Résumé

Le ministère de l’Environnement et de l’Action en matière de changement climatique (MEACC) a demandé à GL Garrad Hassan Canada Inc. (DNV GL) d’effectuer une étude sur les exigences relatives au déclassement des projets éoliens au large des rives des Grands Lacs. Plus précisément, les objectifs du mandat étaient les suivants :

  • dresser et présenter un aperçu des exigences, des règlements et des coûts associés au déclassement des structures extracôtières, en mettant l’accent sur les types de structures utilisées dans le cadre des projets d’énergie éolienne;
  • envisager des scénarios probables relativement au déclassement des projets éoliens dans les lacs d’eau douce de l’Ontario;
  • élaborer des estimations des coûts afin d’éclairer les exigences relatives au déclassement et aux garanties financières.

À la fin de 2015, plus de 10 gigawatts (GW) de capacité éolienne extracôtière, dont la grande majorité provenait du Nord de l’Europe, étaient produits mondialement. Il n'existe pas de projets d’exploitation commerciale dans les eaux de l’Amérique du Nord, même si les Grands Lacs de l’Ontario présentent notamment un potentiel important.

Afin d’atteindre les objectifs de l’étude susmentionnés, DNV GL a fourni des descriptions des technologies et des autres structures éoliennes actuelles, tout en mettant l’accent sur leur pertinence dans le contexte des Grands Lacs. De plus, un examen des exigences relatives au déclassement dans les territoires de compétence internationaux a été effectué. Ces aperçus sont complétés par la présentation de scénarios d’aménagement de projets d’énergie éolienne potentiels dans les Grands Lacs, la mise au point d’un outil d’estimation des coûts de déclassement pertinent dans le cadre de ces scénarios et une estimation de la gamme de coûts de déclassement prévus. L’outil d’estimation des coûts est offert au MEACC séparément en vue d’un usage interne futur.

Aperçu des parcs éoliens extracôtiers

Un parc éolien extracôtier peut être composé d’environ 100 éoliennes soutenues par une fondation et reliées électriquement par des câbles enfouis dans le fond de l’eau. La plupart des parcs éoliens extracôtiers comportent également une sous-station qui emmagasine l’énergie afin de la transporter vers le rivage au moyen d’un câble d’exportation. Les autres principaux éléments d’un parc éolien extracôtier sont le câblage, la sous-station et la base d’exploitation terrestres. Les éléments extracôtiers peuvent comprendre un mât météorologique.

En plus de 20 années d’aménagement de projets éoliens extracôtiers, la conception des éoliennes est passée de versions marines des éoliennes côtières à des machines spécialement conçues pour fonctionner en mer. Les parcs éoliens extracôtiers qui étaient auparavant constitués d’un petit nombre d’éoliennes dotées d’une capacité de quelques mégawatts (MW) comptent maintenant plus d’une centaine de machines qui offrent une capacité totale de plusieurs centaines de MW. En l’absence de restrictions en matière de transport, leur capacité est passée à plus de 6 MW et des machines produisant 10 MW devraient être disponibles dans un avenir proche. Les fondations des éoliennes, choisies en grande partie en fonction de la profondeur de l’eau, de la taille de l’éolienne et de la nature du fond marin, peuvent être des monopieux en acier, des caissons de support ou des structures en treillis, des structures gravitaires, des pieux triples ou des trépieds, ou des caissons à succion. Depuis peu, des plateformes flottantes sont mises au point dans le but de soutenir des éoliennes. Selon les conditions de l’emplacement, des mesures de protection contre l’affouillement (érosion du fond marin autour de la fondation) et les dommages causés par la glace pourraient être nécessaires. Des installations portuaires et côtières sont requises pour soutenir la construction au large, la maintenance, et éventuellement le déclassement.

De plus amples renseignements sur les projets d’énergie éolienne extracôtiers sont fournis dans le cadre de l’examen des méthodes de déclassement.

Autres infrastructures extracôtières

Les installations de mise en valeur du pétrole et du gaz extracôtiers ainsi que les autres structures marines, en particulier les ponts et les ports, constituent une source d’expérience en matière de conception et de déclassement de structures marines qui peut être transférée, dans une certaine mesure, au secteur de l’énergie éolienne.

Ce secteur présente des similarités avec l’industrie pétrolière et gazière relativement aux types de matériel utilisé, à savoir les navires hydrographiques, les plateformes auto-élévatrices, les grues flottantes et les vaisseaux de support, ainsi qu'aux techniques employées, qui vont de la conception offrant une protection contre la corrosion et la glace aux méthodes permettant de travailler sous l’eau. Les cônes, les collets en béton et les jupes déflectrices offrant une protection contre la glace sont notamment utilisés par l’industrie pétrolière et gazière en présence de glace flottante ou figée. Les structures du secteur de l’énergie éolienne diffèrent de celles de l’industrie pétrolière et gazière quant à leur ampleur et au nombre d’installations (multiples installations semblables au lieu de conceptions uniques), dont le poids et les dimensions sont généralement inférieurs, à la nature de la charge structurelle des éoliennes qui sont soumises à des périodes de renversement intenses, ainsi qu'aux risques de pollution de l’environnement et d’accidents beaucoup plus faibles. C'est pourquoi il faut faire preuve de diligence lorsque l’on applique l’expérience de l’industrie pétrolière et gazière à celle de l’énergie éolienne. Les principales expériences en matière de déclassement provenant de l’industrie pétrolière et gazière sont la nécessité de tenir compte du déclassement au cours de l’étape de conception et tout au long de la durée de vie, ainsi que l’élaboration de méthodes de coupage sous l’eau et d’autres techniques utilisées en mer.

L’expérience en matière de construction de ponts et de ports dans les Grands Lacs peut contribuer à orienter la conception de parcs éoliens au large de ses rives, en particulier de façon à permettre aux structures de résister à la pression exercée par la glace flottante solide. Par exemple, certaines méthodes de protection contre les dommages causés par la glace, comme l’utilisation de cônes autour des piliers des ponts, sont bien établies. De plus, les techniques de construction habituellement utilisées dans les eaux peu profondes et dans les conditions relativement propices sont bien établies.

Examen de la documentation et des pratiques d’autres territoires de compétence

L’étude examine les directives, les règlements, les codes de pratique et les pratiques exemplaires existants en matière de déclassement de projets d’énergie extracôtiers, y compris les façons de s'assurer que des garanties financières adéquates sont fournies. Cette comparaison est principalement fondée sur les pratiques du Royaume-Uni, de l’Allemagne et du Danemark, qui possèdent les secteurs d’énergie éolienne extracôtière les plus matures, tandis qu'un examen secondaire se penche sur celles des États-Unis, du Canada, des Pays-Bas, de la Belgique, de la Suède, de la Norvège, de la Finlande, de l’Irlande, du Japon, de la Chine, de Taïwan et de la Corée du Sud.

Les droits et les responsabilités liés au déclassement des installations éoliennes extracôtières sont établis par des lois et des règlements internationaux, nationaux et régionaux. Le principal règlement international est la Convention des Nations Unies sur le droit de la mer (UNCLOS) transposée par l’Organisation maritime internationale (OMI). Dans l’Atlantique du Nord-Est, la Convention OSPAR (Oslo-Paris) a également force exécutoire.

Voici ses principes fondamentaux :

  • Idéalement, toutes les installations ou structures extracôtières devraient être complètement enlevées lorsqu'elles ne sont plus utilisées. Toutefois, une certaine souplesse est offerte dans la pratique. Celle-ci est généralement accordée lorsque le retrait entraînerait un coût extrêmement élevé, un risque extrême pour la sécurité ou des dommages environnementaux plus importants que le fait de laisser l’installation en place. Dans certains cas, l’installation peut être laissée en place si elle a une nouvelle utilité.
  • Le principe du pollueur-payeur permet aux organismes de réglementation de s'assurer que les promoteurs prennent des dispositions adéquates pour honorer leurs obligations en matière de déclassement.

La plupart des pays proposent un concept de déclassement ou prévoient une exigence d’obtention d’un bail ou d’une autorisation en vue de la construction d’un projet. Au Danemark, ce plan n'est toutefois exigé qu'à une étape avancée du projet. Tous les pays exigent qu'une forme quelconque de garantie financière soit offerte pour s'assurer que le déclassement pourra être financé. Généralement, sa valeur est calculée par le propriétaire du projet et approuvée par l’organisme de réglementation principal. Dans tous les pays, des obligations irrévocables ou des dépôts en espèces sont acceptés à titre de garantie.

Dans certains cas, la convention de l'OMI peut autoriser le maintien en place au moins partiel des structures, par exemple dans les cas où les processus d’enlèvement pourraient causer plus de dommages environnementaux que le fait de laisser les structures en place. Dans le cas des projets éoliens extracôtiers, cette condition est plus susceptible de s'appliquer aux pieux, aux câbles enfouis et à certains éléments de protection contre l’affouillement.

Au-delà de ces principes fondamentaux relatifs à la portée du déclassement et à l’offre de garanties financières, les principaux domaines devant être pris en compte sont les suivants :

  • la force du soutien législatif et les responsabilités des promoteurs;
  • la souplesse quant à l’offre de garanties par les promoteurs et la prise en compte des incertitudes relatives à l’estimation des méthodes et des coûts de déclassement par les organismes de réglementation;
  • l’équilibre entre le fait d’assurer la protection de l’environnement et la réduction du fardeau imposé aux promoteurs, par exemple en tenant compte des différences entre le déclassement des projets éoliens extracôtiers et celui des installations d’extraction de pétrole et de gaz en matière de risque de pollution;
  • la présentation de démarches idéologiques et culturelles élargies dans le cadre de la participation en termes de réglementation. Par exemple, l’organisme de réglementation du Danemark joue un rôle très actif en effectuant l’évaluation initiale du coût de déclassement au nom du promoteur, tandis qu'au Royaume-Uni, l’organisme de réglementation fournit des directives et travaille avec les promoteurs au cas par cas en vue de l’approbation du plan.

Sélection et description des technologies

L’examen des technologies éoliennes extracôtières est axé sur la sélection et la description des technologies qui sont les plus susceptibles de convenir aux projets éoliens au large des rives des Grands Lacs. Le choix de la fondation d’une éolienne est une décision cruciale reposant sur les conditions propres au site et au type d’éolienne. Une méthode itérative est généralement adoptée, car des données de plus en plus détaillées sont recueillies au cours du processus d’aménagement.

Compte tenu de la très grande variation de la profondeur de l’eau, des caractéristiques géologiques, des vitesses du vent et de l’étendue de la glace en eau douce qui caractérisent les Grands Lacs du Canada, on peut conclure qu'aucun des principaux types de fondations ne peut être écarté à ce stade. Les vitesses du vent tendent à s'accroître à mesure que l’on s'éloigne de la rive et elles sont plus élevées dans le lac Supérieur et dans le lac Huron, c'est-à-dire dans des régions plus éloignées des populations. En moyenne, la profondeur de l’eau dans le lac Érié est de 19 m tandis qu'elle est de 149 m dans le lac Supérieur. La géologie du lit d’un lac, qui varie grandement entre les régions, joue un rôle important au moment de déterminer la fondation optimale; le fond de certains lacs est constitué de substrat rocheux très solide qui empêcherait la mise en place des pieux, tandis que d’autres lacs sont couverts de roches sédimentaires moins dures. L’une des caractéristiques propres aux Grands Lacs est la couche de glace hivernale qui aurait une incidence sur le choix et la conception des fondations en plus de limiter la durée de la saison de navigation. Les zones dénuées de glace sont celles où l’eau est la plus profonde. Cependant, l’effet de marée et les courants de l’eau sont négligeables dans les Grands Lacs et la hauteur des vagues entraîne moins de contraintes qu'en pleine mer. Le brouillard impose certaines limites relativement aux activités maritimes.

Le choix d’emplacements précis pour les parcs éoliens est hors de la portée de la présente étude. Les principaux facteurs décisifs seront la vitesse du vent, la profondeur de l’eau et la géologie du fond de l’eau, mais le choix sera également influencé par d’autres facteurs, tels que la distance des ports, la proximité des connexions électriques et les permis environnementaux. Dans le cadre de la présente étude, une variété de types de site présentant différentes combinaisons de ces facteurs sont examinés. De même, le choix de types d’éoliennes en particulier ne fait pas partie de cette étude et les descriptions techniques plus détaillées reposent sur des éoliennes génériques d’une capacité de 4 MW et de 8 MW.

Des plateformes ou des barges auto-élévatrices sont généralement nécessaires au moment de la construction ou du déclassement d’éoliennes extracôtières. L’utilisation de cette base immobile au lieu d’une base flottante permet à la grue de travailler avec la précision requise. En Europe, les éoliennes sont généralement installées à l’aide de barges auto-élévatrices spécialisées dotées de grues pouvant lever plus de 1 000 tonnes et atteindre le moyeu de l’éolienne. De même, les fondations sont installées au moyen de grues flottantes pour charges lourdes capables de lever des monopieux et des caissons de support pesant bien plus de 1 000 tonnes afin de construire des fondations gravitaires. Les sous-stations extracôtières sont construites à l’aide de grues flottantes pour charges lourdes semblables, ce qui permet d’installer les caissons de support et la partie supérieure séparément.

Les techniques de déclassement des éoliennes constituent l’inverse de celles employées lors de l’installation; de multiples appareils de levage sont utilisés pour enlever les pales, la nacelle et le pylône. Les techniques de déclassement des fondations diffèrent de celles utilisées lors de l’installation, en particulier dans le cas des structures sur pieux (coupage des monopieux ou des caissons de support juste en dessous du fond marin au moyen de jets d’eau à haute pression), du retrait des ballasts d’une base gravitaire pour libérer la fondation ou du déblocage des caissons à succion par injection d’eau. Un vaisseau flottant pour charges lourdes est généralement utilisé dans tous les cas pour soulever les fondations. Les structures de soutien flottantes sont détachées de leurs amarres et halées jusqu'à la rive, où les éoliennes sont retirées. Les câbles sont déterrés à l’aide d’une charrue ou de jets d’eau, comme au moment de l’installation. Les sous-stations extracôtières sont déclassées par le retrait de leur partie supérieure à l’aide de méthodes de levage de charges lourdes semblables à celles utilisées au moment de l’installation, puis par le retrait de leur fondation.

Les capacités restreintes des vaisseaux dans les Grands Lacs constituent un problème important dans le cadre des activités de construction et de déclassement. En effet, les vaisseaux dont la largeur excède 23,7 m (78 pi) ne peuvent pas entrer dans la voie maritime du Saint-Laurent qui rejoint le réseau des Grands Lacs et la capacité des vaisseaux pour charges lourdes est très limitée dans ce réseau. Au moment de l’installation des éoliennes, des grues mobiles sur des plateformes auto-élévatrices modulaires pourraient être requises au lieu des barges auto-élévatrices pour charges lourdes utilisées en Europe. La construction et le déclassement des éoliennes sont susceptibles de nécessiter des grues sur chenilles montées sur des plateformes auto-élévatrices ou des pontons dotés de piliers supplémentaires. Si un vaisseau spécialisé pouvant être utilisé dans les lacs était construit, il est peu probable que sa capacité soit aussi élevée que celle des vaisseaux utilisés en Europe. La construction et le déclassement des fondations seraient vraisemblablement effectués par étapes, afin de réduire la capacité de levage maximale requise. Des techniques permettant de faire flotter les pièces des éoliennes et des fondations de plus grande taille de manière contrôlée pourraient être adoptées afin de réduire le nombre maximal d’appareils de levage requis. La partie supérieure des sous-stations, qui peut peser 2 000 tonnes, serait conçue de manière à être construite et enlevée en plusieurs modules.

Estimations des coûts de déclassement

Les estimations indicatives des coûts du déclassement de certaines technologies éoliennes au large des rives des Grands Lacs sont examinées en fonction de différents scénarios hypothétiques. L’analyse comprend la description et l’application d’un outil de modélisation des coûts construit sur mesure qui est fourni dans le cadre du travail.

De manière générale, les principales catégories de coûts de déclassement sont les suivantes :

  • travail préalable au déclassement visant à examiner et à respecter les règlements et les exigences de l’évaluation des répercussions sur l’environnement, levés techniques et planification;
  • activités maritimes permettant de préparer et d’enlever chacun des composants;
  • travaux d’arpentage postdéclassement après la réalisation des activités maritimes;
  • coûts indirects comprenant les coûts de gestion, les frais d’assurance, les droits de port, etc.;
  • coûts d’élimination des matériaux et revenus potentiels issus du recyclage.

La modélisation des coûts est axée sur la création théorique de parcs de 75 éoliennes génériques dotées d’une capacité de 4 MW dans les Grands Lacs, ce qui constitue la technologie actuellement établie. Étant donné que l’on peut s'attendre à ce que des méthodes très différentes soient nécessaires en vue du déclassement des éoliennes de 8 MW qui seront utilisées dans le futur, la modélisation de ces coûts est considérée comme trop spéculative pour être incluse dans la présente étude.

La portée de la modélisation englobe tous les principaux types de fondations envisagées pour les éoliennes extracôtières et examine les principales stratégies fondées sur la logistique des méthodes de retrait suivantes :

  • couper, lever, transporter (p. ex., monopieux et caissons de support);
  • lever, laisser flotter, haler (p. ex., base gravitaire ou fondations à succion);
  • détacher et haler (p. ex., éolienne flottante);
  • sous-station extracôtière (retrait d’une ou deux sous-stations grâce à la méthode consistant à couper, lever et transporter).

La logistique constitue une part importante du coût du retrait de 75 éoliennes et la solution optimale consiste généralement à utiliser des vaisseaux distincts se succédant pour enlever l’éolienne et la fondation, ce qui réduit la durée globale des activités et permet à chaque vaisseau de tirer pleinement parti de ses capacités spécialisées. Par contre, le même vaisseau pour charges lourdes peut être utilisé pour enlever la partie supérieure et la fondation d’une sous-station extracôtière. La portée de l’estimation des coûts permet aux options d’inclure ou d’exclure le retrait du câblage, des câbles d’exportation et des sous-stations extracôtières, en plus de séparer les coûts d’élimination et le revenu provenant du recyclage.

Dans le cadre de cette modélisation, les estimations des coûts de chaque scénario reposent sur les valeurs actuelles habituelles et sont présentées en dollars canadiens. Les résultats présentés ici sont fondés sur les données relatives aux coûts de 2015. Les coûts globaux pourraient éventuellement changer en raison de modifications attribuables à l’inflation et aux forces du marché, ainsi qu'aux principes fondamentaux sous-jacents aux méthodologies et à l’équipement utilisé.

Dans le scénario de référence, les valeurs des principales données choisies sont les valeurs « centrales » les plus probables, mais la modélisation comprend aussi une marge d’inexactitude nécessaire en raison des retards pouvant être causés par les conditions météorologiques, ainsi que des coûts pour les imprévus de 10 pour cent. Les autres scénarios explorent la sensibilité relativement aux principales variables, les divers types de fondations potentielles, de même que les différentes méthodes de déclassement qui y sont associées.

Dans le scénario de référence où des éoliennes de 4 MW dotées de fondations à monopieux sont installées dans de l’eau à une profondeur de 25 m, à 20 km d’un port d’élimination, l’estimation du coût global de la phase de déclassement est de 198 millions de dollars canadiens, ou de 187 millions de dollars canadiens en incluant le revenu provenant du recyclage, ce qui correspond à 2,6 ou 2,5 millions de dollars canadiens par éolienne. On prévoit que la durée globale des activités maritimes serait de 14 mois et demi, en incluant l’estimation des retards causés par les conditions météorologiques. Les frais d’affrètement des vaisseaux principaux représentent plus de 85 pour cent du coût et, par conséquent, le coût global est presque linéairement proportionnel à la durée des activités maritimes et aux frais quotidiens associés à la location des vaisseaux. Le coût global dépend en faible partie de la distance du port d’élimination, étant donné que les périodes de transport représentent une petite proportion de la durée globale. L’accroissement de la profondeur de l’eau à 40 m entraîne une augmentation du coût global estimé d’environ 30 pour cent, car il faudra des vaisseaux ayant des piliers plus longs et une capacité supérieure pour enlever les éoliennes, et des grues dotées d’une plus grande capacité pour retirer les fondations. Les coûts de déclassement des bases gravitaires en béton et des caissons à succion sont légèrement plus élevés que ceux du scénario de référence (de 17 pour cent et de 10 pour cent respectivement), la seule différence de la modélisation étant que l’analyse des coûts d’élimination pour une durée semblable est comprise dans les activités d’élimination. Le coût de déclassement global des structures flottantes équivaut à moins de 50 pour cent du coût du scénario de référence.

L’outil de modélisation des coûts est conçu de façon à offrir suffisamment de détails pour tenir compte de tous les principaux éléments des coûts de déclassement et explorer la forte dépendance envers la logistique maritime. Les notes d’orientation de l’outil comprennent des gammes de valeurs indicatives pour les données de l’utilisateur principal et des circonstances ayant une incidence sur les choix.

Bien que toutes les valeurs indicatives utilisées dans la modélisation reposent sur l’expérience de DNV GL relativement à l’industrie de l’énergie éolienne, les paramètres utilisés sont nécessairement quelque peu génériques puisque les méthodes de conception et l’emplacement des parcs éoliens dans les Grands Lacs n'ont pas encore été choisis. Les options limitées quant à l’utilisation de vaisseaux de déclassement adéquats dans les Grands Lacs constituent également une source d’incertitude en matière d’estimation des coûts. À l’avenir, lorsque des estimations des coûts de déclassement sont requises pour des parcs éoliens précis, DNV GL recommande qu'une modélisation plus détaillée des coûts propres au projet soit réalisée.