Les réseaux de chaleur comme levier de la transition énergétique en France

Principes des réseaux : définition et chiffres clés en France

Les réseaux de chaleur sont des systèmes qui comprennent la production, la distribution et la livraison de la chaleur vers les clients connectés. Le réseau peut comprendre une ou plusieurs unités de production d’énergie, un réseau de distribution primaire dans lequel l’énergie est transportée par un fluide caloporteur, et des sous-stations d’échange.

Les canalisations sont doubles : l’une pour amener l’eau chaude jusqu’aux bâtiments et l’autre pour la ramener jusqu’aux chaufferies. Ces fluides permettent d’alimenter les bâtiments en chauffage, en eau chaude sanitaire ou en chaleur industrielle.

constitution d’un réseau de chaleur urbain ou RCU

La France compte : (source : XPair – mise à jour mai 2021),
• 761 réseaux de chaleur,
• Longueur cumulée de 5 397 km représentant 25 TWh de livraison de chaleur,
• 56% de la chaleur produite est d’origine renouvelable ou de récupération, le reste étant produit à partir de gaz ou d’autres énergies non renouvelables,
• 2,4 millions de logements ou équivalent, soit 38 212 bâtiments raccordés. A noter que les perspectives d’expansion sont notables : 8 millions de plus devront être raccordés d’ici 2030.

Les réseaux de chaleur permettent de valoriser des ressources variées telles que :
• La géothermie profonde  ;
• La géothermie intermédiaire assistée de pompe à chaleur ;
• La biomasse de grande puissance ;
• La chaleur de récupération issue d’usines d’incinération des ordures ménagères ;
• La récupération de chaleur sur eau de mer/eau de lac/rivière et eaux usées ;
• La chaleur fatale issue de l’industrie ou des systèmes de cogénération  ;
• La chaleur solaire thermique issue de champs de capteurs.
Plusieurs types de fluides caloporteurs co-existent en France :
• Eau chaude d’une température maximale de 100-110°C.
• Vapeur d’eau : encore présente dans des installations pour la production d’électricité dans certaines applications industrielles.
• Eau surchauffée  : le fluide le plus utilisé dans le chauffage urbain est de deux types :

• o Les installations à température relativement basse : 120-140°C maximum au départ.
• o Installations à haute température : 180-210°C au départ.

Focus sur les réseaux à très basse température

Les différentes sources de chaleur disponibles sur un territoire ne permettent pas d’atteindre les mêmes niveaux de température  :
• Les combustibles comme le gaz ou le bois peuvent porter un fluide caloporteur à une température de 100°C.
• A l’inverse, il est plus difficile d’atteindre de telles températures à partir de la géothermie de surface (environ 20-30°C) et la récupération des eaux usées (10-20°C).
• Le solaire thermique, la récupération de chaleur industrielle, la chaleur collectée dans un bâtiment climatisé, occupent des plages de températures intermédiaires.

Le réseau à très basse température augmenterait le taux de couverture par des sources renouvelables et de récupération peu coûteuses, voire gratuites.

Schéma de principe : température du réseau et températures des sources

Encore expérimental, ce type de réseau n’est adapté qu’aux aménagements neufs dont les bâtiments ont de faibles besoins thermiques, et n’est pas adapté à la fourniture d’eau chaude sanitaire, qui nécessite un élèvement de température jusqu’à 40°C dans le neuf et encore davantage dans l’ancien.
Ce type de réseau nécessite un portage local très fort afin que les sources de chaleur puissent être mobilisées et que les bâtiments neufs situés dans le périmètre du réseau soient raccordés.

Quelques exemples de réseaux de chaleur

Sur les 761 réseaux recensés, 161 se situent dans la région Auvergne – Rhône-Alpes, 105 en Ile-de-France dont la moitié dans le périmètre de la Métropole du Grand Paris et 103 pour la région Grand-Est. La présence des réseaux de chaleur plus marquée dans le nord et l’est, s’explique par la rigueur climatique, la densité de population et les agglomérations importantes dans ces régions.

Un réseau de chaleur d’envergure et récent, le réseau de chaleur de Toulouse inauguré en 2019, est un exemple de mix énergétique intéressant :
• 70 % du mix énergétique du réseau provient du data center de l’espace Clément Ader
• 30% provient du centre de valorisation des déchets du Mirail.
• Une chaufferie gaz, utilisée en période de grand froid et en secours en cas de problème sur le réseau, produit le reste.
Le réseau de chaleur s’étend sur 36 kilomètres et alimente l’équivalent de 15 000 logements.
Un autre réseau de chaleur très étendu, le réseau de chaleur Centre-Loire sur la ville de Nantes, est un véritable chauffage central, alimenté par l’eau surchauffée, desservant 41 000 logements sur 85 km.

Ville de Nantes

Les réseaux de chaleur peuvent également être entièrement privés, à l’image du réseau de chaleur de l’AFUL Chantrerie sur un campus universitaire. Le réseau s’étend sur 2,5 km desservant cinq établissements, avec une alimentation mixte : 80% de bois et 20% de gaz.

AFUL

Sur le secteur de la Presqu’île à Grenoble un projet de réseau intéressant utilisant le réseau à très basse température, mutualisé à eau tiède (15-30°C) par géothermie vise à desservir un quartier neuf de 850000 m2. La boucle sera également alimentée par récupération de la chaleur fatale issue des bâtiments, sites industriels, etc.

Levier d’économie d’énergie dans la transition énergétique

Dans un contexte d’engagement pour la France de limiter le réchauffement climatique en dessous des 2 °C, voire des 1,5 °C, la production de chaleur, représentant la moitié des consommations d’énergie primaire en France constitue un levier important. Le développement massif de la chaleur renouvelable, des réseaux de chaleur fait partie des leviers essentiels pour la transition énergétique.

Très majoritairement alimentés par des énergies fossiles il y a dix ans, les réseaux de chaleur le sont désormais majoritairement par des énergies renouvelables.
La loi de transition énergétique prévoit de multiplier par cinq les quantités d’énergies renouvelables et de récupération distribuées par les réseaux de chaleur d’ici 2030 par rapport à 2018.

En créant des synergies entre les énergies et entre les usages, les réseaux de chaleur deviennent des véritables smart grids, utilisant la prédiction de charge, le temps réel et des calculs d’optimisation. Désormais, il est possible d’anticiper des forts pics de consommation, de stocker de l’énergie renouvelable au bon moment et d’utiliser cette énergie stockée au lieu d’activer des productions fossiles.

Sources :

• Ministère de l’Ecologie, Réseaux de chaleur & de froid, une filière d’avenir, Octobre 2019
• Ministère de la Transition Ecologique, Plan Climat, France
• Ministère de la Transition Ecologique et et Solidaire, Référentiel « Energie-Carbone » pour les bâtiments neufs Méthode d’évaluation de la performance énergétique et environnementale des bâtiments neufs, juillet 2017
• XPair, Chauffage urbain et réseaux de chaleur, solutions multi-énergies, 2021
• Centre de ressources pour la Chaleur renouvelable et l’aménagement énergétique des territoires (CEREMA), Réseau de chaleur de très basse température à sources multiples