Haut de page

Accueil » Tous les dossiers » Les réseaux de chaleur et de froid intelligents

Point de vue d’Odile Lefrère (CEREMA) :

Les premiers réseaux de chaleur datent de 1920 et il y a eu différentes périodes dans leur développement : les grandes politiques d’urbanisation, le choc pétrolier, etc. Le choc pétrolier a notamment eu pour conséquence de faire apparaître les premiers réseaux de chaleur utilisant des sources renouvelables, pour des questions d’indépendance énergétique.

Depuis le début des années 2010, on constate un nouvel engouement pour les réseaux de chaleur, en raison du besoin de mobilisation des énergies renouvelables, pour des raisons cette fois plutôt environnementales.

Elles sont aujourd’hui confrontées à un triple défi :


Source : Cerema

En effet, dans les objectifs des 3 x 20 que s’est fixé la France, les réseaux de chaleur représentent un huitième de l’effort. La chaleur produite à partir d’énergies renouvelables est donc aujourd’hui une énergie « moderne » et qui sera de plus en plus utilisée en raison de l’urgence climatique et du faible taux de renouvellement urbain qui ne permettra pas d’avoir un parc de bâtiments très sobre en énergie assez rapidement.


Source : Cerema

Afin de mobiliser massivement les énergies renouvelables sur les réseaux de chaleur, il faut renforcer les technologies existantes et en développer de nouvelles.

La mobilisation des EnR pour atteindre l’objectif de 75 % d’EnR dans les réseaux de chaleur et de froid que s’est fixé la France pour 2020 (ce taux était de 36 % en 2012 : les réseaux de chaleur intègrent plus d’EnR que les réseaux d’électricité et de gaz) se fera en plusieurs étapes.

La première étape se fera en continuant de mobiliser les gisements d’énergie que l’on connaît et exploite déjà :

  • le bois énergie (la France est un pays où la forêt se renouvelle et grandit tous les ans) ;
  • la récupération de chaleur via l’incinération des déchets ménagers ;
  • la géothermie profonde.

Afin d’améliorer les rendements, l’efficacité énergétique du système et de réduire les pertes en ligne, les réseaux fonctionneront à des températures plus basses. Les nouvelles constructions s’adapteront également aux émetteurs basse température avec des technologies nouvelles comme les planchers chauffants. La difficulté associée à ces réseaux à basse température est qu’ils ne sont pas adaptés au bâti ancien concernant l’appel de puissance. Cela demandera de multiples travaux sur les réseaux existants, mais sur les réseaux neufs, les régimes de températures seront diminués.


Source : Cerema

La première étape passera également par le développement des réseaux de froid. Les bâtiments sont de mieux en mieux isolés : il y fait plus chaud et comme les étés sont plus chauds, le besoin de froid augmente. Ce besoin est exacerbé par la demande de confort toujours plus importante. Les réseaux de froid présentent l’avantage de pouvoir mobiliser des sources d’énergie renouvelables, ce qui en climatisation n’est pas encore très répandu. Les réseaux de froid permettent également de mieux contrôler les fluides frigorigènes qui sont dangereux. Enfin, ils sont plus efficaces, moins encombrants et plus esthétiques que la climatisation électrique.

Il existe déjà des réseaux de froid en Europe, dont le plus grand est celui de Paris. Les réseaux de froid sont beaucoup plus développés dans d’autres pays, comme au Japon.


Source : Cerema

Entre 2020 et 2030, après avoir développé l’ensemble des EnR déjà connues et maîtrisées, viendra la deuxième étape qui consistera à faire fonctionner les réseaux à des températures plus basses pour mobiliser des sources d’énergie qui ne pouvaient pas être utilisées par les réseaux de chaleur « classiques ».

La mobilisation de ces énergies permettra de développer des réseaux réversibles : un réseau à 20 °C est à la fois une source froide en été et une source chaude en hiver. Et grâce aux pompes à chaleur, il sera ainsi possible d’avoir les mêmes réseaux pour la production de froid et de chaleur.

Cependant, il faudra trouver une solution pour l’eau chaude sanitaire parce qu’une eau à 20 °C peut poser des problèmes sanitaires (notamment, la prolifération de bactérie du genre légionelle).

L’avantage de ces nouvelles sources est qu’il sera également possible de mobiliser la géothermie à faible profondeur. Actuellement, les sources mobilisées pour la géothermie profonde ne représentent pas une grande surface du territoire français (cf. les zones en violet sur la carte ci-dessous). Grâce à la mobilisation de la géothermie à faible profondeur, il sera possible de quadriller beaucoup plus largement le territoire.

L’avantage de ces systèmes par rapport à la géothermie individuelle est qu’ils permettent de mutualiser l’investissement et qu’il existe des possibilités de stockage.


Source : Cerema

Parmi ces nouvelles sources, il sera également possible de mobiliser le solaire thermique. Actuellement, des projets existent en France (le premier réseau est apparu en 2012), mais ils sont au stade de l’expérimentation. Au Danemark, ces technologies sont utilisées depuis les années 1980. De 2020 à 2030, ce sera la phase de densification en France.

Il existe deux types de solaires thermiques :

  • la version centralisée en fermes solaires qui existe surtout au Danemark ;
  • la version diffuse sur le toit de chaque bâtiment, notamment en ville.

Les avantages du solaire thermique par rapport au solaire photovoltaïque – il faut en effet choisir entre les deux technologies parce que, sur le toit, il n’y a la place que pour l’une des deux – est :

  • qu’il est plus efficace en termes d’énergie captée au mètre carré ;
  • qu’il est plus facile à construire (technologie très basique) ;
  • et qu’il peut fonctionner en réseau de chaleur (l’installation et l’entretien de la technologie sont réalisés par l’opérateur, ce qui arrange en général les gestionnaires de bâtiment).


Source : Cerema

Lors de la deuxième étape, il sera également possible de mobiliser des sources « faibles » (elles dégagent peu de chaleur par rapport à celle dégagée par une usine d’incinération des ordures ménagères par exemple). Cela permet de récupérer la chaleur des eaux usées, des data centers, des crématoriums et les bâtiments à énergie positive (aujourd’hui, seule l’électricité injectée sur le réseau par ces derniers entre dans le bilan énergétique du bâtiment mais pas la chaleur). L’addition de ces nombreuses petites sources n’est pas négligeable à l’échelle d’un quartier.


Source : Cerema

Le stockage de la chaleur se développera également entre 2020 et 2035. Le stockage permet de lisser les pics de demande sur les réseaux de chaleur. Il existe deux types de stockage : le stockage journalier et le stockage intersaisonnier, qui consiste à stocker la chaleur reçue en été pour la réinjecter dans le réseau en hiver.

Le stockage de l’énergie est un grand enjeu aujourd’hui. En matière de stockage de la chaleur, depuis l’invention de l’eau chaude, c’est possible, mais c’est très encombrant. Il faudra encore innover dans ce domaine même si de premières avancées apparaissent : stockage dans les aquifères grâce à la géothermie, stockage avec des fluides à changement d’état, stockage chimique, etc.


Source : Cerema

On imagine également une synergie entre les réseaux de chaleur et les réseaux électriques grâce au stockage par le réseau de chaleur du surplus de production électrique : c’est ce que l’on appelle le Smart grid énergétique (thermique, électrique et gazier). Aujourd’hui, les pompes à chaleur et la cogénération permettent de passer de la chaleur à l’électricité et inversement très facilement. En développant les Smart grids énergétiques, on évitera les problèmes de prix négatifs sur les marchés de l’électricité, etc.

L’exemple de ce Smart grid énergétique se trouve au Danemark : une éolienne, un réseau de chaleur, un réseau de gaz et du solaire thermique sont connectés et produisent de l’énergie en fonction des appels de puissance sur les réseaux, de l’ensoleillement, du vent, du prix de l’électricité, des températures extérieures, etc.


Source : Cerema

Si on continue notre voyage dans le futur, l’électricité sera réservée aux usages qui ne peuvent pas s’en passer (électricité spécifique) et les appareils qui ont besoin d’eau chaude comme le lave-linge ou le lave-vaisselle ne seront plus alimentés avec de l’eau froide chauffée grâce à l’électricité, mais directement avec de l’eau chaude. Aujourd’hui, ce type d’appareils existent.


Source : Cerema

Une fois que les différents vecteurs énergétiques (électricité, gaz, chaleur, froid) seront réconciliés, il faudra également réconcilier l’aménagement énergétique et l’aménagement urbain. Au Danemark, les réseaux de chaleur sont souvent interconnectés, rendant les réseaux plus efficaces et plus sûrs, notamment en cas de défaillance de l’une des sources de production. Grâce à un foisonnement plus important, il sera possible de se passer plus facilement des énergies fossiles.

Les réseaux de chaleur « géants » permettront également de mobiliser des sources de chaleur très éloignées des villes (les « centrales nucléaires qui dégagent beaucoup de chaleur chauffent les oiseaux actuellement »).


Source : Cerema

Entre 2030 et 2050, les réseaux de chaleur seront entièrement décarbonés, ils utiliseront toutes les énergies de source renouvelable et de récupération possibles et, associés à une gestion intelligente des bâtiments et des réseaux énergétiques, permettront une transition énergétique efficace et rapide. Cependant, pour que cela se réalise, il faudra que les réseaux de chaleur ne soient pas oubliés dans le cadre du débat sur la transition énergétique.


Source : Cerema


Odile Lefrère
04 mars 2014



Odile Lefrère est chargé d’études Énergies Renouvelables / Réseaux de Chaleur au Centre d’études et d’expertises sur les risques, l’environnement, la mobilité et l’aménagement. Placé sous la tutelle du ministère de l’écologie, du développement durable et de l’énergie et du ministère de l’égalité des territoires et du logement, le Cerema est un centre de ressources d’expertises scientifiques et techniques intervenant en appui à la conception, la mise en œuvre et l’évaluation des politiques publiques portées par les services de l’État et des collectivités territoriales. Sa spécificité repose sur un ancrage territorial fort et sur son expertise dans différents domaines pour répondre à la complexité du développement durable.


Consulter le blog du Cerema sur les réseaux de chaleur intelligents


«Page 12 de 18»

Rechercher

Se tenir informé

Abonnez-vous à notre liste de diffusion pour être informé régulièrement des mises à jour du site.

S'abonner

Participer au site

Vous souhaitez participer à notre site ou réagir à un dossier, contactez-nous dès aujourd'hui.

Nous contacter

Les forums de la CRE

La CRE organise des forums, associés à chaque nouveau dossier, pour donner la parole aux experts des Smart grids.
Se tenir informé des prochains forums

Nos contributeurs

Notre site se nourrit aussi de vos contributions. Nous tenons donc à remercier "Niji" qui fait partie de nos 168 contributeurs.
Découvrir nos contributeurs