Recherche sur l'énergie et développement de technologies énergétiques

Depuis longtemps, le Canada approvisionne le monde en produits énergétiques et à forte intensité énergétique et il est un chef de file mondial des technologies énergétiques. Aujourd'hui, le changement climatique crée deux nouveaux défis pour le Canada - rendre moins polluants et plus efficaces les approvisionnements et les technologies énergétiques déjà existants et développer de nouvelles technologies énergétiques ayant des incidences minimales sur le climat. Ces technologies aideront à réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) du Canada et elles créeront de nouvelles possibilités d'affaires pour les entreprises canadiennes au pays et à l'étranger.

Le savoir-faire canadien en recherche-développement technologique dans le domaine de l'énergie est essentiel au développement de ces nouvelles technologies. Ce savoir-faire est concrétisé dans les partenariats conclus entre le gouvernement du Canada, les autres ordres de gouvernement, les universités, les services publics, les associations professionnelles et industrielles et un large éventail d'entreprises du secteur privé de toutes les régions du Canada ou d'ailleurs dans le monde entier.

Au sein du gouvernement fédéral, c'est Ressources naturelles Canada qui coordonne la recherche-développement dans la technologie de l'énergie. Mentionnons entre autres que ce ministère administre la Direction de la technologie de l'énergie du Centre canadien de la technologie des minéraux et de l'énergie (CANMET). De plus, il gère le Programme de recherche et de développement énergétiques, qui vient appuyer et compléter les activités dans le domaine de l'énergie menées par différents ministères et organismes fédéraux :

• Affaires indiennes et du Nord Canada
  
  
• Agriculture et Agroalimentaire Canada
  
  
• Conseil national de recherches Canada
  
  
• Défense nationale
  
  
• Environnement Canada
  
  
• Pêches et Océans Canada
  
  
• Ressources naturelles Canada
  
  
• Santé Canada
  
  
• Société canadienne d'hypothèques et de logement
  
  
• Transports Canada
  
  
• Travaux publics et Services gouvernementaux Canada

Le gouvernement fédéral appuie également les activités scientifiques et technologiques qui contribuent à réduire les émissions de dioxyde de carbone (CO2). Les Mesures d'action précoce en matière de technologie (TEAM) constituent un volet du Fonds d'action pour le changement climatique (FACC). Ressources naturelles Canada travaille en partenariat avec l'industrie et tous les principaux intervenants des secteurs canadiens de l'énergie et de la recherche-développement. Les partenaires développent et déploient des technologies éconergétiques, des technologies portant sur les énergies de remplacement et des technologies de pointe portant sur les hydrocarbures.

Ressources naturelles Canada participe à presque toutes les facettes de la recherche sur l'énergie et du développement de technologies énergétiques. Le Ministère dirige et finance des travaux de recherche-développement, élimine les obstacles et cerne les lacunes dans l'infrastructure relatives aux nouvelles technologies et mène des activités de démonstration, de déploiement et de commercialisation pour aider à mettre sur le marché les nouvelles technologies. En outre, le gouvernement fédéral assure la liaison entre le secteur canadien de la recherche sur l'énergie et du développement de technologies énergétiques et les organisations internationales, comme l'Agence internationale de l'énergie.

Conception de chaînes de fabrication de modules photovoltaïques destinées à l'exportation La société Automation Tooling Systems Inc. (ATS) construit des chaînes de montage automatisées pour la production de panneaux photovoltaïques (PV). Ces panneaux convertissent l'énergie solaire en électricité et conviennent parfaitement aux régions éloignées qui ne font pas partie d'un réseau de distribution d'électricité. La société ATS créera deux chaînes de fabrication de différents niveaux d'automatisation et destinées toutes deux à l'exportation. La Chine est le premier pays qui importera cette technologie. Dans le cadre du projet, des sites de démonstration seront construits au Canada et en Chine. Des panneaux PV entièrement fonctionnels y seront installés et étudiés. On prévoit réduire les émissions de CO2 de 130 tonnes par an dans ces sites de démonstration.

Amélioration de l'efficacité énergétique
L'amélioration de l'efficacité énergétique représente un moyen de réduire les émissions de GES. Si, prises séparément, les différentes améliorations éconergétiques peuvent sembler modestes, la gamme de secteurs où on peut les appliquer est telle qu'elles s'additionnent pour créer des possibilités considérables de réduction des émissions et d'économie de coûts.

Bâtiments et technologies de construction
Ressources naturelles Canada estime que des recherches plus poussées ainsi que le développement et la démonstration accrus de technologies pourraient entraîner une amélioration de 50 p. 100 au chapitre du rendement énergétique des bâtiments neufs ou rénovés. Les innovateurs canadiens mettent au point des approches nouvelles ou améliorées pour la conception et la construction de bâtiments résidentiels et commerciaux et en font la démonstration. Par exemple, le Centre canadien des technologies résidentielles est un centre de recherches unique en son genre. Il met à la disposition des chercheurs de l'industrie du logement et du gouvernement des maisons où il est possible de développer et d'évaluer des prototypes, des produits et des techniques de construction - dans des conditions réelles.

Au Canada, on développe d'autres technologies éconergétiques reliées aux bâtiments, par exemple, des appareils de chauffage des locaux et de l'eau améliorés; des appareils de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) plus efficaces; des appareils d'éclairage au gaz naturel; des systèmes de chauffage à commande autonome ainsi que des fenêtres et des éléments fonctionnels de construction éconergétiques.

Systèmes énergétiques communautaires
Les collectivités canadiennes peuvent améliorer leur efficacité énergétique en adoptant une approche intégrée en matière de planification énergétique communautaire. Cette approche inclut les systèmes centralisés de chauffage et de climatisation, la cogénération, la récupération de la chaleur produite par les activités industrielles, le stockage thermique et les sources locales d'énergie renouvelable, en particulier la biomasse. L'industrie canadienne, les services publics d'énergie, les chercheurs, les ingénieurs et les autres ordres de gouvernement travaillent ensemble au développement et à la diffusion des technologies. Aujourd'hui, en plus de 100 systèmes institutionnels, au moins 10 systèmes énergétiques centralisés communautaires sont exploités avec succès un peu partout au Canada. L'un des plus gros systèmes communautaires d'Amérique du Nord se trouve au centre-ville de Toronto.

Efficacité énergétique dans l'industrie
Le secteur industriel offre de nombreuses possibilités en matière d'innovations technologiques, de changements de procédés et de nouveaux produits pour aider à améliorer le rendement énergétique, économique et environnemental. Au Canada, les efforts sont ciblés sur plusieurs secteurs - les pâtes et papiers, la sidérurgie, le ciment, le pétrole et le gaz ainsi que les aliments et les boissons. On développe des technologies présentant un potentiel considérable de réduction des émissions de dioxyde de carbone (CO2). Mentionnons notamment les systèmes experts axés sur l'apprentissage, la récupération de la chaleur de condensation, les technologies à haut rendement faisant appel au gaz naturel comme combustible de remplacement, la combustion en lit fluidisé, l'utilisation de résidus comme source d'énergie, le captage et l'élimination du CO2, le contrôle intégré des émissions, la gestion de la chaleur et l'optimisation des procédés.

La technologie catalytique, par exemple, en est actuellement au stade expérimental. Elle permet d'oxyder un flux de méthane à très faible concentration provenant d'une mine de charbon et de créer de la chaleur utilisable, ce qui réduit les émissions de GES dans les cas où le méthane est en concentration trop faible pour être brûlé au moyen des technologies classiques si bien qu'on le laisse alors s'échapper dans l'atmosphère.

L'amélioration de l'efficacité énergétique dans le domaine de la récolte et de la transformation des produits alimentaires fait également l'objet de recherches. Par exemple, un nouveau procédé de gestion du fumier en est à l'étape du prototype final. Il permettra aux fermiers canadiens de traiter le fumier de porc, de réduire les émissions de méthane et les odeurs tout en captant le biogaz pour obtenir ainsi une source d'énergie toute l'année.

Électricité
Jumelée aux progrès technologiques dans le domaine de la conversion de l'électricité, la déréglementation du marché de l'électricité ouvre la voie à une nouvelle ère de production d'électricité à petite échelle au Canada. Par exemple, un dispositif pyroélectrique en développement à l'heure actuelle convertit la chaleur résiduelle en électricité utile dans les usines. Mentionnons également les travaux sur les systèmes auxiliaires, qui pourraient permettre de produire des microturbines plus efficaces et plus rentables, offrant ainsi une solution économique aux problèmes de pollution.

Carburants et technologies
L'objectif global du Canada en ce qui a trait à la recherche-développement portant sur les transports consiste à réduire la demande d'énergie et les émissions pour tous les moyens de transport - notamment le transport routier, ferroviaire et maritime - tout en assurant la fiabilité de l'approvisionnement de carburant. Il faudra pour ce faire de nouvelles technologies de transport et des carburants plus respectueux du climat.

Aujourd'hui, le Canada développe des technologies concurrentielles, éconergétiques et respectueuses de l'environnement pour les carburants gazeux et à base d'alcool, le biodiesel, les piles à combustible et les technologies axées sur l'hydrogène. Ces carburants de remplacement permettraient d'obtenir une réduction des émissions de CO2 de l'ordre de 20 p. 100 par véhicule. Des recherches sont en cours pour reformuler des carburants dérivés des sables bitumineux qui répondront aux besoins techniques du gouvernement, de l'industrie des carburants, des constructeurs de moteurs et de véhicules automobiles ainsi que des utilisateurs finals de carburants. Ces travaux aideront l'industrie canadienne des carburants à développer et à commercialiser des nouveaux carburants reformulés pour les technologies automobiles de pointe.

Des chercheurs canadiens étudient actuellement les particules de carbone en suspension dans l'air pour déterminer leur concentration, leur composition, les sources d'où elles proviennent ainsi que leurs effets sur la santé. Les résultats serviront au développement de stratégies fédérales destinées à réduire les sources mobiles de particules et aideront les Canadiens à comprendre l'effet des carburants sur la qualité de l'air et leur santé.

L'objectif à long terme de la recherche-développement consacrée aux transports est d'en arriver à des véhicules ne produisant pas d'émissions, y compris des véhicules électriques et des véhicules à pile à combustible. Le Canada est un chef de file mondial dans le domaine. Misant sur leur technologie et leur savoir-faire, les Canadiens se consacrent au développement de composantes de véhicules, de systèmes de pointe pour le stockage de l'énergie, de véhicules hybrides ainsi que de matériaux et de systèmes d'alimentation de pointe.

Énergie renouvelable
Le Canada développe depuis le milieu des années 1970 des technologies faisant appel à l'énergie renouvelable. Malgré les immenses progrès technologiques, les possibilités qu'offrent les ressources d'énergie renouvelable demeurent inexploitées. Selon Ressources naturelles Canada, exception faite de l'hydroélectricité, l'énergie renouvelable, en particulier la biomasse, augmentera de 56 p. 100 pour atteindre 983 pétajoules en 2020. La bioénergie, les petites centrales hydroélectriques, l'énergie solaire active, l'énergie photovoltaïque et l'énergie éolienne sont les principaux domaines de recherche-développement au Canada.

Des recherches sont en cours sur la production d'hydrogène à partir de sources d'énergie renouvelable. Elles mettent l'accent sur des méthodes d'électrolyse plus efficaces exigeant moins d'investissements, le stockage et le transport de l'hydrogène et des questions de santé et de sécurité connexes. Les petits systèmes d'alimentation électrique intégrés utilisant l'hydrogène pour produire de l'électricité hors du réseau de distribution font également l'objet de recherches.

Les recherches sur l'hydroélectricité mettent l'accent sur les petites centrales hydroélectriques. Elles visent à simplifier l'équipement, à améliorer l'efficacité, à trouver de meilleurs matériaux, à normaliser l'équipement et à diminuer les coûts de construction. Les recherches ayant pour objet d'atténuer les répercussions des centrales sur l'environnement sont également importantes.

Un autre défi consiste à développer des technologies permettant de capter efficacement l'énergie solaire dans les conditions qui prévalent au Canada. Les travaux consacrés à l'énergie photovoltaïque, c'est-à-dire la production de courant électrique au point d'intersection de deux substances exposées à la lumière, se poursuivent. Habituellement, ils appuient les applications canadiennes dans les collectivités non raccordées au réseau de distribution. La technologie photovoltaïque peut servir dans les systèmes hybrides, qui utilisent à la fois des sources d'énergie traditionnelles et non traditionnelles. On développe également des technologies solaires thermiques pour faire chauffer l'eau domestique, l'eau des piscines, pour faire sécher les récoltes et chauffer l'air de ventilation dans les bâtiments commerciaux ou industriels, tout cela à bon compte.

L'énergie éolienne est abondante au Canada, en particulier dans les zones littorales. Puisque la technologie éolienne est compatible avec les centrales hydroélectriques et les centrales alimentées au diesel en place, il est possible d'aménager des installations hybrides. Les chercheurs canadiens s'intéressent particulièrement aux défis propres aux collectivités éloignées, lesquelles doivent pour la plupart produire l'électricité à partir de diesel, ce qui leur coûte cher. L'énergie éolienne, à un coût égal ou inférieur, pourrait s'ajouter aux systèmes diesel ou les remplacer. On pourrait aussi remplacer ces systèmes par des systèmes hydroélectriques de faible capacité, des systèmes photovoltaïques ou des systèmes de cogénération alimentés à la biomasse. Les chercheurs s'efforcent maintenant de trouver des moyens d'améliorer la fiabilité des technologies éoliennes pour les collectivités éloignées.

La combustion de la biomasse est un autre domaine de savoir-faire canadien en recherche-développement. Les systèmes de combustion améliorés peuvent doubler l'utilisation de la biomasse comme source d'énergie durable. La production d'éthanol à partir de la biomasse; l'utilisation de l'intelligence artificielle pour commander les chaudières à biomasse de grande capacité; la conception et l'optimisation des appareils de chauffage alimentés à la biomasse, le développement de nouveaux systèmes de condensation permettant d'améliorer de plus de 20 p.100 l'efficacité de la biomasse industrielle, la détermination de modes d'utilisation efficaces de la cendre de biomasse et la conception d'un foyer à bois offrant une combustion avancée intégrée ne sont que quelques-unes des technologies en voie de développement.

Au Canada, d'autres travaux portant sur la biomasse ont pour objet d'améliorer l'efficacité énergétique et de réduire les émissions, par exemple, de développer des systèmes experts et des dispositifs de surveillance. En outre, des chercheurs travaillent actuellement à améliorer la conversion de la biomasse en combustibles liquides, à développer des technologies de collecte et de livraison permettant de réduire le coût d'approvisionnement de la biomasse utilisée comme matière première et à améliorer la récupération des résidus de biomasse provenant de diverses sources. La recherche-développement portant sur la production d'énergie à partir de déchets solides urbains met l'accent sur le captage et l'utilisation de biogaz provenant des sites d'enfouissement.

Ravitailleur personne La société Stuart Energy Systems Inc. met actuellement au point un ravitailleur en hydrogène composé d'un générateur électrolytique à l'eau qui produit de l'hydrogène pour les véhicules à pile à combustible à pollution zéro. La société construira et mettra à l'essai deux prototypes de ravitailleurs en hydrogène. Ces prototypes seront ensuite livrés à la société Ford Motor Co., qui procédera à une évaluation et à des essais indépendants. La société Ford s'intéresse au ravitailleur en hydrogène, car elle compte s'en servir pour alimenter ses véhicules à pile à combustible P-2000, dont la commercialisation est prévue pour 2004. L'usine de production de ravitailleurs de la société Stuart Energy Systems Inc. pourrait employer de 700 à 1 000 personnes.

Hydrocarbures
Dans l'avenir, les technologies des énergies renouvelables joueront un rôle important dans l'approvisionnement énergétique mondial. Toutefois, jusqu'à ce que l'énergie renouvelable soit assez bon marché pour une application à grande échelle, le monde continuera de dépendre des carburants fossiles pour produire l'énergie. C'est pourquoi le Canada, en tant que fournisseur mondial d'hydrocarbures, développe actuellement des technologies de pointe pour découvrir des moyens de produire et de fournir des combustibles fossiles en perturbant moins le climat.

Gaz naturel
La production et la consommation de gaz naturel donnent lieu à moins d'émissions de GES que les autres combustibles fossiles. Le Canada s'efforce de faire en sorte que l'approvisionnement et la disponibilité du gaz naturel soient économiques, respectueuses de l'environnement et avantageuses pour la collectivité. Un objectif consiste à produire du gaz naturel à partir de nouvelles sources sur la côte Est, par exemple, les Grands Bancs, l'Ouest de Terre-Neuve, le golfe du Saint-Laurent et la plateforme Scotian. En outre, des chercheurs canadiens font actuellement les recherches préliminaires à long terme nécessaires pour en arriver à mettre en valeur de futures sources d'énergie, comme le méthane, le gaz des régions septentrionales et les hydrates de gaz.

La recherche environnementale pour les industries du gaz naturel et du pétrole extracôtiers constitue un important volet de la recherche-développement canadienne. Elle vise notamment à remédier aux répercussions des puits et des usines à gaz sur l'environnement, à élaborer des règlements sur les répercussions environnementales des opérations extracôtières ainsi que de nouvelles normes et de nouveaux règlements. Ces recherches ont pour objet de prolonger la durée de vie des pipelines canadiens vétustes et de s'assurer que nos nouveaux pipelines aménagés dans les zones vulnérables sur le plan écologique respectent l'environnement. Les questions touchant les pratiques de brûlage à la torche font également l'objet de recherches, le but étant d'atténuer les émissions de GES et les autres émissions potentiellement nocives associées aux pratiques actuelles.

Sables bitumineux et pétrole lourd
Les sables bitumineux et le pétrole lourd récupérable du Canada représentent le tiers des ressources pétrolières mondiales connues. On prévoit que les niveaux de production dépasseront d'ici 2010 ceux du pétrole léger classique et du pétrole extracôtier. Les nouvelles technologies seront donc l'élément clé pour mettre en valeur ces précieuses ressources d'une façon qui soit bonne aussi bien pour l'économie que pour l'environnement.

Il serait possible d'utiliser des technologies beaucoup plus éconergétiques dans la prochaine génération d'installations de production destinées aux sables bitumineux et aux gisements de pétrole lourd, ce qui réduirait les émissions de CO2 par baril de pétrole. Le Canada fait des travaux de recherche-développement portant sur des technologies d'approvisionnement en hydrocarbures et des technologies environnementales connexes, en particulier en ce qui a trait aux sables bitumineux et au pétrole lourd. Le but est de mettre au point des technologies éconergétiques de pointe permettant au Canada de tirer parti de ces ressources d'une façon durable et respectueuse de l'environnement.

La réduction de l'incidence environnementale de la production découlant de l'exploitation des sables bitumineux et du pétrole lourd constitue une priorité absolue. Les chercheurs développent et évaluent des technologies relatives aux résidus des sables bitumineux afin d'accroître les options pour la remise en état du paysage au terme de l'exploitation des sables bitumineux. On poursuit les recherches pour le développement et l'évaluation de technologies de traitement des mousses afin de produire du bitume de meilleure qualité pour les installations de valorisation et les raffineries. Les chercheurs mettent également au point pour l'extraction du bitume des sables bitumineux de nouvelles technologies qui optimiseront l'efficacité énergétique et réduiront les émissions de GES. Si ces nouvelles technologies sont exploitées avec succès, on réduira les répercussions environnementales des résidus des sables bitumineux tout en améliorant le rendement économique de l'extraction du bitume. Selon les prévisions, la consommation d'énergie pour chaque baril de bitume produit devrait diminuer de moitié.

La valorisation est une étape nécessaire pour convertir le goudron des sables bitumineux en pétrole brut synthétique classique. Les raffineries peuvent ensuite transformer en carburant ce bitume modifié. La recherche sur la valorisation a pour objet de développer des technologies avancées primaires et secondaires pour la génération actuelle et la prochaine génération d'installations de valorisation. Ces technologies permettront d'améliorer l'efficacité énergétique, de créer moins de résidus et de tirer le maximum de la ressource.

Autres recherches sur le changement climatique reliées à l'énergie
La majeure partie de la recherche sur l'énergie menée au Canada met l'accent sur des technologies destinées à réduire, directement ou indirectement, les émissions de GES. Différents autres sujets importants touchant l'énergie font aussi l'objet de recherches, par exemple :

• les cycles, le stockage, le captage et l'élimination des GES;
  
  
• l'incidence du changement climatique sur le secteur canadien de l'énergie;
  
  
• la prévision et le dépistage du changement climatique.

La production et la consommation d'énergie influent sur les cycles et le stockage des GES d'origine naturelle. Les chercheurs mettent au point des méthodes et des outils pour mesurer et évaluer les émissions de GES anthropiques, c'est-à-dire d'origine humaine.

Le développement de technologies pour le captage des GES (surtout le CO2) constitue un important sujet de recherche au Canada. On emploie principalement deux méthodes pour capturer le CO2, soit à partir de l'atmosphère, soit à partir des procédés à l'origine de la formation du GES, habituellement la combustion. Le captage du CO2 avant même son émission est la méthode la plus avantageuse pour les grandes sources stationnaires, comme les centrales électriques. Puisque cette méthode entraîne des coûts élevés, les chercheurs étudient actuellement de nouveaux procédés permettant de réduire les coûts ou offrant des possibilités sur le plan économique. Mentionnons à titre d'exemple la combustion de charbon selon une technique produisant une vapeur d'échappement à forte concentration de CO2. Au lieu d'être relâché dans l'atmosphère, le CO2 concentré peut servir à des fins industrielles, par exemple, pour la récupération assistée des hydrocarbures.

L'élimination du CO2 constitue un autre domaine de recherche. La stimulation de phénomènes naturels d'absorption, dans les procédés terrestres ou océaniques, permet de capter le CO2 directement dans l'atmosphère. Les travaux menés au Canada mettent maintenant l'accent sur les forêts et les terres agricoles, car il s'agit de milieux établis et gérés reconnus comme des zones d'absorption terrestre.

D'autres études s'intéressent à l'incidence éventuelle du changement climatique sur le secteur énergétique canadien et aident à définir les stratégies d'adaptation appropriées. Par exemple, une modification de la configuration des précipitations pourrait avoir des répercussions sur l'hydroélectricité, ou encore la demande d'électricité pourrait changer - pour la climatisation pendant l'été et pour le chauffage des locaux pendant l'hiver. Une diminution éventuelle de la stabilité du pergélisol pourrait influer sur la mise en valeur des hydrocarbures dans une bonne partie du Grand Nord canadien.

Le défi du changement climatique donne un nouvel élan et une nouvelle orientation au secteur canadien de la recherche-développement consacrée à l'énergie. L'économie du Canada a pris appui sur le rôle du pays comme fournisseur d'énergie et de produits à forte intensité énergétique à des pays du monde entier. L'énergie est un sujet que les Canadiens connaissent bien et le Canada est à l'avant-garde de la technologie dans le domaine. Les Canadiens continueront de mettre à profit leur savoir-faire pour développer de nouvelles technologies prometteuses qui permettront de réduire les émissions mondiales de GES et de produire pour le Canada et le reste du monde une énergie durable répondant aux objectifs environnementaux et économiques.