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Réduire le CO2 émis par le secteur industriel du Québec - Par : Raul Arango Miranda, Robert Hausler, Rabidranath Romero Lopez,

Réduire le CO2 émis par le secteur industriel du Québec


Raul Arango Miranda
Raul Arango Miranda Profil de l'auteur(e)
Raul Arango Miranda est candidat au doctorat en génie de l’environnement (Département du génie de la construction) à l’ÉTS. Ses recherches portent sur l’analyse exergétique, les gaz à effet de serre et la conversion d’énergie.

Robert Hausler
Robert Hausler est professeur au Département de génie de la construction de l’ÉTS et directeur de la STEPPE. Ses recherches l’ont mené à la résolution de problèmes portant sur les systèmes dynamiques et fondées sur les systèmes naturels.

Rabidranath Romero Lopez
Rabidranath Romero Lopez Profil de l'auteur(e)
Rabidranath Romero Lopez est titulaire d’un doctorat en science environnementales. Il est conseiller pédagogique au Département de génie civil de la Universidad Veracruzana.

Pollution industrielle

Achetée sur Istock.com. Droits d’auteur.

RÉSUMÉ:

La croissance démographique et l’urbanisation rapide entraînent une augmentation de la demande d’énergie. Malgré l’historique industriel robuste du Québec et son évolution, et en dépit de caractéristiques durables comme l’étendue de ses ressources hydrauliques, la province figure parmi les grands consommateurs de combustibles fossiles. Ses émissions de CO2 sont les principales sources de gaz à effet de serre. Les politiques énergétiques sont élaborées à partir d’outils, comme les méthodes d’analyse exergétiques, qui aident à cerner les inefficacités des systèmes et, par conséquent, jouent un rôle clé dans la réduction des polluants. Toutefois, avant cette étude, l’approche de l’exergie n’avait jamais été utilisée pour analyser le secteur industriel québécois. La tendance moyenne observée des rendements énergétiques et exergétiques est de 75 % et 22 %, respectivement. Comparée aux résultats de dix pays de l’OCDE, l’efficacité exergétique du Québec se situe dans la norme, mais est inférieure à la moyenne avec un rang de 22 %, montrant qu’on peut faire mieux.

9L’industrie, un intervenant clé dans la réduction des gaz à effet de serre

Les émissions de gaz à effet de serre d’origine humaine ont atteint leur plus haut niveau de l’histoire. Ces émissions anthropiques de CO2 peuvent influer sur le changement climatique et limiter le développement durable de la société et de l’économie [1]. Malheureusement, il y aurait des éléments probants que le taux de CO2 rejeté dans l’atmosphère dépasserait la capacité de la Terre à l’assimiler [2]. À l’heure actuelle, 80 % de l’énergie totale générée dans le monde provient de sources d’énergie fossiles (charbon, pétrole et gaz), contre environ 20 % venant d’une combinaison de sources renouvelables. Les gouvernements et les chercheurs se doivent de relever le défi que représente la sécurité énergétique des générations futures [3].

Un monde durable

Figure 1 Un monde durable

L’exergie, un outil pour réduire la pollution atmosphérique industrielle

L’exergie, dérivée de la deuxième loi de la thermodynamique, est une mesure de la qualité de l’énergie, soit la quantité d’énergie convertie. Elle sert à quantifier les pertes d’énergie des systèmes industriels afin de les transformer en sources plus efficaces et plus respectueuses de l’environnement.  L’exergie est un outil puissant, bien que sous-estimé, pour promouvoir l’élaboration de politiques énergétiques.

Les chercheurs du laboratoire STEPPE travaillent avec des outils non traditionnels de la famille de l’énergie appelés exergie et émergie« L’émergie ou mémoire de l’énergie est la quantité d’énergie nécessaire à la conception d’une certaine tâche. » Wikipedia https://fr.wikipedia.org/wiki/Émergie. Une approche d’analyse exergétique à grande échelle (exergie des sociétés) a été utilisée pour calculer l’efficacité énergétique dans un seul but : déterminer les améliorations possibles pour ensuite proposer des politiques et des stratégies énergétiques et environnementales.

Performance globale du secteur industriel québécois

À partir du bilan énergétique du Québec [4], nous avons appliqué l’approche d’analyse exergétique à grande échelle (sectorielle) basée sur la  méthodologie de Rosen [5]. Nous avons apporté quelques ajustements aux données de chauffage des procédés et à d’autres paramètres pour les mettre à jour. Ensuite, à l’aide des consommations d’énergie obtenues par type de carburant, nous avons pu calculer les valeurs exergétiques. Enfin, nous avons appliqué la méthode Rosen & Dincer pour calculer les valeurs énergétiques et exergétiques. La figure 2 présente les activités manufacturières les plus importantes, consommant ensemble environ 85 % de l’énergie totale du secteur (produite localement et importée) [6].

Nous avons comparé les efficacités énergétiques et exergétiques pour déterminer les améliorations possibles par sous-secteur. Le sous-secteur des pâtes et papiers mène le peloton pour ce qui est des améliorations souhaitables. En revanche, le sous-secteur de l’acier montre la plus haute efficacité exergétique.

Efficacité énergétique et exergétique des principaux secteurs industriels

Figure 2. Efficacité énergétique et exergétique du secteur industriel québécois, 1998–2013.

La comparaison de ces résultats avec ceux de Rosen [7] nous a permis de constater que les valeurs pour le Québec et le Canada étaient comparables. De plus, les valeurs moyennes pour l’ensemble du secteur étaient similaires pour le Québec et le Mexique. Par conséquent, le secteur industriel québécois a beaucoup de progrès à faire quant à l’efficacité exergétique, et ce, en dépit de l’étendue de l’énergie hydraulique (14 %), étant donné la consommation élevée de pétrole, de gaz et d’autres sources d’électricité (86 %).

Conclusion

L’exergie, outil efficace pour se rapprocher de la durabilité [5] et essentiel dans l’élaboration de politiques énergétiques. Elle offre aux communautés scientifiques, professionnelles et aux responsables politiques l’occasion d’unir leurs efforts pour élaborer des mesures globales dans la lutte aux gaz à effet de serre.

En matière d’environnement, cette étude démontre que l’exergie peut ouvrir la voie à l’étude de systèmes à grande échelle comme le secteur industriel, ou à l’analyse de performances exergétiques permettant d’évaluer l’ampleur, l’emplacement et les facteurs d’irréversibilité du secteur industriel sur le plan des procédés, des équipements et des appareils. L’exergie fournit également des évaluations pertinentes quant à l’efficacité des systèmes industriels.

Complément d’information

Pour plus d’information sur cette recherche, consulter l’article suivant :

Arango-Miranda, R., Hausler, R., Romero-López, R., Glaus, M., et Ibarra-Zavaleta, S. (2018). « An overview of energy and exergy analysis to the industrial sector, a contribution to sustainability. » Sustainability, 10(1), 153.

Raul Arango Miranda

Profil de l'auteur(e)

Raul Arango Miranda est candidat au doctorat en génie de l’environnement (Département du génie de la construction) à l’ÉTS. Ses recherches portent sur l’analyse exergétique, les gaz à effet de serre et la conversion d’énergie.

Programme : Génie de l'environnement 

Laboratoires de recherche : STEPPE - Station expérimentale de procédés pilotes en environnement 

Profil de l'auteur(e)

Robert Hausler

Profil de l'auteur(e)

Robert Hausler est professeur au Département de génie de la construction de l’ÉTS et directeur de la STEPPE. Ses recherches l’ont mené à la résolution de problèmes portant sur les systèmes dynamiques et fondées sur les systèmes naturels.

Programme : Génie de l'environnement  Génie de la construction 

Laboratoires de recherche : STEPPE - Station expérimentale de procédés pilotes en environnement 

Profil de l'auteur(e)

Rabidranath Romero Lopez

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Rabidranath Romero Lopez est titulaire d’un doctorat en science environnementales. Il est conseiller pédagogique au Département de génie civil de la Universidad Veracruzana.

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