À L HEURE DES CHOIX ÉNERGÉTIQUES

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1 À L HEURE DES CHOIX ÉNERGÉTIQUES Filière énergétique : ÉNERGIE ÉOLIENNE Éole : dieu du vent source d énergie Avantages et inconvénients dans une perspective de développement durable Feuillet d information à l intention des jeunes et du personnel de l éducation Une réalisation : En collaboration avec : Ce feuillet d information fait partie intégrante d une série de feuillets disponibles sur le site EVB-CSQ : evb.csq.qc.net.

2 D où vient ce vent que l on sent sur sa peau? Le vent est un phénomène naturel que l on connaît assez bien, puisqu il fait partie de notre vie de tous les jours. Il est généré par une différence de température entre deux endroits ou deux environnements résultant d un ensoleillement local ou de phénomènes se déroulant à la grandeur de la planète. Ces différences de température créent des mouvements dans l air, d où le vent qui en découle. Par exemple, au bord de la mer, durant la journée, le soleil réchauffe rapidement le sol environnant alors que la température de l eau ne varie à peu près pas. Il s ensuit un écart de température entre le sol et l eau (sol plus chaud que l eau), et cela crée un «vent du large» où l air circule de la mer vers le rivage. Par contre, la nuit venue, la température du sol descend sous la température de l eau (sol plus frais que l eau), et cela crée un «vent du rivage» où l air circule du rivage vers la mer. Le vent : source d énergie depuis l Antiquité De tout temps, l être humain a su utiliser la force du vent pour l assister dans sa vie quotidienne et lui permettre de voyager sur de grandes distances, sans autre source d énergie que le vent lui-même. Par exemple, le peuple égyptien utilisait, dans l Antiquité, le vent pour propulser les navires marchands en Méditerranée et sur le Nil. Navire égyptien Cette utilisation du vent pour la propulsion des navires s est maintenue jusqu au début du 20 e siècle, alors que le charbon a progressivement remplacé le vent comme source d énergie pour la navigation. Vent du large Voilier en usage du 16 e au 19 e siècle Aujourd hui, en matière de navigation, le vent est surtout utilisé à des fins récréatives et sportives, alors qu il sert à propulser les bateaux de plaisance tels les voiliers et les catamarans. Vent du rivage Mais, depuis l Antiquité, le vent est également utilisé pour la force motrice qu il peut générer et pour assister l humain dans ses besoins de tous les jours. Par exemple, à partir du Moyen Âge et jusqu à tout récemment, le vent était utilisé pour moudre la farine ou encore pour pomper l eau et assécher les terres. 1

3 Par ailleurs, d autres zones de circulation des vents existent entre ces latitudes et les pôles, où d autres types de vents prédominants sont créés, différents des alizés mentionnés plus haut. Moulin à vent utilisé pour pomper l eau et assécher les terres (Hollande) Les vents à l échelle de la planète On a précisé, en introduction, le fait que le vent était dû à une différence de température existant entre deux points, par exemple entre le rivage et la mer située à proximité du rivage lui-même. Il existe cependant des phénomènes qui se produisent également à la grandeur de la planète et qui créent des zones «prédominantes» de circulation des vents. Ainsi, des vents prédominants se créent dans les zones comprises entre l équateur et les latitudes 30 o nord et sud. Ces mouvements de l air désignés1 sous le nom d alizé sont connus depuis longtemps par les marins qui les utilisent pour se déplacer rapidement à la surface du globe. Vents prédominants selon les latitudes Des vents qui ont une réputation Depuis l Antiquité, l humain n a cessé d utiliser et d apprivoiser le vent pour son usage quotidien. Dans la mesure où «certains vents» sont présents dans des régions spécifiques et se révèlent des vents forts qui perturbent la vie de la population, celle-ci leur a attribué des noms par lesquels on les désigne familièrement. Liste des noms donnés aux vents dans diverses régions du monde (d après Marshall Cavendish) Source : fr.wikipedia.org/wiki/vent 2

4 Ainsi, qui n a pas entendu parler du célèbre mistral qui prédomine en France, notamment en Provence et sur la Côte d Azur? Ou du célèbre chinook présent dans l Ouest canadien? Ou bien du sirocco qui transporte l air chaud du désert africain vers la Méditerranée? Le vent : source de catastrophes Le vent, même s il est bénéfique pour les besoins des êtres humains, peut également se révéler une source de catastrophes qui causent des dégâts, la désolation et la perte de vies humaines. Ainsi, lorsque de forts mouvements de l air sont présents dans l atmosphère, ils engendrent des zones où les vents peuvent devenir violents et provoquer la destruction des habitations ou le naufrage des navires. Anémoscope («manche à air») Aussi, à des fins utilitaires et pour obtenir des données précises sur la force des vents à des endroits stratégiques (aux abords des grands aéroports, pour la navigation maritime, etc.), les marins ont développé une échelle de mesure de la force des vents (échelle de Beaufort), laquelle se subdivise en treize degrés représentant respectivement toutes les intensités des vents présents sur la planète. Il va sans dire que les ouragans atteignent une cote de 12 sur l échelle de Beaufort, ce qui représente la valeur maximale des vents désignée par cette échelle. Cependant, il existe une échelle de classification des ouragans (échelle de Fujita) qui sert à catégoriser la force des ouragans eux-mêmes. Image par satellite de l ouragan Katrina (États-Unis, 2005) Ces phénomènes sont généralement désignés sous les vocables d ouragan, de cyclone tropical, de typhon, et se développent particulièrement dans les tropiques et les zones où l osn trouve des températures élevées. Par ailleurs, l histoire nous enseigne que les ouragans peuvent également sévir sous nos latitudes, alors que Terre-Neuve a connu, en 1775, un ouragan meurtrier qui a coûté la vie à plus de personnes. Comment mesure-t-on le vent? Aux abords des petits aéroports et d autres endroits où des vents peuvent être menaçants en certaines occasions, on installe des indicateurs visuels qui donnent une certaine appréciation de la force et de la direction des vents. Nombre de Beauport (degré) Terme Générique (descriptif) Vitesse du vent à 10 m de hauteur (en km/h) 0 Calme Moins de 2 1 Très légère brise 2 à 6 2 Légère brise 6 à 11 3 Petite brise 12 à 19 4 Jolie brise 20 à 30 5 Bonne brise 31 à 39 6 Vent frais 40 à 50 Que se passe-t-il? (À terre et en mer) Critères visuels La fumée s élève verticalement; la mer est comme un miroir. Il se forme des rides mais il n y a pas d écume; fumées inclinées. Vaguelettes courtes; leurs crêtes ne déferlent pas; les girouettes tournent. Très petites vagues; écume d aspect vitreux; moutons épars; branches agitées. Petites vagues devenant plus longues et moutons nombreux; feuilles soulevées. Vagues modérées, allongées; moutons nombreux; les petits arbres se balancent. Des lames se forment; crêtes d écume blanche plus étendues. 7 Grand frais 50 à 61 La mer grossit; l écume est soufflée en traînées; lames déferlantes; marche difficile vent debout. 8 Coup de vent 62 à 74 Lames de hauteur moyenne; de leurs crêtes se détachent des tourbillons d embruns. 9 Fort coup de vent 75 à 87 Grosses lames; leur crête s écroule et déferle en rouleaux; ardoises des toits arrachées. 10 Tempête 88 à 102 Très grosses lames à longues crêtes et panache; déferlement en rouleaux intense et brutal. Arbres déracinés. 11 Violente tempête 103 à 119 La mes exceptionnellement hautes; mer recouverte de bancs d écume blanche; visibilité réduite. 12 Ouragan Plus de 120 Air plein d écume et d embruns; mer entièrement blanche; visibilité très réduite; toiture emportées. Échelle de Beaufort pour la classification des vents 3

5 Quel autre important besoin de l être humain est comblé par le vent? Plus récemment, les humains ont redécouvert le potentiel du vent comme source d énergie qui permettra de répondre aux besoins de l humanité. De quelle façon? En utilisant l énergie du vent pour produire de l électricité, la forme d énergie «moderne» vers laquelle doit tendre l humanité. Ainsi, autour des années 1980, deux éoliennes de forte capacité et résistantes aux forces de la nature ont été développées. De nombreux pays les ont alors adoptées comme source économique de production d électricité. Aujourd hui, les éoliennes à axe horizontal sont devenues la configuration retenue dans la majorité des pays. Les composantes d une éolienne à axe horizontal «aérogénérateur» Une éolienne moderne comme celle que l on voit de plus en plus souvent consiste en trois pales installées sur un axe horizontal et sur lequel est branchée une génératrice d électricité. Un boîtier de réduction de vitesse est introduit dans le système afin de rendre la vitesse de rotation des pales compatible avec celle de fonctionnement de la génératrice. Ainsi, pour les éoliennes de forte capacité (2 MW et plus), il s agit d ensembles très imposants qui sont installés sur une tour de haute dimension afin de capter l énergie des vents situés en altitude. Éolienne à axe vertical type Darrieus (Cap-Chat, Québec, 1983) Schéma d une éolienne à axe horizontal Éoliennes à axe horizontal installées en mer Quelle est la situation de l énergie éolienne dans le monde? L énergie éolienne a connu un essor important depuis les 20 dernières années, alors que de nombreux pays ont choisi cette source d énergie pour répondre à leurs besoins croissants en électricité ou comme carburant de substitution, en remplacement de l énergie nucléaire ou de sources fossiles (charbon, pétrole et gaz naturel) pour la production d électricité. Cette transition a également permis à certains pays, dépourvus de ressources abondantes de combustibles fossiles ou d uranium, de réduire leur dépendance envers les pays producteurs de ces ressources. 4

6 De plus, selon une étude produite par les docteurs Robert Benoit et Wei Yu 2, il appert qu au Québec, «[ ] les surfaces riches en vent sont énormes». Parc d éoliennes en Camargue (France) Le développement de l énergie éolienne a ainsi connu une croissance prodigieuse depuis quelques années, alors que la puissance installée a bondi de près de 30 % entre 2008 et 2009, notamment. Au début de l année 2009, on rapportait une puissance installée de MW dans le monde 1, dont MW aux États-Unis, MW en Allemagne, MW en Espagne et MW en Chine. Quelle est la situation de l énergie éolienne au Québec? Dans le domaine de la production éolienne, le Québec ne fait pas figure de pionnier. En 2010, cette production était d à peine 659 MW sur le territoire du Québec, dans des parcs appartenant exclusivement à des producteurs privés. Hydro- Québec se contente d acheter l énergie éolienne provenant des producteurs privés. Cette faible activité éolienne sur le territoire du Québec ne représente que 1 % de notre capacité totale de production d électricité, toutes sources confondues, ce qui est bien peu. Par ailleurs, diverses études démontrent le très fort potentiel éolien au Québec, particulièrement dans le Nord-du-Québec. À elle seule, cette région dispose d un potentiel éolien estimé à MW. Cette capacité de production d électricité à partir de la ressource éolienne est exceptionnelle, au point que l on trouve peu d endroits sur la planète ayant un tel potentiel. Carte des vents du Québec, avec potentiel éolien imposant au nord du 50 e parallèle, là où les vents moyens sont supérieurs à 7 m/s Quels sont les avantages et les inconvénients du développement de cette industrie au Québec sur le plan environnemental? Les avantages Pour Hubert Reeves 3, «chaque éolienne est garante d un peu moins de gaz carbonique dans l atmosphère ou d un peu moins de déchets nucléaires à gérer par les générations à venir». L énergie éolienne est une énergie renouvelable, idéale selon Ressources naturelles Canada, car : il s agit d une forme d énergie indéfiniment durable et propre pendant son fonctionnement (la fabrication d une éolienne reste polluante, puisque la transformation des métaux et des autres matériaux requis génère du CO 2 ) ; 1 La puissance totale de production d électricité d Hydro- Québec se situe à environ MW (décembre 2010). 2 BENOIT, Robert et Wei YU (2004). Cartographie et analyse du gisement éolien du Québec par le système WEST, Particip3526/Memoire_RRSE_Doc-6_Expertise_21avr04.pdf. 3 Hubert Reeves est un astrophysicien québécois de renommée mondiale. 5

7 l exploitation des éoliennes ne crée pas de gaz à effet de serre (la production d électricité par des éoliennes, même intermittente, permet la baisse de production correspondante des centrales thermiques) ; chaque mégawattheure éolien aide à réduire de 0,8 à 0,9 tonne les émissions de CO 2 rejetées annuellement par la production d électricité d origine thermique ; la nuisance visuelle qu engendre l implantation des éoliennes près des zones d habitations ou encore dans des sites présentant un grand intérêt touristique ; un danger pour les animaux, alors que la littérature rapporte des cas de danger mortel pour les chauves-souris ainsi que pour certains oiseaux, une hypothèse non confirmée à ce jour ; la propriété des aérogénérateurs par des particuliers et la communauté permet de contribuer directement à la préservation de leur environnement ; une influence potentielle sur le climat (par les turbulences produites lors du fonctionnement des éoliennes), quoique cette hypothèse reste à confirmer. elle ne produit que très peu de déchets toxiques et aucun déchet radioactif, puisque les éoliennes sont constituées principalement de béton (socle), de métal et de matières plastiques ; une éolienne est en grande partie recyclable (acier, béton). Après son temps de fonctionnement (environ 20 ans), elle est entièrement et rapidement démontable. Elle n aura laissé aucun produit contaminant autour d elle et pourra être facilement remplacée ; comparativement à l aménagement hydroélectrique qui nécessite la construction de réservoirs et l inondation de vastes territoires, l implantation d éoliennes et de parcs éoliens a très peu d effets néfastes sur le territoire où ces parcs sont aménagés. Les inconvénients Les inconvénients environnementaux reliés au déploiement d éoliennes se résument aux éléments suivants : le bruit aux abords des éoliennes et, notamment, des parcs de production éoliens, ce qui requiert l installation d éoliennes et de parcs éoliens dans des zones éloignées des habitations ; les émissions indirectes de gaz carbonique puisque, dans des conditions de faible vent, on doit remplacer l énergie provenant des éoliennes par des sources d énergie généralement plus polluantes et émettrices de CO 2 ; Quels sont les avantages et les inconvénients du développement de cette industrie au Québec sur le plan économique? Les avantages L énergie éolienne est une source d énergie qui présente de grands avantages sur le plan économique, car : elle ne nécessite aucun carburant pour fonctionner, ce qui diminue le coût de production d électricité à partir des parcs éoliens ; lorsque de grands parcs d éoliennes sont installés sur des terres agricoles, seulement 2 % du sol est requis pour les éoliennes, la surface restante étant disponible pour l exploitation agricole, l élevage et d autres utilisations ; les propriétaires fonciers reçoivent souvent une compensation pour l utilisation de leur terrain, ce qui augmente leur revenu. De plus, certaines villes et municipalités reçoivent une compensation, ce qui permet de valoriser d autres sites dans ces régions ; selon Électricité de France (EDF), «[...] l énergie éolienne se révèle une excellente ressource d appoint aux autres énergies, notamment durant les pics de consommation, en hiver par exemple» ; si l implantation de parcs éoliens est jumelée avec un programme de fabrication locale des pales, des nacelles et des tours, ces installations peuvent s avérer une source de croissance importante pour les emplois et le développement économique qu elles génèrent. 6

8 Les inconvénients Les inconvénients économiques reliés au déploiement d éoliennes se résument aux éléments suivants : la production d électricité à partir de l énergie éolienne concurrence difficilement l électricité produite par d autres sources d énergie, alors que cette industrie doit être subventionnée pour en assurer la rentabilité ; l intermittence des vents fait en sorte que l on ne peut se fier entièrement à la ressource éolienne pour répondre à nos besoins en électricité, notamment. Ainsi, pour pallier les périodes de faible vent, des moyens alternatifs de production d électricité (barrages hydroélectriques, centrales au gaz naturel, etc.) sont requis afin d assurer un approvisionnement stable en électricité pour la population. Par conséquent, ceci diminue la rentabilité liée à l implantation des éoliennes à des fins de production d électricité ; le déploiement de parcs éoliens ne peut se réaliser en un court laps de temps. Il doit plutôt être planifié et réalisé sur plusieurs années, contrairement à l installation d une centrale de production d électricité alimentée par le gaz naturel, par exemple, pouvant se réaliser en une année à peine ; les zones ayant un bon potentiel éolien sont souvent situées à de grandes distances des zones habitées, c est-à-dire où la consommation d électricité domine. Ceci implique donc la construction de lignes de transport d électricité qui s ajoutent aux coûts de la production d électricité à partir de la ressource éolienne ; on dénote une dépréciation de la valeur de l immobilier pour les habitations localisées à proximité des éoliennes et des parcs éoliens ; on souligne également une perturbation des ondes radars et des ondes de télévision à proximité des parcs éoliens, ce qui requiert l installation de dispositifs pour compenser de telles perturbations. Quels sont les avantages et les inconvénients du développement de cette industrie au Québec sur le plan social? Les avantages Sur le plan social, lorsque l on fait abstraction des coûts de production d électricité à partir de la ressource éolienne (coûts supérieurs à ceux provenant d autres sources d énergie), le développement de l industrie éolienne ne peut qu être bénéfique pour le Québec, à la condition : que l implantation d éoliennes et de parcs de production éolienne se fasse dans des zones situées à l écart des zones d habitation ; que l implantation préserve la beauté des régions à vocation touristique ou patrimoniale. Les inconvénients Sur le plan social, l élaboration de parcs éoliens peut engendrer des répercussions sur la qualité et les conditions de vie de la population, si la quiétude et la beauté du lieu ainsi que l existence d une vocation touristique ou patrimoniale ne sont pas prises en compte lors de l aménagement du site. De plus, des discordes peuvent naître au sein de la population si un propriétaire terrien tire une compensation pécuniaire à la suite d installations d éoliennes sur son terrain, par exemple si ces installations sont réalisées à proximité des zones habitables ou remettent en cause la vocation de certaines zones touristiques ou patrimoniales. Dans ce cas, les avantages économiques des propriétaires de tels terrains viennent en opposition à l intérêt social qu en retire la population adjacente, ce qui peut s avérer une source de conflits et de confrontation dans la population locale. Si l énergie éolienne présente de tels avantages, pourquoi tarde-t-on à amorcer un virage complet vers cette source d énergie? Sur le plan mondial, le virage vers l utilisation de l énergie éolienne est amorcé dans de nombreux pays. Des pays tels que l Allemagne, l Espagne, le Danemark et les Pays-Bas sont considérés comme pionniers dans ce domaine et reconnus 7

9 comme étant les endroits où l on trouve le plus grand nombre de parcs éoliens. De plus, il est important de noter la forte croissance de la production éolienne en Chine, pays dont les besoins énergétiques ne cessent d augmenter. En ce qui concerne spécifiquement le Québec, il faut souligner que l abondance des rivières et le potentiel hydroélectrique des réservoirs ont fait en sorte que le développement hydroélectrique a été privilégié pour répondre aux besoins énergétiques du Québec. Cela explique en grande partie le faible coût de l électricité au Québec comparativement à d autres provinces. Ainsi, d un point de vue strictement économique, l aménagement de centrales hydroélectriques permet de produire de l électricité à très faible coût, alors que la production d électricité à partir de la ressource éolienne engendre des coûts de production beaucoup plus élevés. Cependant, les nouvelles centrales hydroélectriques sont situées dans des régions éloignées et à grande distance des milieux habités. Par conséquent, les coûts d exploitation de cette ressource augmentent. La filière éolienne au Québec pourrait donc, dans un futur proche, devenir aussi rentable et concurrentielle que la filière hydraulique, du moins dans les zones éloignées. Il est encore temps de nous positionner favorablement sur la scène mondiale en misant sur les énergies renouvelables pour notre développement. Pour ce faire, il faudra toutefois réduire nos investissements dans certaines ressources telles que l uranium, le pétrole, le gaz naturel et le charbon, et rallier l expertise déjà existante chez nous développée par Hydro-Québec ou par nos universités, par exemple. L avenir de notre société est entre nos mains. Recherche et rédaction : Jean-Marc Pelletier, MCN21 8

10 Références : Relativement au vent fr.wikipedia.org/wiki/vent Relativement aux moulins à vent fr.wikipedia.org/wiki/vent et Relativement aux voiliers et à la navigation maritime fr.wikipedia.org/wiki/voilier Relativement à la circulation atmosphérique fr.wikipedia.org/wiki/circulation_atmosph%c3%a9rique Relativement à la production éolienne au Québec Relativement au potentiel éolien au Québec _inventaire_inventaire_2005.pdf 9 D