étend l'analyse décrite ci-dessus à une zone tridimensionnelle. Autrement dit, il est possible d'intégrer du PCM sur le plancher, les murs, le plafond et la façade de la zone à l'étude. Les dimensions, la fenestration, la composition et l'orientation de la zone sont entièrement modulables ; dans le cadre de ce chapitre, l'analyse est restreinte à un cas particulier et démontre que si elle est judicieusement incluse, une faible quantité de PCM peut avoir des retombées énergétiques considérables sur les performances thermiques de la zone. À l'inverse, certaines configurations où l'on inclut du PCM s'avèrent peu performantes et même en deçà des résultats observés sans PCM. Ce travail conjugue une compréhension fondamentale des PCM avec une analyse scientifique rigoureuse, de manière à montrer l'étendue du potentiel de ces matériaux.

Les émissions de gaz à effet de serre (GES) sont les principaux contributeurs aux changements climatiques et le transport maritime compte pour 3 % des émissions mondiales de GES. Dans ce contexte, après les accords de Paris de 2015, l'Organisation maritime internationale (OMI) s'est engagée à réduire ses émissions de GES du transport maritime. Plusieurs études ont été menées dans ce sens. Toutefois, la plupart des recherches se sont intéressées aux aspects technologiques de la transition énergétique en se concentrant moins sur les facteurs influençant les décisions d'investissement dans la réduction des émissions de GES. L'une des limites de ces recherches sur l'étude des motivations des entreprises à l'investissement est qu'elles se sont concentrées le plus souvent sur l'analyse des facteurs externes en occultant ceux internes dans la prise de décision des entreprises. À ce jour, les stratégies des entreprises dans le contexte de la transition énergétique sont encore moins connues. C'est dans le but de combler cette lacune de la littérature que cette étude a été menée à l'échelle de la Voie maritime du Saint-Laurent. Pour mener à bien cette recherche, un cadre théorique axé sur la théorie institutionnelle, la matrice de Porter et la théorie basée sur les ressources a été développé. L'approche méthodologique adoptée est de type qualitatif. Elle a consisté à la collecte des données à travers les entrevues semi- structurées et à la recherche documentaire sur les stratégies des entreprises maritimes et acteurs externes en matière de réduction des émissions de GES sur la Voie maritime du Saint-Laurent. Par ailleurs, pour donner un sens à nos données, une analyse thématique a été appliquée avec le logiciel Nvivo. Les résultats de cette recherche montrent que, les entreprises maritimes sondées ont adopté diverses approches en matière de réduction des émissions de GES. Toutefois, les approches des entreprises se concentrent majoritairement sur les mesures d'efficacité énergétique et peu sur les énergies alternatives. Il ressort de notre recherche que toutes les entreprises ne s'impliquent pas encore dans la transition énergétique pour réduire leurs émissions de GES. Les résultats de cette étude confirment non seulement l'existence de facteurs déjà identifiés dans la littérature existante, mais également à révéler d'autres facteurs influençant les décisions d'investissement. Parmi ces facteurs, nos résultats révèlent que les opportunités économiques sont les raisons essentielles pour lesquelles les entreprises investissent. L'étude des motivations à l'investissement permet de comprendre que la réduction des GES n'est pas une priorité pour toutes les entreprises. À ce sujet, les répondants ont mentionné les problèmes économiques tels que le coût élevé des technologies et le manque de financement comme étant les obstacles importants à la prise de décision à l'investissement dans la transition énergétique. Dans ce sens, l'aide financière du gouvernement a été identifiée comme le principal paramètre susceptible d'encourager les entreprises à investir dans la transition énergétique pour réduire leurs émissions de GES. L‘originalité de cette recherche réside sur plusieurs points. En effet, cette recherche aide à l'amélioration des connaissances scientifiques sur les stratégies des entreprises dans la transition énergétique du transport maritime. Plus précisément, elle a contribué à enrichir la littérature en fournissant un nouveau cadre théorique sur l'étude des facteurs influençant les décisions d'investissement dans la réduction des émissions de GES. De même, elle a permis d'identifier les choix des entreprises, les motivations et les aspects sociaux et économiques liés à la transition énergétique dans le transport maritime. Également, les résultats de l'étude ont permis de proposer une hiérarchisation des choix et motivations des entreprises à l'investissement dans la réduction des émissions de GES du transport maritime. La valeur ajoutée de cette recherche réside dans son caractère exploratoire, spécifique à la Voie maritime du Saint-Laurent, qui reste beaucoup moins documentée. / Greenhouse gas (GHG) emissions are a major contributor to climate change, and shipping accounts for 3% of global GHG emissions. Against this background, the International Maritime Organization (IMO) has committed itself to reducing GHG emissions from shipping following the Paris Agreement in 2015. Several studies have been conducted in this direction. However, most of the research has focused on the technological aspects of the energy transition, with less emphasis on the factors influencing investment decisions to reduce GHG emissions. One of the limitations of this research on the investment motivations of companies is that it has mostly focused on the analysis of external factors, overlooking those internal to the investment decision. Even less is known about corporate strategies in the context of energy system transformation. In order to fill this gap in the literature, this study was conducted at the scale of the St. Lawrence Seaway. To conduct this research, a theoretical framework based on institutional theory, Porter's matrix and resource-based theory was developed. The methodological approach was qualitative. It consisted of data collection from St. Lawrence Seaway stakeholders and a literature review on GHG mitigation strategies of St. Lawrence Seaway companies. The data collected was processed using NVivo software. The results of this research show that the maritime companies surveyed have adopted a variety of approaches to reducing GHG emissions. However, the companies' approaches focus mainly on energy efficiency measures and little on alternative energy. Our research shows that not all companies are yet engaged in the energy transition to reduce their GHG emissions. The results of this study not only confirm the existence of factors already identified in the existing literature, but also reveal other factors that influence investment decisions. Among these factors, our results show that economic opportunities are the most important reasons why companies invest. The study of companies' investment motivations shows that GHG reduction is not a priority for all companies. In this regard, respondents cited economic issues such as the high cost of technologies and lack of financing as major barriers to the decision to invest in energy transformation. In this sense, financial support from the government was identified as the most important parameter that could encourage companies to invest in the energy transition to reduce their GHG emissions. The originality of this research lies in several points. In fact, this research contributes to improve the scientific knowledge on corporate strategies in the energy transition of maritime transport. More specifically, it has helped to enrich the literature by providing a new theoretical framework for studying the factors that influence investment decisions to reduce greenhouse gas emissions. It has also helped to identify corporate decisions, motivations and social aspects related to the energy transition in shipping. The results of the study have also allowed us to propose an attempt to prioritize the choices and motivations of companies to invest in reducing GHG emissions from shipping. The added value of this research lies in its exploratory nature, specific to the St. Lawrence Seaway, which remains much less documented.

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.

Dans le présent projet, on cherche à évaluer le potentiel de récupération et d'intégration des déchets thermiques dans une usine de production primaire d'aluminium. Il s'agit en premier lieu de «cartographier» la chaleur et les températures en jeu; c'est-à-dire construire un inventaire détaillé des rejets thermiques, mais aussi de la consommation de chaleur dans divers bâtiments ou procédés. L'ensemble de l'usine est inclus dans l'analyse: cuves d'electrolyse, secteur de production des anodes, centre de coulée, entrepôts, bureaux, etc. En second lieu, il s'agit d'examiner les procédés qui dissipent de la chaleur pour déterminer les limites therrmodynamiques qui s'appliquent à la récupération thermique. L'analyse exergétique est employée afin d'établir pleinement les possibilités d'intégration thermoénergétiques. L'aluminerie considérée est celle d'Alcoa Deschambault Québec (ADQ). Les résultats montrent que le potentiel d'intégration réelle de la chaleur identifié en usine est faible dû i) aux équipements et technologies de récupération et intégration thermique accessibles et ii) à une demande limitée pour la chaleur de basse/moyenne température. Il n'en reste pas moins qu'il est actuellement possible thermodynamiquement de satisfaire les besoins de chauffage ambiant à l'usine d'ADQ avec les rejets thermiques contenus dans les gaz d'échappements des cuves. Aussi, -10 MW de puissance pourrait être généré en continu avec la chaleur identifiés dans les secteurs d'électrolyse, de cuisson des anodes, et de coulée, compte tenu de l'efficacité des machines thermiques disponibles sur le marché.

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.

Comme le réseau central d'Hydro-Québec n'est pas étendu sur l'ensemble du territoire québécois, certaines communautés doivent s'alimenter de façon autonome en électricité. Dans ces réseaux autonomes, principalement situés au Nunavik, des centrales au diesel fournissent l'électricité aux habitations, alors que le chauffage est produit par des installations individuelles au mazout. Puisque l'électricité est incluse dans les loyers des logements et que le mazout est subventionné, il existe un possible problème de surconsommation découlant de cette situation et propose un nouveau modèle de facturation de l'énergie pour gérer de façon plus efficiente la demande et ainsi réduire les émissions de GES produites en trop. Ce travail produit une analyse théorique du modèle de facturation actuelle et la compare avec le nouveau modèle de facturation proposée. Les analyses du problème du ménage permettent ces comparaisons et leurs interprétations. Par la suite, des simulations numériques sont effectuées pour caractériser la meilleure réponse, en termes d'économies d'énergie, du ménage ciblé face à la contribution en économies d'énergie d'un autre ménage. Le modèle proposé innove par le fait qu'il traite les économies d'énergie réalisées comme une contribution à un bien public, qui par la suite bénéficie à l'ensemble de la population. Ce bien public, lorsque valorisé par les ménages, les motive à réaliser des économies d'énergie et rend le modèle de facturation plus juste.

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.