Analyse des conséquences de la mise en place d'une stratégie énergétique d'un projet d'aménagement à l'échelle du quartier

1.4.3.2 Production d'énergie à l'échelle du quartier ou à l'échelle locale (intercommunalité)

LA GEOTHERMIE

La géothermie permet de produire de la chaleur au sein d'un quartier. Ce système consiste à prélever les calories présentes dans le sol ou dans les nappes aquifères dans lesquels la température augmente en fonction de la profondeur. En France, le gradient thermique métropolitain est de 4°C / 100m (Vathaire, 1985). Suivant la profondeur de prélèvement, la température du fluide varie donc, pouvant dépasser 150°C, c'est la géothermie haute énergie dont le seul site français en exploitation est en Guadeloupe (CETE de l'Ouest, 2010). On distingue ensuite la géothermie à moyenne énergie (entre 90 et 150°C) et la géothermie à

10 Eléments issus du cours de Physique solaire et lumineuse, modélisation de l'ensoleillement et de l'éclairage naturel. Du master STEU, 2010.

basse énergie (entre 30 et 90°C). Ces énergies sont exploitables dans les réseaux de chaleur, surtout si elles dépassent les 55°C, température minimum pour l'eau chaude sanitaire. Il existe aussi une géothermie dite de très basse énergie, dont la température n'excède pas 30°C. Prélevée à de faible profondeur (jusqu'à quelques centaines de mètre), ce système permet de chauffer des installations de petites puissances (petits immeubles) avec une pompe à chaleur.

Une pompe à chaleur (PAC) est un dispositif thermodynamique qui permet de transférer la chaleur du milieu le plus froid (et donc le refroidir encore) vers le milieu le plus chaud (et donc de le chauffer). La PAC est constituée de deux circuits hydrauliques : l'eau de la nappe qui est la source froide et le circuit de chauffage des habitations qui est la source chaude. Il existe aussi un circuit frigorifique interne à la PAC qui transfère les calories d'un milieu à l'autre. Le cycle énergétique est le suivant :

1. Les calories de la nappe sont transmises au fluide frigorigène qui va s'évaporer,

2. La vapeur va être compressée, la température du fluide augmente,

3. Un échange thermique permet au fluide frigorigène de transmettre des calories au fluide du réseau de chauffage : sa température augmente.

4. Le fluide frigorigène se condense. Il passe dans un détendeur qui baisse sa pression qui diminue la température du fluide qui pourra alors capter les calories de l'eau de nappe.

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Figure 17- Schéma de principe d'une pompe à chaleur adaptée à la géothermie. Extrait du site de l'ADEME

LES RESEAUX DE CHALEUR

Les réseaux de chaleur¹¹ sont des systèmes qui permettent d'approvisionner de la chaleur à l'échelle d'un quartier. S'il n'existe pas de définition du réseau de chaleur réglementaire, un rapport d'Henry Prévot (Prévot, 2006) précise qu' « il est convenu d'appeler réseau de chauffage urbain ou réseau de chaleur une installation qui comprend une ou plusieurs sources de chaleur, un réseau primaire de canalisations empruntant la voirie publique ou privée et aboutissant à des postes de livraison de la chaleur aux utilisateurs, les sous-stations ». L'ADEME ajoute par ailleurs qu'au moins un de ces utilisateurs n'est pas le propriétaire de la chaufferie.

Environ 6% de la chaleur consommée dans le résidentiel et dans le tertiaire sont issus de réseaux de chaleur¹² (CETE de L'Ouest, 2008).

* Description

Un réseau de chaleur se compose d'une unité de production de chaleur, d'un réseau de distribution primaire, de sous-stations d'échange thermique et de réseaux secondaires. La chaleur peut être produite à partir d'une entreprise comme les usines d'incinération d'ordures ménagères (UIOM). On parle alors d'énergie fatale car, inéluctablement produite au cours d'un processus industriel, elle se perd si elle n'est

11 L'enquête réalisée en 2008 par l'INSEE montre qu'il y a 427 réseaux de chaleur et 14 réseaux de froid en France d'une puissance supérieure ou égale à 3,5MW. Ils permettent de chauffer plus de 2,5 millions de personnes. De nombreux réseaux, moins puissants, mais de plus en plus nombreux n'ont donc pas été comptabilisés dans cette analyse.

12 Pour comparaison : au Danemark, 60% de la chaleur provient d'un réseau, 95% en Islande.

pas valorisée/réutilisée. Le réseau peut être alimenté par d'autres énergies renouvelables comme dans les chaufferies à biomasse, les systèmes géothermiques mais aussi par des combustibles fossiles (charbon, fioul, gaz).

La chaleur est transportée dans le réseau de distribution primaire sous forme de vapeur ou d'eau chaude. Les canalisations sont connectées à des sous-stations dans lesquelles un échangeur thermique permet le transfert de calories au réseau de distribution secondaire qui dessert un ou plusieurs immeubles. Les deux réseaux de distribution fonctionnent en boucle fermée, ce qui permet au fluide d'être réchauffé lorsqu'il repasse au niveau des sources chaudes (chaufferie, échangeur thermique) (CETE de l'Ouest, 2010).

Figure 18 - Constitution d'un réseau de chaleur - CETE de l'Ouest¹³ 2010

* Sources énergétiques

Les sources énergiques d'un réseau de chaleur sont à dominantes fossiles, mais environ 23% de l'énergie des réseaux de chaleur provient d'UIOM et 6% de la biomasse et de la géothermie. Les objectifs relatifs aux réseaux de chaleur fixés par le Grenelle de l'Environnement s'orientent vers une multiplication par trois du nombre de logements raccordés d'ici 2020 et promeuvent une meilleure utilisation des énergies renouvelables (CETE de l'Ouest, 2010).

* Système d'appoint et de secours

Source fossile

Un réseau de chaleur peut nécessiter de chaufferies d'appoint alimentées de sources fossiles qui fonctionnent lorsque le système de base ne peut plus répondre à la demande énergétique. Le dimensionnement d'un système géothermique ou d'un réseau utilisant de l'énergie fatale est similaire. Les sources renouvelables permettent de fournir de la chaleur qui constitue la base de la consommation énergétique. Lors des pointes, un système d'appoint (en général des énergies fossiles) permet d'injecter de la chaleur supplémentaire au réseau.

Figure 19 - Mix énergétique sur un réseau de chaleur avec une chaufferie biomasse, CETE de l'Ouest 2010.

13 Source accessible sur le lien suivant : http://www.cete-ouest.developpement-durable.gouv.fr/rubrique.php3?idrubrique=281

Les chaufferies à base d'énergies renouvelables ne sont pas adaptées aux variations de puissances que constituent les pointes énergétiques hivernales. Les chaufferies biomasse ne peuvent également pas s'adapter aux faibles consommations estivales. Son dimensionnement permet toutefois de fournir entre 80 et 90% de l'énergie totale sur un an. Les chaufferies à base d'énergie fossile, pouvant être mises en fonctionnement, sont aussi utilisées comme système de secours lors d'un dysfonctionnement d'une chaufferie habituellement utilisée ou lors de sa maintenance. Le bouquet énergétique donne l'opportunité de moduler la source de production d'énergie en fonction de la demande mais aussi en fonction de leurs coûts.

* Un instrument du développement durable

Un réseau de chaleur réponds aux objectifs fixés par le Grenelle de l'Environnement :

> Enjeu urbanistique : un réseau de chaleur est un équipement public qu'il faut gérer à une échelle territoriale. Les projets actuels conduisent à la réduction des besoins de chaleur (dans le cas d'une réhabilitation) ou au contraire à leur augmentation dans le cadre de nouvelles constructions. Aussi, l'évolution du réseau doit être réfléchie en amont avec le délégataire et les collectivités territoriales qui ont la compétence de la distribution de l'énergie. Il s'agit d'un enjeu important car un réseau représente un investissement très important qu'il faut rentabiliser.

> Enjeu environnemental : de par le fort potentiel d'utilisation d'énergies renouvelables, le développement (et la reconversion) des réseaux de chaleur entrent dans le cadre de la politique de réduction d'émission de gaz à effet de serre. Ils permettent la diminution du besoin de production énergétique (dans le cas des énergies de récupération, ou grâces à de meilleurs rendements) ainsi que l'utilisation d'énergies locales moins polluantes. Les réseaux de chaleur font donc partie de la politique locale et internationale de l'environnement.

> Enjeu social et économique : un réseau de chaleur de basse température permet la diffusion de l'énergie avec de grands émetteurs, comme les planchers chauffants. Cette technologie confère un certain confort aux usagers de par la température uniforme dans les logements.

Les réseaux de chaleurs desservent en général des logements collectifs et en particulier l'habitat social à 80% (AMORCE, 2002). Ils permettent de mutualiser les coûts de l'énergie et de bénéficier d'une économie d'échelle. Il est donc essentiel de promouvoir cet équipement auprès des clients, c'est-à-dire du gestionnaire du bâtiment ou auprès des promoteurs dans le cas d'une construction neuve, afin de pouvoir le rentabiliser l'investissement et assurer son fonctionnement. Par ailleurs, les économies d'énergie ne sont réellement possible qu'en sensibilisant les usagers aux comportements qu'il faut adopter chez eux pour limiter les pertes.

* Vers une prise en compte des réseaux de chaleur de faible puissance

Les études INSEE ne prennent en compte que les réseaux de chaleurs dont la puissance fournie est supérieure à 3.5 MW. Ainsi, 31 réseaux dont la puissance installée cumulée est de 46MW et dont l'énergie produite est de 39 GWh/an ne sont pas comptabilisés dans ces études (SNCU, 2008). Le Syndicat national des chauffages urbains précise pourtant que le potentiel de développement de ces petits réseaux de chaleur est significatif. Ils devraient donc davantage être prise ne compte dans les statistiques.