Une avancée technologique permettant de tirer profit de l’énergie thermique des égouts au Faubourg du Moulin, à Québec.
La compagnie allemande Huber a conçu un système qui utilise les eaux usées des égouts à l’aide d’un échangeur thermique afin de contribuer au chauffage et à la climatisation d’immeubles. Son système ThermWin a été implanté et mis en marche, il y a deux ans, dans le projet résidentiel Faubourg du Moulin du Groupe Dallaire dans l’arrondissement de Beauport, à Québec. À ce jour, c’est le seul projet qui exploite cette technologie en Amérique du Nord, mis à part celui du nouveau siège social de l’American Geophysical Union à Washington.
Cette implantation est le fruit d’une recommandation de Poly-Énergie, la division Efficacité énergétique de Génécor Experts-Conseils, qui était mandatée pour concevoir les systèmes électromécaniques du réseau d’échange thermique du Faubourg du Moulin. Son président, Claude Routhier, explique ce qui l’a amené à proposer cette technologie : « Le Groupe Dallaire cherchait des solutions d’économie d’énergie innovantes pour réduire les coûts d’énergie en chauffage et en climatisation des immeubles d’habitation de son projet ».
Recherche et analyse
En effectuant des recherches, ce spécialiste de l’efficacité énergétique a découvert le système d’échange de chaleur des eaux usées de la compagnie Huber déjà implanté en Europe. Ce système offrait un indice de rendement (ou COP en anglais, pour coefficient of performance) nettement supérieur aux autres types de systèmes. À titre de comparaison, mentionne-t-il, le COP global d’un système d’aérothermie est de 2 à 3, celui d’un système de géothermie dépasse à peine 3, tandis qu’il atteint 4 à 4,5 avec le système Huber de récupération d’énergie thermique à partir des eaux usées des égouts.
Après analyse et comparaison avec d’autres techniques de récupération d’énergie, Claude Routhier en est venu à la conclusion que la technologie Huber présentait de nets avantages, notamment en évitant le filtrage et le traitement des eaux usées avant de les faire circuler dans un échangeur de chaleur.
Composition du système
En outre, le système ThermWin est relativement simple et facile à installer. Il se compose d’un réservoir d’extraction des eaux usées, d’un échangeur thermique, d’une thermopompe (pompe à chaleur), d’une vis sans fin pour retourner à l’égout les matières solides et de la tuyauterie pour faire circuler l’eau réchauffée ou l’eau refroidie par l’échangeur. Tout l’équipement est en acier inoxydable résistant à la corrosion et il est autonettoyant avec un système de racleur automatique pour enlever les impuretés laissées par l’eau sur la tuyauterie de l’échangeur.
Son coût serait compétitif avec des forages de géothermie, selon Marcel Brault, de la firme Brault Maxtech, qui représentait la division Énergie de la compagnie Huber au Québec jusqu’à récemment. Les économies sur les coûts d’énergie qu’il procure permettraient d’anticiper un rendement de l’investissement en cinq ou huit ans.
Engranger les économies
La beauté de ce système, explique Claude Routhier, c’est qu’il permet de récupérer de l’énergie propre et gratuite autrement perdue dans les égouts. Et cela, de façon fiable pour s’alimenter lui-même et sur une base continue à l’année, puisque la température des eaux usées des égouts se situe entre 12 et 25 degrés Celsius. La partie échangeur de chaleur (RoWin) récupère la chaleur pour le chauffage des logements en hiver, la température des eaux usées étant toujours supérieure à celle des systèmes de géothermie ou d’aérothermie. En été, il fonctionne à l’inverse en dissipant la chaleur dans les égouts pour la climatisation plus fraîche des immeubles.
Le plus important pour exploiter un tel système, c’est de pouvoir l’alimenter avec un volume d’eaux usées suffisant à un débit d’au moins cinq litres/seconde. Un seul appareil peut produire de l’énergie équivalente à 200 kW.
Déploiement évolutif
« En réalité, sky’s the limit si vous avez la chance d’installer un tel système en bordure d’un collecteur principal d’égout municipal, affirme Claude Routhier, en précisant qu’une dizaine de RoWin branchés en réseau pourraient produire des mégawatts. Au Faubourg du Moulin, ajoute-t-il, la quantité d’eaux usées des égouts provenant des immeubles construits dans le développement est suffisante pour alimenter le système, sans utiliser un collecteur principal de la ville. » Le système ThermWin a été justement installé en fonction de la progression du développement de ce projet intergénérationnel de 2 000 logements.
Au moment d’écrire ces lignes, il n’était pas possible d’obtenir du Groupe Dallaire des données précises quant aux performances du système ThermWin au Faubourg du Moulin et aux économies d’énergie réalisées ou anticipées, car le projet n’est pas complètement terminé. Toutefois, la compagnie Huber promet des réductions des coûts d’énergie pour le chauffage et la climatisation pouvant aller jusqu’à 80 % comparativement aux méthodes classiques.
Au bas d’une conduite d’égout, une plaque de captation est installée pour acheminer les eaux usées dans un réservoir. Les matières solides y sont grossièrement tamisées pour laisser passer le liquide caloporteur avec certaines matières solides plus fines.
Cette eau non filtrée ni traitée est acheminée dans le module RoWin pour en extraire la chaleur à l’aide de la pompe à chaleur, avant d’être retournée à l’égout sanitaire avec les résidus solides tamisés et acheminés à l’aide d’une vis sans fin. Cela fonctionne comme un réfrigérateur, mais dans les deux sens, soit en extrayant la chaleur de l’eau pour en transférer l’énergie thermique à un système de chauffage, ou inversement en la refroidissant pour la transférer à la climatisation avant de retourner la chaleur à l’égout.
Il est à noter que le système de refroidissement du bâtiment fonctionnera en utilisant l'eau du système d'échange de chaleur des égouts pendant les périodes de l'année où les températures des égouts sont plus fraîches que l’air extérieur. Cela élimine ainsi le besoin de recourir à une tour de refroidissement sur le toit. Du même coup, une quantité substantielle d'eau potable fraîche est économisée.
Les fonctions du système ThermWin sont contrôlées par un automate programmable de qualité industrielle installé dans un panneau de contrôles fourni avec l’appareil.
Au Faubourg du Moulin, une chaufferie urbaine centralisée permet de climatiser et de chauffer tous les logements. Cette chaufferie forme une boucle thermique alimentée par quatre sources principales :
- l’aérothermie pour extraire ou rejeter la chaleur et le froid dans l’air, sans utiliser de tours d’eau;
- la géothermie ouverte pour extraire ou rejeter la chaleur et le froid dans le sol;
- la récupération de l’énergie des eaux usées provenant des égouts sanitaires, qui permet également d’extraire et de rejeter la chaleur et le froid;
- et le gaz naturel, comme appoint en période hivernale.
Grâce à cette chaufferie urbaine centralisée, l’échange thermique se fait d’un appartement à l’autre et, si le besoin s’en fait sentir, d’un bâtiment à l’autre, puisqu’ils sont tous raccordés.
