HORIZONS STIM : Un doctorant de Concordia veut recycler les « déchets thermiques »

Une recherche rapide sur Google Maps donne une image satellite du centre-ville de Montréal où apparaissent les toits d’immeubles en hauteur, notamment l’édifice du 1, Place Ville Marie, la tour KPMG et le pavillon Henry-F.-Hall de l’Université Concordia. En y regardant de plus près, nous constatons la présence de nombreuses tours de refroidissement, aux allures de ventilateurs géants.

La plupart du temps, les systèmes de climatisation des grands immeubles rejettent leur chaleur résiduelle – ou, pour reprendre l’expression de Mahmood Mastani Joybari, leurs « déchets thermiques » – par l’intermédiaire de tours de refroidissement.

Selon M. Joybari, qui a récemment défendu sa thèse au Département de génie du bâtiment, civil et environnemental, nous pourrions employer à meilleur escient la chaleur résiduelle des systèmes de refroidissement.

Dans le cadre de sa recherche doctorale, il a examiné la possibilité d’utiliser des matériaux à changement de phase – c’est-à-dire des substances absorbant et libérant l’énergie thermique durant les processus de fonte et de congélation – afin de créer des unités de stockage d’énergie thermique. Ces unités emmagasineraient la chaleur résiduelle émanant des systèmes de refroidissement des gratte-ciel, et ce, pour chauffer l’eau consommée dans ces édifices.

Le remplacement des tours de refroidissement par de tels systèmes de stockage de l’énergie thermique aurait des retombées bénéfiques sur le réchauffement planétaire. En plus de mettre fin aux déversements calorifiques dans l’atmosphère, cela réduirait la consommation d’énergie nécessitée par le chauffage de l’eau.

« Des solutions simples à l’inefficacité énergétique contribueraient à la sauvegarde de notre planète »

Quel est le rapport entre cette image et vos travaux à Concordia?

Mahmood Mastani Joybari : La plupart d’entre nous ont vu la vapeur qui se dégage du toit des gratte-ciel lors des froides journées d’hiver. De même, les systèmes de climatisation extraient la chaleur des espaces intérieurs et, par l’intermédiaire de tours de refroidissement, la rejettent dans l’environnement.

Peu attrayantes d’un point de vue esthétique, les tours de refroidissement soulèvent en outre des préoccupations majeures. Par exemple, lorsqu’elles ne sont pas entretenues avec soin, elles favorisent la croissance bactérienne. Ainsi, une bactérie appelée « légionelle » peut y proliférer et causer une infection respiratoire potentiellement mortelle : la légionellose.

Enfin, les déversements calorifiques dans l’air ambiant participent au réchauffement planétaire. Mes travaux portent sur le stockage de la chaleur actuellement libérée dans l’atmosphère et sa récupération pour le préchauffage de l’eau.

Quels résultats attendez-vous de vos travaux? Et quels pourraient en être les effets concrets dans la vie des gens?

M. M. J. : Les gaz à effet de serre, particulièrement le dioxyde de carbone, ont pour conséquence inévitable le réchauffement planétaire. Au Québec par exemple, il est prévu que, d’ici 55 ans, la température moyenne augmentera de deux à sept degrés Celsius. Dans ces conditions, il est inacceptable que des tours de refroidissement, ou tout équipement similaire, produisent des déchets thermiques.

En outre, l’alimentation en eau chaude des immeubles constitue une source importante de consommation énergétique. C’est connu, les réseaux de distribution sont inefficaces, et cela aggrave les problèmes liés à l’utilisation de l’énergie.

Par conséquent, ma recherche vise à réduire le réchauffement planétaire : d’une part, en éliminant les déversements calorifiques que provoquent les systèmes de refroidissement des immeubles; d’autre part, en utilisant cette chaleur pour réduire la quantité de combustible de source externe nécessaire au chauffage de l’eau consommée dans ces édifices.

Quels sont les principaux obstacles auxquels vous vous êtes heurté dans vos travaux?

M. M. J. : C’est toujours difficile d’amorcer un changement dans un grand secteur d’activité, surtout s’il est bien établi. C’est le cas de l’industrie de la climatisation. Ici, il s’agit de remplacer un élément existant par une unité de stockage d’énergie thermique.

Par sa nature même, le stockage thermique est un processus chronophage. Il faut l’améliorer afin qu’il réponde aux exigences des systèmes de climatisation. Mes travaux portent donc sur la mise au point de méthodes favorisant un tel perfectionnement et la formulation de recommandations pour leur mise en œuvre.

Quelle personne, quelle expérience ou quel événement particulier vous a donné l’idée de votre sujet de recherche et incité à vous intéresser à ce domaine?

M. M. J. : Ces dernières années, plusieurs cas de légionellose ont été rapportés dans le monde. Cette maladie a causé la mort de nombreuses personnes.

Au Canada, deux épidémies se sont déclarées : la première à Toronto en 2005; la seconde à Québec en 2012. Sur les 307 cas répertoriés, il y a eu 34 décès. Touché par ces événements tragiques et soucieux de sauver des vies, je me suis engagé à remplacer les tours de refroidissement par des unités de stockage thermique.

Dans une perspective élargie, si elle concourt à freiner le réchauffement planétaire, ma recherche permettra aussi de protéger l’existence d’une foule de gens.

Quel conseil donneriez-vous aux étudiants en STIM qui souhaiteraient se lancer dans ce type de recherche?

M. M. J. : À l’ère des changements climatiques, bon nombre de systèmes fonctionnent de manière inefficace. À mon avis, des solutions simples à l’inefficacité énergétique contribueraient à la sauvegarde de notre planète.

J’invite les étudiantes et étudiants en STIM à observer le monde qui les entoure et à cibler des améliorations systémiques susceptibles d’accroître l’efficacité énergétique et d’assurer la durabilité.

Qu’est-ce qui vous plaît le plus à Concordia?

M. M. J. : J’aime être au cœur du centre-ville de Montréal, dans un quartier des plus dynamiques. Par ailleurs, Concordia me donne la possibilité de réussir doublement : d’abord sur le plan scientifique, en me fournissant le soutien pédagogique et les outils dont j’ai besoin; ensuite sur le plan personnel, en m’offrant un environnement diversifié, multiculturel et convivial.

Vos recherches bénéficient-elles du financement ou du soutien de partenaires ou d’organismes?

M. M. J. : J’ai obtenu l’appui financier de trois sources : la Chaire de recherche de l’Université Concordia en énergie et en environnement, d’une part; et le Programme de subventions à la découverte ainsi que le Programme de formation orientée vers la nouveauté, la collaboration et l’expérience en recherche du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, d’autre part. Mes travaux s’inscrivent dans l’apport canadien à un projet parrainé par l’Agence internationale de l’énergie : l’Annexe 31 sur la conservation et le stockage de l’énergie.

Apprenez-en davantage sur les labos de génie du bâtiment de Concordia.