Réseaux de chaleur de 4e génération pour des quartiers durables

Description

Présentation systémique du problème
Au Canada, 60 % de l’énergie finale est consommée dans les zones urbaines, et plus de la moitié de cette énergie est consommée sous forme de chaleur ou de froid. Même dans une ville comme Montréal, qui bénéficie d’électricité d’origine hydro-électrique, les bâtiments représentaient en 2009 un tiers des émissions gaz à effet de serre (GES). Selon le Programme des Nations Unies pour l’Environnement (PNUE), les bâtiments résidentiels, commerciaux et institutionnels présentent les meilleures opportunités de réduire les GES. Mais pour atteindre les cibles énergétiques les plus ambitieuses de façon économiquement viable, il faut considérer l’optimisation énergétique à l’échelle du quartier ou de la ville en inventant et en mettant en oeuvre une 4e génération de réseaux de chaleur. Ces réseaux représentent la clé pour accélérer l’intégration des énergies renouvelables et rendre possible le partage et la récupération de chaleur.

Intégration des volets techniques, sociaux et politiques
Au niveau technologique, l’absence d’information sur le potentiel exact des réseaux de chaleur ne permet pas de réaliser des études technoéconomiques précises. Les réseaux de chaleur ont évolué depuis la première génération (réseaux de vapeur), mais la 4e génération, qui verra l’avènement de réseaux à très basse température faisant une utilisation accrue des pompes à chaleur, reste à développer et à optimiser technologiquement. Le problème est également de nature socioprofessionnelle: ces réseaux ne peuvent être viables que dans des quartiers suffisamment denses, et présentant une mixité des usages qui favorise le partage de chaleur. Leur conception n’est pas un problème d’ingénierie mais bien un problème de conception intégrée, qui doit être abordé dans une approche interdisciplinaire, en abandonnant les pratiques professionnelles actuelles de travail en silos. Enfin, la problématique des réseaux de chaleur est étroitement liée aux politiques de planification urbaine et d’aménagement du territoire. Les pouvoirs locaux doivent promouvoir la mixité et la compacité, et éliminer les barrières administratives. Il faut donc intervenir au niveau politique et juridique pour rendre possibles ces nouvelles approches technologiques.

Nature de la solution proposée
Les chercheurs et étudiants développeront une méthodologie et des outils pour permettre une implantation de réseaux de chaleur de 4e génération dans les communautés urbaines. L’équipe interdisciplinaire (Polytechnique, Université de Montréal et Université McGill) s’attaquera conjointement aux barrières technologiques, socioprofessionnelles, politiques et juridiques. L’objectif à long terme est de réaliser le potentiel des réseaux de chaleur pour contribuer au redéveloppement urbain et créer des quartiers mixtes, compacts, diversifiés et efficaces – en un mot, durables.

Trois objectifs spécifiques seront poursuivis par des étudiants au doctorat qui seront codirigés par les chercheurs impliqués et travailleront ensemble sur une étude de cas sélectionnée en collaboration avec la ville de Montréal. Le projet 1 vise à développer une méthodologie pour concevoir et optimiser techno économiquement les réseaux de chaleur : cartographie énergétique pour obtenir une image précise des besoins de chaleur et de climatisation, optimisation de l’infrastructure de partage de chaleur et de l’intégration des différentes sources de chaleur et du stockage d’énergie. Le projet 2 vise à identifier et à exploiter les synergies entre l’approche énergétique et le redéveloppement de quartiers pour améliorer la mixité sociale, la densité et la « complexité » qui caractérisent les communautés durables. Enfin, le projet 3 vise à établir des lignes directrices pour un cadre légal et des politiques de planification urbaine qui créeront les conditions économiques favorables aux réseaux de chaleur pour les investisseurs privés et les partenariats public-privé.

Potentiel de retombées socio-économiques positives
La ville de Montréal, dans son plan de développement durable 2016-2020, vise à mettre en oeuvre des projets phares d’aménagement pour se démarquer internationalement et donner des exemples de bonne pratique. Les chercheurs pourront compter sur les nombreux contacts établis lors de collaborations fructueuses avec la ville pour jouer un rôle actif dans un de ces projets et transférer ainsi les connaissances développées. D’autre part, le plan stratégique 2016-2020 d’Hydro-Québec mise sur l’installation au Québec de centres de données informatiques et sur une meilleure gestion de la demande de pointe. Les centres de données sont un exemple idéal de source de chaleur gratuite pour les réseaux urbains, tel que démontré par les projets pilotes récemment menés à bien en Suède. D’autre part, les économies d’échelle offertes par les réseaux de chaleur pour l’intégration du stockage d’énergie permettent de gérer efficacement la demande de pointe d’une communauté. Ce projet arrive donc au moment idéal pour que les avancées des chercheurs aient des impacts socioéconomiques à court terme, et pour que la formation des étudiants soit enrichie par des collaborations extérieures.

Équipe de recherche

Michaël Kummert, Département de génie mécanique, Polytechnique Montréal (chercheur principal)
Daniel Pearl, Faculté de l’aménagement, École d’Architecture, Université de Montréal
Lisa Bornstein, School of Urban Planning, McGill University