Cette étude concerne l’optimisation multiobjectif de réseaux d’eau industriels via des techniques de programmation mathématique. Dans ce travail, un large éventail de cas est traité afin de proposer des solutions aux problèmes de réseaux les plus variés. Ainsi, les réseaux d’eau monopolluants sont abordés grâce à une programmation mathématique linéaire (MILP). Cette méthode est ensuite utilisée dans le cadre d’une prise en compte simultanée des réseaux d’eau et de chaleur. Lorsque le réseau fait intervenir plusieurs polluants, le problème doit être programmé de façon non linéaire (MINLP). L’optimisation multicritère de chaque réseau est basée sur la stratégie epsilon-contrainte développée à partir d’une méthode lexicographique. L’optimisation multiobjectif suivie d’une réflexion d’aide à la décision a permis d’améliorer les résultats antérieurs proposés dans la littérature de 2 à 10% en termes de consommation de coût et de 7 à 15% en ce qui concerne la dépense énergétique. Cette méthodologie est étendue à l’optimisation de parcs éco-industriels et permet ainsi d’opter pour une solution écologique et économique parmi un ensemble de configurations proposées. / This study presents a multiobjective optimization of industrial water networks through mathematical programming procedures. A large range of various examples are processed to propose several feasible solutions. An industrial network is composed of fixed numbers of process units and regenerations and contaminants. These units are characterized by a priori defined values: maximal inlet and outlet contaminant concentrations. The aim is both to determine which water flows circulate between units and to allocate them while several objectives are optimized. Fresh water flow-rate (F1), regenerated water flow-rate (F2),interconnexions number (F3), energy consumption (F4) and the number of heat exchangers (F5) are all minimized. This multiobjective optimization is based upon the epsilon-constraint strategy, which is developed from a lexicographic method that leads to Pareto fronts. Monocontaminant networks are addressed with a mixed linear mathematical programming (Mixed Integer Linear Programming, MILP) model, using an original formulation based on partial water flow-rates. The obtained results we obtained are in good agreement with the literature data and lead to the validation of the method. The set of potential network solutions is provided in the form of a Pareto front. An innovative strategy based on the GEC (global equivalent cost) leads to the choice of one network among these solutions and turns out to be more efficient for choosing a good network according to a practical point of view. If the industrial network deals with several contaminants, the formulation changes from MILP into MINLP (Mixed Integer Non Linear Programming). Thanks to the same strategy used for the monocontaminant problem, the networks obtained are topologically simpler than literature data and have the advantage of not involving very low flow-rates. A MILP model is performed in order to optimize heat and water networks. Among several examples, a real case of a paper mill plant is studied. This work leads to a significant improvement of previous solutions between 2 to 10% and 7 to 15% for cost and energy consumptions respectively. The methodology is then extended to the optimization of eco-industrial parks. Several configurations are studied regarding the place of regeneration units in the symbiosis. The best network is obtained when the regeneration is owned by each industry of the park and allows again of about 13% for each company. Finally, when heat is combined to water in the network of the ecopark, a gain of 11% is obtained compared to the case where the companies are considered individually.

In a global context of climate change and energy transition, Quebec seems to be privileged, producing a large amount of cheap hydroelectricity. But aside from the established popular belief that Quebec’s energy is abundant, clean and inexpensive, Quebec’s energy future is still precarious. Within a few decades, Quebec will have to import a significant amount of electricity at a higher price than it actually produces it; the cheap exploitable hydro resources will not only get scarcer if not nonexistent; and the national hydroelectric ``cultural`` heritage even seems to quell the development of alternative energies, letting few space for local innovation coming from municipalities. While in many countries, municipalities are recognised as key figures in the energy sector, here, in Quebec, their role in the national energy system seems marginal. As main actors responsible for territorial planning, it seams that municipalities could play a more important role on Quebec’s energy scene. So they can densify their territory, develop active and collective solutions to transportation issues, they can adopt exemplary energetic habits, they can produce their own energy with wind, solar or even district heating systems. District heating and heat networks being less well know and documented in Quebec, the present study aims at explaining their low penetration level in the Quebec energy landscape. The study also attempts to understand what are the main hurdles to the implementation of district heating in Quebec’s particular energetic context. Finally, the research tries to open a discussion on the motives that could incite municipalities to adopt district heating as an energy alternative. Based on some twenty interviews with key actors of the energy and municipal sectors, the findings give some indications that the low penetration level of district heating in the Quebec municipalities could explain itself in part by : the low priced hydroelectricity, the presence of a comfortable, sufficient and pervasive Hydro-Quebec(er) culture, and also by organizational dynamic and a certain political inertia which limit the appropriation of an energy competence by local governments. In turn, the study shows that district heating solutions are more likely to develop in contexts in which : there are minimum urban or energy density levels; the development of district heating coincides with the local or regional economic structure; and where exist a mobilising local leader or local visions from a community in favor of the implementation of alternative energy systems. / Dans un contexte de changements climatiques et de transition énergétique, le Québec semble jouir d’une situation privilégiée, produisant une importante quantité d'hydroélectricité à bon prix. Or, malgré la croyance populaire avérée voulant que l'énergie québécoise soit abondante, propre et peu coûteuse, l'avenir énergétique du Québec est pourtant précaire. D’ici quelques décennies, le Québec devra importer une quantité appréciable d'électricité à un prix plus élevé; les grands gisements hydroélectriques à faibles prix sont tous exploités; et la culture Hydro-Québec(oise) semble freiner le développement d'alternatives énergétiques, laissant peu de place à l'innovation locale qui pourrait notamment provenir des municipalités. Alors que dans plusieurs pays les municipalités sont reconnues comme étant des acteurs de premier plan dans le secteur énergétique, ici, au Québec, leur rôle dans le système énergétique national demeure somme toute marginal. En tant que principal acteur responsable de l'aménagement du territoire, il semble que les municipalités québécoises peuvent jouer un rôle de premier plan sur la scène énergétique. Ainsi peuvent-elles densifier leur territoire, développer les transports collectifs et actifs, adopter des pratiques énergétiques exemplaires, comme elles peuvent produire leur propre énergie à partir d'éoliennes, d’énergie solaire ou encore de systèmes de chauffage urbain. Le chauffage urbain et les réseaux thermiques étant moins bien connus et documentés au Québec, la présente étude tente d'expliquer le faible niveau de pénétration des réseaux thermiques dans le paysage énergétique québécois. L'étude tente également de comprendre quels ont été et quels sont les obstacles à son implantation dans le contexte énergétique fort particulier du Québec. Finalement, l'étude cherche à ouvrir la discussion sur les motifs qui pourraient pousser les municipalités québécoises à s'intéresser à ce type de développement énergétique. En se basant sur une vingtaine d'entrevues réalisées auprès d'acteurs-clés du secteur énergétique et municipal québécois, il ressort que le faible niveau de pénétration des réseaux thermiques dans les municipalités québécoises s'explique en partie par : la faiblesse des prix de l'hydroélectricité; par la prégnance d'une culture Hydro-Québec(oise) confortable et suffisante; ainsi que par des dynamiques organisationnelles et une certaine inertie politique qui limitent l’appropriation de la compétence énergétique au sein des municipalités québécoises. En contrepartie, il ressort de l'étude que les projets d'implantation de réseaux thermiques ont davantage de chance de se développer dans des contextes où : l'on assiste à des seuils minimaux de densité urbaine ou énergétique; le potentiel de développement d'une filière énergétique coïncide avec le développement de l'économie locale ou régionale; l'on constate la présence d'une vision concertée de la collectivité ou d'un agent mobilisateur dans la communauté locale.