Solar structure will house innovative research for decades to come

Bardage en bois, boiseries rouges et panneaux solaires sur le dessus d’une maison, dans un beau ciel bleu.

Recherches novatrices dans une structure solaire

Le secteur résidentiel canadien consomme près de vingt pour cent de l’énergie utilisée au pays, en grande partie afin de produire de la chaleur et de l’eau chaude.
27 mai 2016

Photos de Luther Caverly

Cet article a été publié pour la première fois le 29 avril 2016.

Le secteur résidentiel canadien consomme près de vingt pour cent de l’énergie utilisée au pays, en grande partie afin de produire de la chaleur et de l’eau chaude. Selon un rapport sur l’évolution de l’efficacité énergétique préparé par Ressources naturelles Canada, le nombre de personnes vivant seules augmente de même que la surface habitable. Par ailleurs, les ménages utilisent davantage d’appareils ménagers et sont plus nombreux que jamais à climatiser leur habitation, ce qui se traduit annuellement par l’émission de mégatonnes de gaz à effet de serre. Parallèlement, les Canadiens, toujours plus soucieux de leur consommation énergétique, adoptent des systèmes à haute efficacité, notamment des chauffe-eau, des chaudières, des appareils ménagers et des ampoules moins énergivores. Ils améliorent également l’enveloppe thermique de leur habitation en l’isolant mieux et en changeant les fenêtres.

Le Urbandale Centre for Home Energy Research de la Carleton University participe déjà aux efforts de sensibilisation environnementale dans un projet à fort coefficient de recherche à long terme qui tente de répondre à la demande croissante des maisons écoénergétiques fabriquées avec des ressources durables. Et d’ici peu, cette maison à énergie solaire spécialement conçue pour réaliser des recherches sur l’énergie, perchée sur une colline ensoleillée tout au nord du campus de l’université, ouvrira ses portes au secteur privé.

Les travaux de recherche sur nouveaux concepts écoénergétiques seront menés dans cette structure aux allures de ferme chapeautée d’une toiture en pente raide et recouverte de panneaux solaires. « Il faut modifier notre façon de construire des maisons, mais aussi de les chauffer et de les refroidir », affirme Ian Beausoleil-Morrison, responsable du projet, également titulaire d’une

Chaire de recherche du Canada sur la modélisation et la simulation des systèmes énergétiques novateurs destinés aux immeubles d'habitation, qui s’intéresse à l’énergie solaire et aux options de climatisation. Il faudra probablement des années, voire des décennies, pour obtenir des résultats tangibles, mais le chercheur voudrait bien mettre à l’essai, à l’échelle réelle de la maison solaire du Urbandale Centre, les simulations sur ordinateur réalisées dans son laboratoire.

« L’environnement du laboratoire apporte son lot de limitations. J’espère que nous pourrons tirer des connaissances des applications réelles pour découvrir de nouvelles façons de faire les choses, comme d’autres moyens d’utiliser l’énergie solaire pour subvenir aux besoins d’une maison. »

En 2012, le chercheur a préparé la proposition de recherche de projet et a obtenu 1,5 million de dollars en financement de la Fondation canadienne pour l’innovation, du Fonds pour la recherche en Ontario et de divers partenaires de l’industrie, dont le Urbandale Centre. Cynthia Cruickshank, professeure agrégée de la Faculty of Mechanical and Aerospace Engineering, et Sheryl Boyle, professeure agrégée à la Azrieli School of Architecture and Urbanism, participent au projet depuis le début. Les trois collaborateurs ont supervisé les travaux d’étudiants des cycles supérieurs sur la modélisation de systèmes destinés à la maison à deux étages de 1600 pieds carrés. Ils continueront à appuyer les étudiants dans leurs démarches afin d’optimiser l’enveloppe allouée à l’amélioration de la consommation d’énergie résidentielle.

L’étude du stockage thermique saisonnier ‒ soit le moyen d’emmagasiner l’énergie recueillie par des panneaux solaires pendant l’été en vue d’une utilisation lors des mois d’hiver moins ensoleillés ‒ est un des grands projets mis sur pied dans cette maison. En effet, on a installé des canalisations dans un immense bac à sable isolé souterrain qui achemine l’eau chauffée jusqu’à la maison et répond ainsi à une grande partie des besoins en eau chaude et en chauffage. On met aussi à l’essai une pompe à air pour climat froid qui a recours à une technique de réfrigération pour extraire la chaleur de l’air extérieur. Habituellement inefficace à des températures très froides, il a été possible d’accroître l’efficacité de la pompe développée par ce projet, en chauffant l’air au préalable en le propulsant dans un amas de roches enfouies dans le sol.

« Nous pourrons ainsi examiner de nouveaux concepts qui ne sont pas encore éprouvés », précise Cynthia Cruickshank, qui s’est intéressée aux applications solaires thermiques et aux bâtiments écoénergétiques pendant ses études supérieures et qui se spécialise dans les systèmes de chauffage et de climatisation de pointe.

« Ce projet interpellera tous les professeurs ayant un intérêt à l’égard des bâtiments durables et des systèmes hautes performances. Par ailleurs, il donnera aux étudiants l’occasion de réaliser des expériences pratiques pour les vingt à trente prochaines années. »

Chef de la direction à Urbandale Construction, Peter Weiss croit que les professionnels du domaine ont besoin du soutien de l’industrie pour repenser les façons de faire conventionnelles et permettre le jaillissement d’idées par l’expérimentation et la mise en œuvre de nouveaux concepts.

Il est d’avis que les travaux menés au Urbandale Centre for Home Energy Research de la Carleton University « pourraient permettre à l’industrie de l’habitation de doter les résidences de systèmes de chauffage et de climatisation de pointe écoénergétiques et économiques. »

Pendant le trajet en autobus de retour de Montréal, Sheryl Boyle a esquissé les dessins conceptuels de la maison sur son ordinateur portable. « Je suis partie de la simplicité pour donner forme au projet, se rappelle-t-elle. Les systèmes de la maison sont complexes, mais il fallait que le dessin évoque une maison, pas une machine. De plus, la maison est construite pour être démontée », explique la chercheuse, qui donne un cours sur l’architecture des matériaux recyclés pour concevoir des bâtiments faciles à adapter et à démonter.

« La plupart des résidences ne sont pas construites dans le but d’être un jour démantelées, mais en raison des projets de recherche en cours, nous avons conçu la maison avec une série de panneaux qui peuvent être enlevés pour faire place à des capteurs ou à un autre projet. »

Mme Boyle aborde aussi la valeur de sa collaboration avec M. Beausoleil-Morrison et Mme Cruickshank. « Dans un projet de recherche universitaire, l’interdisciplinarité est primordiale parce que chacun apporte une perspective différente. »

En plus de montrer aux étudiants les avantages qui découlent des méthodes pluridisciplinaires en architecture, en génie mécanique et civil, en construction individuelle, en cycles thermodynamiques et en enveloppe de bâtiment, la maison du Urbandale Centre sera un banc d’essai à long terme pour évaluer des concepts novateurs qui repensent la façon traditionnelle de concevoir et de construire une maison dans le but de réduire la consommation d’énergie et les émissions de gaz à effet de serre liées au secteur résidentiel canadien.