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Et si le Canada misait sur l’énergie solaire?

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Le compte à rebours est lancé. D’ici 2050, le Canada devra doubler sa production d’électricité pour atteindre son objectif de carboneutralité. Plusieurs hypothèses pour remplir ses engagements en matière d'énergie sont sur la table. Le scénario le plus récent de la Régie de l’énergie du Canada : des barrages hydroélectriques, de l’éolien, du nucléaire et même du gaz naturel. Se pourrait-il qu'on ait oublié le soleil?

Non seulement la technologie utilisée pour les panneaux solaires photovoltaïques est de plus en plus efficace, mais l'ensoleillement au Canada rivalise avec celui de pays comme l'Allemagne et l'Australie, qui sont des pionniers dans le domaine. Pour preuve, certaines villes des Prairies captent encore plus de rayons que Sydney, pourtant connue pour ses plages ensoleillées.

Même si le solaire est encore peu exploité au Canada, il pourrait complètement transformer notre lutte contre les changements climatiques, révèle une étude publiée mercredi. Selon des chercheuses du centre CanmetÉNERGIE, à Varennes, l’installation de panneaux solaires sur les toits « viables » (pour lesquels on dispose des données) pourrait répondre au quart de la demande d’électricité totale du pays.

Il est grand temps que les gouvernements réalisent ce potentiel, croit Sylvain Nicolay, chercheur en développement des énergies renouvelables de l’Université de Sherbrooke, qui n’a pas participé à cette étude. « On ne peut pas se passer d'une solution possible et facilement déployable. Et il n’y a pas de problème d’acceptabilité sociale quand c'est sur des toits. Ce ne sont pas des éoliennes qu'on va devoir planter dans des champs et aller demander aux gens s'ils sont d'accord d'avoir ça dans leur paysage. »

Pour mesurer le potentiel des toits du Canada, les chercheuses de CanmetÉNERGIE ont dû exclure les bâtiments industriels et les immeubles à logements multiples, comme des condos et des plex, puisque ces données n’étaient pas disponibles. Le tiers des ménages canadiens vit dans ces immeubles.

Ontario268 km2Prairies122 km2Québec127 km2Provinces atlantiques49 km2Colombie-Britannique90 km2

En rassemblant les quelque 11 millions de bâtiments pour lesquels les données sont disponibles, on obtient un total de 1645 kilomètres carrés (km2) de surface au sol. Cette superficie inclut les maisons unifamiliales, les commerces, les restaurants, les hôpitaux et les écoles, notamment.

  •  = 5 km2

Puisque les panneaux solaires doivent être installés sur des surfaces planes, la superficie des pignons, des cheminées et des puits de lumière a également été retirée du calcul. On se retrouve alors avec un potentiel technique de 1458 km2 de toits.

Mais toutes les parties d’un toit ne sont pas optimales. Celles orientées vers le nord ne reçoivent pas suffisamment de soleil pour être efficaces, par exemple, et celles qui sont à l’ombre plusieurs heures par jour non plus.

Une fois ces surfaces retirées, on obtient une superficie plus viable financièrement de 658 km2 de toits. C’est l’équivalent de la superficie de la ville de Toronto.

Près de la moitié de cette superficie totale se trouve en Ontario (41 %) et le cinquième, au Québec (19 %) et en Alberta (19 %). Les trois territoires sont inclus dans les résultats totaux de l’étude, mais ne comptent que 2,2 km2 de surface viable.

Tous les toits du Canada ne reçoivent toutefois pas la même quantité de soleil sur une année. Les heures d’ensoleillement optimal peuvent être converties en potentiel photovoltaïque en tenant compte des pertes lors de la conversion en électricité.

Légende (heures d'ensoleillement annuel) :

  • 1300-1400
  • 1200-1300
  • 1100-1200
  • 1000-1100
  • 900-1000

C'est aux extrémités qu’on trouve les plus faibles niveaux d’ensoleillement, soit dans les provinces atlantiques et en Colombie-Britannique, qui pourraient produire jusqu’à 10 et 17 térawattheures (TWh), respectivement.

En revanche, les Prairies sont les grandes championnes de l’ensoleillement. Par exemple, Regina, en Saskatchewan, reçoit 1815 heures d’ensoleillement optimal par année. Au total, la région pourrait produire jusqu’à 28 TWh d’électricité par an.

« Les gens ont parfois l’impression que parce qu’on est un pays nordique, on n’a pas beaucoup d’ensoleillement, mais c’est faux, affirme Sophie Pelland, coautrice de l’étude. Si on regarde l’ensoleillement de pays qui ont été des pionniers, comme l’Allemagne ou le Japon, notre ressource solaire est tout à fait comparable, et même meilleure. »

Les villes qui se trouvent au sud du Canada – soit la majorité d’entre elles – sont ainsi très bien positionnées pour transformer les rayons du soleil en énergie. Montréal, Toronto et Regina reçoivent plus d’heures d’ensoleillement que les 1100 à 1200 heures de Berlin, Tokyo ou Paris.

Pourtant, l’énergie solaire y a été adoptée bien plus massivement qu’ici : en Allemagne, par exemple, elle représente près du quart de la production électrique, contre 1,7 % pour le Canada.

La raison principale de cet écart, selon la chercheuse, c’est le prix des autres types d’électricité, qui a toujours été particulièrement bas au Canada. « Puisque l’électricité est assez bon marché, c’était plus difficile pour le solaire de percer. Mais la situation change avec la baisse des prix et la recherche active de nouvelles sources d'énergie propre. »

Au cours des 20 dernières années, le prix du solaire a diminué d’environ 90 %.

C’est la deuxième fois que le groupe de recherche tente de chiffrer le potentiel des toits au Canada. En 2006, il s’élevait à 67 TWh. Près de 20 ans plus tard, il a plus que doublé, à 142 TWh. C’est l’équivalent de la consommation de 12 millions de ménages.

Ces données n'ont pas encore été révisées par les pairs, mais les chercheuses ont l'intention de publier l’étude dans une revue qui comprend un comité de révision plus tard cette année. Radio-Canada a toutefois soumis l’étude à deux experts indépendants pour valider la démarche.

Une des limites de l’étude, selon le chercheur Sylvain Nicolay, c’est qu’elle est purement technique. « À quel coût on pourrait installer tous ces panneaux, en sachant que ça va devoir être couplé avec des solutions de stockage? »

Costa Kapsis, professeur de génie civil environnemental à l’Université de Waterloo, admet pour sa part qu’il attend une telle étude « depuis plusieurs années ». L’expert est affilié à l’Agence internationale de l'énergie (AIE), qui a développé la méthodologie utilisée par les chercheuses.

« Cette étude, c’est l’équivalent d’une calculatrice hypothécaire quand vous voulez acheter une maison. Ça permet de déterminer grossièrement si vous avez les moyens de l’acheter en fonction de votre salaire et des taux d’intérêt en vigueur. »

— Costa Kapsis, professeur de génie civil environnemental de l’Université Waterloo

L’écart entre le potentiel évalué en 2006 et celui d’aujourd’hui s’explique à la fois par la construction de bâtiments ces 17 dernières années, mais aussi par l’évolution de la technologie utilisée pour les modules de silicium cristallin, qui a fait bondir leur efficacité de 50 %. « Ça veut dire qu’ils peuvent générer beaucoup plus d'énergie à partir de la même surface », explique Sophie Pelland.

Le vocabulaire du solaire

  • Panneau photovoltaïque

    Un panneau photovoltaïque (PV), constitué de modules (neuf sur l’illustration), convertit la lumière du soleil en électricité. Un panneau solaire, terme plus général, désigne tous les dispositifs qui exploitent l'énergie du soleil, comme les panneaux thermiques, utilisés pour le chauffage de l'eau ou des pièces.

  • Cellule photovoltaïque

    La cellule photovoltaïque, souvent fabriquée en silicium, est une composante essentielle du module PV puisque c’est elle qui convertit l’ensoleillement en électricité. Un module en contient normalement 60 ou 72.

  • Système photovoltaïque

    Un système PV désigne l'ensemble des équipements nécessaires pour capter l'énergie solaire, la transformer en électricité et la distribuer. Cela inclut donc les panneaux, les onduleurs (qui convertissent le courant pour le rendre compatible au réseau électrique), le système de montage, le câblage et parfois un système de stockage, comme des batteries.

  • Kilowattheures

    Les kilowattheures (kWh) sont l’unité de mesure la plus courante pour quantifier l'électricité produite ou consommée sur une période donnée, par exemple sur nos factures d'énergie. Le potentiel PV est quant à lui mesuré en kWh/kW, qui représente la quantité d'électricité qu'un panneau solaire de 1 kW peut générer sur une année en fonction de l’ensoleillement qu’il reçoit.

Et la neige dans tout ça?

Au Canada, un des défis majeurs, c’est la neige. Elle peut recouvrir les panneaux et empêcher la captation des rayons du soleil. Mais selon diverses études menées au pays, son impact est limité : elle ne diminue la production d’électricité que de 2 à 5 %.

« La perte d’énergie due à la neige est ridicule quand on compare l’ensoleillement qu’on reçoit en Alberta, et même au Québec, qui est plus élevé qu’en France », estime Sylvain Nicolay, directeur de la plateforme 3IT.Énergies en développement des énergies renouvelables de l’Université Sherbrooke.

Au cours des trois prochaines années, l’équipe de 3IT.Énergies analysera les performances de centaines de panneaux photovoltaïques lorsqu’ils seront exposés à la neige dans le cadre d’un projet nommé Olaf. Le chercheur espère démontrer la viabilité économique des panneaux solaires en milieux enneigés.

Il déplore par ailleurs que les pertes dues spécifiquement à la neige sur la production photovoltaïque ne soient pas mentionnées dans l’étude de CanmetÉNERGIE, alors que c'est une préoccupation récurrente au Canada. « Elle n’aborde pas non plus les solutions pour limiter ces pertes, comme utiliser des panneaux bifaciaux », ajoute-t-il.

Un panneau bifacial.

Ces panneaux, qui comportent deux surfaces de captage, ont l'avantage face à notre climat. Puisque l’un des deux côtés n’est jamais enneigé, les modules continuent de chauffer en pleine tempête de neige. Et cette chaleur accélère même la fonte de la neige du côté obstrué.

Ils sont aussi plus performants : l’ajout de cette deuxième surface augmente de 15 à 25 % la quantité d’électricité produite par le panneau… qui ne coûte que 5 % de plus. Et puisqu'ils sont utilisés seulement sur des surfaces planes, les installateurs peuvent déterminer quel angle et quelle orientation sont optimaux pour capter un maximum de rayons du soleil.

Votre maison de 1000 pieds carrés (ou 93 m2) est située à {ville}. Règle générale, 40 % de la superficie au sol d’une maison est considérée « viable » pour installer des panneaux solaires.

Pour votre maison, ça signifie que les panneaux peuvent être installés sur une surface de 400 pieds carrés (ou 37 m2). Le module moyen destiné au résidentiel est de 1 x 1,7 mètre. Vous pourriez donc installer un panneau de 21 modules.

La production d’énergie d’un panneau dépend des rayons du soleil qu’il reçoit. À {ville}, ce potentiel est de {potentiel_pv} kWh/kW. Un seul module d’une puissance de 0,34 kW produit ainsi {production_maison_1} kWh par an.

Puisque vous en installez 21, votre production totale d’électricité s’élèvera à {production_maison_21} kWh par an. C’est {economies_maison_pourcent} % de la consommation moyenne d’un ménage au Canada.

Les frais d’installation varient selon la puissance du système. Plus on achète de modules, plus le prix par unité diminue. Au niveau résidentiel, le coût est d’environ {installation_maison_watt} $ par watt de puissance {province_min}, soit une facture de {prix_temp_installation_maison} $ (taxes incluses).

De ce prix, vous pouvez soustraire la Subvention canadienne pour des maisons plus vertes, qui offre 1000 $ par kW. Puisque la capacité de vos modules excède 5 kW, vous bénéficiez du montant maximal de 5000 $. Vous avez aussi accès à un prêt du fédéral qui couvre l'entièreté des frais d’installation (jusqu’à 40 000 $) sans intérêt pendant 10 ans.

{subvention_texte} Votre dépense réelle est donc de {prix_installation_maison} $.

Reste à évaluer en combien de temps votre investissement deviendra rentable. {province}, la facture annuelle d’un ménage qui consomme 22 000 kWh est de {electricite_maison} $ (taxes incluses). Elle serait ainsi réduite de {economies_maison_dollars} $.

Le coût d’installation devrait ainsi être remboursés en {annees_remboursement_maison} ans. Ce calcul ne prend toutefois pas en compte l’augmentation des tarifs de l’électricité pendant cette période, ni le vieillissement des modules, qui réduit la production d’environ 0,6 % par année.

{paragraph_3_17a}

{paragraph_3_17b}

{paragraph_3_17c}

Le solaire devrait-il représenter 10 %, 15 % ou même 25 % de notre cocktail énergétique? Même si tous les experts du solaire consultés pour cet article n’avancent pas le même pourcentage, ils évaluent à l’unisson que le 5 % d’électricité produite à partir d’énergie solaire prévu par la Régie de l’Énergie du Canada est trop faible.

L’un des arguments principaux pour augmenter le nombre de systèmes photovoltaïques sur les toits, c’est qu’ils contournent le problème plutôt persistant du « pas dans ma cour », selon Yves Poissant, gestionnaire de recherche du centre CanmetÉNERGIE de Varennes.

« On peut en installer sur des stationnements, pour protéger les voitures de la neige et de la grêle. On peut en faire des centrales sur des terrains vagues ou des terrains contaminés, peut-être même sur des réservoirs hydroélectriques puisqu’on en a des milliers de kilomètres carrés! »

— Yves Poissant, gestionnaire de recherche du centre CanmetÉNERGIE

Aux quatre coins du pays, des citoyens montent aux barricades pour empêcher l’arrivée de mégaprojets de champs éoliens et solaires. Par exemple, en août dernier, l’Alberta a instauré un moratoire sur les nouveaux projets d'énergies renouvelables de plus de 1 mégawatt en réponse aux préoccupations de communautés rurales. Elles se plaignaient notamment de leur impact sur le territoire agricole, les écosystèmes et le trafic local.

« Il n'est pas nécessaire de faire des évaluations environnementales pour installer des panneaux solaires sur les toits, c'est ça qui est intéressant, relève Yves Poissant. Ça s'intègre très bien dans le paysage et on n'a pas besoin de construire de lignes de transport. »

Une deuxième raison à laquelle carburent ses plus grands défenseurs, c’est justement la décentralisation du réseau électrique. Avec l’accumulation de phénomènes climatiques extrêmes, comme les feux de forêt ou le verglas, le fait d’ajouter de nouvelles sources de production ultra locales nous rendrait plus résilients.

« On ne devrait pas construire des sources de production qui se trouvent à 1000 kilomètres des centres de consommation, parce que ça implique du transport via des lignes haute tension qui sont autant de sources potentielles de panne », ajoute le chercheur de l’Université de Sherbrooke Sylvain Nicolay.

En route vers la carboneutralité

Chaque année, la Régie de l’Énergie du Canada (REC) publie trois modélisations : une de carboneutralité à l’échelle mondiale, une autre de carboneutralité au Canada seulement et une dernière qui conserve les mesures actuelles. Le but est de montrer comment le pays pourrait atteindre la carboneutralité, soit de ne plus émettre de gaz à effet de serre ou de compenser les émissions restantes par le captage de carbone, d’ici 2050.

Au Canada, on compte actuellement plus de 70 000 systèmes photovoltaïques connectés aux réseaux des provinces, générant 1,7 % de la production d'électricité.

Notre cocktail énergétique est composé à 70 % d’énergies renouvelables, soit l’hydroélectricité (58 % du total), la bioénergie (par exemple, le bois de chauffage), les énergies éoliennes, solaires et géothermiques.

Le gouvernement s’est fixé comme objectif de produire 90 % de son électricité à partir de sources non émettrices d’ici 2030, ce qui inclut également le nucléaire. Cet objectif ne sera atteint qu’en 2033, selon le scénario d’atteinte de la carboneutralité à l’échelle mondiale de la REC.

Le but à plus long terme est d’atteindre la carboneutralité en 2050. Cet engagement a été pris en 2021 aux côtés de 120 pays.

Dans les trois scénarios évalués par la Régie de l’énergie, la production solaire correspond à environ 50 TWh, soit quelque 5 % de notre production totale d’électricité.

« La Régie de l'énergie n'a pas de boule de cristal », affirme Yves Poissant. « C’est difficile de voir quelle sera exactement la contribution du solaire, mais je m'attendrais à au moins 10 %. Parce qu’après l'éolien, le solaire est la technologie qui est la moins chère à déployer. »

Le prix très concurrentiel de l’éolien et sa production en tout temps – quoiqu’inégale – sont d’ailleurs les deux raisons qui poussent le titulaire de la Chaire de gestion du secteur de l’énergie de HEC Montréal, Pierre-Olivier Pineau, à croire que le pays ne devrait pas investir massivement dans le solaire. « L’éolien produit aussi de manière intermittente, mais il produit 24 heures sur 24. La production est parfois même meilleure en hiver, qui est une période où on a encore plus besoin d’électricité à cause du chauffage. »

Et du côté de l'hydroélectricité, son avantage réside dans sa capacité de production au moment où on en a besoin, comme le nucléaire d'ailleurs. En période de grands froids, on augmente la cadence, et en été, on la ralentit.

Les sources modulables, indispensables

Le solaire sans stockage ne contribuera « aucunement » à la gestion des pointes hivernales, un des plus grands défis énergétiques qui attendent le Canada d’ici la fin de la décennie, selon Pierre-Olivier Pineau. « Les périodes de pointe sont le matin, quand on se lève, et le soir, quand on fait le souper et avant de se coucher. C’est aussi, surtout, en hiver. Mais le soleil n’est pas encore levé à 8 h, ou il ne brille pas beaucoup, et à 17-18 h, il a disparu! »

C’est pourquoi l’entretien des barrages déjà existants est incontournable pour tous les experts à qui on a parlé. L’hydroélectricité est théoriquement la source d’énergie la moins émettrice de toutes, mais la construction de nouveaux barrages implique l’inondation de centaines de kilomètres carrés de territoire – des milliers d’arbres rasés qui ne pourraient plus capter de carbone pour les décennies, voire les siècles à venir. Sans compter les émissions de CO2 et de méthane générées par la décomposition de la matière organique.

L’acceptabilité sociale n’est donc pas toujours au rendez-vous, en plus d’engendrer des conflits avec les communautés autochtones concernées.

« C'est évident qu'il ne faut pas se débarrasser d'infrastructures énergétiques non carbonées. Mais ça serait une erreur monumentale de construire plus de barrages vu leur impact environnemental et les coûts, qui seraient bien plus élevés que ceux qu’on a connus dans le passé. »

— Sylvain Nicolay, directeur de la plateforme 3IT.Énergies de l’Université de Sherbrooke

Un autre inconvénient lié à l’adoption massive de panneaux solaires sur les toits est ce qu’on appelle la spirale de la mort. Les dépenses d’Hydro-Québec sont fixes; la société d’État doit rembourser ses prêts liés à la construction de barrages et de lignes de transport. Mais ses revenus dépendent de la consommation de ses clients, qui, elle, est variable, explique Pierre-Olivier Pineau.

« Si tout le monde produit, disons, 50 % de leur consommation à partir de leurs propres panneaux solaires, ça réduit les revenus d’Hydro-Québec de moitié, mais le coût du réseau reste le même. Le distributeur d'électricité serait donc obligé d'augmenter ses prix, puis au fur et à mesure qu'il augmente ses prix, les gens ajoutent de nouveaux panneaux solaires pour réduire leur facture mensuelle. »

Selon cette théorie, Hydro-Québec serait ainsi de plus en plus vulnérable, jusqu’à ce que la spirale vienne à bout de la société d’État.

Le défi de la gestion des déchets

La croissance rapide de la production d’énergie solaire à travers le monde soulève des préoccupations sur le recyclage des panneaux PV en fin de vie. Mais une étude du Laboratoire national sur les énergies renouvelables du Colorado publiée dans la revue Nature en octobre démontre que les déchets des modules PV, bien que significatifs, sont minimes comparés à ceux produits par les énergies fossiles et sont moins toxiques.

Yves Poissant estime qu’il faudra un jour réfléchir à une façon de mettre en place une économie circulaire dans l'industrie… surtout dans un monde où le Canada déploierait des systèmes photovoltaïques à grande échelle.

« La bonne nouvelle, c'est que les panneaux sont recyclables à au moins 90 %; on peut récupérer l'aluminium, le verre, mais pas le plastique. Il faudra donc ajouter des capacités de recyclage au Canada, mais pour l’instant, le modèle d'affaires n'est pas du tout rentable. »

C'est le cas en Europe, où on compte au moins 13 usines de recyclage de modules PV. L’Union européenne a aussi légiféré pour forcer les fabricants de panneaux solaires à en financer la collecte et le recyclage.

Une solution à l'interdépendance

Le temps file pour effectuer un virage vert dans certaines provinces, selon Pierre-Olivier Pineau. « Si les provinces veulent décarboner leur production d'électricité de manière optimale, il faudra ajouter énormément de lignes de transport entre les provinces. »

Car elles ne sont pas toutes égales face à l’objectif de carboneutralité. L’Alberta, la Saskatchewan et la Nouvelle-Écosse utilisent encore des énergies fossiles pour produire la majorité de leur électricité.

L’Alberta est riche en ressources naturelles – notamment, en pétrole, en charbon et en gaz naturel – donc l’électricité peut être fabriquée à relativement bon coût, explique Pierre-Olivier Pineau.

« Il n’y a pas particulièrement de sensibilité environnementale dans les Prairies qui amène la population et ses dirigeants à aller au-delà du strict nécessaire en termes d’énergie renouvelable. »

— Pierre-Olivier Pineau, titulaire de la Chaire de gestion du secteur de l’énergie de HEC Montréal

Le spécialiste des politiques énergétiques rappelle que l’Alberta a converti une grande partie de ses centrales thermiques au charbon vers le gaz naturel, réduisant la part du charbon à 8 % du mix énergétique de la province. Ces conversions diminuent les émissions de gaz à effet de serre des centrales de moitié. Une amélioration, donc, mais une solution bien moins verte que le solaire ou l’éolien.

« La Nouvelle-Écosse a une bien plus grande volonté de décarboner que l’Alberta et même que la Saskatchewan, croit Pierre-Olivier Pineau. La moitié de la production d'électricité néo-écossaise provient du charbon, la source la plus émettrice de toutes. Mais le gouvernement compte investir massivement dans l’éolien en mer et s’approvisionne depuis quelques années auprès du barrage hydroélectrique de Muskrat Falls, à Terre-Neuve-et-Labrador. » Deux signes que la décarbonation sera « assez rapide », selon le professeur.

De l’autre côté du spectre, les productions du Québec, de Terre-Neuve-et-Labrador et du Manitoba sont déjà décarbonées à 99 %. L'hydroélectricité, qui occupe la part du lion dans le mix énergétique de ces provinces, pourrait devenir un atout pour intégrer davantage de sources intermittentes comme l'éolien et le solaire.

« La génération d’électricité par les panneaux solaires pourrait nous permettre, en période de fort ensoleillement, d’utiliser moins d’hydroélectricité, donc de faire monter l'eau dans les barrages. Ils agiraient comme une grosse batterie », explique Sylvain Nicolay.

C’est pourquoi l’ajout de lignes de transport interprovinciales est essentiel, selon Pierre-Olivier Pineau. L’éolien pourrait aussi bénéficier de tels échanges. La Nouvelle-Écosse pourrait exporter ses excédents d'énergie en temps de grande production, et importer de l’électricité lorsque le vent ne souffle pas.

Le professeur dit toutefois avoir de « grandes craintes » face à la matérialisation de cette idée. Il donne pour exemple l’échec de la boucle atlantique, qui aurait relié les quatre provinces par câbles électriques. La Nouvelle-Écosse a tiré un trait sur sa participation au projet l’automne dernier devant d’importants dépassements de coûts.

Le solaire sur les toits – qui n’implique pas de relation d’interdépendance avec ses voisins – pourrait ainsi permettre aux provinces toujours dépendantes d’énergies fossiles d’entrer dans les rangs et de décarboner leur production énergétique. Et c’est là que le soleil brille le plus fort.

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Laurianne Croteau journaliste de données, Sara Barrière-Brunet cheffe de pupitre, Francis Lamontagne, Louis-Philippe Bouvier et Andréa Alvarenga designers, André Guimaraes et Mathieu St-Laurent développeurs et Danielle Jazzar réviseure linguistique