Les énergies renouvelables : état des connaissances

Les principaux pays qui développent cette énergie sont le Royaume-Uni, l’Irlande, la France, l’Espagne, la Chine, le Japon, la Corée du Sud, le Canada et les États-Unis. Le Royaume-Uni agit à titre de leader, car l’énergie des vagues et l’énergie des marées y sont abondantes. L’European Marine Energy Centre, en Écosse, est très actif dans la recherche et le développement en matière d’énergie hydrolienne. Plus de 50 % du potentiel théorique aux États-Unis se trouve en Alaska, ce qui fait de celui-ci l’État privilégié pour les projets de démonstration et de commercialisation.

Le Royaume-Uni est l’un des pays où le potentiel théorique est le plus élevé. Bien que des projets d’exploitation commerciale y aient aussi vu le jour depuis 2016, ce secteur est encore embryonnaire. Les autres principaux territoires ayant un potentiel intéressant, tous types d’énergie hydrolienne confondus, sont les suivants :

• le Canada, notamment dans la baie d’Ungava, au Québec, et la baie de Fundy, en Nouvelle‑Écosse ;
• les États-Unis, principalement en Alaska ;
• l’Argentine ;
• la Russie, dans le fjord de Kislaya Guba ;
• la France, dans le fleuve Rance ;
• l’Australie ;
• la Nouvelle-Zélande ;
• l’Inde ;
• la Corée du Sud, dans le lac Sihwa.

Le coût de la production d’électricité par kilowattheure d’une centrale faisant fonctionner au minimum dix hydroliennes instal­lées en chapelet est de 0,25 $ US pour les courants océaniques, de 0,41 $ US pour les courants des marées et de 0,80 $ US pour les courants fluviaux.

• Production plus prévisible que celle de l’éolien.
• Pas d’ouvrage de retenue et peu ou pas d’ouvrage de génie civil.
• Présence discrète, voire invisible, en raison de l’immersion quasi totale des composants de l’hydrolienne.
• Exploitation de la turbine en conditions hivernales possiblement problématique. Pour optimiser la production d’énergie sur une année, il faudrait tenir compte des variations locales des niveaux d’eau – un enjeu complexe.

Puisqu’il existe actuellement très peu d’hydroliennes en exploitation dans le monde, les enjeux de développement durable ne sont pas encore bien documentés. Voici les principaux impacts potentiels :

• Modification du courant, effet de sillage et de masquage du bruit.
• Modification de la dynamique sédimentaire pouvant affecter le régime estuarien touché.
• Modification des substrats, du transport et des dépôts de sédiments – variable selon le type d’ancrage et de câble sous‑marin.
• Modification d’habitats, dont ceux des organismes ben­thiques.
• Modification de la végétation pouvant affecter la faune aqua­tique.
• Interférence avec la circulation et la migration de certaines espèces aquatiques, en raison notamment des champs élec­tromagnétiques émanant des câbles électriques.
• Risques de blessure et de mortalité des animaux en cas de contact avec des appareils en mouvement.
• Nuisance sonore pendant la construction et l’exploitation.
• Conflits possibles avec les activités de navigation, de pêche, de plaisance, etc.
• Zéro émission de gaz à effet de serre et de contaminants atmosphériques lors de l’exploitation.
• Faible empreinte environnementale durant le cycle de  vie.

Le secteur photovoltaïque mondial a progressé considérable­ment depuis une décennie. Sa capacité de production est passée de 1 790 MW à 584 000 MW (IRENA, 2020) de 2001 à 2019 ; c’est près de 40 % d’augmentation en moyenne par année. Au début de 2020, la filière solaire photovoltaïque représentait environ 5,75 % de la production mondiale d’électricité renou­velable et 23 % de la puissance installée au titre des énergies renouvelables (IEA, 2020). Avec l’accroissement important des productions photovoltaïque et éolienne au cours des dernières années, la capacité de production d’électricité à partir d’une source renouvelable représente maintenant 28 % du bouquet électrique mondial.

Au Québec, en 2020, le coût de l’électricité fournie par un petit système photovoltaïque raccordé au réseau est encore supérieur à celui de l’électricité éolienne ou de l’hydroélectricité produite dans la province. Mais, selon certaines projections de l’évolution des coûts de l’énergie (Canadian Energy Regulator, 2020), des autoproducteurs québécois d’énergie solaire paieraient leur électricité le même prix que les clients résidentiels d’Hydro‑Québec au cours de la présente décennie.

En 2020, le rendement des modules photovoltaïques utilisés pour les microréseaux atteint en moyenne 17 %. Celui des cellules multijonctions peut dépasser 45 % (NREL, 2020), mais le coût de fabrication de ces cellules est encore trop élevé pour un déploiement à grande échelle. Étant toutes plus ou moins sensibles à la température, les technologies photovoltaïques offrent un rendement et une puissance qui peuvent varier grandement, soit jusqu’à 30 %, entre l’été et l’hiver pour une même insolation.

Au Québec, en 2020, le coût de l’électricité fournie par un petit système photovoltaïque raccordé au réseau est encore supérieur à celui de l’électricité éolienne ou de l’hydroélectricité produite dans la province. Mais, selon certaines projections de l’évolution des coûts de l’énergie (Canadian Energy Regulator, 2020), des autoproducteurs québécois d’énergie solaire paieraient leur électricité le même prix que les clients résidentiels d’Hydro-Québec au cours de la présente décennie.

• Système fiable, ayant une longue durée de vie (environ 30 ans).
• Peu d’entretien.
• Coût d’exploitation peu élevé.
• Grand potentiel de sites d’implantation (bâtiments, station­nements pare-soleil, espaces ouverts, etc.).
• Aucune pièce en mouvement.
• Système évolutif, qui permet d’augmenter la puissance installée au besoin.
• Dimensions et configurations variées des panneaux.
• Production parfois difficile à prévoir selon l’heure du jour, les conditions météorologiques et la saison de l’année.
• Système au sol requérant un grand espace.

Les principaux enjeux pour les grands systèmes photovoltaïques au sol sont les suivants :

• Effet visuel :
• nombre de panneaux, dimension, couleur et brillance.
• Aucun impact sonore.
• Obstacle à l’écoulement des eaux pluviales et imperméabilisation partielle des sols (selon le type de fondation du système).
• Utilisation de quantités d’eau importantes, génération d’eaux usées, à des fins de refroidissement et de nettoyage.
• Augmentation des risques de dégradation du sol (ex. : érosion).
• Impact sur les habitats naturels, perturbation de la faune.
• Conflits possibles avec d’autres activités : terres agricoles, routes et chemins d’accès, espaces boisés et espaces bâtis (impact sur la valeur foncière).
• Utilisation d’éléments toxiques lors de la fabrication.
• Zéro émission de gaz à effet de serre et de contaminants atmosphériques lors de l’exploitation.
• Faible empreinte environnementale durant le cycle de vie.
• Étant donné que la majorité des panneaux solaires sont fabriqués en Chine, cette filière contribue peu à la création d’emplois locaux, du moins pour ce qui est de la production des panneaux.

La filière éolienne continue de se développer aux quatre coins de la planète. En 2019, la puissance installée a augmenté de 59 GW, ce qui représente la deuxième hausse annuelle la plus forte. Elle totalisait ainsi 622 GW à la fin de l’année (IRENA, 2020).

Le marché est dominé par la grande éolienne, c’est-à-dire les parcs éoliens reliés à des réseaux électriques et exploités par des sociétés spécialisées. Aujourd’hui, les efforts de développement se concentrent sur la fabrication de machines de plus de 2 MW, conçues pour s’intégrer à des réseaux, et cette tendance va en s’amplifiant. Les éoliennes destinées à la production en mer atteignent même 5 MW et plus.

Quant à la petite éolienne (< 100 kW), beaucoup moins répan­due, elle relève de petits producteurs. Elle affichait en 2018 une puissance installée de 1 727 MW, en hausse de 38 % par rapport à 2013. La Chine regroupe plus de 33 % de ces installations, les États-Unis et le Royaume-Uni en comptant environ 9 % (Moreira Chagas et autres, 2020). En général, la puissance installée des petites éoliennes tend à augmenter, mais demeure faible. Elle était en moyenne de 0,85 kW en 2013.

Soutenue par des stratégies gouvernementales, la filière de la grande éolienne a connu un essor important au Québec depuis dix ans. En ce qui concerne la petite éolienne, elle y est quasi absente.

La filière éolienne continue de se développer aux quatre coins de la planète. En 2019, la puissance installée a augmenté de 59 GW, ce qui représente la deuxième hausse annuelle la plus forte. Elle totalisait ainsi 622 GW à la fin de l’année (IRENA, 2020).

Le marché est dominé par la grande éolienne, c’est-à-dire les parcs éoliens reliés à des réseaux électriques et exploités par des sociétés spécialisées. Aujourd’hui, les efforts de développement se concentrent sur la fabrication de machines de plus de 2 MW, conçues pour s’intégrer à des réseaux, et cette tendance va en s’amplifiant. Les éoliennes destinées à la production en mer atteignent même 5 MW et plus.

Quant à la petite éolienne (< 100 kW), beaucoup moins répandue, elle relève de petits producteurs. Elle affichait en 2018 une puissance installée de 1 727 MW, en hausse de 38 % par rapport à 2013. La Chine regroupe plus de 33 % de ces installations, les États-Unis et le Royaume-Uni en comptant environ 9 % (Moreira Chagas et autres, 2020). En général, la puissance installée des petites éoliennes tend à augmenter, mais demeure faible. Elle était en moyenne de 0,85 kW en 2013.Soutenue par des stratégies gouvernementales, la filière de la grande éolienne a connu un essor important au Québec depuis dix ans. En ce qui concerne la petite éolienne, elle y est quasi  absente.

En théorie, les éoliennes peuvent transformer en électricité au plus 59 % de l’énergie cinétique du vent. En pratique, leur performance moyenne est moindre. À cet égard, la petite éolienne, désavantagée par rapport à la grande éolienne, ne fait jamais l’objet d’innovations technologiques importantes, ni d’investissements pour son développement. Le facteur d’utilisation annuel se situe en moyenne entre 15 et 25 %.

Le coût de production de la petite éolienne est difficile à établir, car le prix des équipements varie beaucoup. En outre, il dépend d’une variable importante : la qualité des vents au site de l’installation. Par ailleurs, les petites éoliennes ne sont pas toujours certifiées en raison de la capacité financière limitée de plusieurs des fabricants. Donc, sans base de comparaison, il est impossible au moment de l’achat de faire un choix technologique éclairé et d’obtenir l’assurance de la performance recherchée. Dans l’état actuel des choses, il est bien difficile de connaître le coût de l’électricité ainsi produite (kWh). Aujourd’hui, rien ne laisse croire que la petite éolienne raccordée au réseau électrique pourrait à court terme devenir économiquement viable au Québec, compte tenu des conditions de marché existantes. Il reste que, hors réseau, elle se prête avantageusement à une foule d’usages.

• Coûts souvent avantageux en milieu isolé, loin du réseau électrique.
• En milieu isolé, utilisation avec d’autres moyens de produc­tion, comme une génératrice diesel.
• Indépendance énergétique – autoproduction à des fins résidentielles, institutionnelles et agricoles ou pour de petites communautés et de petites entreprises.
• Production variable et souvent faible ou nulle, surtout avec une seule éolienne installée, et difficile à prévoir avec des moyens limités.

• Aucune interférence avec les signaux de télévision et les radars, entre autres.
• Faible émission d’ondes électromagnétiques.
• Zéro émission de gaz à effet de serre et de contaminants atmosphériques lors de l’exploitation.
• Faible empreinte environnementale durant le cycle de vie.
• Effet visuel important à certains endroits, d’où l’importance d’une bonne intégration dans le milieu.
• Nuisance sonore variable selon le type d’équipement et le milieu environnant.
• Mortalité des oiseaux et des chauves-souris.

Le reformage du gaz naturel à la vapeur est un procédé très utilisé pour produire de l’hydrogène. Sous l’action de la vapeur d’eau et de la chaleur, les atomes qui constituent le méthane (CH₄) se séparent et se réarrangent en dihydrogène (H₂) d’une part et en dioxyde de carbone (CO₂) de l’autre.

Aujourd’hui, l’hydrogène sert presque exclusivement pour des usages industriels, dans les secteurs de la chimie et du raffinage. Demain, il pourrait jouer un rôle important dans le domaine des transports, dans les filières des gaz ainsi que dans la production d’électricité et de chaleur.

Actuellement, 95 % de l’hydrogène est produit à partir d’hydrocarbures (pétrole, gaz naturel et charbon), car le procédé utilisé est le moins coûteux. Cependant, celui-ci émet du CO₂, un gaz à effet de serre. Les industries envisagent donc de plus en plus de produire l’hydrogène par électrolyse en recourant à des énergies décarbonées. Il reste toutefois à réduire les coûts de ce mode de production, qui sont pour le moment beaucoup plus élevés que ceux du reformage. Pour y arriver, il faudra notamment réussir à faire chuter les coûts de toute la chaîne de production, y compris ceux des électrolyseurs, et les prix des véhicules à piles à combustible.

• Production non polluante si elle se fait à partir d’électricité renouvelable. Toute autre forme de production d’hydrogène est polluante.
• Aucun rejet polluant lors de l’utilisation directe de l’hydrogène par combustion ; ça produit de l’eau.
• Production de carburants carboneutres (essence, mazout, kérosène, etc.) grâce à la combinaison de l’hydrogène et de chaînes carbonées, par exemple issues de la biomasse.
• Accès à de l’électricité décarbonée à coût concurrentiel pour réduire les coûts de production de l’hydrogène par électrolyse.
• Rôle essentiel dans la décarbonation des transports.
• Coûts de production par électrolyse encore supérieurs à ceux du reformage du gaz naturel.
• Coûts supplémentaires pour certains procédés de transfor­mation (méthanation, Fischer Tropsch) qui nécessitent du CO₂.
• Technologies de captage du CO₂ à développer.
• Investissements importants pour le déploiement des infrastructures de transport et de distribution.

• Aucune émission de gaz à effet de serre lors de l’utilisation de l’hydrogène, mais il peut y en avoir lors de sa production, selon les techniques et les sources d’énergie auxquelles on a recours.
• Infrastructures de production, de stockage et de distribution d’hydrogène quasi inexistantes au Québec. Ces infrastructures peuvent générer plusieurs impacts environnementaux si l’on utilise des sites vierges. La conversion de sites existants est donc à privilégier.
• Utilisation du platine dans la fabrication des piles à combus­tible pour les véhicules à hydrogène, un métal rare mais recyclable.