Potentiel des accumulateurs thermiques centraux pour la décarbonisation des serres de petite taille au Québec

Laroche, Mathieu (2026). Potentiel des accumulateurs thermiques centraux pour la décarbonisation des serres de petite taille au Québec. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le chauffage des serres de petite taille au Québec est majoritairement assuré par des systèmes au gaz naturel, au propane ou au mazout. Afin de bénéficier d’une électricité à faible coût, rendant son usage avantageux, les serriculteurs doivent souscrire à l’« Option d’électricité additionnelle pour l’éclairage de photosynthèse ou le chauffage des espaces destinés à la culture de végétaux » offerte par Hydro-Québec. Cependant, celle-ci impose une réduction quasi totale de la consommation électrique lors des événements de pointe critique. La transition énergétique du secteur vers le chauffage à l’électricité est ainsi en partie freinée par les contraintes liées à la gestion de la demande électrique. Évitant la consommation électrique en heure de pointe, les accumulateurs thermiques centraux (ATC) offrent une solution pour soutenir la transition énergétique sans recourir aux systèmes de chauffage auxiliaires au gaz.

L’objectif principal de ce projet de recherche est d’évaluer le potentiel des accumulateurs thermiques centraux pour la décarbonation des serres de petite taille au Québec. Cette évaluation s’appuie sur l’utilisation d’outils de simulation de la performance énergétique du bâtiment (BPS).

Une première analyse, menée à l’aide des modèles énergétiques existants d’une serre de petite taille ainsi que d’un ATC, a démontré que la solution entraînait peu de pertes énergétiques dû au stockage et permettait de diminuer la puissance électrique de la serre de 77 % en heure de pointe. L’analyse a également permis d’identifier les défis liés à l’implémentation des ATC dans les serres, notamment la précision de la modélisation des échanges thermiques ainsi que les enjeux de dimensionnement et de contrôle de l’appareil de stockage.

Afin d’améliorer la précision de la modélisation des échanges thermiques de la serre, des profils d’échange thermique de plantes ont été proposés à partir de résultats de simulation obtenus par des modèles dynamiques. Ces profils permettent de représenter la variabilité horaire de ces échanges thermiques tout en limitant l’impact sur le temps de simulation. Ceux-ci offrent des valeurs d’échange thermique presque deux fois plus précises que la moyenne annuelle, couramment utilisée lorsque les modèles dynamiques sont indisponibles.

Finalement, un modèle adaptatif d’un ATC à air forcé a été développé, permettant d’ajuster les paramètres de l’appareil à partir de données expérimentales. Ce modèle d’ATC, atteignant un RMSE de 0,9 à 40,7 °C sur la température de brique, est plus adéquat pour le contexte des serres de petite taille, puisqu’il ne nécessite pas de système de chauffage à l’eau et permet d’ajuster le dimensionnement aux besoins de stockage de la serre

Titre traduit

Potential of central electric thermal devices for the decarbonization of Quebec’s small scale greenhouses

Résumé traduit

To maintain optimal growing conditions, small-scale greenhouses in Quebec require a high heating input, which is ensured by natural gas, propane or oil. To ensure access to low-cost electricity and justify the transition to electric heating, greenhouse farmers must subscribe to the « Additional Electricity Option for Photosynthetic Lighting or Space Heating to Raise Crops » offered by Hydro-Québec. However, this option force farmers to limit their electricity consumption to a strict minimum during peak demand events. The energy transition of the sector is thus hindered by this constraint. Avoiding on-peak energy consumption, electric thermal storage (ETS) devices offer a solution to support the energy transition of the sector, without relying on fossil fuels for auxiliary heating.

The main objective of the research project is to evaluate the potential for small-scale greenhouse decarbonization using ETS devices in Quebec. Building performance software are used to analyse the proposed solution and analyse its performance.

A first analysis was led using pre-existing greenhouse and ETS energy models. The analysis showed that storage losses were converted to useful energy, greatly reducing energy waste. Moreover, the solution allowed for a reduction of up to 77% of the greenhouse’s power demand during peak demand events. The analysis also highlighted some of the challenges tied to ETS implementation in greenhouses. Among those are the accurate representation of heat transfers within the greenhouse, along with the complexity of dimensioning and controlling the storage solution.

To improve the accuracy of the greenhouse’s estimated internal gains, crop heat exchange profiles were proposed. The profiles were produced using dynamic models and cover a wide range of conditions. The resulting values, allowing the representation of the dynamic nature of the plant’s heat exchanges, offer crop load estimates nearly twice as precise as the average annual load, a value usually used when dynamic models are unavailable.

Finally, an adaptive modelling framework for forced-air ETS devices was proposed. This framework allows the characterisation of model parameters using standardised experimental data. This framework and the resulting characterised model, with brick core temperature RMSE values ranging from 0,9 to 40,7°C, are more adapted to greenhouse application and allow for further testing of dimensioning and control strategies.

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, énergies renouvelables et efficacité énergétique". Comprend des références bibliographiques (pages 167-180).
Mots-clés libres:	modélisation énergétique, serres, gestion de la demande, transition énergétique, stockage thermique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur(-trice) D’Avignon, Katherine
Codirecteur:	Codirecteur(-trice) de mémoire/thèse Monfet, Danielle
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	04 mai 2026 19:46
Dernière modification:	04 mai 2026 19:46
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3895

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