Les sources d’énergie renouvelables

Les énergies renouvelables sont celles qui se produisent de manière continue, et qui sont inépuisables, à une échelle humaine : solaire, éolien, hydraulique, biomasse et géothermique. Elles sont respectueuses de l’environnement, leurs effets sont infiniment mineurs par rapport à ceux des énergies conventionnelles. Elles contribuent de plus en plus à la production de l’énergie électrique, mais elles ne permettent une production électrique que de faible puissance. Une vaste gamme de technologies et d’équipements de production d’énergie ont été créés au fil du temps pour tirer profit des ressources naturelles. Par sa vaste superficie et sa géographie diversifiée, le Canada possède une abondance de ressources renouvelables qui peuvent être utilisées pour produire de l’énergie. Le Canada est un leader mondial dans la production et l’utilisation de l’énergie tirée de ressources renouvelables. Les ressources d’énergie renouvelable représentent à l’heure actuelle 18,9 % de l’approvisionnement total en énergie primaire au Canada. L’hydroélectricité est de loin la forme la plus importante d’énergie renouvelable produite au Canada. L’énergie éolienne et la bioénergie représentent également une importante proportion de l’énergie produite au Canada. L’énergie éolienne et l’énergie solaire photovoltaïque connaissent les taux de croissance les plus élevés. Les principales sources d’énergie renouvelable les plus connues sont:

• L’énergie hydraulique Les centrales hydroélectriques exploitent l’énergie potentielle gravitaire de l’eau pour produire de l’électricité. La chute de l’eau, guidée par un réseau de conduites, entraîne des turbines reliées à un alternateur. On distingue les ouvrages hydroélectriques disposant d’un stock d’énergie (ouvrages lac avec retenue d’eau) à ceux produisant au « fil de l’eau ». Les ouvrages éclusés sont mixtes, avec une capacité de stockage limitée. La taille des ouvrages est extrêmement variable, de l’ordre du kW pour la « pico-hydro » jusqu’à plusieurs dizaines de GW, pour des hauteurs de chutes de quelques mètres à plusieurs centaines de mètres. Les centrales de taille restreinte, souvent au « fil de l’eau », produisent une électricité considérée comme fatale. À l’inverse, les ouvrages disposant d’un stock hydraulique sont des outils de flexibilité pour le réseau. Certains ouvrages, les STEP (stations de transfert d’énergie par pompage), disposent en plus d’une capacité de pompage qui offre un degré de flexibilité supplémentaire, en remontant l’eau dans un bassin supérieur pendant les périodes creuses de consommation électrique et en produisant de l’électricité durant les périodes de plus forte consommation. Au Canada, on trouve de nombreuses rivières qui prennent source dans des régions montagneuses et se jettent dans les trois océans qui le bordent. En 2014, le Canada comptait 542 centrales hydroélectriques ayant une capacité installée de 78 359 mégawatts. Parmi celles-ci, on trouvait 390 petites centrales hydroélectriques ayant une capacité de 50 mégawatts ou moins, dont la production totale était de 3,6 gigawatts, soit environ 4,6% de la capacité électrique totale du Canada.

• Énergie géothermique Il s’agit d’une source d’énergie qui dépend de la chaleur de la terre. Elle provient principalement de la désintégration des éléments radioactifs naturellement présents dans les roches du sous-sol, dans certaines roches et à certaines profondeurs circule sous forme de vapeur et d’eaux chaudes. La température des roches augmente en moyenne de (1°C) tous les (30m) de profondeur. En certains points du globe, en particulier dans les régions volcaniques, qui correspondent à des intrusions de magma dans la croûte terrestre, cela peut aller jusqu’à 100 °C par 100m, A la surface de la terre, cette énergie est en moyenne (10000) fois plus faible que l’énergie fournie par le soleil. L’énergie géothermique n’est donc utilisable que dans des zones particulières où elle s’est accumulée. Les techniques se sont sophistiquées dans les pompes à chaleur géothermiques, qui absorbent la chaleur du sol via un réseau de capteurs horizontaux ou verticaux, puis la transmettent à des réseaux de chaleur qui la restituent à l’intérieur du logement. Les ressources géothermiques avec les températures les plus élevées se trouvent en Colombie-Britannique, dans les Territoires du Nord-Ouest, au Yukon et en Alberta; des projets pour la production de chaleur et d’électricité sont à l’étude avec quelques projets pilotes en cours. Le projet South Meager en Colombie-Britannique est le plus avancé des projets de production d’électricité à partir des sources géothermiques au Canada. De plus, en 2010, il y avait plus de 95 000 pompes à chaleur géothermiques qui représentaient une capacité installée d’environ 1 045 mégawatts d’énergie thermique (MW) qui produit environ 1 420 gigawattheures annuellement.

Adoption des sources d’énergie renouvelable au Canada Comparativement aux autres pays, le Canada produit une grande partie de son électricité au moyen de sources d’énergie renouvelable, y compris l’hydroélectricité. En 2015, 66 % de son électricité provenait des énergies renouvelables, tandis que ce chiffre ne représentait que 60 % en 2005. En 2015, le Canada se classait au deuxième rang mondial des producteurs d’hydroélectricité, tout juste derrière la Chine. Le Canada est aussi un important producteur d’énergie éolienne, mais a recours plus modestement à l’énergie solaire et à la biomasse. Ce sont la Chine, les États-Unis et l’Allemagne qui enregistrent la plus grande production totale d’énergie à partir du vent, du soleil et de la biomasse. Toujours en 2015, presque 60 % de l’électricité du Canada provenait de centrales hydroélectriques, généralement de grandes installations dotées de réservoirs. Ce type de production est un atout précieux du portefeuille énergétique du Canada, puisqu’il permet de stocker l’énergie de manière économique et d’amortir les fluctuations des sources d’énergie renouvelable intermittentes. Les projets au fil de l’eau ne nécessitent pas de réservoir et perturbent moins l’écoulement naturel de l’eau, mais fonctionnent à une échelle beaucoup plus réduite. La capacité éolienne du Canada a été multipliée par 20 sur la période de 2005 à 2015. Toutefois, l’intermittence de la production éolienne demeure un obstacle à l’adoption généralisée de cette source d’énergie. Une façon de surmonter cette difficulté serait de vendre l’électricité aux pays voisins pour mieux gérer les fluctuations dans la production.

Cette stratégie a notamment permis au Danemark de produire 50 % de son électricité à partir de sources éoliennes. L’énergie solaire occupe une place relativement modeste dans le portefeuille énergétique du Canada. Environ 98 % de la capacité solaire du pays est installée en Ontario, où elle représentait 5 % de la capacité énergétique totale en 2015. Les principaux obstacles à l’adoption massive de l’énergie solaire sont l’intermittence et les coûts relativement élevés. La capacité solaire augmente plus rapidement dans les régions qui offrent des mesures incitatives, comme les programmes de tarifs de rachat garantis en Ontario et en Allemagne. Les autres sources d’énergie renouvelable, comme l’énergie éolienne en mer, l’énergie marémotrice et l’énergie géothermique, ne suscitent pas beaucoup d’intérêt au Canada, mais offrent encore un bon potentiel. Par exemple, des projets d’énergie éolienne en mer ont été proposés sur la côte Ouest et la côte Est du Canada, et une centrale d’énergie marémotrice de 20 MW existe déjà en Nouvelle-Écosse. Par ailleurs, des projets d’énergie géothermique de grande envergure pourraient voir le jour sur la côte Ouest du Canada si l’on tire profit de la ceinture de feu qui entoure l’océan Pacifique. Des projets d’énergie géothermique sont aussi à l’étude dans des collectivités isolées du Nord, qui auraient avantage à combiner l’énergie thermique et l’électricité. De nombreux facteurs influencent l’adoption des différentes sources d’énergie, notamment les coûts d’installation et de production, la fiabilité et l’impact environnemental. Ensemble, les énergies renouvelables comme l’éolien et l’énergie solaire deviennent de plus en plus concurrentielles. De plus, les faibles émissions de carbone des énergies renouvelables les rendent encore plus intéressantes au regard des priorités politiques du jour. Par conséquent, il y a lieu de croire qu’elles continueront de gagner du terrain, au Canada comme à l’étranger.

La théorie de la logique floue

Le concept des ensembles flous a été introduit en 1965 par Lotfi Zadeh comme moyen de représenter le flou dans les applications. Il a suggéré une théorie des ensembles modifiée dans laquelle un individu peut avoir une valeur qui varie sur un ensemble de valeurs au lieu d’être 0 ou 1, la théorie des ensembles floue est une extension à la théorie traditionnelle et la logique floue est la logique correspondante à la manipulation des ensembles flous. Grâce à la logique floue, un système peut non seulement représenter des concepts imprécis tels que Rapide, Grand, etc., mais aussi, grâce à un ensemble de principes mathématiques solides, il peut également utiliser ces concepts pour faire des déductions sur le système. La logique floue vise à modéliser un raisonnement imprécis ou de bon sens pour des processus incertains, mal définis et complexes qui ne nécessitent pas un haut niveau de précision. Un contrôleur de logique floue (CLF) utilise la logique floue pour déterminer le plan d’action. Il fournit un algorithme qui convertit la stratégie de contrôle linguistique basée sur les connaissances des experts en une stratégie de contrôle automatique. Le processus est contrôlé par des variables linguistiques plutôt que par des variables numériques. Les CLFs sont une option attrayante lorsque le processus à contrôler est mal défini et nécessite normalement un opérateur humain qualifié. Au cours des dernières années, le contrôle par logique floue a été largement appliqué à une variété de problèmes de contrôle et s’est avéré être une bonne alternative aux méthodes de contrôle conventionnelles. Parmi les applications, mentionnons le contrôle des procédés de fours à ciment, le contrôle des robots, le traitement des images et l’exploitation automatique des trains [13].