1.0 Présentation du concours

1.1 Introduction : Un concours visant à mettre au point des systèmes intégrés de gestion des infrastructures

Les Forces armées canadiennes (FAC) doivent être prêtes à se déployer rapidement pour de longues périodes dans des régions présentant tout type de climat. Dans le cadre de ces déploiements, les FAC dépendent actuellement de camps temporaires démontables (CTD) pour soutenir les militaires dans des conditions opérationnelles et climatiques éprouvantes.

Le programme Innovation pour la défense, l’excellence et la sécurité (IDEeS) du ministère de la Défense nationale (MDN) incite les innovateurs à contribuer à l’améliorer les CTD des FAC déployés dans le cadre d’opérations nationales et internationales.

Constitué de plusieurs phases, le concours de Ville Éclair invite les innovateurs à proposer et à développer des systèmes de gestion de l’énergie, de l’eau et des déchets pour les CTD qui soient à la fois fiables, écoénergétiques, intégrés et modulables. Les concours organisés se veulent un moyen de trouver des solutions novatrices et d’attribuer des prix aux meilleures propositions émanant de la communauté de l’innovation. Plus précisément, ce concours vise à obtenir des solutions conçues pour gérer les besoins en matière d’énergie, d’eau et de déchets d’un CTD pouvant accueillir de 150 à 1 500 personnes dans le cadre d’une opération menée dans une zone climatique tempérée.

Afin de pouvoir compter sur des normes de rendement uniformes pour la conception des systèmes, les concurrents se verront remettre des données sur la consommation d’énergie, la consommation d’eau et la production de déchets d’une personne, de même que des données climatiques annuelles représentatives, y compris sur la configuration des vents et l’ensoleillement. Les concurrents devront fournir des solutions modulables pouvant répondre aux besoins de CTD durant une période de douze mois dans cette zone climatique. Ils sont fortement encouragés à concevoir des systèmes qui permettraient également un déploiement occasionnel dans des zones au climat extrêmement chaud ou glacial.

1.2 Objectifs du concours

Voici les objectifs du concours Ville Éclair :

1. stimuler l’innovation et encourager le développement de solutions qui réduisent considérablement les besoins en carburant et en eau des CTD, de même que les déchets qui y sont générés, tout en respectant les normes de rendement établies;
2. mettre à profit le talent canadien pour concevoir des solutions qui permettent de réduire les besoins actuels en carburant et en eau, de même que les déchets générés, conformément aux cibles suivantes :
   1. une réduction d’au moins 33 p. 100 des besoins en carburant des CTD;
   2. une réduction d’au moins 33 p. 100 des besoins en eau potable des CTD;
   3. une réduction d’au moins 33 p. 100 des déchets solides et liquides qui doivent être éliminés des CTD.

1.3 Pratiques actuelles

Le CTD sert de base à partir de laquelle le personnel des FAC en déploiement peut planifier, puis entreprendre des opérations ou des activités d’entraînement. La population d’un CTD peut varier considérablement d’un jour à l’autre, suivant les activités opérationnelles, ainsi que les rotations de personnel, qui créent des concentrations d’effectifs.

Les CTD comptent sur des installations sanitaires, administratives, d’hébergement, d’entretien, d’entreposage et de cuisine, ainsi que des hangars. Des systèmes assurent la production et la distribution d’électricité, le chauffage et le refroidissement, le stockage et la distribution de carburant et d’eau, ainsi que l’élimination des déchets.

Les CTD sont généralement constitués de tentes semblables à celles utilisées par différentes forces militaires partout dans le monde. Les militaires déployés se voient offrir un lit dans une tente pouvant accueillir de quatre à dix personnes. Les dortoirs sont concentrés dans un espace à proximité des installations sanitaires. Ces dernières sont composées d’une douche, d’une toilette et d’un lavabo. Elles desservent dix personnes résidant au camp.

À l’heure actuelle, les CTD déployés par les FAC fonctionnent grâce à différents systèmes indépendants qui assurent l’alimentation en énergie et en eau, de même que l’élimination des déchets. Ces systèmes n’ont pas été conçus pour maximiser l’efficacité, et aucun gain d’efficacité par l’intégration de systèmes individuels n’a été exploré. À titre d’exemple, les systèmes actuels ne permettent pas de récupérer la chaleur ni de recycler l’eau.

Les systèmes actuels de gestion de l’énergie, de l’eau et des déchets des CTD peuvent être décrits comme suit :

1. Énergie

Le chauffage et la production d’électricité dans les CTD reposent essentiellement sur des groupes électrogènes diesel. Le chauffage est assuré par des chaufferettes au diesel.

L’électricité distribuée dans le camp est produite au moyen de plusieurs groupes électrogènes à vitesse constante, qui sont composés de générateurs produisant 300 kW, 350 kW ou 500 kW. Afin d’éviter leur fonctionnement à faible charge, des bancs de charge sont utilisés pour déterminer et mettre en place les conditions favorables à leur fonctionnement optimal. L’électricité en surplus est ultimement dirigée vers un banc de charge, où elle est convertie en chaleur perdue.

Le refroidissement est assuré par des climatiseurs électriques. Les chaufferettes et les climatiseurs sont installés dans chaque tente et sont contrôlés par les utilisateurs.

L’infrastructure énergétique des CTD n’a pas été conçue pour produire, stocker et distribuer l’énergie de manière à optimiser l’efficacité et à minimiser les coûts et les effets sur l’environnement, ni pour produire de l’électricité à partir de sources d’énergie de remplacement ou renouvelables.

2. Eau

Il est essentiel de maintenir une alimentation en eau adéquate dans les CTD. De grands réservoirs sont utilisés pour stocker l’eau potable. De l’eau potable en vrac pour les installations sanitaires et de l’eau embouteillée sont obtenues auprès de fournisseurs locaux.

Les CTD consomment beaucoup d’eau, et aucun système de récupération ou de recyclage de l’eau n’est actuellement utilisé. Les systèmes de purification d’eau par osmose inverse servent dans plusieurs situations à produire de l’eau potable. Bien que les résultats de ces systèmes soient hautement satisfaisants, l’osmose inverse n’est pas efficace du point de vue de la consommation d’eau et d’énergie.

3. Déchets

Les CTD comptent trop peu d’options durables sur le plan environnemental en ce qui a trait à la gestion des déchets solides et liquides. Certaines pratiques antérieures consistaient à creuser une fosse pour gérer les déchets liquides, et le brulage ou l’incinération des déchets solides. En règle générale, les eaux grises et noires sont stockées séparément dans des réservoirs et sont récupérées par des entrepreneurs locaux. La capacité à gérer adéquatement et efficacement les déchets se complique davantage par le fait que les opérations se déroulent dans des régions isolées, hostiles et fragiles sur le plan écologique.

1.4 Résultats attendus et éléments à considérer

1.4.1 Généralités

L’inefficacité des pratiques actuelles accroît les besoins en matière de réapprovisionnement en carburant et en eau, et d’enlèvement des déchets. Cela a pour effet d’augmenter considérablement la logistique du transport pendant les opérations. Le MDN et les FAC estiment que des gains importants en efficacité des services d’infrastructures des CTD auraient un effet bénéfique global sur les opérations déployées. Pour atteindre cet objectif, en plus de mieux utiliser les technologies existantes, il faut à la fois introduire des technologies novatrices et combiner celles qui sont déjà en usage pour former un système unique et intégré pour les services d’infrastructures des CTD. Il est nécessaire de recourir à des solutions modulables et démontables afin de réduire les acquisitions requises, les frais de transport ainsi que les exigences logistiques. C’est pour trouver une solution à cette situation que le concours de Ville Éclair est organisé à l’intention de la communauté canadienne de l’innovation.

1.4.2 Résultats attendus

Les propositions retenues peuvent intégrer des technologies existantes, des modifications ou des innovations susceptibles d’être développées jusqu’à se convertir en solutions vérifiables correspondant au niveau de maturité de la solution (NMS) 6 ou supérieur d’ici la fin du concours (voir l’annexe A pour obtenir une définition des différents NMS). Les solutions intégrées de gestion de l’énergie, de l’eau et des déchets destinées aux CTD doivent être conçues de manière à produire les résultats suivants :

1. gérer la consommation d’eau et d’énergie, ainsi que la production de déchets d’une personne (voir les données fournies dans le tableau 1 ci-dessous);
2. réduire au minimum les besoins d’approvisionnement en carburant et en eau, et d’élimination des déchets;
3. comporter un dispositif de contrôle centralisé qui permette, au minimum, de contrôler la consommation d’énergie et d’eau;
4. être modulables pour des CTD pouvant accueillir de 150 à 1 500 personnes;
5. supporter une utilisation continue sur une période de douze mois dans des conditions climatiques correspondant aux données fournies;
6. être transportables dans des conteneurs intermodaux standards de 20 pieds (6,1 m);
7. être durables et d’une fiabilité à toute épreuve, que ce soit durant le transport ou le fonctionnement. Un plan d’entretien et de remplacement des éléments matériels et logiciels doit être fourni.

Les concurrents doivent noter que la réduction de la consommation par personne, par exemple en améliorant l’isolation des logements ou en amenant le personnel à modifier ses comportements, bien qu’elle soit importante, n’est pas envisageable dans le cadre du concours.

1.4.3 Considérations climatiques : zone climatique tempérée

Les concurrents doivent proposer des solutions qui, au minimum, peuvent fonctionner dans une zone climatique tempérée pendant une période de douze mois. Les efforts de conception et les calculs nécessaires dans le cadre du présent concours doivent se fonder sur les données sur la température, les précipitations, l’ensoleillement et les vents obtenues à Brandon, au Manitoba;. Les solutions doivent toutefois être conçues de manière à être fonctionnelles dans toutes les conditions caractérisant une zone climatique tempérée conformément aux renseignements fournis ci-après.

La zone tempérée s’étend dans le monde entier et comprend les climats variables des latitudes moyennes (c.-à-d. entre les extrêmes des climats tropicaux et des climats glaciaux). Elle se divise comme suit : climat continental humide, climat océanique et climat subtropical humide. Ceux-ci sont décrits ci-après :

1. Climat continental humide. Ce climat domine les latitudes moyennes inférieures de l’Amérique du Nord, de l’Europe, de l’Afrique et de l’Asie, et présente les caractéristiques suivantes :
   1. une température moyenne de 22 °C en été et une température maximale dépassant 38 °C;
   2. une température hivernale moyenne inférieure à 0 °C;

• des précipitations moyennes annuelles de 500 à 1 100 mm, les précipitations atteignant leur maximum en été.

1. Climat océanique. Ce climat domine les côtes occidentales des continents aux latitudes moyennes. Les régions comprennent le nord-ouest de l’Europe, la côte centrale du Pacifique de l’Amérique du Nord, le sud du Chili et le sud-ouest de l’Australie et de la Nouvelle-Zélande. Il se caractérise par :
   1. des températures estivales douces atteignant 38 °C;
   2. des hivers doux avec des températures moyennes supérieures à 0 ºC et, pendant le mois le plus froid, une probabilité de gel;

• des précipitations moyennes annuelles allant de 500 à 2 500 mm.

1. Climat subtropical humide. Ce climat englobe les côtes orientales de tous les continents immédiatement au nord et au sud des tropiques. Les régions comprennent le sud-est des États-Unis, le sud-est de l’Europe, le nord de l’Inde et de la Birmanie, l’est de la Chine et le sud du Japon. Il se caractérise par :
   1. un été long et chaud avec des températures semblables à celles des tropiques. La température moyenne est de 27 °C en été, avec une température maximale dépassant 38 °C;
   2. des mois d’hiver doux avec une température moyenne supérieure à 0 °C;

• des précipitations moyennes annuelles de 750 à 2 000 mm.

REMARQUE : La capacité d’une solution à fonctionner durant des périodes prolongées sous une chaleur extrême (jusqu’à 50 °C) ou un froid extrême (jusqu’à -40 °C), ainsi que dans les conditions décrites ci-dessus, sera prise en considération lors de l’évaluation des propositions.

1.4.4 Exigences relatives aux services d’infrastructures

Le tableau 1 présente les besoins en électricité, en eau et en gestion des déchets que doivent satisfaire les solutions proposées.

Pour que leur proposition soit prise en considération, les concurrents doivent présenter des solutions capables de répondre aux besoins en électricité, en eau et en gestion des déchets par personne qui sont définis dans le tableau 1. Ces données ont été colligées et dérivées lors de précédents déploiements de CTD. Elles sont fournies à titre de référence pour faciliter le processus de conception.

Tableau 1 – Besoins en électricité, en eau et en gestion des déchets par personne pour un CTD de 500 occupants mis en place dans une zone climatique tempérée

Description	Exigence
Consommation électrique de base	1,5 kW/personne
Eau Potable‡	150 l/personne/jour
Eau non potable	50 l/personne/jour
Eaux usées - eaux noires	89, 5 l/personne/jour
Eaux usées - eaux grises	48,5 l/personne/jour
Déchets solides - secs*	1,1 kg/personne/jour
Déchets solides - humides†	1,1 kg/personne/jour

^‡ L’eau est fournie au CTD à une température de ≥ 4 °C. Au total, 20 p. 100 de l’eau potable nécessaire (c.-à-d. 30 l/personne/jour) doit être chauffé à une température de 60 °C.

* On peut supposer une teneur totale en énergie de 15 MJ/kg.

† On peut supposer une teneur en eau de 70 p. 100.

Pour la conception des éléments visés par les propositions présentées dans le cadre du concours, les mêmes données par personne peuvent être utilisées pour les camps de toutes les tailles. On suppose ainsi que la taille d’un CTD n’influe aucunement sur la consommation d’énergie et d’eau par personne.

1.4.5 Autres exigences de conception

Les concurrents dont les propositions seront jugées admissibles doivent respecter les cibles de réduction indiquées dans le tableau 2.

Tableau 2 – Sommaire des exigences actuelles et cibles relativement aux intrants et aux extrants des CTD. Les exigences cibles indiquées représentent les quantités maximales permises dans le cadre du concours.

Intrants et extrants d’un CTD	Exigence actuelle	Exigence cible
Approvisionnement en carburant (diesel ou produit équivalent) **	2 500 l/personne/année	1 650 l/personne/année
Approvisionnement en eau potable	150 l/personne/jour	100 l/personne/jour
Eaux noires	89,5 l/personne/jour	60 l/personne/jour
Eaux grises	50 l/personne/jour	32 l/personne/jour
Déchets solides secs	1,1 kg/personne/jour	0,7 kg/personne/jour
Déchets solides humides	1,1 kg/personne/jour	0,7 kg/personne/jour

^** Voir ci-dessous pour la production d’électricité (2 000 l/personne/jour) et le chauffage (500 l/personne/jour).

Production et gestion de l’énergie

La capacité de production électrique du camp doit être de 1,5 kW par personne. Les groupes électrogènes doivent produire une surcharge de 10 p. 100 et être à même de produire un excédent de 10 p. 100. Les profils de charge électrique fournis; doivent être pris en considération pour les calculs requis aux fins de la gestion de l’énergie. Les dispositions prises pour le stockage du combustible doivent tenir compte des températures ambiantes. À l’heure actuelle, la consommation habituelle de carburant pour une charge de 1,5 kW par personne s’élève à environ 2 000 litres (l) de diesel par personne, par année. De plus, dans le cadre du présent concours, on peut tenir pour acquis que 500 l de diesel par année, par personne, sont utilisés pour la combustion directe, ce qui procure 15 gigajoules (GJ) d’énergie pour le chauffage ambiant en tenant compte d’un taux d’efficience de 80 p. 100. Cette énergie peut être obtenue d’autres sources. Les solutions proposées par les concurrents doivent entraîner une réduction globale de la consommation de carburant de 33 p. 100 (c.-à-d. 1 650 l/personne/année ou moins) pour le même approvisionnement par personne et en tenant compte des mêmes besoins au chapitre du chauffage ambiant.

Les concurrents peuvent proposer des approches novatrices, de nouvelles technologies et des systèmes conçus pour améliorer l’efficience énergétique. Ils peuvent également proposer des solutions qui, tout en s’intégrant au réseau électrique du camp, mettent à profit des sources d’énergie renouvelable, des systèmes de production combinée ou toute autre solution novatrice qui permettrait de remplacer les systèmes de production d’électricité fonctionnant au carburant, le tout dans le but premier de minimiser le réapprovisionnement en carburant du CTD. Les concurrents doivent prendre en considération le volume et le poids de tout système proposé, le soutien logistique qu’il requiert, l’entretien qu’il nécessite et les risques qu’il présente. Il convient de noter que les émissions attribuables à la combustion dans les CTD doivent satisfaire ou dépasser les normes canadiennes actuelles qui figurent dans la Loi canadienne sur la protection de l’environnement (1999) (L.C. 1999, ch. 33)^{note 1} ;.

Gestion de l’eau 

Les CTD doivent être alimentés adéquatement en eau, selon les besoins minimaux et les estimations de consommation. Aux fins des calculs de gestion de l’énergie, on peut supposer que toute l’eau obtenue pour approvisionner le camp est de l’eau potable et qu’elle est fournie à une température de 4 °C ou plus. Le facteur de planification de base pour la demande en eau potable est le suivant : 150 l/personne/jour (dont 30 l doivent être chauffés à une température de 60 °C). Par ailleurs, 50 l/personne/jour d’eau non potable doivent être fournis pour les toilettes (les eaux noires produites sont par la suite recueillies). L’eau non potable supplémentaire qui est requise pour laver les véhicules, contrôler les poussières, effectuer des travaux de construction, procéder à la décontamination, etc. ne doit pas être prise en considération dans le cadre de ce concours. Une réserve correspondant à 200 p. 100 de la demande quotidienne en eau potable et en eau non potable (cette dernière est destinée principalement à la protection contre les incendies) doit être maintenue en tout temps. Par exemple, un CTD accueillant 500 personnes nécessiterait une réserve de 150 000 l d’eau potable et de 50 000 l d’eau non potable. Les dispositions prises pour le stockage de l’eau doivent tenir compte des températures ambiantes.

Les solutions proposées par les concurrents doivent permettre une diminution d’au moins 33 p. 100 de l’approvisionnement en eau potable du CTD (soit une provision quotidienne par personne de 100 l ou moins) pour la même consommation par personne d’eau potable (c.-à-d. 150 l/personne/jour). Afin de réduire au minimum l’approvisionnement en eau du CTD, le concours cherche à promouvoir l’émergence de solutions novatrices incluant des technologies et des concepts nouveaux pour récupérer ou recycler l’eau dans le camp en vue de sa réutilisation comme eau potable. Il n’est pas envisageable dans le cadre du concours de suppléer l’approvisionnement en eau du CTD en utilisant celle que l’on retrouve autour du camp (p. ex. pluie, neige, glace, cours d’eau à proximité, etc.).

Gestion des déchets 

Chaque CTD doit gérer à la fois les déchets liquides et solides.

Les « déchets liquides » comprennent les « eaux noires » et les « eaux grises ». Les eaux noires sont des eaux usées qui contiennent une forte concentration en contaminants et qui proviennent habituellement des toilettes, des urinoirs ou des cuisines. Les eaux grises contiennent une concentration plus faible en contaminants et correspondent aux eaux utilisées pour la douche et la lessive. Ce concours ne tient pas compte de l’eau utilisée dans les fosses de lavage des véhicules. Ainsi, les eaux noires nécessitent un traitement plus important que celui des eaux grises.

Les CTD produisent également des déchets solides sous forme de déchets organiques provenant de la préparation des aliments et des déchets textiles, issus du transport et des bureaux, ainsi que de plastique et de métal. Aux fins du présent concours, on peut supposer que la teneur totale en énergie des déchets solides secs est de 15 mégajoules (MJ) par kilogramme (kg). De même, on peut supposer que la teneur en eau des déchets solides humides est de 70 p. 100.

Dans tous les cas, les déchets liquides et solides doivent être gérés et éliminés de façon à maximiser la protection de l’environnement et de la santé humaine. Des mesures de contrôle distinctes sont prises pour l’approvisionnement, le stockage et le transport du matériel et des déchets dangereux, mais ces questions ne sont pas visées par le concours. Les concurrents peuvent également supposer que les déchets infectieux seront séparés des autres déchets à l’origine. De même, les mélanges de déchets solides et de déchets infectieux peuvent être négligés.

Les solutions proposées par les concurrents doivent permettre une réduction d’au moins 33 p. 100 des déchets liquides et solides devant être collectés en vue de leur transport et de leur élimination (c.-à-d. les quantités quotidiennes de déchets par personne ne doivent pas dépasser 60 l d’eaux noires, 32 l d’eaux grises, 0,7 kg de déchets solides humides et 0,7 kg de déchets solides). Les eaux usées peuvent être rejetées dans l’environnement à partir du CTD pourvu que soient respectées les normes minimales de qualité des effluents requises pour le traitement secondaire des eaux usées, qui sont définies dans le Règlement sur les effluents des systèmes d’assainissement des eaux usées adopté au titre de la Loi sur les pêches (L.R.C., 1985, ch. F‑14)^{note 2} ;. Les eaux usées produites dans un CTD qui ne satisfont ou ne surpassent pas ces normes minimales doivent être recueillies en vue de leur transport et de leur élimination (elles seront donc considérées comme des déchets produits aux fins du présent concours). De même, les émissions attribuables à la combustion dans les CTD doivent satisfaire ou dépasser les normes canadiennes actuelles qui figurent dans la Loi canadienne sur la protection de l’environnement (1999) (L.C. 1999, ch. 33). Tous les déchets solides produits dans un CTD doivent être recueillis en vue de leur transport et de leur élimination (ils seront donc considérés comme des déchets produits aux fins du présent concours).