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Analyses préliminaires de la réduction de l'énergie consommée par les spectacles itinérants du Cirque du Soleil

Bernard, Hugo (2017). Analyses préliminaires de la réduction de l'énergie consommée par les spectacles itinérants du Cirque du Soleil. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le Cirque du Soleil (CDS) cherche à diminuer sa consommation énergétique, par le biais d’énergies propres ou avec l’aide de nouvelles technologies, pour s’inscrire dans une optique de développement durable. Toutefois, le contexte des opérations énergétiques actuel du CDS n’est pas simple. En effet, les spectacles sont pour la plupart itinérants, ce qui ne facilite pas l’installation de systèmes de production d’énergie verte, qui peuvent être encombrants, fragiles, difficilement montables/démontables comme c’est par exemple le cas pour des panneaux photovoltaïques. De plus, le CDS doit faire face à des réglementations qui different pour chacun des sites où il s’installe, et qui peuvent parfois rajouter des contraintes et ainsi limiter leurs possibilités. En observant la consommation actuelle d’énergie au CDS sur les différents sites, il est important de noter que lors de la plupart des représentations, il y a jusqu’à cinq génératrices qui peuvent être utilisées pour fournir de l’électricité aux différentes installations. Ces génératrices, pouvant fournir chacune une puissance de 500kW, font monter la consommation d’énergie jusqu’à une puissance potentielle de 2,5 MW en conditions réelles de spectacles, pendant plus de quatre heures. Cependant, il est encore plus impressionnant de noter qu’une génératrice est également utilisée la nuit pour les besoins du site, notamment pour éclairer les allées ou faire sécher les costumes de scène, et qu’elle fonctionne entre 20 et 40% de sa puissance maximale. Il est ainsi important de diminuer la charge par le biais de la sobriété énergétique, ou bien en proposant des solutions qui permettraient de lisser cette demande et ainsi diminuer le pic de puissance, qui pose le plus de problèmes. Ce pic de puissance survient principalement pendant les périodes de spectacles, puisqu’il faut maintenir de manière constante la température à 24°C à l’intérieur de la tente où se déroule le spectacle, en été comme en hiver, tant pour les artistes que pour les spectateurs.

Un des premiers objectifs du projet consiste ainsi à réaliser des campagnes de sensibilisation à la sobriété énergétique auprès de la communauté du CDS, dans l’optique de prendre des mesures pour diminuer toutes les consommations inutiles, surtout pour la consommation de nuit, ou encore supprimer certaines installations fonctionnant à temps plein, comme certains systèmes d’éclairage, utilisés sans interruption, 24h/24. Les économies potentielles de ces réductions d’utilisation s’élèvent à plus de 0,6 M$ par année pour tous les spectacles (environ une trentaine par année). De plus, l’utilisation d’une tente blanche à forte réflectivité solaire est une solution passive qui permettrait également de réduire grandement la charge de climatisation en été, d’environ 140 MWh soit près de 1,2M$ par année pour tous les spectacles. D’autres solutions concernent la production alternative (comme l’énergie solaire, éolienne, ou d’autres énergies renouvelables), le stockage (thermique, électrique, mécanique, chimique) pour réduire la pointe de puissance, ou encore l’efficacité énergétique dite classique.

Parmi la panoplie de solutions envisagées, une option basée sur la brumisation a aussi été développée, analysée et fait l’objet d’un article. La brumisation ou « evaporative cooling » est un procédé de climatisation qui consiste à refroidir une surface grâce à l’enthalpie d’évaporation de l’eau. Appliqué aux installations du CDS, le procédé endothermique de ce changement de phase permet de refroidir la surface externe de la toile de tente lors des spectacles. Ce phénomène d’évaporation permet de réduire la charge de climatisation nécessaire au refroidissement des tentes pendant les spectacles, durant les périodes de chaleur et de rayonnement intense. Pour pouvoir mettre en place une analyse efficace des solutions proposées, il est nécessaire de connaitre certaines données telles la température à l’intérieur des chapiteaux, les débits des ventilateurs, les propriétés optico-radiatives des toiles ou bien encore la consommation électrique heure par heure. Ces données n’étant pas toutes connues et enregistrées par le CDS, différents systèmes de mesures (dataloggers, débitmètres,…) ainsi que des tests expérimentaux (protocole de mesure de la réflectivité et de l’émissivité de la toile et des tests de brumisation en situation réelle) ont été mis en place pour les obtenir. Finalement, les résultats expérimentaux fournissent des résultats d’économies pouvant s’élever jusqu’à 2,2 k$ par mois pour le spectacle de Luzia à Montréal ce qui procurerait des économies annuelles de 0,4 M$ par année pour tous les spectacles. Les tests mis en place sur une toile du CDS confirment le potentiel de cette solution.

Titre traduit

Preliminary analyses for the reduction in energy consumption for the touring shows of the Cirque du Soleil

Résumé traduit

It is with sustainable development in mind that the Cirque du Soleil (CDS) is looking for reducing its energy consumption, through renewable energies or with new technologies. However the CDS current energy context is not this simple. Indeed, for the most part, tours are travelling which does not facilitate the installation of green energies production systems, which are often bulky such as photovoltaic panels. Besides, the circus has to face several laws and regulations in the different places they are moving to, which often add constraints and requirements and limit the opportunity to settle new systems. By observing the current energy consumption of the CDS on the different tours, it is really important to note that for most of the shows there is up to five generators which are used to supply electricity for the different installations. Each of these generators can provide a power of 500kW which raises the energy usage up to 2,5MW in real conditions during the shows for more than four hours. Yet, it is even more impressive to see that a generator is also used during the night for the site needs, in particular to light the ways or dry the artist costumes, and that it is operating between 20 and 40 percent of its maximal power. Thus, it is important to reduce the load through energy sobriety or by using systems able to shave the peak load and so, to reduce the peak power which is causing the most troubles. This power peak mainly occurs during show times since a temperature of 24°C has to be kept constant in the inside of the tent where the show is running, whether it is summer or winter.

In this way, one of the main goals is to run energy sobriety awareness campaigns in order to take actions to decrease all of the unnecessary energy uses, above all the ones concerning the night uses or even to remove some systems running full-time such as some lights which are use nonstop. The potential savings of these cuts amounts to more than 0.6 M$ per year for all shows. Besides, using a white tent with a high solar reflectivity is a passive solution which would also allow to highly reduce the cooling load of about 140 MWh, which represents almost 1.2M$ per year for all the shows. Other solutions concern the alternative production, such as solar energy, wind energy or other renewable energies; the energy storage, such as thermal, electrical, mechanical and chemical storage, in order to reduce the power peak; or even classic energy efficiency.

Among the multitude of considered solutions, an option based on fogging has been developed, analyzed and is the subject of a conference article paper. Fogging, or also called evaporative cooling, is a cooling process which consists in cooling off a surface using the water vaporization enthalpy. Applied to the CDS facilities, the endothermic reaction of this phase change allows to chill the external surface of the tent during the shows. This evaporation phenomenon permits to reduce the air-conditioning load necessary for the tent cooling during hot and sunny periods. As a matter of fact, in order to set up an efficient analysis of the solutions proposed, it is necessary to know a certain number of parameters and data’s such as the temperature inside of the tents, the fan flows, the optico-radiatives properties of the canvas as well as the power consumption hour by hour. Such important data’s are not all recorded and some parameters are not even known by the CDS. This is why quite a few measuring systems (using DataLoggers sensors or flow sensors) and experimental tests (measurement of the canvas emissivity and reflectivity and misting tests in real conditions) have been set up. Experimental results show economical results which can be up to 0.4 M$ per year for all the shows. The full scale tests carried-out on a head office CDS facility tend to confirm the potential of the misting solution.

Actually, the solutions proposed using renewables energies are definitely very interesting since they are relying on an ability to get rid of the usual energies use. Yet, they are far away from being all applicable, especially when it comes to a travelling tour show like the one of the Cirque du Soleil. Finally, reducing the unnecessary energy consumptions of the Cirque du Soleil seems to be the key point to start with this project.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique" Bibliographie : pages 169-174.
Mots-clés libres: Cirque du Soleil. Spectacles sous chapiteau Consommation d'énergie. Économies d'énergie. Énergie Stockage. Ressources énergétiques Consommation Mesure. Refroidissement par évaporation. Rayonnement solaire. consommation énergétique, énergies renouvelables, sobriété énergétique, efficacité énergétique, brumisation
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Rousse, Daniel R.
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 01 nov. 2017 16:07
Dernière modification: 01 nov. 2017 16:07
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1943

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