Réseaux de chaleur : un outil pour développer

Réseaux de chaleur :
un outil pour développer localement
les énergies renouvelables
e Grenelle de l’Environnement a pour ambition de
développer les réseaux de
chaleur, portant ainsi leur contribution à un quart de l’effort de
développement de la chaleur
renouvelable à l’horizon 2020.
Biomasse, chaleur de récupération, géothermie sont autant de
gisements d’énergies que les
réseaux permettent d’exploiter
massivement. Les réseaux de chaleur constituent ainsi un levier à
disposition des collectivités pour
le développement des énergies
renouvelables sur leurs territoires.
L
Après quelques rappels sur le
principe technique du réseau de
chaleur et les fondements juridiques de l’intervention des collectivités dans le domaine du
chauffage urbain, nous détaillons
dans cet article la place actuelle
des réseaux de chaleur en France,
ainsi que les enjeux du développement de ces réseaux pour l’atteinte des objectifs environnementaux
nationaux.
Constitution d’un réseau de chaleur
Réseau de chaleur :
définition technique
et juridique
De quoi est constitué
un réseau de chaleur
Tout réseau de chaleur comporte les
principaux éléments suivants :
L’unité de production de chaleur,
pouvant être, par exemple, une usine
d’incinération des ordures ménagères
(UIOM), une chaufferie alimentée par
un combustible (fioul, gaz, bois...),
une centrale de géothermie profonde... Généralement un réseau comporte une unité principale qui fonctionne en continu et une unité d’appoint
utilisée en renfort pendant les heures
de pointe, ou en remplacement
lorsque cela est nécessaire. Avec la
consommation réduite des nouveaux
bâtiments, d’autres sources de chaleur deviennent exploitables par les
réseaux, comme la géothermie peu
profonde ou encore la chaleur prélevée dans les eaux usées ; ces systèmes font appel à des pompes à chaleur qui permettent d’extraire l’énergie
de la source pour la transférer au
réseau.
Le réseau de distribution primaire,
composé de canalisations dans lesquelles la chaleur est transportée par
un fluide caloporteur (vapeur ou eau
chaude). Un circuit aller (rouge)
transporte le fluide chaud issu de l’unité de production. Un circuit retour
(bleu) ramène le fluide, qui s’est
délesté de ses calories au niveau de
la sous-station d’échange. Le fluide
est alors à nouveau chauffé par la
chaufferie centrale, puis renvoyé dans
le circuit. La conception du réseau
vise à assurer une densité thermique
(nombre de bâtiments raccordés par
kilomètre de conduite posée) aussi
élevée que possible, afin de permettre
la viabilité économique du réseau
(coût d’investissement fortement liée
au linéaire de conduite ; recettes liées
au nombre d’usagers).
Les
sous-stations
d’échange,
situées en pied d’immeuble, permettent
le transfert de chaleur par le biais d’un
échangeur entre le réseau de distribution primaire et le réseau de distribution
secondaire qui dessert un immeuble ou
un petit groupe d’immeubles. Le
réseau secondaire ne fait pas partie du
réseau de chaleur au sens juridique,
car il n’est pas géré par le responsable
du réseau de chaleur mais par le
responsable de l’immeuble.
La notion de chauffage urbain
Il n’existe pas de définition normative
du chauffage urbain, service apporté
par les réseaux de chaleur.
Dans la pratique, le chauffage urbain
consiste à distribuer, à tout ou partie
d’une agglomération, de la chaleur
produite à partir d’une ou de plusieurs
centrales, alimentées par une ou plusieurs sources d’énergie (combustible
ou chaleur récupérée). La chaleur est
transportée par un réseau de canalisations aboutissant à des postes de
livraison, les sous-stations. Le chauffage urbain doit être distingué de la
gestion de chaufferies et des installations de chauffage internes aux
ensembles d’immeubles. Le chauffage
urbain implique en effet une vente de
chaleur à plusieurs usagers, distincts
du producteur de chaleur.
Compétences concernées
est un poste de consommation important et les différentes solutions (dont le
chauffage par un réseau) devraient
être étudiées en amont de tout projet
d’aménagement, tel qu’une ZAC ou un
renouvellement urbain. Depuis 2009,
l’article L128-4 du Code de
l’Urbanisme rend obligatoire l’étude
d’opportunité de raccordement à un
réseau pour toute opération d’aménagement soumise à étude d’impact.
Aménagement du territoire
En tant qu’aménageur de son territoire, la collectivité peut peser sur les
choix d’approvisionnement énergétique des nouveaux aménagements. Le chauffage des bâtiments
Climat, air, énergie
En matière d’énergie et de qualité de
l’air, les collectivités voient leurs compétences se renforcer progressivement depuis plusieurs années. Les
Un service public local souvent délégué : le montage contractuel
Compétence des collectivités territoriales
Les collectivités peuvent réaliser selon diverses modalités
définies par le code général des collectivités territoriales,
des installations en vue d’alimenter des réseaux de chaleur, notamment en application de l’article 3 de la loi du 15
juillet 1980 relative aux économies d’énergie et à l’utilisation de la chaleur.
Il s’agit toutefois d’une compétence optionnelle : aucune
collectivité n’a l’obligation d’établir sur son territoire un service public de distribution de chaleur. C’est également une
compétence non exclusive : des réseaux peuvent être
créés par d’autres acteurs, y compris des acteurs privés.
Par ailleurs, cette compétence peut être transférée à un
groupement de collectivités.
Dès lors qu’une collectivité (ou un groupement) exerce
cette compétence, le chauffage urbain mis en place est
qualifié de service public. Compte tenu de ses modalités
de fonctionnement, ce service public revêt un caractère
industriel et commercial.
Différents montages contractuels
Dans la pratique, peu de collectivités assurent ellesmêmes, en régie, la construction et l’exploitation du chauffage urbain. Le service public de distribution de chaleur fait
souvent l’objet d’une délégation, par laquelle la collectivité
charge un tiers d’assurer le service pour son compte.
Plusieurs formes de délégations de service public sont utilisées par les collectivités. Le choix est conditionné d’une
part par l’attractivité économique du projet, d’autre part par
la volonté de la collectivité de conserver ou non une maîtrise directe sur le réseau et son fonctionnement.
L’affermage : réseau créé par la collectivité
et exploité par un tiers
Dans le cas d’un affermage, la collectivité finance et
réalise les installations (ou les fait réaliser pour son
compte dans le cadre d’un marché public). Les ouvrages
sont ensuite mis à disposition d’un fermier qui est chargé de les exploiter pour fournir le service aux usagers,
dans le respect des engagements définis par le contrat,
dont la durée est généralement de 10 à 15 ans. Le fermier
verse à la collectivité une redevance pour l’utilisation des
installations, et se rémunère sur les sommes perçues
auprès des abonnés.
La concession de service public : réseau créé
et exploité par un tiers
La concession est le mode le plus fréquent. Le concessionnaire finance et réalise les installations, éventuellement avec une aide de la collectivité sous la forme d’une
subvention. Il exploite ensuite le réseau pendant la durée
du contrat (généralement 20 à 30 ans) afin d’amortir les
investissements consentis et de dégager un bénéfice. A
l’issue du contrat, les installations sont susceptibles de
retour ou de reprise au bénéfice de la collectivité, suivant
les modalités définies dans le contrat.
Une mise en concurrence obligatoire
Le fermier ou le concessionnaire est sélectionné par la collectivité au terme d’un processus de mise en concurrence et de négociation, permettant d’assurer que le candidat retenu est celui qui propose la meilleure prestation au
regard des critères de sélection définis par la collectivité.
La collectivité est responsable du contrôle du respect des
engagements que l’exploitant a pris dans le contrat qui définit sa mission en tant que délégataire du service public.
Construction
du réseau
Exploitation
du réseau
Régie
Collectivité
Collectivité
Affermage
Collectivité
Délégataire
Concession
Délégataire
Délégataire
Principe des montages contractuels
Gestion des déchets
L’incinération des ordures ménagères
est une importante source d’énergie du
chauffage urbain : en 2008, elle apporte 22 % de la chaleur distribuée par les
réseaux. D’ici 2020, la quantité d’énergie fournie par la valorisation des
déchets devra avoir doublée, passant
de 400 à 900 ktep1. Il peut donc exister
des liens forts entre la compétence de
traitement des déchets et le développement du chauffage urbain, dès lors
qu’une usine d’incinération existe sur
un territoire. A Brest par exemple, le
réseau de chaleur a été créé en 1988
en même temps que l’usine d’incinération ; il dessert aujourd’hui 20000 équivalents-logements2 et est alimenté à
90% par la chaleur de l’usine.
Les réseaux de
chaleur : historique,
situation actuelle et
perspective
Historique
Bien que l’on trouve la trace de réseaux
de chaleur en Europe sous l’Empire
romain (circuits d’eau chaude desservant bains publics et serres) et au
Moyen-Âge (avec par exemple au 14ème
siècle la création du réseau géothermique de Chaudes-Aigues), c’est au
cours du dernier siècle que le chauffage
urbain a véritablement pris son essor.
urbain bénéficie d’un
regain d’intérêt dans les
années 1980 suite aux
chocs pétroliers. De
nombreux réseaux alimentés par la géothermie
profonde sont alors créés
en Île-de-France. A partir
de la fin des années
2000, les réseaux sont
perçus comme un outil
de mobilisation des
énergies
renouvelaChantier de géothermie en région parisienne, 1981
bles, permettant de réduire les émissions de gaz à
réseaux français. Les énergies renoueffet de serre, dont un tiers provient de velables et de récupération (EnR&R)
la production de chaleur pour le rési- représentent 29 % des sources. Si on
dentiel et le tertiaire.
exclut la chaleur issue de l’incinération
d’ordures ménagères pour ne considéLes réseaux de chaleur rer que le bois et la géothermie, ce
français en chiffres
pourcentage tombe à 6 %.
© DREIF/Gobry
schémas régionaux climat-air-énergie (prévus par le projet de loi
Grenelle 2), ou encore les plans climats territoriaux des collectivités de
plus de 50 000 habitants (définis par la
loi Grenelle 1), permettent de définir la
stratégie locale de mobilisation des
énergies renouvelables. Parmi les différents outils disponibles, ces documents de planification devront donc
intégrer la solution des réseaux de
chaleur renouvelable.
450 réseaux pour 6% des
besoins nationaux de chauffage
Usagers : 2/3 secteur résidentiel, 1/3 secteur tertiaire
Le Syndicat National du Chauffage Les réseaux de chaleur desservent
Urbain (SNCU) recense 427 réseaux actuellement environ 2,1 millions d’éde chaleur (enquête 2008), répartis sur quivalents logements, essentielle350 villes et s’étendant sur 3 300 km. ment dans des zones urbaines denCe recensement porte essentiellement ses. Le logement représente 2/3 de la
sur les réseaux d’une puissance chaleur livrée par les réseaux, tandis
supérieure à 3,5 MW (soit environ 3 000 que le tertiaire (y compris les services
équivalents-logements). Il existe égale- publics) en reçoit 1/3.
ment des réseaux moins puissants,
souvent alimentés par de la
biomasse, non recensés de
450 réseaux de chaleur et de froid
façon exhaustive à ce jour.
Un réseau peut également
distribuer du froid : sur les
5 à 6 % des besoins de chauffage
427 réseaux identifiés, 14
sont des réseaux de froid ;
2,1 millions d’équivalents-logements
celui de Paris est le plus
important d’Europe.
usagers : 2/3 résidentiel, 1/3 tertiaire
Au total, les réseaux de
chaleur
distribuent
29 % d’EnR&R (6 % bois/géothermie)
aujourd’hui 5 à 6% de la
chaleur
consommée
dans le résidentiel et le
tertiaire en France. Dans certains
tonne d’équivalent pétrole
La notion d’équivalent-logement est utilisée
pays d’Europe, essentiellement au
pour rapporter à une même unité l’ensemble
nord et à l’est, les réseaux de chaleur
des bâtiments raccordés à un réseau de chaassurent une part bien plus importante
leur, qu’il s’agisse effectivement de logements,
de bâtiments tertiaires, d’équipements publics
des besoins de chauffage : 60 % au
(hôpitaux, écoles, piscines...). La consommaDanemark, 95 % en Islande, 52 % en
tion énergétique d’un bâtiment donné est
Pologne, 50 % en Suède et en
convertie en nombre d’équivalents-logements
correspondants, sur la base de l’hypothèse suiNorvège...
1
2
En France, le développement des
réseaux de chaleur au cours du 20ème
siècle se décompose en 4 grandes
périodes. Avant 1950, quelques
réseaux sont établis dans de grandes
villes aux besoins de chaleur importants (Paris, Strasbourg, Grenoble).
Après avoir accompagné les politiques
d’urbanisation entre 1950 et 1970, la
croissance ralentit, puis le chauffage
Les énergies fossiles (fioul, gaz, charbon) sont aujourd’hui largement dominantes dans l’approvisionnement des
vante : un équivalent-logement est un logement
consommant 10 MWh par an de chaleur utile en
chauffage et eau chaude. Cela correspond
approximativement à la consommation d’un
logement de 70m² construit selon les normes
en vigueur au milieu des années 90.
Plus de la moitié des logements raccordés sont des logements sociaux ;
sur l’ensemble du parc national d’habitat social, 17% sont chauffés par un
réseau. Dans le secteur tertiaire, 60%
de la chaleur est consommée par les
bâtiments publics des secteurs hospitalier, scolaire et militaire.
En ce qui concerne les réseaux de
froid, les principaux utilisateurs sont
les immeubles du bureaux et les établissements recevant du public tels
que les centres commerciaux, les
musées, les hôtels.
Une répartition géographique
hétérogène
Sur l’ensemble des réseaux de chaleur
recensés, 120 se trouvent en région
parisienne ; 30% des usagers du
chauffage urbain vivent en Île-deFrance. La région Rhône-Alpes compte
environ 50 réseaux. Les autres régions
en ont moins de 20, pour certaines
moins de 10. On note une présence
des réseaux plus marquée dans le nord
et l’est que dans le sud et l’ouest du
pays. Ces disparités régionales s’expliquent par plusieurs facteurs ; rigueur
climatique, densité de population et
présence d’agglomérations importantes en sont les principaux.
Equivalent-logements (millions)
Avec le nouvel élan donné aux
réseaux alimentés par des énergies
renouvelables (voir partie suivante),
souvent puisées localement, la répartition des ressources sur le territoire va
également devenir un facteur clé, déjà
illustré par la forte présence des
réseaux dans le sud-est parisien, zone
propice à la géothermie profonde.
Évolutions
Dans le cadre du Grenelle de l’environnement, les objectifs fixés à l’horizon 2020 sont un triplement du nombre d’équivalents-logements raccordés (soit un total de 6 millions environ)
et une part des énergies renouvelables et de récupération de 75% dans
les sources d’approvisionnement des
réseaux.
Afin de converger vers cet objectif
ambitieux, plusieurs actions doivent
être menées :
- extension des réseaux existants, par
exemple à l’occasion de l’aménagement d’une nouvelle zone ;
- établissement de nouveaux réseaux
lorsque c’est techniquement et économiquement possible ;
- remplacement des chaudières à
énergies fossiles par des chaudières
utilisant des énergies renouvelables.
Enjeux du
développement des
réseaux de chaleur
La chaleur
renouvelable
En 2020, au moins 23% de l’énergie
finale consommée en France devra
être renouvelable. En volume, et compte tenu de la réduction des
besoins notamment dans
les bâtiments, cela revient
à augmenter de 20 Mtep
annuelles la production
d’énergie à partir de sources renouvelables.
La chaleur renouvelable
représente la moitié de
cet objectif. La chaleur
est en effet le premier
poste de consommation
énergétique
nationale.
Elle 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
Objectif d'évolution de la part des énergies renouvelables
dans les réseaux de chaleur
(en équivalents-logements chauffés)
serre. Le chauffage du résidentieltertiaire représente à lui seul un
tiers des émissions de gaz à effet
de serre de la France. Or d’importantes sources d’énergies renouvelables
et de récupération, utilisables pour la
production de chaleur, sont aujourd’hui sous-exploitées.
Ainsi, compte tenu des ressources et
des technologies disponibles, l’augmentation de la production de chaleur
renouvelable devra se faire à parts
équivalentes suivant 4 axes :
- équipement des logements individuels en solaire thermique, pompes à
chaleur, chauffage bois, géothermie
superficielle
- augmentation de la part de la biomasse dans la production de chaleur
industrielle
- développement de la cogénération
électricité/chaleur à partir de biomasse
- développement des réseaux de chaleur utilisant des énergies renouvelables et de récupération
Pourquoi développer
les réseaux
de chaleur ?
Unique accès à certaines
énergies
Géothermie : mutualiser l’investissement
La réalisation d’un captage de géothermie profonde (eau puisée à
1500-2000m) coûte de 8 à 10 millions
d’euros. Cette solution n’est économiquement viable que si elle est mise en
œuvre pour de très nombreux utilisateurs ; on estime qu’il faut 5000 logements raccordés à une centrale de
géothermie profonde pour assurer l’équilibre économique d’une opération.
La géothermie profonde s’est essentiellement développée en Île-de-France,
qui concentre 80% de la production
nationale, grâce à une ressource abondante et une forte densité de population. Les 29 réseaux franciliens de chaleur géothermique desservent ainsi
145 000 équivalents-logements.
Chaleur fatale : transporter du lieu
de production au lieu de consommation
La récupération de la chaleur dégagée par les sites industriels ou les
usines d’incinération de déchets se
fait directement sur le site concerné.
La chaleur doit donc être acheminée
par un réseau jusqu’aux zones d’habitations et de bureaux, et distribuée
entre les immeubles.
Le réseau de chaleur de Dunkerque,
qui dessert 16 000 équivalents-logements, est alimenté à 60% par la chaleur de récupération d’un site industriel sidérurgique local.
Biomasse : acheminer, stocker,
contrôler
La biomasse peut être utilisée à l’échelle d’une maison ou d’un immeuble
(cheminée à foyer fermé, chaudière
bois), mais l’acheminement et le stockage du combustible peuvent parfois
s’avérer problématiques, en particulier
en zone dense.
En revanche, il est tout à fait possible
de créer des chaufferies bois collectives, en périphérie des villes, et de distribuer par un réseau la chaleur produite. Ceci permet en outre de mieux
préserver la qualité de l’air, ces
installations étant équipées de performants dispositifs de traitement des
fumées, contrairement aux systèmes
individuels.
La chaufferie bois de Cergy-Pontoise
(Val d’Oise), ouverte fin 2009, alimente l’équivalent de 7 000 logements.
Des petits réseaux de chaleur, alimentés par la biomasse prélevée localement, se développent par ailleurs sur
des territoires beaucoup moins densément peuplés.
Une production locale
d’énergie
En plus d’être renouvelables et faiblement émettrices de gaz à effet de
serre, ces énergies présentent l’intérêt
de pouvoir être produites localement. Au plan national, cela signifie
qu’elles permettent de contribuer à la
réduction de la dépendance énergétique par rapport aux pays détenteurs
des énergies fossiles. A l’échelon territorial, les réseaux de chaleur renouvelable contribuent au développement
d’une activité économique locale de
production d’énergie. A Enköping en
Suède, 95% des 200 000 habitants de
la ville se chauffent ainsi à partir d’une
biomasse fournie à 80% par l’industrie
forestière locale. Au Danemark, l’île de
Samsø (4 100 habitants) est proche
de l’indépendance énergétique totale,
grâce notamment à une centrale solaire thermique et à une chaufferie alimentée par le bois mort d’une forêt
locale.
Les lois Grenelle :
plusieurs mesures
en faveur du
développement des
réseaux chaleur
sement dans les systèmes de production de chaleur renouvelable – dont les
réseaux de chaleur alimentés au
moins à 50% par des énergies renouvelables. La loi Grenelle 1 impose par
ailleurs que la production d’énergie
renouvelable à partir d’un réseau de
chaleur soit prise en compte dans l’ensemble des textes relatifs à la construction et à l’urbanisme, et en particulier dans la réglementation thermique
des bâtiments et les labels de performance énergétique, au même titre
que la production d’énergie renouvelable in situ. Enfin, la loi a créé l’article
L128-4 du code de l’urbanisme, qui
rend obligatoire l’étude de l’opportunité de la création ou du raccordement à
un réseau de chaleur ou de froid ayant
recours aux énergies renouvelables et
de récupération, pour toute opération
d’aménagement soumise à étude
d’impact.
Le projet de loi Grenelle 2 quant à lui
comporte plusieurs dispositions visant
à encourager et faciliter l’évolution des
réseaux de chaleur vers davantage
d’énergies renouvelables.
Stéfan Le Dû
Chargé d’études Energie
Réseaux de Chaleur
Cete de l’Ouest
Objet technique employé en France
depuis plusieurs décennies, le chauffage
urbain rencontre aujourd’hui un regain
d’intérêt, car il est à même de contribuer
aux politiques de développement des
énergies renouvelables et de réduction
des émissions de gaz à effet de serre.
Afin de faciliter le développement des
réseaux de chaleur renouvelable, la loi
Grenelle 13 et le projet4 de loi Grenelle
2 apportent plusieurs évolutions au cadre juridique.
3
La loi Grenelle 1 a ainsi
créé le fond chaleur,
dispositif de soutien financier aux projets d’investis-
Loi n°2009-967 du 3 août 2009 de programmation relative à la mise en œuvre du Grenelle
de l’environnement
4
Au moment de l’écriture de cet article, la loi
Grenelle 2 est en cours de vote à l’assemblée
nationale, elle a été finalement adoptée fin juin.
© Cete de l’Ouest
Pour en savoir plus
réseaux de chaleur :
Plaquette forestière : bois broyé,
destiné à être brûlé dans une chaudière biomasse
sur
les
Pôle de compétence et d’innovation Réseaux de Chaleur du Cete
de l’Ouest : [email protected]
Documentation complémentaire en ligne :
http://bit.ly/reseaux-chaleur