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Introduction : La place des réseaux de chaleur et de froid dans la transition énergétique

Aujourd’hui, la France compte près de 450 réseaux de chaleur répartis sur l’ensemble de son territoire, ce qui représente près de deux millions d’équivalents-logement desservis (cela correspond à 26 TWh d’énergie finale). Comparé à d’autres pays européens, ce taux est assez faible mais le déploiement des réseaux de chaleur en France s’est accéléré depuis quelques années.

A contrario pour les réseaux de froid, avec 620 MW installés en 2008, la France est le premier pays d’Europe en puissance installée, devant la Suède. On dénombre 14 réseaux de froid en France, desservant 80 000 équivalents-logements (894 GWh d’énergie finale) à travers 130 kilomètres de canalisations, répartis dans certains quartiers de Paris, La Défense, Bordeaux, Grenoble, Lyon, Montpellier, etc.

Historique : les 4 grandes périodes des réseaux de chaleur et de froid en France

Les premiers réseaux de chaleur ont été créés, dans les années 1930, dans les centres urbains de quelques grandes villes, dont les besoins de chaleur étaient importants. Ces réseaux ont été créés à l’initiative de grands Industriels : Paris (en 1928), Chambéry, Villeurbanne, Grenoble et Strasbourg.

Entre les années 1950 et 1970, années qui représentent une période de forte urbanisation en France, les réseaux de chaleur et de froid se sont beaucoup déployés. La construction des nouvelles zones d’habitation s’accompagnait souvent de la construction d’une chaufferie et d’un réseau de chauffage urbain fonctionnant en général au fuel lourd ou au charbon. En 1972 est créé, par exemple, le réseau de climatisation urbaine de La Défense. En 1973, la centrale Alsace, destinée à la production de l’eau glacée nécessaire à la climatisation des immeubles de bureaux du quartier Sud de La Défense est également mise en service.

Après un ralentissement, le déploiement s’est à nouveau accéléré dans les années 1980 pour diversifier le mix énergétique lors des chocs pétroliers, notamment à travers des réseaux alimentés par la géothermie profonde. Les notions de « réseau de chaleur » et de « réseau de froid » sont alors consacrées dans la « loi Chaleur » du 15 juillet 1980, dont les principales dispositions sont reprises au Livre VII du code de l’énergie.

Dans les années 2010, le Grenelle de l’environnement remet sur le devant de la scène l’importance des réseaux de chaleur pour l’alimentation en énergie renouvelable des bâtiments.

Le rapport de la programmation pluriannuelle des investissements de chaleur 2009 – 2020 indique que les « réseaux de chaleur ont un rôle essentiel à jouer pour atteindre les objectifs de développement de la chaleur renouvelable. Ils sont d’une part l’expression de la volonté d’une collectivité territoriale de se saisir de l’ensemble des enjeux liés à l’énergie et donc en particulier de ceux qui sont liés à l’usage, à la distribution et à la production de chaleur. D’autre part, techniquement, ils permettent d’utiliser des énergies « difficiles » et, s’agissant de renouvelables, la biomasse sous toutes ses formes, la géothermie et l’incinération des déchets par une valorisation optimale ».

Promulguées respectivement le 3 août 2009 et le 12 juillet 2010, les lois Grenelle I et II contiennent différentes dispositions visant à accompagner et encadrer le développement des réseaux de chaleur et de froid comme outil de mobilisation des énergies renouvelables.

Ainsi, la Loi Grenelle I institue notamment en 2009 le Fonds Chaleur qui est piloté par l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie et auquel sont éligibles tous les projets dans lesquels plus de la moitié de l’énergie est produite grâce à des énergies nouvelles, renouvelables ou de récupération. Une fois ces réseaux agréés, les collectivités territoriales peuvent obliger le raccordement pour tout bâtiment dans la zone de desserte.

Dans le débat national sur la transition énergétique qui a eu lieu tout au long de l’année 2013, les réseaux de chaleur ont tenu une place importante : ils sont un vecteur de mobilisation des énergies renouvelables, permettront de diversifier le mix énergétique, etc. La synthèse des travaux du débat national propose ainsi de :

  • valoriser les réseaux de chaleur dans la mise en œuvre de la transition énergétique ;
  • mettre en œuvre une politique efficace de réseaux de chaleur ;
  • mettre en place un plan national ambitieux de récupération de la chaleur fatale et issue de la valorisation des déchets.

Pour en savoir plus :

Lois Grenelle et développement des réseaux de chaleur
Synthèse des travaux du débat national sur la transition énergétique

Définition d’un réseau de chaleur et d’un réseau de froid

Un réseau de chaleur ou de froid urbain est un « ensemble d’installations qui produisent et distribuent de la chaleur [ou du froid] à plusieurs bâtiments pour le chauffage et/ou l’eau chaude sanitaire [ou la climatisation] » (Source : Rhônalpes Energie Environnement).

Le réseau de chaleur est constitué d’un réseau primaire de canalisation, empruntant le domaine public ou privé, transportant de la chaleur et alimentant des postes de livraison, dit sous-stations, aux utilisateurs. Les réseaux de chaleur se distinguent selon 2 catégories : les chaufferies dédiées utilisant des réseaux pour la distribution de la chaleur et le réseau de chaleur au sens juridique du terme, c’est-à-dire que le producteur de chaleur exploitant la chaufferie est juridiquement distinct des usagers/consommateurs de l’énergie thermique au moins au nombre de deux.

Sur le même principe, les réseaux de froid transportent de l’eau glacée pour la climatisation des locaux et/ou pour le refroidissement d’applications.

En France, les réseaux de chaleur et de froid alimentent principalement les logements des ménages (près de 60 %) et le secteur tertiaire (hôpitaux, établissements scolaires et militaires). L’industrie occupe une place marginale.

Aujourd’hui, les réseaux de chaleur représentent environ 6 % du chauffage en France. Le chauffage individuel au gaz et à l’électricité représentent respectivement 44 % et 35 %. (Source : Connaissances des énergies)

Les enjeux et les avantages du développement des réseaux de chaleur et de froid

Un moyen de mobiliser massivement d’importants gisements d’énergies renouvelables

La chaleur est aujourd’hui produite à 85 % à partir d’énergies non renouvelables et à 73 % à partir d’énergies fortement émettrices de gaz à effet de serre. Le chauffage du résidentiel-tertiaire représente à lui seul un tiers des émissions de gaz à effet de serre de la France. Comme la production d’électricité ou de gaz, la chaleur et le froid devront être de plus en plus produits à partir d’énergies de sources renouvelables pour répondre aux objectifs européens de 20 % de réduction de émissions de gaz à effet de serre et de 20 % d’énergies de sources renouvelables dans le consommation d’énergie finale en 2020 dans lesquels la France s’est engagée. Ce dernier objectif représente une proportion de 23 % d’énergies renouvelables dans la consommation d’énergie finale française, ce qui revient à augmenter de 20 Mtep annuelles la production d’énergie à partir de sources renouvelables, compte tenu de la réduction des besoins notamment dans les bâtiments.

La chaleur renouvelable distribuée par réseau de chaleur représente un huitième de cet objectif. Dans ce cadre, les réseaux de chaleur, comme les réseaux de froid, apparaissent comme un moyen de promouvoir les énergies décarbonées ou à faible impact environnemental (l’émission moyenne de CO2 des réseaux de chaleur est de 0,190 kg/kWh (contre 0,180 pour l’électricité, 0,234 pour le gaz, 0,384 pour le charbon), source : Les reseaux_de_chaleur_en_France - CETE de l'Ouest) car ils permettent d’accéder à des gisements d’énergies qui ne pourraient pas être exploités par des systèmes individuels. Ils permettront ainsi de mobiliser d’importants gisements d’énergies de récupération issues du traitement des déchets ou de l’industrie et d’énergies renouvelables tels que la biomasse et la géothermie profonde.

Vecteur essentiel de développement des énergies propres et décarbonées, les réseaux de chaleur et de froid urbains utilisent un bouquet d’énergies (biomasse, géothermie, solaire, énergies de récupération gaz naturel, fioul, etc.) garantissant souplesse et efficacité. Cette solution permet de s’adapter aux conditions du marché pour optimiser les coûts énergétiques et améliorer le bilan environnemental.

Une solution pour réaliser des économies d’échelle et d’espace

De nombreuses énergies renouvelables peuvent produire sur place de la chaleur sans avoir besoin, en principe, de se connecter à un réseau. Il s’agit par exemple de l’eau chaude produite par l’énergie solaire, pour laquelle il n’est pas toujours besoin de se raccorder à un réseau électrique ou de gaz à condition d’être dans une zone ensoleillée et/ou de disposer d’un équipement de stockage en période d’ensoleillement insuffisant. La biomasse (par exemple, le chauffage au bois) et la méthanisation permettent également de chauffer directement des locaux.

En France, le potentiel de ces filières est important, en raison de ressources encore mal exploitées sur le territoire. Ces dispositifs sont particulièrement intéressants pour alimenter les endroits isolés, pour lesquels le raccordement à un réseau n’est pas forcément la solution optimale (coût de son développement).

Cependant, ce sont des installations et des équipements qui prennent beaucoup de place et qui ne sont pas toujours économiquement intéressants. Ainsi, la généralisation des systèmes décentralisés (un par logement ou par immeuble) de production de chaleur renouvelable (géothermie superficielle, chaudière bois, chauffe-eau solaire, pompe à chaleur, etc.) est une solution intéressante dans le secteur résidentiel pavillonnaire. Cependant, ces dispositifs deviennent plus difficiles à mettre en œuvre dans le collectif (où résident 43 % de la population) ou dans le tertiaire en zone dense, parce qu’ils sont consommateurs de surface au sol ou sur les bâtiments (géothermie, solaire, pompes à chaleur) ou nécessitent de volumineux espaces de stockage du combustible (bois). C’est la raison pour laquelle, en zone urbaine où l’espace est rare, les réseaux de chauffage urbains sont préférés aux solutions individuelles. Ils permettent notamment l’usage de la biomasse comme énergie primaire et la valorisation de l’électricité produite en fonction de la courbe de charge locale.

Par ailleurs, en mutualisant les moyens de production de chaleur et de froid, les réseaux urbains garantissent un approvisionnement fiable, une distribution sécurisée et une consommation maîtrisée de la chaleur et de la climatisation.

Enfin, le réseau de chaleur permet de centraliser les besoins d’énergie pour mieux les traiter et de mutualiser les coûts d’investissement.

La construction d’un réseau de chaleur ou de froid urbain permet de bâtir une solution de chauffage ou de climatisation efficace, pérenne et évolutive en fonction des développements futurs de la ville.

Les réseaux de chaleur permettent ainsi de faire des économies d’échelle grâce à la taille des réseaux et au système de contrôle centralisé. Ils permettent également de faire des économies financières.

Le lien entre réseau de chaleur, réseau de froid et Smart grids ?

À l’image des réseaux d’électricité et des réseaux de gaz, les réseaux de chaleur se modernisent :

  • les capteurs et les équipements communicants disposés sur les réseaux leur permettent de fonctionner de manière plus optimale. L’objectif est de mieux ajuster la production à la demande, d’anticiper davantage les périodes de pointe de chauffage et de réduire les pertes d’énergies. Comme en gaz et en électricité, les clients finals peuvent désormais bénéficier de compteurs évolués afin de mieux suivre leur consommation de chaleur. L’ensemble de ces équipements participent de la fiabilisation du réseau, en renforçant la sécurité des équipements par l’intermédiaire de nouvelles alertes en cas de panne ou de réparation des infrastructures et permettent ainsi de réduire les délais des interventions ;
  • ils intègrent désormais les énergies de sources renouvelables (géothermie, biomasse) ou les énergies de récupération (chaleur fatale issue des eaux usées, des data centers ou de la production de froid) ;
  • ils intègrent aussi de nouvelles technologies – cogénération et trigénération – qui permettent de gérer à distance les pointes de consommation et les variations de la production d’électricité issue des énergies renouvelables et, ainsi, d’augmenter l’efficacité du système énergétique (installation chez les particuliers de petites centrales de cogénération reliées à Internet, capables de produire électricité et chaleur dans les maisons à la demande, quand le réseau collectif délivre moins d’électricité – soleil et vent non disponibles) ;
  • ils constituent des systèmes de stockage d’énergie mutualisés (la chaleur se stockant bien plus facilement que l’électricité). Les réseaux de chaleur permettent de stocker les surplus de production électrique (éolien, solaire photovoltaïque, cogénération) et, ainsi, de passer plus facilement les pointes. Ainsi, la gestion coordonnée des réseaux d’électricité, de gaz et chaleur à distance jouera un rôle fondamental dans l’approvisionnement énergétique.

L’objectif de ce dossier est donc d’expliquer, en répondant à différentes questions : comment développer et gérer efficacement un réseau de chaleur ? Quelles énergies utiliser ? Quels en sont les avantages et les leviers de développement ? Quels en sont les inconvénients et les contraintes ? Comment optimiser la production et la distribution ? Quels sont les financements mobilisables ? Comment mieux prendre en compte les attentes des utilisateurs ? Comment les réseaux de chaleur sont peu à peu devenus des outils de flexibilité et d’efficacité pour le système énergétique ?

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