Sources d'énergie
du point de vue économique, social
et environnemental
La toute première centrale hydroélectrique a été mise sur pied en 1882, aux États-Unis, par H. J. Rogers, sur la base d’un concept développé par Thomas Edison. Le Canada n’a pas tardé à emboîter le pas : dès 1885, une première centrale canadienne est mise en production à Montmorency (Québec). Les progrès des génies civil, mécanique et électrique canadiens ont permis, avec les années, de constituer une expertise de réputation mondiale. Aujourd’hui, l’hydroélectricité représente la principale source d’énergie du Canada, comptant pour près de 60 % de sa production nationale.
Qu’est-ce que l’énergie hydroélectrique
Il y a plus de 2 000 ans que l’homme connaît la force motrice des cours d’eau et s’en sert pour actionner ses roues à aubes ou ses moulins. Mais les centrales modernes permettent de convertir cette énergie mécanique en énergie électrique.
Qu’il s’agisse des marées, des courants marins, des chutes ou des rivières, l’eau en mouvement est porteuse d’une force motrice continue, qui peut être exploitée. L’énergie hydroélectrique est obtenue par conversion de l’énergie cinétique d’un cours ou d’une chute d’eau en énergie mécanique à l’aide d’une turbine, puis en énergie électrique grâce un alternateur.
Les centrales hydroélectriques peuvent être séparées en deux grandes catégories :
- les centrales à réservoir ;
- et les centrales au fil de l’eau.
La centrale à réservoir est installée près d’un barrage qui retient l’eau. Grâce à son réservoir, ce type de centrale permet un stockage saisonnier de l’eau et peut donc répondre à des demandes d’électricité soudaines, importantes et constantes. La centrale au fil de l’eau, pour sa part, ne possède aucun réservoir mais offre l’avantage de produire de l’électricité en utilisant l’eau disponible sans toutefois devoir l’emmagasiner.
N’émettant que très peu de gaz à effets de serre, les installations hydroélectriques produisent une énergie propre et non polluante. De plus, le cycle d’évaporation/condensation de l’eau en fait une source d’énergie renouvelable. Ces qualificatifs s’appliquent tout particulièrement aux centrales au fil de l’eau, qui produisent de l’énergie à même le débit naturel de l’eau. Leurs répercussions sur le paysage, les écosystèmes et les communautés avoisinantes en sont considérablement réduites. De plus, ce type de centrale permet de générer une énergie peu coûteuse.
Ces caractéristiques font de l’hydroélectricité un choix sensé, du point de vue économique autant que social et environnemental.
Le diagramme ci-dessous permet de comprendre la construction et le fonctionnement d’une centrale au fil de l’eau.
Le fonctionnement d’une centrale hydroélectrique est simple. En suivant son cours, l’eau transite par une prise d’eau et coule dans une conduite forcée. Cette conduite fait s’écouler l’eau plus rapidement et avec plus de puissance jusqu’à la turbine. Actionnée par la force de l’eau, la turbine entraîne à son tour l’alternateur pour produire de l’électricité. Par la suite, l’eau emprunte un canal de fuite jusqu’à son point de retour à la rivière.
Les deux facteurs qui déterminent la puissance ou la capacité de produire un aménagement hydroélectrique sont la hauteur de la chute (qui accélère le mouvement de l’eau) et le débit du cours d’eau (qui actionne la turbine et l’alternateur).
Règle générale, un mégawatt d’hydroélectricité produit suffisamment d’électricité pour satisfaire les besoins annuels en électricité d’environ 400 foyers canadiens (consommation moyenne de 12 MWh par année).
avantageuse sur les plans
économique, environnemental et social
C’est au début des années 1970 que le vent a commencé à être considéré sérieusement comme source d’énergie pour produire de l’électricité au Canada. Depuis, les avancées technologiques ont permis d’améliorer considérablement l’efficacité des éoliennes et de perfectionner la science en vertu de laquelle on détermine leur localisation. La production des parcs éoliens peut maintenant être prévue avec beaucoup plus d’exactitude, et ce, bien avant la construction des projets.
Qu’est-ce que l’énergie éolienne
L’énergie éolienne est la transformation de l’énergie cinétique du vent en électricité.
Le vent provient de l’énergie cinétique des masses d’air en mouvement autour de la Terre. Il est, en fait, engendré par l’effet du rayonnement solaire dans l’atmosphère et à la surface de la terre. Les masses d’air réchauffé s’élèvent dans l’atmosphère et, ce faisant, créent des vides aussitôt comblés par les masses d’air froid. Les vents sont ainsi engendrés par des différences de température et de pression dans l’atmosphère.
Ce phénomène s’observe à différentes échelles : le réchauffement d’un territoire donné explique les vents locaux, tandis que l’écart entre la température des pôles et celle de l’équateur explique les vents dominants à l’échelle planétaire.
L’homme sait depuis longtemps convertir le vent en énergie mécanique, comme en témoignent de très anciens moulins à vent et bateaux à voile. Les installations éoliennes modernes permettent quant à elles de convertir l’énergie cinétique du vent en énergie électrique.
Comparativement aux sources d’énergie fossiles, pour lesquelles il constitue une alternative de choix, l’éolien est une source d’énergie propre et renouvelable.
Le fonctionnement des éoliennes ne dégage aucune émission atmosphérique, ne produit aucun déchet dangereux et ne crée aucun autre type de pollution de l’air ou de l’eau. En outre, on estime que le son émis par le fonctionnement d’une éolienne, tel que perçu à l’extérieur près des maisons avoisinantes, n’excède pas 40 dB, soit l’équivalent du murmure dans une bibliothèque.
L’énergie éolienne est donc particulièrement fiable et avantageuse sur les plans économique, environnemental et social. Aujourd’hui, l’éolien est l’une des sources d’énergie qui enregistrent les plus forts taux de croissance au monde.
Le diagramme ci-dessous permet de comprendre la construction et le fonctionnement d’une éolienne.
Au sommet du mât de l’éolienne se trouve le rotor, composé principalement des pales. Ces pales sont fixées à un axe horizontal, lequel est relié à la génératrice située au coeur de la nacelle. Lorsque le vent souffle et fait tourner les pales de l’éolienne, le mouvement de rotation permet de produire de l’électricité. En fait, en tournant, les pales activent le multiplicateur de vitesse à l’intérieur de la nacelle, lequel actionne la génératrice. L’électricité ainsi produite est acheminée au réseau collecteur et à un poste élévateur pour être distribuée sur le réseau de transport d’énergie et, ainsi, aux consommateurs.
La quantité d’énergie produite dépend principalement de trois facteurs : la vitesse du vent, la surface balayée par les pales et la densité de l’air.
Règle générale, un mégawatt d’éolien produit suffisamment d’électricité pour satisfaire les besoins annuels en électricité d’environ 240 foyers canadiens (consommation moyenne de 12 MWh par année).
d’énergie renouvelable,
fiable et non polluante
C’est en 1839 qu’Edmond Becquerel a pu observer pour la première fois la transformation d’un rayonnement lumineux en énergie électrique, ce qu’on appelle l’effet photovoltaïque. Mais il aura fallu attendre la conquête de l’espace des années 1960 puis la crise du pétrole des années 1970 pour que les technologies de l’énergie solaire soient davantage développées, comprises et maîtrisées. Aujourd’hui, à l’heure où l’on se préoccupe de développement durable, l’énergie solaire s’impose de plus en plus comme une solution adaptée à nos besoins énergétiques.
Qu’est-ce que l’énergie solaire
L’énergie solaire tire sa source de la fusion nucléaire qui se produit au coeur du soleil. Cette énergie se propage dans l’espace sous la forme d’un rayonnement. Les rayons du soleil véhiculent deux principales formes d’énergie :
- d’une part, de l’énergie thermique (chaleur) dont on se sert depuis toujours, pour chauffer nos maisons et nos serres par exemple ; c’est un « apport solaire passif » qui permet de faire d’importantes économies d’énergie ;
- d’autre part, de l’énergie sous la forme de rayonnement lumineux (photons), qu’on peut convertir en électricité grâce à certains matériaux qui ont la capacité naturelle de libérer des électrons lorsqu’ils sont exposés à un rayonnement lumineux ; ce phénomène s’appelle « l’effet voltaïque » et est à la base du fonctionnement des installations photovoltaïques.
L’efficacité d’une installation solaire photovoltaïque dépend de plusieurs facteurs : le nombre d’heures d’ensoleillement, les saisons, les conditions atmosphériques, l’albédo (la capacité réfléchissante du sol environnant), etc. L’inclinaison et l’orientation des panneaux solaires sont déterminées de façon à capter le maximum de rayons lumineux.
Le soleil est une ressource stable et prévisible donc, par le fait même, la technologie solaire est une source fiable et simple d’utilisation. La conversion directe de l’énergie solaire en électricité se faisant par l’intermédiaire d’un matériau semi-conducteur, elle ne nécessite ni pièce en mouvement ni carburant et donc ne pollue pas l’atmosphère. L’énergie solaire est par conséquent l’une des formes d’énergie les plus propres et les plus renouvelables.
Le diagramme ci-dessous permet de comprendre la construction et le fonctionnement d’une installation solaire photovoltaïque.
Dans un panneau solaire (1), chaque cellule photovoltaïque est composée de matériaux semi-conducteurs dits « photosensibles ». Ces matériaux, par exemple le silicium, ont la propriété de libérer leurs électrons lorsqu’ils sont frappés par des photons (composants de la lumière).
Dans la nature, les électrons libérés au sein des matériaux photosensibles se recombinent immédiatement, donc aucun courant électrique n’est généré. La particularité d’une cellule photovoltaïque est d’arriver à forcer le déplacement des électrons libérés dans une direction donnée pour créer un courant électrique.
Pour y arriver, on dispose l’une sur l’autre deux couches de silicium modifié, l’une chargée positivement et l’autre chargée négativement. Ainsi, lorsque la cellule est exposée à la lumière (photons) du soleil, les électrons libérés dans le matériau photosensible voyagent d’une couche à l’autre et, ce faisant, génèrent un courant électrique.
Le courant continu ainsi produit est récolté par un fil conducteur qui relie les cellules entre elles. Le courant produit par chaque panneau est alors regroupé progressivement, via des boîtes de jonction (2). Par la suite, grâce aux onduleurs (3) abrités dans des sous-stations (4), le courant continu produit par les panneaux solaires peut être converti en courant alternatif, propre à alimenter le réseau. Enfin les transformateurs (5) successifs se chargent d’augmenter la tension afin de la coupler avec celle du réseau (6).
Règle générale, un mégawatt d’énergie solaire produit suffisamment d’électricité pour satisfaire les besoins annuels en électricité de plus de 100 foyers canadiens (consommation moyenne de 12 MWh par année).