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Et si l'on utilisait seulement l'énergie solaire ?

On parle beaucoup présentement, surtout dans le cadre du protocole de Kyoto, d'énergie renouvelable. Si nous voulions n'utiliser que l'énergie produite par des capteurs solaire, quelle surface faudrait-il recouvrir pour pouvoir subvenir à nos besoins actuels ? La surface de la Terre serait-elle suffisante? Quel est l'ordre de grandeur de cette surface?

Disposant d'une connexion internet, d'une calculatrice et d'une solide formation secondaire où j'appris la règle de 3, j'ai tous les outils en main pour faire ce calcul.

Remplaçons toute l'énergie du monde par de l'énergie solaire

Selon l'Agence internationale de l'énergie (2004), l'offre total d'énergie primaire est de 425 exajoules (1 exajoule = 1 x 1018 joules) par année. L'énergie primaire est définie par l'énergie produite par la combustion (pétrole, gaz naturel, charbon et déchets pour 91 %), par la fission nucléaire (7%), par l'énergie hydroélectrique (2,2 %) et les autres énergies renouvelables (0,5 %).

L'efficacité d'une cellule photovoltaïque est d'au mieux 16% [1], c'est-à-dire que de tous les photons qui frappent la cellule, seulement 16% sont convertis en électricité (énergie).

En Amérique du Nord, en moyenne, la puissance du soleil est entre 125 et 375 W/m2 dans une journée [2]. Puisque nous sommes au nord de l'Amérique, prenons la borne inférieure soit 125 W/m2, ce qui donne 1,08 MJ (MJ = mégajoule = 1 x 10 6 joules) d'énergie pour une journée pour un mètre carré.

Pour fournir 425 exajoules en 1 an à l'aide de cellules photovoltaïque d'une efficacité de 16%, il nous faudrait donc 674 000 km2 recouvert de capteurs solaire! Cette surface représente 0,1 % de la surface de la Terre (510 065 285 km2) ou encore 0,4 % des terres émergées (148 939 063 km2). Ce ne vous donne pas encore une bonne idée de la surface? Disons que c'est l'équivalent de la superficie de la Birmanie (678 500 km2) ou encore de la France (675 418 km2) [3].

Remplaçons toute l'énergie produite par Hydro-Québec par de l'énergie solaire

Mêmes calculs, mais cette fois pour remplacer toute la production d'électricité d'Hydro-Québec, soit 35 190 MW [4].

Il faudrait une surface de 1760 km2 recouvert de cellules photovoltaïque pour remplacer toute l'électricité produite par Hydro-Québec. À quoi se compare cette superficie ? L'île de Montréal ayant une superficie de 514 km2 [11], il faudrait donc en recouvrir l'équivalent de 3,5 fois l'Île de Montréal pour pouvoir remplacer Hydro-Québec!

Remplaçons toute l'énergie du pétrole brûlé par les Québecois par de l'hydrogène (H2)

Puisque nous voulons être vert, nous produirons bien sûr notre hydrogène avec… de l'énergie solaire!

L'électrolyse de l'eau est un des procédés existant pour produire du H2 et c'est celui pour lequel nous optons ici. L'efficacité de la production de H2 varie entre 50 % et 90 %, c'est-à-dire qu'il en nécessite entre 1,1 et 2 fois plus d'énergie pour le produire que la quantité d'énergie qui sera libérée lors de sa combustion [5].

Selon la Régie de l'énergie du gouvernement du Québec, la consommation totale du Québec est de 8,3 milliards de litres d'essence par année [6]. Or, 1 litre d'essence fournit 29 MJ alors que 1 kilogramme de H2 fournit 120 MJ [7,8]. Il nous faudra donc brûler 2 milliards de kg de H2 pour fournir la même énergie que le pétrole (en supposant qu'un moteur à hydrogène est aussi performant qu'un moteur à essence traditionnel).

Quelle quantité d'énergie est nécessaire pour produire cette quantité de H2 ? Environ 1,1 à 2 fois plus qu'elle n'en produira, c'est-à-dire entre 287 et 516 milliards de MJ, ce qui représente une surface de 947 à 1720 km2.

Étonnament, la borne supérieure de la surface nécessaire, 1720 km2, est très près de la surface qui faudrait pour remplacer Hydro-Québec, 1760 km2.

Quelle superficie de cellules photovoltaïque pour remplacer la consommation d'une voiture ?

Selon Transport Canada, la distance moyenne parcourue par un véhicule léger au Québec est de 16 633 km par année. Au Canada, la consommation moyenne d'un véhicule est de 11,42 litres d'essence pour 100 km. Un véhicule consomme donc, en moyenne, 1889 litres d'essences par année.

Toujours en utilisant les mêmes hypothèses (efficacité de la cellule photovoltaïque, utilisation du l'hydrogène au lieu de l'essence, efficacité de l'electrolyse de l'eau), il faudrait une surface de 95 m2 pour fournir la quantité d'énergie suffisante pour la consommation d'un véhicule. Cette surface est environ la même qu'un terrain de football (soccer) [9].

On voit qu'il serait très difficile, à moins que tout le monde habite à la campagne et ait un champ à lui à côté, que chaque propriétaire de voiture produise lui-même son hydrogène à la maison pour son véhicule.

On peut se demander, par exemple, quelle superficie serait nécessaire pour tous les véhicules sur l'Île de Montréal.

Remplaçons toute l'énergie du pétrole brûlé par les résidents de l'Île de Montréal par de l'hydrogène (H2)

Selon la Société d'assurance automobile du Québec (SAAQ), le nombre de véhicules sur l'Île de Montréal, en 2004, était de 667 383 [11]. Toujours pour une distance moyenne parcoure par année de 16 633 km, on obtient un total de 11 milliards de km pour l'ensemble de véhicules légers sur l'Île de Montréal, ce qui nécessite 1,26 milliards de litres d'essence.

Pour obtenir l'équivalent de cet énergie avec de l'hydrogène, il faudrait recouvrir une surface de 6 080 km2 de cellules photovoltaïques, soit environ 12 fois la superficie de l'Île de Montréal !

Références

  1. Wikipedia: photovoltaic cell (anglais)
  2. Solar Maps, National Renewable Energy Laboratory, carte (anglais)
  3. Wikipédia: Liste des pays par superficie
  4. Tableau synthèse des centrales d'Hydro-Québec
  5. Wikipedia: Electrolysis of water (anglais)
  6. Bulletin d'information sur les prix des produits pétroliers au Québec, Régie de l'énergie du gouvernement du Québec (document pdf)
  7. Wikipedia: Gazoline, Energy content (anglais)
  8. Departement of physics & Astronomy, Georgia State University, Efficacité énergétique de l'électrolyse (anglais)
  9. Wipédia, Loi 1 du football, le terrain de jeu
  10. Atlas montréalais, Portrait des terrains vacants à vocation économique
  11. Dossier statistique, bilan 2004, Société de l'assurance automobile du Québec (document pdf)