Un projet stratégique de Volt-Age transforme les bâtiments en acteurs à part entière du système énergétique canadien

Et si les bâtiments ne se contentaient pas de consommer de l’énergie, mais en produisaient, en stockaient et contribuaient à stabiliser le réseau électrique? C’est la question au cœur de l’un des principaux projets stratégiques de Volt-Age menés à l’Université Concordia. Intitulée Conception et exploitation de bâtiments et infrastructures intelligents, résilients et carboneutres, cette initiative est parrainée par Volt-Age et dirigée par Andreas Athienitis, chercheur de longue date dans le domaine des bâtiments intelligents et des systèmes énergétiques solaires.

Professeur au Département de génie du bâtiment, civil et environnemental depuis 1987, président du comité scientifique de Volt-Age, directeur du Centre d’études sur les bâtiments à consommation énergétique nulle et titulaire de la chaire de recherche en partenariat Concordia/Hydro-Québec, Andreas Athienitis mène des travaux à la croisée de la conception de bâtiments, des systèmes énergétiques et de l’intégration au réseau électrique. Il s’attache à transformer les bâtiments en systèmes énergétiques à part entière capables de s’adapter en temps réel à l’évolution des conditions.

Une approche systémique des bâtiments carboneutres

Le projet stratégique rassemble dix chercheuses et chercheurs ainsi qu’un vaste réseau de partenaires issus du monde universitaire et de l’industrie. Il repose sur un principe fondamental : les bâtiments carboneutres ne peuvent fonctionner que si leurs systèmes sont conçus de manière optimale et exploités comme un tout.

Cette approche implique d’intégrer l’énergie solaire, le stockage thermique, les batteries, les pompes à chaleur, les véhicules électriques et les systèmes de contrôle intelligents au sein d’un ensemble coordonné.

Plutôt que de considérer les bâtiments comme des structures fixes, le projet les modélise comme des systèmes énergétiques dynamiques capables de s’adapter heure par heure en fonction des prévisions météorologiques, du taux d’occupation et de la demande du réseau.

La modélisation numérique constitue un outil essentiel à cet effet. Des « jumeaux numériques » simulent le comportement d’un bâtiment, permettant aux chercheurs de tester des stratégies en vue de réduire la consommation d’énergie, de décaler la demande et d’améliorer la résilience avant de les appliquer à des bâtiments réels.

De la simulation aux bâtiments réels

Les travaux ne se limitent pas à des modèles. Le projet stratégique s’appuie sur de véritables bancs d’essai et sites de démonstration.

Des recherches antérieures menées par l’équipe d’Andreas Athienitis et ses partenaires ont ainsi permis de mettre au point un système de façade intégrant des panneaux solaires qui produit de l’électricité tout en préchauffant l’air de ventilation entrant. L’équipe collabore en outre avec la Bibliothèque de Varennes, largement reconnue comme le premier bâtiment institutionnel carboneutre au Canada, qui sert désormais de laboratoire vivant pour une optimisation continue.

Une chambre climatique à grande échelle et un simulateur solaire installés sur le campus permettent aux chercheurs de tester des systèmes grandeur nature dans des conditions contrôlées. Ces installations combinent des technologies solaires, des pompes à chaleur et des systèmes de stockage afin de valider à la fois les modèles de performance et les stratégies de contrôle.

Le projet s’étend également au-delà du campus grâce à des collaborations avec des municipalités et des partenaires en infrastructure, notamment des aéroports et des projets d’aménagement à l’échelle communautaire.

Quel changement pour les personnes utilisatrices?

Pour les personnes occupant les bâtiments, le changement se révèle plus pratique que technique.

Les bâtiments intelligents carboneutres visent à réduire la consommation d’énergie et les coûts d’exploitation tout en améliorant le confort. Une meilleure conception solaire passive permet d’augmenter l’apport en lumière naturelle. Des systèmes de régulation plus intelligents maintiennent des températures intérieures stables et limitent la surchauffe en été.

Le P^r Athienitis souligne que la performance énergétique et le confort sont liés, et ne constituent pas des objectifs contradictoires.

« Nous cherchons à créer des bâtiments non seulement efficaces, mais aussi confortables et agréables », explique-t-il.

Obstacles à l’adoption

Malgré d’importants progrès techniques, Andreas Athienitis considère les cadres politiques et réglementaires comme des obstacles majeurs.

Les codes du bâtiment actuels ne tiennent pas pleinement compte des systèmes qui intègrent un stockage d’énergie ou des flux d’énergie bidirectionnels dans le réseau, et, la réglementation provinciale qui sépare les travaux d’architecture et de génie peut parfois limiter la conception intégrée. Les recherches de l’équipe contribuent à combler ces lacunes en favorisant des approches de conception et de contrôle intégrées pour construire des bâtiments carboneutres, intelligents et résilients, en partenariat avec le secteur privé, en s’appuyant sur les enseignements tirés tant des constructions neuves que des projets de modernisation.

Des bâtiments aux systèmes d’infrastructure

Le projet s’inscrit également dans le cadre d’un travail de planification élargi. En tant qu’auteur principal, le P^r Athienitis a contribué à l’élaboration d’une feuille de route nationale pour la décarbonation des bâtiments et des communautés, en collaboration avec l’Académie canadienne du génie. Ce document établit un lien entre les résultats de la recherche et la stratégie à long terme en matière d’infrastructures.

Les études de cas telles que celles de la Bibliothèque de Varennes et de la communauté West 5, en Ontario, montrent comment les systèmes énergétiques intégrés peuvent fonctionner à l’échelle d’un quartier. La Bibliothèque de Varennes est un laboratoire vivant dont les performances font l’objet d’une analyse, d’une modélisation et d’une optimisation continues. Hydro-Québec constitue un partenaire clé dans son interaction avec le réseau et son contrôle prédictif.

L’objectif à long terme est de passer de la phase de démonstration à celle du déploiement, où les infrastructures et les bâtiments sont envisagés dès le départ comme des systèmes énergétiques connectés.

« Nous entendons faire évoluer la manière dont les bâtiments sont conçus et exploités afin qu’ils puissent contribuer activement à un réseau à faible émission de carbone tout en demeurant résilients face à des phénomènes météorologiques extrêmes tels que les tempêtes de verglas », conclut Andreas Athienitis.

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