Les villes confrontées à de nouveaux enjeux énergétiques

Aujourd’hui, plus de la moitié de la population mondiale vit en milieu urbain; 55 % selon la Division de la population du Département des affaires économiques et sociales de l’ONU. Cette tendance à l’urbanisation devrait se poursuivre, atteignant 68 % d’ici 2050.

La vie urbaine offre des avantages évidents, notamment la connectivité essentielle à la croissance économique, de meilleures possibilités en éducation, des emplois et d’autres facteurs associés au développement personnel ainsi que l’accès à une vaste gamme de services sociaux. Dans les pays développés comme dans les pays en développement, les villes sont des moteurs économiques qui représentent plus de 80 % du produit intérieur brut (PIB) mondial.

Toutefois, pour que les villes de l’avenir puissent prospérer, elles doivent relever l’un des défis les plus importants de notre époque : la nécessité d’avoir des infrastructures fiables, résilientes et durables. L’aspect résilience revêt une importance particulière dans les villes côtières, qui sont vulnérables aux effets néfastes des conditions météorologiques extrêmes et de l’élévation du niveau de la mer.

Ces problèmes prennent encore plus d’importance quand on les analyse sous l’angle énergétique. Tous les éléments nécessaires à la vie résidentielle et commerciale en milieu urbain exigent un approvisionnement en énergie fiable et durable; que ce soit les bâtiments, les systèmes de transport, les réseaux d’aqueduc et d’égout, les réseaux de communication et plus encore. Toute interruption de l’approvisionnement produit des effets immédiats, allant du simple désagrément à des situations potentiellement dangereuses dans les installations à mission critique, comme les hôpitaux.

La panne de courant nord-américaine de 2003 a touché 55 millions de personnes dans plusieurs États américains. Un cocktail météo extrême et des problèmes techniques en Ohio illustrent bien l’ampleur des répercussions d’une panne d’électricité sur de vastes régions. En Inde, la panne de courant de 2012 a touché un nombre effarant de personnes, soit 620 millions. En Australie-Méridionale, la panne de 2016 a été l’un des nombreux cas de panne d’électricité généralisée qui résultent de phénomènes météorologiques, ici, des dégâts causés par les intempéries aux infrastructures électriques. Et que penser de la pénurie d’électricité en Belgique, fin 2018?

On le sait, la demande mondiale en énergie est à la hausse, principalement en raison de la croissance économique. L’Agence américaine d’information sur l’énergie (EIA) prévoit une augmentation de 28 % de la consommation mondiale d’énergie d’ici 2040. Elle a augmenté de 2,1 % en 2017, soit deux fois le taux de l’année précédente. La part du lion de la consommation mondiale d’énergie revient au secteur industriel, mais les ménages accaparent également une part importante de la consommation.

Les charges de branchement, ou l’énergie utilisée par les appareils branchés, ont augmenté considérablement, du fait de l’utilisation généralisée d’appareils électroniques ainsi que de la disponibilité et de l’abordabilité des appareils électroménagers. Le besoin en refroidissement, en particulier dans les pays où le climat est plus chaud, est également un facteur clé. Selon un rapport publié en 2018 par l’Agence internationale de l’énergie, la demande mondiale en énergie liée à l’utilisation de la climatisation triplera d’ici 2050.

La demande en électricité augmentera également en raison de la hausse de l’électrification des systèmes de transport et de l’équipement industriel. L’électrification vise à réduire les émissions de gaz à effet de serre, et ses effets se feront sentir en grande partie dans les villes, qui produisent environ 70 % des émissions de dioxyde de carbone. En fait, la transition vers l’électricité dans les transports sera l’une des caractéristiques déterminantes des villes de l’avenir.

Pour répondre à la demande croissante en énergie, les villes du monde entier élaborent des stratégies nouvelles et novatrices pour produire, distribuer et utiliser l’énergie de la manière la plus écologique et la plus efficace possible, tout en s’attaquant aux problèmes de fiabilité et de sécurité.

L’une de ces stratégies consiste à utiliser des miniréseaux et des systèmes énergétiques distribués à proximité d’un point de consommation, généralement une zone délimitée, comme un quartier résidentiel, une université, un site d’entreprise ou une base militaire. Les miniréseaux ont traditionnellement été implantés dans des secteurs plus isolés, sans accès au réseau électrique; cela dit, ces miniréseaux influencent la tendance à une décentralisation de l’énergie dans les centres urbains.

Les miniréseaux offrent un certain nombre d’avantages aux utilisateurs. Ils permettent de réduire les coûts et les pertes d’énergie potentielles liés au transport de l’électricité sur de longues distances; ils soutiennent la fiabilité énergétique par leur capacité à se déconnecter du réseau et à fonctionner en mode « isolé » en cas d’urgence; et ils peuvent contribuer aux objectifs de durabilité en intégrant des sources d’énergie renouvelable.

Dans la province de Québec au Canada, Hydro-Québec prépare un miniréseau à Lac-Mégantic pour tester la nouvelle technologie. Conçu avec notre aide, le projet prévoit l’installation de panneaux solaires sur une trentaine de bâtiments résidentiels et commerciaux, pour une puissance installée totale de 300 kW, des batteries permettant le stockage de 300 kWh d’énergie et des bornes de recharge pour véhicules électriques.

En Australie, nous avons aidé des clients à ériger des systèmes hybrides hors réseau, de puissance allant de quelques centaines de kW à quelques MW. Situés dans les régions éloignées de Flinders Island, Rottnest Island et Coober Pedy, ces réseaux misent sur des énergies renouvelables (de 50 à 70 %) grâce à la combinaison des apports de l’énergie éolienne, de l’énergie solaire, du stockage de l’énergie ou du transfert de la demande énergétique, ainsi que des systèmes de contrôle sur mesure.

En Afrique du Sud, le National Department of Tourism a nommé WSP à titre de conseiller pour le développement d’un miniréseau solaire visant à réduire la dépendance de Robben Island à l’égard des génératrices diesel comme source d’énergie.

WSP participe depuis le début à la planification et à la mise en œuvre de miniréseaux. Parmi nos projets phares figure la création d’un système énergétique desservant le Las Positas College de Livermore, en Californie. WSP a fourni des services de conception pour le générateur solaire, le miniréseau, les interconnexions énergétiques de quartier, le système de stockage thermique de la glace et le système de stockage des batteries rédox. Nous avons également supervisé la fabrication de ces composantes et assuré la gestion du système afin d’optimiser l’utilisation des sources d’énergie renouvelable sur le site.

Grâce aux avancées récentes de la technologie de stockage des batteries à grande échelle, les miniréseaux commerciaux et communautaires sont plus viables que jamais. L’accent mis sur l’efficacité énergétique s’applique également aux sites qui ont besoin d’énergie pour le chauffage, où l’utilisation de systèmes de distribution d’eau chaude ou la conversion de systèmes à vapeur en eau chaude permet d’améliorer l’efficacité et de réduire les coûts généraux.

Une autre stratégie énergétique en évolution consiste à intégrer des éléments photovoltaïques dans la conception des bâtiments dans le but d’atteindre une consommation énergétique nette zéro, c’est-à-dire qu’un bâtiment produit autant d’énergie à l’aide de sources renouvelables qu’il en consomme sur une période annuelle.

Bien que les systèmes photovoltaïques offrent la plus grande valeur globale et la meilleure rentabilité lorsqu’ils sont intégrés à la conception originale d’un bâtiment, il est possible de les ajouter à la conception d’un bâtiment à des fins de modernisation. Pour améliorer considérablement l’efficacité et la fiabilité énergétiques d’un bâtiment, il importe de choisir des technologies solaires appropriées et de les adapter aux besoins spécifiques des occupants. En outre, cette stratégie aide à réduire l’empreinte carbone des bâtiments urbains, qui sont une source importante d’émissions de gaz à effet de serre.

Un élément essentiel de l’avenir énergétique est la conception et l’installation de systèmes d’énergie renouvelable à grande échelle, comme l’énergie solaire, l’énergie éolienne terrestre et en mer, l’énergie hydroélectrique et l’énergie géothermique. Alors que les coûts diminuent et que les niveaux d’investissement augmentent, les énergies renouvelables jouent un rôle de plus en plus important dans la production d’électricité à l’échelle mondiale.

L’organisation environnementale CDP révèle que, sur les quelque 570 villes mondiales qui fournissent actuellement des données, plus de 100 obtiennent au moins 70 % de leur électricité à partir d’énergies renouvelables. Dans des villes comme Burlington, au Vermont aux États-Unis, Reykjavik en Islande et Bâle en Suisse, l’électricité consommée provient à 100 % de sources renouvelables.

WSP a fourni des services de conception, de gestion de projet et de soutien réglementaire à des promoteurs de projets d’énergie renouvelable partout dans le monde. L’entreprise a entre autres obtenu un contrat pour la conception détaillée des fondations du projet éolien en mer Vineyard Wind de 800 MW qui sera construit au large des côtes du Massachusetts. Cette initiative fournira suffisamment d’électricité pour alimenter plus de 450 000 foyers.

En Australie, l’énergie éolienne produit près du quart de toute l’électricité renouvelable du marché national de l’électricité. En tant que chef de file dans ce secteur, WSP a travaillé sur une gamme de projets éoliens, dont Silverton Wind Farm, le sixième projet éolien en importance de l’Australie, ainsi que le Taralga Wind Farm, qui devrait produire suffisamment d’énergie renouvelable pour alimenter 38 000 foyers.

En Australie-Méridionale, nous avons fourni des conseils techniques indépendants au parc éolien Hornsdale, situé à environ 20 km au nord de Jamestown. Hornsdale, qui compte jusqu’à 99 éoliennes d’une puissance installée totale de 315 MW, devrait fournir annuellement environ 1 050 000 MWh d’électricité au réseau électrique national, ce qui aidera à réduire les émissions de gaz à effet de serre de l’Australie. À côté du parc éolien, Tesla a remporté le contrat de construction de la réserve d’énergie Hornsdale, une batterie raccordée au réseau et destinée à améliorer la stabilité du réseau dans des conditions météorologiques défavorables. 

Dans le cas des technologies d’énergie renouvelable à production variable telles que l’énergie solaire et l’énergie éolienne, le stockage de l’énergie au niveau urbain pourrait aider au maintien de l’équilibre entre la demande et l’offre d’énergie.

La mise en œuvre réussie de nouvelles stratégies pour répondre à la demande croissante en énergie, tout en relevant les défis liés à la résilience, à la fiabilité et à la sécurité, exige créativité et innovation technique. Nous devons également faire preuve d’une volonté résolue et formuler des politiques efficaces. Les grandes organisations mondiales, telles que le C40 Cities (qui rassemble plus de 90 villes) et la Convention mondiale des maires (qui rassemble plus de 9 000 villes), contribuent à promouvoir le dialogue et le partage des connaissances afin de façonner des politiques énergétiques visionnaires. Les villes du monde entier ne cessent de manifester leur engagement en faveur d’un avenir énergétique durable, et WSP tire parti de son expérience mondiale et de son expertise technique complète pour les aider à atteindre cet objectif.

Comme il est mentionné dans l’Indice mondial des villes 2018 de WSP, San Francisco, Édimbourg, New York, Vancouver et Washington ont chacune des politiques pour la production et la distribution d’énergie.

Le plan d’action d’Édimbourg en matière d’énergie durable (Sustainable Energy Action Plan) comprend comme objectif de répondre, au moyen d’énergies renouvelables, à 30 % de la demande énergétique globale d’ici 2020. Plusieurs projets d’énergie renouvelable ont été financés, y compris le projet solaire photovoltaïque de l’Edinburgh Community Solar Cooperative. Le programme Smart Meter Street vise par ailleurs à tester des compteurs intelligents pour montrer comment l’énergie peut être économisée.

À New York, l’approvisionnement en électricité compte parmi ceux qui produisent le moins de carbone aux États-Unis; le nucléaire et à l’hydroélectrique répondent à 50 % des besoins électriques. Deux des services publics qui desservent la ville sont Con Edison et la New York Power Authority (NYPA). Con Edison dessert les marchés des secteurs privé et public, et la NYPA a comme rôle d’alimenter les bâtiments du secteur public. La ville et Con Edison ont tous deux soutenu des initiatives de l’État pour améliorer l’efficacité énergétique, augmenter le recours à l’énergie renouvelable et réduire les émissions de gaz à effet de serre.

En revanche, Brisbane, Melbourne et Sydney ont connu une certaine instabilité pour ce qui est de leurs politiques au cours des dix dernières années. Plus particulièrement, l’instabilité des politiques en matière de changements climatiques a mené à un investissement insuffisant dans les infrastructures de nouvelle génération visant à remplacer les centrales électriques vétustes.

Le gouvernement de l’État du Queensland traite de l’énergie propre dans son plan sur l’approvisionnement énergétique (Powering Queensland Plan), une stratégie qui vise à atteindre 50 % de la consommation totale d’énergie provenant des énergies renouvelables d’ici 2030, de réduire ses émissions et d’agir contre les changements climatiques. Les conseils municipaux de Melbourne et de Sydney ont de leur côté financé d’importantes études, et mis au point des stratégies visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Résultat : l’Australie est en voie de respecter son engagement d’atteindre 33 000 GWh d’ici 2020 dans le cadre de son objectif en matière d’énergie renouvelable.

Même si la demande croissante en électricité touche tous les coins du monde, ses effets ont davantage été ressentis dans les centres urbains. Les pannes de courant, qu’elles soient dues aux intempéries ou à d’autres problèmes, ont mis en évidence le besoin d’une alimentation électrique fiable et résiliente.

Les villes, travaillant en partenariat avec les services publics, les développeurs et les fournisseurs de services professionnels, tels que WSP, ont réagi en combinant des initiatives d'efficacité énergétique et de production d'énergie durable.

Les énergies renouvelables ont joué un rôle important dans ces initiatives et leur utilisation devrait croître. Le succès de ces stratégies énergétiques permettra à nos villes de continuer de jouer un rôle clé dans le futur.

Parts de la production totale d’énergie :