Développement de l’énergie électrique au Canada

Sources d’électricité

Le physicien italien Alessandro Volta a inventé la première pile électrique en 1800. Son appareil convertissait l’énergie chimique en courant électrique. C’est le début d’une période d’expériences scientifiques sur le courant électrique (et non sur l’électricité statique) avec différentes sortes de batteries. L’énergie des piles est appelée courant continu (c.c.). Le c.c. constitue, à bien des égards, la forme la plus simple de l’énergie électrique.

Les premières dynamos (génératrices) sont développées en Europe dans les années 1830. Ces appareils produisent de l’électricité à l’aide de l’énergie mécanique et créent un courant qui s’inverse périodiquement (aujourd’hui appelé courant alternatif ou c.a.). Les premiers expérimentateurs ne savent pas comment utiliser le c.a. et doivent munir leurs dynamos d’un collecteur afin de produire du c.c.

Les nouvelles dynamos et batteries sont une source fiable d’énergie pour leurs expériences. Grâce à ces outils, les scientifiques et les ingénieurs sont capables d’expérimenter avec l’électricité de deux nouvelles façons : la première est la communication (le télégraphe), l’autre l’éclairage (la lampe à arc). Tous deux nécessitent un équipement très simple.

Éclairage à arc

Les lampes à arc créent de la lumière en faisant jaillir une étincelle qui passe d’une électrode à l’autre. Cette lumière brille bien plus que toutes les sources d’illumination jamais inventées auparavant. Cela étant dit, l’éclairage à arc présente quelques inconvénients, dont celui de nécessiter une tension assez élevée pour créer l’étincelle. De plus, les lampes montées en série doivent être alimentées avec une tension constante. Cela signifie qu’il est difficile de les allumer et de les éteindre individuellement. Finalement, pour démarrer les premières lampes, il faut les court-circuiter, c’est-à-dire mettre les électrodes en contact, puis les séparer après la création de l’étincelle. Le fonctionnement des lampes provoque l’usure d’une électrode. Il faut donc les régler manuellement presque chaque jour. Ces inconvénients rendent les lampes à arc très peu pratiques pour l’intérieur. Toutefois, elles conviennent bien pour l’éclairage extérieur des rues ou de secteurs.

En Europe et en Amérique du Nord, on effectue des démonstrations d’éclairage à arc. À Montréal, en 1878, et à Toronto, en 1879, on monte de petites installations d’essai. À Toronto, en 1881, J.J. Wright conçoit et installe un des premiers systèmes d’éclairage à arc permanent dans plusieurs magasins, dont Eaton’s. Plusieurs entreprises installent à titre d’essai des lampes à arc fonctionnant avec des génératrices activées à la vapeur. Éventuellement, le droit exclusif de fournir l’éclairage électrique à Toronto est accordé à la Toronto Electric Light Co., société issue de la fusion de ces entreprises. À Hull, on installe l’éclairage à arc dans plusieurs usines. Plus tard, l’Ottawa Electric Co. fournit l’éclairage à arc à l’aide de dynamos entraînées par une roue hydraulique.

En 1883, des systèmes d’éclairage à arc permanents fonctionnent déjà dans les rues de Toronto et Winnipeg. En 1890, de nombreuses autres villes possèdent ces systèmes, dont Montréal, Ottawa, Hamilton, Pembroke, London, Victoria, Vancouver et Sherbrooke. Durant cette période d’expérimentation, des scientifiques et ingénieurs mettent au point de nouveaux types de lampes à arc. Parmi eux, on compte les systèmes Jablochkov Candle, Brush et Thomson-Houston, qui donnent un éclairage beaucoup plus constant.

Éclairage par incandescence

Entre-temps, plusieurs inventeurs s’emploient à perfectionner une lampe pour l’intérieur qui produirait une lumière moins éblouissante. L’éclairage au gaz reste à la mode pendant des années. On produit différents manchons (qui donnent une flamme incandescente brillante). En 1873, les Torontois Henry Woodward et Mathew Evans mettent à l’essai des lampes incandescentes électriques enfermées dans des ampoules de verre. Thomas Edison aux États-Unis et J. W. Swan au Royaume-Uni s’adonnent à des expérimentations semblables. À titre expérimental, on installe des systèmes d’éclairage Edison à Montréal dès 1882, et à Toronto en 1883. Comme ils ne fonctionnent pas très bien, ils sont retirés. La première installation réussie est celle de l’usine Canada Cotton Co. à Cornwall, en Ontario, vers 1882-1883. Au Québec, l’usine Montreal Cotton Co. de Salaberry-de-Valleyfield se dote d’un système Edison en septembre 1883. L’éclairage électrique est un don du ciel pour les filatures et les scieries poussiéreuses, car il réduit le risque d’incendie.

En 1884, on commence à produire un éclairage par incandescence dans l’édifice du Parlement d’Ottawa. En janvier 1887, à Victoria en Colombie-Britannique, on termine la construction d’une centrale considérée comme la première centrale d’éclairage public par incandescence au Canada. Edison devient bientôt le principal promoteur de l’éclairage par incandescence à courant électrique continu aux États-Unis et au Canada. Les génératrices à c.c. ont l’avantage de pouvoir charger les batteries d’accumulateurs. Les ampoules d’éclairage utilisent généralement des filaments en carbone à vie brève et à faible rendement. Des filaments en tungstène et de meilleurs câblages et systèmes de commande les améliorent. Dans divers secteurs, on met à l’essai des lampes à incandescence pour éclairer les rues, mais les premières ampoules ne brillent pas suffisamment pour concurrencer les lampes à gaz ou à arc.

Toutes ces installations sont conçues pour ne fournir de l’énergie qu’à une zone restreinte.

Les expériences sur le courant alternatif se poursuivent durant cette période. Les ingénieurs découvrent qu’en modifiant le câblage dans la génératrice, ils peuvent remédier à l’inconvénient de l’énergie alternativement croissante et décroissante du c.a. monophasé. Cela leur permet d’obtenir un courant diphasé ou triphasé qui, lui, fournit une énergie plus uniforme. Ils adaptent aussi le c.a. à l’éclairage à arc et à incandescence, et construisent des moteurs à c.a. qui rivalisent avec les moteurs à c.c.

L’invention du convertisseur (aujourd’hui appelé transformateur) marque alors un tournant dans ce domaine. Cet appareil comprend deux enroulements de dimensions différentes. La tension dans le premier enroulement (ou enroulement primaire) induit une tension plus grande ou plus faible (selon le nombre de spires dans les enroulements) dans le deuxième enroulement (ou enroulement secondaire), avec une intensité (ampérage) de courant correspondante plus faible ou plus grande. Les ingénieurs découvrent que plus la tension est élevée, plus les pertes d’énergie sont réduites. Ainsi, en transformant (en élevant) la tension de sortie de 2 200 V d’une génératrice à 11 000 V ou 50 000 V ou davantage, on réduit fortement les pertes d’énergie. Les ingénieurs peuvent donc, pour la première fois, transporter efficacement de l’énergie sur de longues distances.

Courant continu ou alternatif?

Ces découvertes donnent lieu à une vive concurrence entre les partisans du c.c. (Edison) et ceux du c.a. (Westinghouse). Entre autres choses, les tenants du c.c. qualifient la tension alternative du c.a. de « meurtrière ». En 1888, on monte le premier système à c.a. Westinghouse au Canada, à Cornwall en Ontario. Deux ans plus tard, des systèmes similaires sont installés dans d’autres régions du Canada. Plusieurs entreprises semblent avoir adapté leurs centrales à c.c. de façon qu’elles puissent aussi produire du c.a., surtout pour éclairer les demeures des clients qui en font la demande.

Un autre utilisateur important de l’énergie électrique apparaît dans les années 1880 : le tramway pourvu d’un moteur électrique à c.c., lequel s’est rapidement répandu dans les zones urbaines. En général, les sociétés de tramways génèrent et distribuent leur propre énergie. En 1892, on utilise pour la première fois l’énergie des chutes Niagara, au Canada, afin de produire de l’électricité. Une société de chemin de fer (qui deviendra l’International Railway Co.) y installe 3 turbines générant 2100 chevaux-vapeur pour faire fonctionner son tramway électrique et distribuer de l’énergie. La transmission du courant se fait à la tension des génératrices et non sur de grandes distances.

La rivalité entre les partisans du c.a. et du c.c. atteint son paroxysme durant l’aménagement des chutes Niagara aux États-Unis. Le projet prévoit la génération et le transport d’énergie pour les industries. En particulier, il permettrait d’alimenter les nouvelles industries électrochimiques et électrométallurgiques de la région de Buffalo, dans l’État de New York. Les tenants du c.c. proposent de générer de l’énergie électrique et de la convertir en énergie mécanique. Ils espèrent ainsi la transporter hydrauliquement ou encore au moyen d’air comprimé ou de câbles et de poulies. De leur côté, les partisans du c.a. suggèrent d’utiliser le nouveau transformateur (qui ne fonctionne pas avec du c.c.) pour en élever la tension, pour ensuite transporter l’énergie par des fils jusqu’à Buffalo. Le système à c.a. de George Westinghouse et de Nikola Tesla finit par l’emporter, ce qui donne naissance, en 1895, à l’un des aménagements électriques les plus importants au monde. Ce système fait passer la puissance de 2 200 à 22 000 volts pour la transmission à Buffalo. Il augmente la puissance à 11 000 volts pour l’utilisation par les industries le long de la rivière Niagara vers Tonawanda, New York.

Énergie électrique et industrialisation

La capacité à transporter de l’énergie électrique sur de grandes distances revêt une importance cruciale pour l’industrialisation du Canada. Avec une telle technologie, de nombreux emplacements hydroélectriques dans des régions éloignées peuvent être aménagés pour alimenter les usines, les manufactures et les moulins en électricité.

Entre environ 1895 et 1897, la centrale électrique de la rivière Batiscan, au Québec, est reliée à Trois-Rivières, à 26 km. C’est probablement la première fois au Canada que le transport de l’électricité s’effectue sur une longue distance. Cette ligne transporte alors de 11 000 à 12 000 V. En 1898, la centrale électrique DeCew Falls de St. Catharines, en Ontario, commence à transmettre de l’énergie sur 56 km au centre manufacturier de Hamilton sur une ligne de 22 400 volts. En 1902, on entreprend d’exploiter l’énergie des chutes de Shawinigan pour l’industrie des pâtes et papiers et la nouvelle industrie de l’aluminium au Québec. L’année suivante, une ligne de 50 000 V partant de ces chutes atteint Montréal. En moins d’une décennie, elle transporte 100 000 V.

L’ensemble de l’industrie de l’appareillage électrique se développe presque aussi rapidement. Cette nouvelle source d’énergie a besoin de génératrices, d’alternateurs, de moteurs, de lampes, d’appareils de mesure et de commutateurs. Avant tout, toutefois, il faut des fils de cuivre de qualité à bon marché. Il faut normaliser tout cet équipement pour le rendre interchangeable mondialement. Il faut modifier les codes du bâtiment de telle sorte que les installations et l’utilisation de l’équipement électrique soient sécuritaires. La majeure partie de cette technologie est importée au Canada ; la Westinghouse Co. construit une usine à Hamilton et la General Electric (auparavant Edison Electric) fait de même à Peterborough. La demande du fil de cuivre stimule l’exploitation minière canadienne. Les sociétés minières ainsi que celles des pâtes et papiers, grandes consommatrices d’énergie électrique, ont aussi participé à l’évolution de la technologie. Le développement de l’énergie hydroélectrique et l’exploitation des ressources naturelles au Canada se sont ainsi effectués de concert.