Modélisation énergétique et des procédés pour une valorisation de la chaleur industrielle

Description du projet

Contexte

La valorisation de la chaleur industrielle perdue constitue un levier important pour améliorer l’efficacité énergétique des industries et réduire leurs émissions de gaz à effet de serre. Au Québec, on estime qu’environ 200 PJ de chaleur seraient rejetés chaque année par le secteur industriel. Une partie de cette énergie pourrait être récupérée, convertie ou valorisée. Toutefois, l’identification des meilleures stratégies de valorisation demeure plutôt complexe. La diversité des procédés industriels, les caractéristiques variables des sources de chaleur et des interactions possibles entre les différentes technologies de valorisation de l’énergie s’ajoutent aux contraintes économiques, de localisation et d’opération continue. À l’échelle territoriale, l’analyse exige également de croiser des données de nature très différente, souvent incomplètes ou incertaines, tout en considérant les contraintes techniques, économiques et géographiques propres à chaque configuration.

Bien que des modèles détaillés de procédés permettent de représenter rigoureusement ces systèmes, leur complexité et leur coût de calcul limitent leur intégration directe dans des modèles d’optimisation énergétique à grande échelle. Un des enjeux consiste donc à développer des représentations simplifiées capables de reproduire adéquatement le comportement des procédés dans leur domaine d’utilisation, tout en demeurant suffisamment légères pour être intégrées à des modèles de systèmes multiénergies. La difficulté consiste à simplifier ces modèles de procédés afin de permettre leur intégration dans des approches d’optimisation à plus grande échelle, sans perdre les informations sensibles susceptibles d’influencer les décisions obtenues.

Projet doctoral 1

L’objectif est de développer une méthodologie permettant de représenter de manière rigoureuse, simplifiée et réutilisable différents procédés énergétiques et technologies de valorisation de la chaleur perdue afin de faciliter leur intégration dans des modèles de systèmes multiénergies. Le Port de Québec servira de cas d’étude pour évaluer le potentiel de développement d’un hub énergétique industriel.

Selon les orientations qui émergeront au cours du projet, les travaux pourront notamment porter sur :

• Identifier les procédés industriels et des technologies d’intérêt de valorisation de la chaleur perdue
• Développer des modèles détaillés de procédés d’intérêt et établir une méthodologie afin de concevoir et valider des modèles réduits et des méthodes de linéarisation
• Réaliser des évaluations énergétiques, environnementales et techno-économiques des technologies étudiées
• Rédiger des articles scientifiques et présenter les résultats dans le cadre de conférences nationales et/ou internationales

Projet doctoral 2

L’objectif est de développer une méthodologie d’analyse territoriale permettant de structurer les flux énergétiques, d’identifier et de quantifier les synergies entre acteurs industriels, puis d’évaluer la robustesse de différentes configurations de valorisation de la chaleur perdue. Le Port de Québec servira de cas d’étude afin d’évaluer son potentiel de développement comme hub énergétique industriel.

Activités de recherche (liste non exhaustive) :

• Définir le périmètre spatial de l’étude et identifier les principaux acteurs énergétiques du territoire
• Recueillir, structurer et traiter les données disponibles relatives aux consommations énergétiques, aux rejets thermiques, aux émissions de gaz à effet de serre et aux infrastructures
• Représenter les incertitudes associées aux flux énergétiques à l’aide de scénarios, de distributions statistiques ou d’approches de type Monte Carlo
• Analyser la robustesse et la sensibilité des synergies identifiées
• Rédiger des publications scientifiques et présenter les résultats lors de conférences nationales et internationales.

Conditions

• Début souhaité : hiver/été 2027
• Bourse doctorale : 30 000 $ CAD/an pendant 3 ans
• Encadrement assuré par une équipe interdisciplinaire (procédés, énergie, thermodynamique)
• Occasion intéressante de développer des compétences pratiques et un réseau professionnel, notamment grâce à une application concrète au Port de Québec et à l’implication du partenaire industriel Abrafo Négajoule.

Lieux et programmes d’études

Projet 1 : Doctorat en sciences de la Terre, Centre Eau Terre Environnement, Institut national de la recherche scientifique (INRS) (Québec, Québec, Canada)

Projet 2 : Doctorat en génie mécanique, Université Laval (Québec, Québec, Canada)

Direction de recherche

• Louis-César Pasquier, professeur, INRS
• Louis Gosselin, professeur, Université Laval
• Ilies Tebbiche, associé de recherche, INRS
• Jean Rouleau, professionnel de recherche, Université Laval

Profil recherché

Projet 1

• Maîtrise, ou diplôme équivalent, en génie chimique, génie énergétique, génie mécanique ou dans un domaine connexe
• Intérêt marqué pour la modélisation des procédés, l’efficacité énergétique et la transition énergétique
• Autonomie, curiosité, rigueur scientifique et capacité à travailler au sein d’une équipe interdisciplinaire
• Bonnes capacités d’analyse, de communication scientifique et de résolution de problèmes

Projet 2

• Maîtrise, ou diplôme équivalent, en génie énergétique, génie mécanique, génie électrique ou dans un domaine connexe
• Intérêt marqué pour la planification énergétique, la transition énergétique et l’analyse de systèmes complexes
• Autonomie, rigueur scientifique et capacité à travailler au sein d’une équipe interdisciplinaire
• Bonnes capacités d’analyse, de structuration de données et de communication scientifique