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L’éloignement, le relief et le climat rendent difficile le développement des énergies renouvelables au Nunavik, où les communautés nordiques dépendent strictement des énergies fossiles. Par exemple, les besoins en chauffage des bâtiments y sont élevés en hiver, mais l’énergie solaire est seulement disponible en été, avec un ensoleillement important. Dans ce contexte, les pompes à chaleur géothermiques à assistance solaire (PACGAS) permettraient de faire coïncider la production et la consommation de chauffage, et faciliteraient la pénétration des énergies renouvelables dans le Nord. La question est de savoir s'il est possible et avantageux de déployer un tel dispositif dans un contexte nordique, soit dans une communauté nordique isolée et non connectée au réseau électrique de la province.
Le Centre d’études nordiques (CEN) exploite un complexe de recherche situé à Whapmagoostui-Kuujjuarapik (Nunavik). Il souhaite accueillir un projet pilote de stockage de chaleur saisonnier afin de montrer sa faisabilité en milieu nordique. L’objectif de ce projet est donc de modéliser et d’optimiser numériquement l’intégration et le contrôle d'une PACGAS alimentant un ou plusieurs bâtiments de la station de recherche du CEN, et d'établir une méthode de design exploitable en contexte nordique.
Le complexe de recherche du CEN à Whapmagoostui-Kuujjuarapik au Nunavik constitue le site de l'étude. On y trouve huit bâtiments d'une surface de 100 à 200 m², dont sept sont chauffés par des fournaises au mazout. L'alimentation en électricité est principalement assurée par le réseau autonome de la ville, l’électricité étant produite par une centrale au diesel. Des panneaux photovoltaïques d'une surface totale de 100 m², placés sur les toits des bâtiments de la station de recherche, complètent l’alimentation électrique. Enfin, une station météorologique fournit les données suivantes : température extérieure, température du sol, vitesse et direction du vent, et rayonnement solaire.
La conception du dispositif sera réalisée à l’aide du logiciel TRNSYS, dédié à la modélisation de bâtiments, des systèmes HVAC et des énergies renouvelables. La première étape du projet consiste à modéliser les bâtiments du CEN et à reproduire leur profil énergétique à l’aide de ce logiciel. Nous disposerons pour cela des factures d’électricité et de diesel, et des relevés météorologiques du complexe de recherche. La PACGAS sera par la suite modélisée sur le logiciel TRNSYS et intègrera le modèle des bâtiments obtenu lors de la première étape. Plusieurs designs et plusieurs scénarios de contrôle seront alors comparés. Les simulations seront réalisées sur une durée de l’ordre de dix années pour connaître l’évolution des performances sur le long terme, et pour sélectionner les designs appropriés. La rentabilité du système sur dix ans et la réduction de la consommation de carburant pour répondre aux besoins en chauffage constituent les critères de sélection principaux.
Le projet de recherche devra permettre de connaître la taille minimale du système pour répondre aux besoins en chauffage. Cependant, l’existence de designs appropriés, répondant à la fois aux objectifs de rentabilité et d’économie de carburant, sur dix années d’opération, n’est pas assurée dans ce contexte nordique, et des arbitrages entre ces critères seront sûrement nécessaires. Bien que le projet s’intéresse à la station du CEN, les résultats de la recherche devraient être applicables dans une plus large mesure aux communautés de Kuujjuarapik et de Whapmagoostui. Ils devraient montrer la faisabilité des PACGAS dans cette région, mais également les difficultés associées à leur dimensionnement dans un contexte de communauté isolée, alimentée par un réseau autonome.