Applied Research Type : Énergie renouvelable et économie d’énergie

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Rien ne se perd, rien ne se gagne

En février 2015, Lakeland College inaugurait son centre de bioénergie. Le bâtiment comprend une unité de micro-cogénération, construite par la firme japonaise Yanmar Energy Systems Co. ltée. La cogénératrice, alimentée au gaz naturel, produit de l’électricité. En même temps, l’eau est chauffée par la chaleur du moteur. La chaleur provenant du chemisage d’eau et de l’échappement est collectée par les échangeurs thermiques et sert à transmettre une chaleur de base au centre. L’unité Yanmar est spécifiée pour produire simultanément 10 kW d’électricité et 16.8 kW de chaleur.

La cogénératrice se met en marche automatiquement dès que le bâtiment a besoin de chaleur et lance la génération d’électricité. L’électricité inutilisée par le bâtiment est exportée au réseau électrique du collège pour consommation par le campus principal. L’électricité produite par la cogénératrice est généralement moins coûteuse que celle achetée sur le réseau électrique, car le gaz naturel revient moins cher que l’électricité. Selon le site Web des services publics du gouvernement de l’Alberta, le coût moyen de l’électricité en 2014 était de 0,0764 $/kWh, ce qui équivaut à 21,22 $ par gigajoule. Le prix moyen du gaz naturel sur la même période était de 4,51 $ par gigajoule, moins d’un quart du prix de l’électricité.

Comme la cogénératrice est très efficiente, Lakeland anticipait être en mesure de chauffer le bâtiment à coût nul. Les chercheurs vérifient les résultats afin de déterminer si cela s’avère dans les faits.

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Visualiser les flux d’énergie. Yoga? Non, science.

Il n’y a pas de concept de recherche appliquée qui soit plus concret qu’un bâtiment comme objet d’étude. C’est essentiellement ce qu’est le centre sur les énergies renouvelables de Lakeland College : une salle de classe, cuisine, salle de réunion et en prime un lieu d’apprentissage tout à la fois.

Une partie de ce centre, celle sur l’énergie, est un bâtiment à bilan énergétique nul qui tire son énergie de plusieurs sources : solaire thermique, solaire photovoltaïque, éolien, géothermie et technologie de stockage de chaleur.

Conçu pour échanger de l’électricité avec le réseau électrique du campus principal de Lakeland College, le bâtiment est doté d’instruments de mesure de l’énergie entrante et en circulation depuis chaque système et le bâtiment. Il n’a toutefois pas qu’un rôle de démonstration. Les chercheurs y apprennent à intégrer plusieurs sources d’énergie.

L’un des projets a consisté à créer un diagramme de Sankey permettant de visualiser les flux d’énergie depuis toutes les sources et circulant entre le centre d’énergie et le réseau du campus. Ce diagramme permet aux chercheurs d’embrasser du regard d’où provient l’énergie, son utilité et ses pertes. Il leur permet aussi d’interpréter et de comprendre les systèmes complexes du centre d’énergies renouvelables.

En définitive, les chercheurs veulent connecter le diagramme au site de données en direct du collège sur le Web afin de montrer en temps réel les flux d’énergie.

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Recherche lumineuse sur la concentration de l’énergie solaire

Concentrer l’énergie accroît la productivité : c’est vrai des individus, ce l’est aussi du soleil. Pas étonnant que le concentrateur solaire en fasse la démonstration. Le site du centre d’innovation durable de Lakeland College abrite dorénavant un prototype de concentrateur solaire, qui peut concentrer l’énergie du soleil à des températures excédant les 2 000°C, suffisamment élevées pour faire fondre le métal.

Ce concentrateur réfléchit la lumière du soleil sur un miroir incurvé, qui à son tour concentre la lumière en un faisceau circulaire visant une cible. On contrôle et on dirige le faisceau en inclinant les miroirs et en ajustant la position de la cible verticalement et horizontalement pour un effet maximal. Il est doté de deux senseurs de positionnement solaire et de deux moteurs suivant la rotation du soleil.

Autour du concentrateur s’affairent des chercheurs de Lakeland, qui produisent divers types de cibles pour évaluer leur rendement sur différentes tâches industrielles, comme le séchage de matériaux ou le chauffage de liquides ou de gaz. La première cible a été testée pour l’ébullition de l’eau. Une plaque métallique recouverte d’un enroulement de tubulure de cuivre intercepte en son point focal la lumière solaire concentrée. La température de l’eau parcourant la tubulure cuivrée pouvait s’élever de 15° C à plus de 70° C en l’espace de quelques secondes.

Concentrée, l’énergie solaire peut monter à des températures requises par certains procédés industriels, ouvrant la voie à plusieurs possibilités d’exploitation de l’énergie solaire. Les utilisations potentielles de la lumière solaire concentrée continueront d’être explorées et testées.

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Un bout de terrain vague pour cultiver le savoir

Le sol exposé – que l’on ne protège pas en contexte d’agriculture, de construction ou d’activité industrielle – risque fort de s’éroder. Les conséquences environnementales de l’érosion sont multiples : perte de terres cultivables, sédimentation des cours d’eau, diminution de la qualité de l’air et, fréquemment, abandon complet d’usages productifs du sol.

Cependant, des méthodes existent pour maîtriser temporairement l’érosion et minimiser ces conséquences pendant les activités de construction, jusqu’à ce qu’un couvert le protégeant soit rétabli.
Le centre d’innovation durable de Lakeland College est devenu candidat à la maîtrise temporaire de l’érosion lorsqu’une section de ses terres a été laissée à nu suite à l’installation d’un gazéifieur et d’un concentrateur solaire. C’est alors que les étudiants du programme de protection et régénération environnementales ont pu mettre en pratique ce qu’ils avaient appris.

Invités à mettre au point une stratégie de maîtrise de l’érosion pour le site, ils ont décidé de l’ensemencer d’un mélange de semences indigènes avant de le recouvrir temporairement d’un tapis anti-érosion pendant la période de germination et la pousse des semences.

Le tapis a été retenu pour sa facilité d’installation et son coût abordable, étant donnée la faible superficie à recouvrir. Les étudiants ont toutefois saisi l’occasion pour tester et comparer trois types de tapis à durée de vie variable : la fibre de bois, qui dure 12 mois, la paille, qui dure entre 12 et 24 mois, et la fibre de noix de coco, qui dure au-delà de 36 mois. La question d’intérêt était de savoir si un matelas plus durable influencerait la reprise de croissance sur le site. Les étudiants poursuivent leur évaluation et rapportent leurs résultats sur cette expérimentation.

Financement : Programme d'innovation dans les collèges et la communauté

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Des îles flottantes à la rescousse des plans d’eau

On dit que tomber dans l’exagération peut entraîner certains maux. C’est certainement le cas des nutriments dans l’eau. Une surcharge de nutriments dans les rivières, lacs et étangs – souvent le résultat d’écoulements des champs, villages et villes avoisinants – risque de surstimuler la croissance de certaines plantes, envahissement qui peut priver d’oxygène et tuer certaines espèces animales marines. On appelle ce processus l’eutrophisation.

Le centre d’innovation durable de Lakeland College cherche des moyens capables de réduire les risques d’eutrophisation en éliminant ces nutriments de l’eau grâce à une technique novatrice, les « îles flottantes ».

Ce printemps, l’étang qu’abrite le centre a été scindé en deux au moyen d’une paroi traversant le plan d’eau – une pièce d’expérimentation fabriquée de plastique durable. Son extrémité supérieure est bordée de mousse de polystyrène et flotte en surface, tandis que l’extrémité inférieure est alourdie de chaînes et coule jusqu’au fond de l’eau parmi la couche de sédiments, divisant efficacement le bassin. De part et d’autre de cette paroi, une île flottante a été installée. Ce sont deux îles artificielles, suffisamment robustes pour supporter un ensemble de plantes des marais. Posées sur une étendue d’eau eutrophe, elles agissent comme des marais naturels, filtrant les nutriments de l’eau.

L’expérimentation de Lakeland College a comparé la capacité des îles flottantes d’éliminer de l’eau les nutriments provenant de l’agriculture selon deux scénarios distincts. D’un côté de l’étang, l’eau circulait naturellement. De l’autre côté, la circulation était augmentée grâce à une pompe submersible alimentée à l’énergie solaire.

Des échantillons ont été prélevés hebdomadairement pendant le printemps et l’été, puis leurs niveaux d’ammoniaque, de nitrate, de nitrite et de phosphore ont été analysés. Les résultats de cette recherche pourraient contribuer à répandre les efforts visant à contrer l’eutrophisation des étangs, rivières et lacs.

Financement : Les Subventions de renforcement de l’innovation (RI)

À propos de Lakeland College

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Aclarus

Accéder à de l’eau potable de qualité relève parfois du défi pour les citoyens vivant à l’extérieur des zones urbaines. C’est dans cette optique que la société spécialisée en ozonisation de l’eau Aclarus Ozone Water Systems s’est adressée à Lambton College, à Sarnia, pour l’aider à tester, à mettre au point et à optimiser son système de purification de l’eau à l’ozone.

Située à Peterborough en Ontario, Aclarus se spécialise en technologie d’ozonisation comme moyen de purification de l’eau. La molécule inorganique d’ozone élimine très efficacement de l’eau les bactéries, les pesticides, les odeurs, les molécules chimiques et autres impuretés.

Au mois de juin 2015, Aclarus entrait en partenariat avec le centre d’étude de l’eau rattaché au Lambton College, le Lambton Water Centre, autour d’un projet de recherche dont l’objectif était de valider l’efficacité de son système en matière de traitement et de désinfection de l’eau potable contaminée par des bactéries. Ce projet comprenait l’installation d’un système de contrôle à distance autorisant le consommateur ou le personnel technique d’Aclarus à contrôler le bon fonctionnement du système depuis un téléphone intelligent ou une station de contrôle centrale.

Dino Evangelista, coordinateur du Lambton Water Centre, a mené le projet de recherche avec le professeur chercheur Kevin Ryan. Deux étudiants inscrits au programme de technologie d’ingénierie et commandes instrumentales ont mis la main à la pâte.

Ce projet de recherche avec Lambton College a permis à Aclarus d’améliorer et de valider sa technologie, tout en procurant à ses clients une expérience bonifiée en matière de contrôle de système à distance. Suite à cette démarche fructueuse, Aclarus prévoit d’autres projets de recherche en collaboration avec le Lambton Water Centre.

Partenaires : Aclarus
Financement : CRSNG

À propos de Lambton College

As a post-secondary leader in education, training and research, Lambton College has experienced tremendous growth in recent years. In addition to a significant rise in... Lire plus
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Déverser moins d’eaux usées

Blue Planet Environmental est une firme de l’Ontario qui a développé un système de traitement des eaux usées pour utilisation résidentielle et commerciale. La compagnie s’est tournée vers le Centre for Alternative Wastewater Treatment qu’abrite le Fleming College afin de trouver des moyens d’améliorer son nouveau système, de sorte que sa performance réponde éventuellement aux normes de certification industrielle.

Le centre a lancé consécutivement deux projets de recherche appliquée pour optimiser et repenser le système. Le premier évaluait deux variations du système – tournant en parallèle – afin de déterminer lequel élimine l’azote le plus efficacement. Le second, prenant appui sur les résultats du premier, modifiait le système afin de jumeler un procédé à filtre pelliculaire fixe et une fosse septique classique. Puis, à la suite du second projet, le système Blue Planet a été perfectionné encore davantage.

Quatre étudiants ont agi comme assistants lors des projets, qui avaient un lien direct avec leur programme d’études. Ils ont ainsi acquis des compétences en collecte de données, en analyse en laboratoire et en santé et sécurité dans un laboratoire.

Les systèmes comme celui de Blue Planet permettent aux résidences et aux entreprises situées dans les zones sans système d’égouts de traiter leurs eaux usées de manière efficace et efficiente, conservant l’eau et protégeant l’environnement.

Grâce à ces deux projets de recherche appliquée menés à Fleming College, les capacités du système de traitement des eaux usées évolué ont été grandement améliorées. Blue Planet a approfondi sa compréhension du fonctionnement de sa technologie et possède des données pour appuyer cette connaissance. Grâce à la contribution du Centre for Alternative Wastewater Treatment de Fleming College ,Blue Planet peut parler en toute confiance des capacités de sa technologie. Elle est ainsi mieux positionnée pour compléter le développement et la validation du système.

Financement : Engage Plus Grant

À propos de Fleming College

Located in the heart of Central Ontario, Fleming College has campus locations in Peterborough, Lindsay, and Haliburton. Named for famous Canadian inventor and engineer Sir... Lire plus
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Travail appliqué sur des dispositifs de contrôle à distance

La technologie hors réseau électrique peut présenter certains enjeux lorsqu’elle est également hors d’accès. Depuis plus de vingt ans, la société torontoise Clear Blue Technologies inc. relie des sources d’énergie verte à l’aide de l’équipement matériel et informatique requis pour les réguler et les gérer.

Elle a travaillé avec des étudiants et enseignants du Centennial College à plusieurs reprises au fil des ans, et plus récemment sur une nouvelle pièce de technologie, le régulateur de charge Macaw, qui communique de l’information vitale sur les composants hors réseau électrique (dont l’équipement solaire et éolien) aux opérateurs à distance. Le régulateur Macaw fournit aux utilisateurs un éventail d’informations, depuis les problèmes de fonctionnement jusqu’aux données sur la quantité d’énergie qu’économise le dispositif. Le Centennial College a joué un rôle central dans tous les aspects de la production et de la mise au point du dispositif.

Tout au long du projet, il a conduit des tests d’humidité et de température ambiante sur l’équipement, à bâti le châssis mécanique des génératrices et installé une éolienne UGE sur le campus ainsi que des régulateurs et des senseurs de contrôle.

Les étudiants ont peaufiné les panneaux solaires du campus à l’aide d’algorithmes Macaw et dessiné le boîtier protecteur de ses panneaux de commande en tenant compte de la corrosion, des rayons UV, de l’humidité et d’autres variables. Ils ont ensuite bâti un prototype et testé ses capacités de communication.

L’étudiante stagiaire Anna Serbina a participé au premier essai de Macaw. Ses responsabilités se sont accrues, tout comme ses défis, mais, dit-elle, « le travail d’équipe a été utile lorsqu’il a fallu poser des questions ». Anna décrit son expérience comme étant « extrêmement pratique ». Elle fait partie des trois étudiants stagiaires qu’a embauchés Clear Blue à la fin de leur entente de travail-études.

Le projet a aussi eu des retombées sur le cursus du collège, selon Frank Levstek, directeur du programme d’innovation au sein des services de recherche appliquée, d’innovation et d’entrepreneuriat du Centennial College. Les enseignants se servent dorénavant des régulateurs Macaw dans les laboratoires comme support d’enseignement.

Financement : Emerging Technologies for a Carbo-constrained Environment

À propos de Centennial College

Established in 1966, Centennial College is Ontario’s first public college primarily serving the eastern portion of the Greater Toronto Area through five campuses. It has... Lire plus
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C’est cool la chaleur!

Cool la chaleur, cool. Sonorité jazz? C’est plutôt la description d’un système refroidissant par absorption thermique – méthode de climatisation alimentée par énergie solaire plutôt que par électricité.
Chauffer des immeubles grâce à l’énergie solaire n’a rien de neuf, mais les climatiser par ce même moyen semble contre-intuitif. Il s’agit en fait simplement d’employer l’énergie thermique du soleil d’une autre manière : les refroidisseurs du climatiseur sont alimentés par de l’eau, qui elle est chauffée par le soleil. Le refroidissement par absorption solaire est avantageux, car les réseaux électriques sont dangereusement sollicités par temps caniculaires, la consommation d’électricité résidentielle et commerciale atteignant des sommets.

Il existe différentes techniques de refroidissement par absorption solaire de par le monde. Mais en 2016, une équipe du Centennial College de Toronto a décidé de relever le défi de bâtir son propre système. Cette équipe réunissait Mihail Plesca, qui détient un doctorat en génie mécanique avec spécialisation en énergie solaire, le directeur du programme d’innovation du collège Hassan Haji-Esmaeili, ainsi que deux étudiants chercheurs, Eromosele Basil Ahunun et Harsh Pandya.

Après avoir lancé une simulation logicielle modélisant le système de refroidissement par absorption solaire que ses membres avaient mis au point, l’équipe a déterminé que la température optimale pour le refroidisseur par absorption à base de chlorure de lithium se situait entre 90° et 100° degrés Celsius.

Au mois d’août 2016, l’équipe présentait les résultats de son système de refroidissement par absorption solaire au colloque sur l’énergie propre International Conference & Exhibition on Clean Energy tenu à l’Université McGill. Les résultats furent favorablement reçus par la communauté.

L’équipe continue de collecter des données sur le rendement du prototype de refroidissement et compare la précision des données prédites par simulation, présentées à l’occasion du colloque, aux données réelles observées. Une étroite correspondance entre la théorie et la pratique permettra d’installer le système en d’autres lieux.

Partenaires : Renteknik Group
Financement : Emerging Technologies for a Carbo-constrained Environment

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Des poissons au service de l’agriculture urbaine

Si un concours était lancé pour déterminer lequel de Humber College ou du poisson est le plus important dans la réussite de la société Aqua Greens, fournisseur de verdure biologique aux restaurants et marchés de Toronto, le poisson serait sans doute couronné. Humber College serait malgré tout bon deuxième.

Le tilapia joue un rôle essentiel dans le système aquaponique qu’utilise Aqua Greens pour approvisionner les restaurants et supermarchés de Toronto en plusieurs variétés de basilique, de feuilles de pissenlit et de feuilles de moutarde. L’aquaponie est une méthode de culture à base d’eau qui ne requiert aucune terre. Au lieu, les racines de la plante baignent dans une eau oxygénée qui prend ses nutriments des déjections des poissons vivants dans des réservoirs qui composent une partie du système.

À mesure que l’eau est pompée des aquariums vers les réservoirs d’eau qui alimentent les végétaux, l’ammoniaque qu’elle contient est convertie en engrais au nitrate. En s’alimentant en eau, les plantes la filtrent et la nettoient avant qu’elle soit renvoyée vers la pisciculture, formant une circulation en écosystème fermé. Au moins 90 % de l’eau est ainsi recyclée.

L’aquaponie peut réduire l’empreinte écologique de la culture alimentaire. Le système aquaponique intérieur d’Aqua Green préserve la terre, réduit les transports d’aliments et n’emploie aucun pesticide, herbicide, ni engrais.
Quel est le rôle de Humber dans tout cela ? Les fondateurs d’Aqua Greens, Pablo Alvarez et Craig Petten, sont des diplômés de Humber. Ils travaillaient comme serveurs lorsqu’ils ont décidé qu’ils voulaient faire autre chose de leur vie. Ils se sont donc tous deux inscrits au programme d’énergie durable et technologie de construction de Humber. Et ils ont aussi réalisé leur projet final ensemble, sur l’aquaponie, y voyant une occasion de joindre leur passion pour le développement durable et leur amour de la bonne alimentation.

L’entreprise est aussi liée à Humber d’une autre façon : Aqua Greens a bénéficié d’un financement provenant du fonds Humber New Ventures Seed Fund puis a ensuite remporté le prix d’entrepreneuriat Launch Pad Entrepreneur Award de Humber College, leur valant plus de 30 000 $ en financement ainsi que l’accès à des mentors, des plans d’affaires et du coaching d’affaires.

Partenaires : Aquagreens
Financement : Humber College

À propos de Humber Polytechnic

Humber Polytechnic is one of Canada’s leading postsecondary institutions, combining deep theoretical learning with applied, hands-on experience. Humber offers a wide variety of credentials including... Lire plus