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Réseau de chaleur

Un réseau de chaleur (également appelé réseau de chauffage urbain, réseau de chauffage à distance) est une installation distribuant à plusieurs utilisateurs clients de la chaleur produite par une ou plusieurs chaufferie(s), via un ensemble de canalisations de transport de chaleur. La chaleur ainsi distribuée est principalement utilisée pour le chauffage des bâtiments et de l'eau chaude sanitaire ; certains réseaux fournissent également de la chaleur à usage industriel.

Le réseau de chaleur est un système de chauffage à l'échelle urbaine (par opposition au chauffage à l'échelle des bâtiments, dans lequel la chaleur est produite in situ, au niveau du bâtiment utilisateur ou à proximité immédiate).

Au niveau mondial en 2017, les réseaux de chaleur couvraient 4,9 % de la consommation finale d'énergie du secteur industriel, 4,9 % dans le secteur résidentiel et 5 % dans le secteur tertiaire. La production de chaleur pour l'alimentation de ces réseaux était tirée à 88,3 % des combustibles fossiles : charbon 41,6 %, pétrole 3,7 %, gaz naturel 43 % ; les énergies renouvelables couvraient 11,6 %, dont 4,4 % de biomasse et 3,2 % de déchets. La Russie et la Chine assuraient à elles deux plus des deux tiers de la production mondiale de chaleur pour le chauffage urbain : 37,1 % et 30,7 % respectivement.

Principe techniqueModifier

Description d'ensembleModifier

 
Schéma de principe du réseau de chaleur

Un réseau de chaleur classique se compose de trois éléments :

  • la chaufferie (il peut y en avoir plusieurs sur un même réseau, mais elles restent en nombre limité) : c'est le lieu où est produite la chaleur qui circule dans le réseau
  • les canalisations de transport et distribution : ce sont des conduites qui transportent la chaleur à l'aide d'un fluide caloporteur, très généralement de l'eau sous forme liquide, parfois sous forme de vapeur
  • les sous-stations : il s'agit des points de livraison de la chaleur. Elles matérialisent l'interface entre le réseau de chaleur et le bâtiment. En aval des sous-stations peuvent exister des réseaux de distribution dits « secondaires » ; ils font généralement partie des installations des bâtiments, et non des installations du réseau de chaleur.

Les chaufferiesModifier

Il existe de nombreux types de chaufferies, qui peuvent varier par leur puissance et par les énergies qu'elles exploitent.

Les énergies utiliséesModifier

La chaleur peut être produite à partir de très nombreuses sources. Les énergies suivantes sont les plus fréquemment utilisées par les réseaux de chaleur :

  • gaz naturel
  • fioul
  • charbon
  • biomasse, généralement sous forme de bois-énergie
  • géothermie
  • chaleur de récupération (ou chaleur fatale) qui est la « chaleur générée par un procédé qui n’en constitue pas la finalité première, et qui n’est pas récupérée »(définition retenue par la PPE[1]. Elle repose sur plusieurs scénarios de besoins énergétiques, et pour la 2nde période « fixera des objectifs comprenant des options haute et basse, pour tenir compte des incertitudes »[1] ; c'est par exemple la forme d'énergie fatale de procédés d'incinération des déchets, de traitement massif de données (datacenters) ou d'évacuation des eaux usées (eaux chaudes de bains, douches, vaisselles, lessives évacuées dans l'égout avec leurs calories résiduelles)...

La part des sources d'origine fossile a tendance à diminuer, au profit des énergies renouvelables et de récupération. Le mix énergétique dépend toutefois de chaque réseau, et les situations peuvent également être très différentes d'un pays à un autre.

Description d'une chaufferieModifier

 
Chaufferie bois

Une chaufferie se présente généralement sous la forme d'un bâtiment dédié (mais il existe des chaufferies intégrées à des bâtiments dont la fonction principale est différente, ex: centrale électrique).

À l'intérieur de ce bâtiment, dont les caractéristiques techniques et architecturales (cheminées, stockage de combustible, accessibilité par les réseaux de gaz ou la voirie...) peuvent varier selon les énergies utilisées, se trouvent une ou plusieurs chaudières.

La chaudière est l'unité technique qui produit la chaleur. Il peut s'agir d'une chaudière à combustible (gaz, charbon, fioul, bois...). Par abus de langage, on désigne également parfois par chaudière les unités de production de chaleur par captation/récupération, soit depuis un forage géothermique, soit via un échangeur pour la valorisation de chaleur fatale.

Les installations produisant des fumées sont équipées de systèmes de traitement perfectionnés et contrôlés, ce qui permet de réduire fortement leur impact sur la qualité de l’air par rapport à des systèmes individuels pour lesquels ce genre de traitement est trop coûteux.

Généralement, un réseau comporte une chaudière principale qui fonctionne en continu et une chaudière d’appoint utilisée en renfort pendant les heures de pointe, ou en remplacement lorsque cela est nécessaire. Mais d'autres combinaisons sont possibles, selon les énergies utilisées, les caractéristiques des besoins, etc.

La cogénérationModifier

Certaines chaufferies de réseaux de chaleur produisent de la chaleur et de l'électricité par cogénération, permettant d'améliorer le rendement global du système par rapport à des productions séparées. Par exemple le rendement de cogénération du réseau de chaleur de Bellevue à Nantes était de 70,6 % à 74,5 % en 2009-2010[2]. Elle permet par ailleurs de contribuer au renforcement et à la décentralisation des capacités de production électrique.

Le réseau de distribution[3]Modifier

Les canalisationsModifier

 
Canalisations en cours de pose dans une tranchée

Les canalisations transportent et distribuent la chaleur par un fluide caloporteur (eau chaude ou vapeur). Il s'agit de conduites le plus souvent en acier entouré d'une couche d'isolant (mousse de polyuréthane), elle-même revêtue d'une gaine en polyéthylène haute densité. Il existe également des conduites en plastique, moins isolées mais pouvant être installées plus facilement grâce à leur flexibilité et l'absence de soudures à réaliser sur les chantiers.

Dans le cas général, un circuit aller transporte le fluide chaud issu de la chaufferie, et un circuit retour 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, puis renvoyé dans le circuit. C'est la raison pour laquelle on trouve deux tuyaux parallèles dans les tranchées.

Certains réseaux ont des organisations différentes (pas de sens retour, donc réseau ne fonctionnant pas en circuit fermé), boucles multiples permettant de desservir plusieurs types de quartiers avec des régimes de température différents...

 
Tunnel de chauffage urbain, sous le Rhin à Cologne

La pose des canalisations peut se faire en caniveau enterré, ce qui permet une protection mécanique et minimise les effets dus à l’humidité par ventilation de ces caniveaux. Dans certaines villes, les canalisations sont placées dans des galeries souterraines multi-réseaux. Mais dans le cas général, la pose se fait en tranchée, solution nécessitant que les gaines soient entourées d’un film protecteur contre l’humidité et quelles soient installées à une profondeur suffisante afin d’absorber les efforts de la surface. Plus rarement, les canalisations sont fixées en aérien, sur des bâtiments ou des ouvrages (technique utilisée notamment pour le franchissement de cours d'eau). Le coût de pose d’un mètre de réseau est de l’ordre de 1000 à 2 000 . Ce coût dépend bien sûr en réalité de très nombreux facteurs liés à chaque projet.

On distingue différents régimes de température pour le fluide qui circule dans les canalisations ; les principaux sont :

  • Le réseau eau chaude, à une température comprise entre 60° et 110 °C (ordre de grandeur). Il est généralement prévu pour les groupes d’immeubles d’habitation ou de bureaux, ou encore les hôpitaux et établissements industriels qui ne consomment pas de vapeur.
  • Le réseau eau surchauffée, à une température comprise entre 110 °C et 180 °C (ordre de grandeur). Il est principalement utilisé dans les réseaux de grande envergure qui alimentent des bâtiments nécessitant des températures élevées (laveries, abattoirs, industries textiles…).
  • Le réseau vapeur, à une température autour de 200 °C à 300 °C. Son utilisation est de plus en plus limitée. Il est présent essentiellement pour la fourniture de chaleur industrielle.

Les sous-stationsModifier

 
Sous-station de réseau de chaleur

Situées en pied d’immeuble, elles permettent le transfert de chaleur par le biais d’un échangeur entre le réseau de chaleur et le réseau de distribution interne de l'immeuble ou du petit groupe d’immeubles.

Les sous-stations n'accueillent généralement pas de combustion (sauf sous-station servant également d'unité d'appoint pour la production de chaleur), ce qui élimine toutes les nuisances liées à la combustion (bruit, impact sur la qualité de l'air, risques explosifs...).

La sous-station est en général équipée d'un compteur de chaleur, permettant de connaître la consommation d'énergie du bâtiment qui lui est rattaché, donnée nécessaire à la facturation.

Histoire et innovationsModifier

Les réseaux de chaleur existent depuis l'Antiquité, mais les réseaux modernes, correspondant au fonctionnement actuel, datent du vingtième siècle.

Historique des réseaux de chaleurModifier

Époque antique et médiévaleModifier

Dans l'Antiquité, on pouvait utiliser des sources d'eau chaude pour alimenter des thermes ou apporter de la chaleur dans un ensemble de logements. Le principe technique du réseau de chaleur, assez rudimentaire, existait donc déjà.

En France, on considère que le premier réseau de chaleur date du XIVe siècle : dans le village de Chaudes-Aigues, un ensemble de maisons était chauffé à l'aide d'un réseau de chaleur géothermique[4].

Époque moderneModifier

Les réseaux de chaleur de grande ampleur tels qu'on les connait aujourd'hui se sont développés à la fin du XIXe siècle et au début du XXe siècle.

Le premier réseau de chaleur moderne, encore en service aujourd'hui, est celui de la ville de New York, mis en service en 1882 par la New York Steam Company, depuis intégrée à Consolidated Edison.

Le développement des réseaux de chaleur en Europe a suivi les développements aux États-Unis. Dans la plupart des pays européen où les réseaux se sont développés, on retrouve quatre grandes périodes : au début du XXe siècle, des réseaux de chaleur sont mis en place dans les villes les plus importantes, à la fois par leur population et leurs besoins de chauffage. Après la deuxième guerre mondiale, la reconstruction s'accompagne de grands programmes urbains, qui intègrent parfois des réseaux de chaleur. La troisième période est une réponse aux chocs pétroliers, dans les années 1980, avec la volonté de réduire la dépendance aux énergies fossiles pour des raisons économiques. Et enfin la période actuelle, qui a commencé plus ou moins tôt selon les pays, s'inscrit dans les politiques de lutte contre le changement climatique et développement des énergies renouvelables.

Les réseaux de chaleur se sont également fortement développés sous le régime soviétique en URSS. Ainsi, les pays de l'ex-URSS rassemblent aujourd'hui à eux seuls plus de la moitié de la puissance installée au niveau mondial. Les installations sont toutefois souvent vétustes, avec d'importants problèmes d'efficacité énergétique.

Innovations, évolutions attenduesModifier

Une place plus importante dans le paysage énergétiqueModifier

Les réseaux de chaleur sont considérés par plusieurs pays comme un outil permettant de développer l'utilisation des énergies renouvelables et de récupération dans le chauffage des bâtiments. À titre d'illustration, l'Europe leur confie un rôle important dans sa politique énergétique et climatique.

Leur place dans le paysage énergétique de ces pays est donc amenée à se renforcer. En France par exemple, il représentaient environ 6 % du chauffage en 2007, pour 2 millions d'équivalents-logements[5]. L'objectif à 2020 fixé dans le cadre du Grenelle de l'environnement est de multiplier par 3 cette quantité d'équivalents-logements, tout en augmentant significativement la part des énergies renouvelables.

Des réseaux optimisés pour l'efficacité énergétiqueModifier

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Afin de limiter les pertes de chaleur, les réseaux évoluent. Leurs régimes de température diminuent (réseaux basse température à 60-80°C dans le sens aller, contre 90-110°C pour les réseaux à eau chaude classiques). Ceci permet par ailleurs d'améliorer la compatibilité des réseaux de chaleur avec les quartiers neufs, dont les besoins de chaleur sont plus faibles.

Les réseaux peuvent s'équiper de systèmes d'ajustement dynamique, capable de moduler la température de départ du fluide caloporteur en fonction des conditions météorologiques réelles. D’autres paramètres, comme les appels de puissance des usagers mesurés en temps réel, ou anticipés à partir de mesures passées, peuvent aussi être intégrés pour moduler plus finement la température.

Les réseaux de chaleur fonctionnent la majorité du temps à débit variable alors que les pompes qui les alimentent sont la plupart du temps entraînées par des moteurs à vitesse constante. On peut diminuer de près de 50 % les consommations électriques en couplant aux moteurs un variateur électronique. Celui-ci permet d’abaisser la vitesse des pompes à pression constante. Le point de fonctionnement de la pompe est donc optimisé.

Stockage thermiqueModifier

 
Stockage de chaleur sur le réseau de Chemnitz
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Le stockage d'énergie sous forme de chaleur est basé sur des technologies matures et maîtrisées. Il est donc possible de coupler les réseaux de chaleur à des systèmes de stockage.

Certaines sources de chaleur produisent toute l’année, sans qu’il soit possible d’arrêter la production ou sans que cela présente un intérêt économique ou environnemental. C’est par exemple le cas de la chaleur de récupération des UIOM ou des data-centers, ou de l’énergie produite par les panneaux solaires.

L’excédent de chaleur produit en été peut être stocké puis utilisé en période hivernale. Inversement, on peut emmagasiner du froid en hiver pour rafraîchir des bâtiments en été. Le stockage peut se faire dans des silos d’eau, dans le sous-sol, dans de la glace...

Le stockage peut être journalier (effacement des pics horaires), hebdomadaire (équilibrage entre les différents jours de la semaine), ou inter-saisonnier (stockage d'énergie en été pour la consommer en hiver).

Le stockage sur réseau de chaleur est déjà développé dans certains pays d'Europe (Danemark, Allemagne, Suède...).

Nouvelles sources d'énergieModifier

Une des particularités des réseaux de chaleur (et en particulier du « Réseau de chaleur intelligent » est leur capacité à exploiter une large gamme de sources énergétiques. Au-delà des énergies fossiles classiques et des énergies renouvelables et de récupération aujourd'hui dominantes (bois, géothermie, chaleur fatale d'UIOM), d'autres gisements peuvent être mobilisés. Par exemple :

  • l'énergie solaire, captée par des panneaux solaires thermiques ; cette énergie est déjà exploitée par les réseaux de chaleur dans quelques pays comme le Danemark ou en Italie dont à Varèse (reprenant une technologie danoise) [6], ou sous forme d'un Réseau de « chaleur et de froid renouvelables » en Catalogne[6], mais elle l'est beaucoup moins dans d'autres pays tels que la France (un seul réseau utilise cette énergie en 2014, et un projet associe un réseau et son stockage géothermique (à Vogens) mais plusieurs études de cas sont produites en 2015[6], dont à Balma et Juvignac, avec des aides possibles de l'Ademe[6] et un Guide de conception des réseaux de chaleur solaires adaptés aux écoquartiers[7] (qui sont invités, comme pour l‘écoquartier du Triangle du Sud à Montmélian à penser très en amont l'intégration du solaire dans les réseaux [6]
  • la chaleur des égouts : les eaux usées rejetées dans les égouts sont en moyenne à 25°C ; la captation de cette chaleur par des pompes à chaleur permet d'économiser jusqu'à 60 % des consommation d'énergie dans le cas de l'installation mise en service en 2016 à Vancouver (quartier de Southeast False Creek) ; des installations analogues existent à Oslo depuis 2001 et à Tokyo depuis 2010 ; des projets similaires sont à l'étude en Allemagne, Suisse et Autriche[8]
  • la géothermie superficielle, avec utilisation de pompe à chaleur
  • la chaleur ou le froid des océans, mers, lacs et cours d'eau
  • la chaleur issue de la climatisation des centres de données
  • la chaleur rejetée par les centrales nucléaires
  • la chaleur produite par des bâtiments à énergie positive ou récupérée dans les réseaux d'assainissement
  • etc.

De façon plus anecdotique, mais illustrant la capacité d'adaptation des réseaux de chaleur, quelques réseaux en Suède et en Suisse récupèrent la chaleur issue de crématoriums.

Smart Grid thermiqueModifier

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Si le concept de smart grid ou réseau intelligent est souvent associé au réseau électrique, il s'applique également aux réseaux de chaleur.

La combinaison d'un grand nombre de sources d'énergie, fonctionnant avec des régimes temporels différents, des puissances différentes, un caractère de plus en plus diffus sur les villes (augmentation du nombre de points de production/captation de chaleur) renforce le besoin pour le réseau d'être capable d'adapter son fonctionnement en temps réel.

Pour cela, les réseaux s'équipent de capteurs communicants, de sous-stations intelligentes, de régulateurs, le tout étant interconnecté avec les bâtiments (eux-mêmes de plus en plus intelligents), les capteurs météorologiques, les unités de stockage d'énergie, et les autres réseaux d'énergie (électricité, gaz).

Le smart grid thermique permet ainsi d'augmenter son efficacité énergétique globale et d'optimiser la part des énergies les plus vertueuses (locales, renouvelables, économiques) dans son mix énergétique.

En Suède, à Kalmar, NODA et l'opérateur Kalmar Energi travaillent sur un réseau de chaleur intelligent à travers un concept baptisé Smart Heat Grid. L'analyse en temps réel de la chaleur déjà présente dans les bâtiments permet de réguler la production de chaleur et d'éviter les pics de production.

Optimisation énergétique grâce aux donnéesModifier

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La complexification des réseaux de chaleur, ajoutée aux impératifs économiques, environnementaux et sociétaux, requiert un mode d'exploitation de plus en plus optimisé tout en assurant la livraison de chaleur.

La première étape consiste à mettre en place un plan de comptage, tant au niveau de la production que de la distribution. La loi Grenelle 2 a notamment introduit l’obligation pour tous les réseaux de chaleur d’être équipés de systèmes de comptage de la chaleur livrée au niveau des sous-stations à date du juillet 2015.

La seconde étape consiste généralement à se doter d'outil simples permettant le suivi d'indicateurs du réseau.

La troisième étape, qui se développe grâce à l'acquisition de l'ensemble des données du réseau, est celle de l'ajout d'une brique d'optimisation. L’objectif est ainsi de mieux ajuster la production à la demande, d’anticiper davantage les périodes de pointe de chauffage et de réduire les pertes en énergie.

Aujourd'hui, les réseaux de chaleur se tournent notamment vers des solutions d'intelligence artificielle. En se basant sur des modèles physiques en plus des données du réseau, ces solutions permettent de prédire finement la demande du réseau, de détecter des anomalies au niveau des sous-stations et de calculer des arbitrages sur le mix énergétique, l'ordonnancement des chaudières ou le réglage des différents équipements.

La France connaît un essor important dans l'intelligence artificielle appliquée à l'énergie, comme l'indique le rapport du Ministère de l'Economie publié en février 2019. Des sociétés proposent ainsi des solutions d'optimisation énergétique basées sur l'exploitation des données.

Avantages et inconvénients des réseaux de chaleurModifier

Le rendement est comparable à celui d'une chaudière individuelle : par exemple, celui du réseau de chaleur de Bellevue à Nantes était de 86-87 % en 2009-2010[2].

AvantagesModifier

Les réseaux de chaleur présentent des avantages importants par rapport à des solutions de production de chaleur décentralisées, notamment en matière d'efficacité énergétique, de mobilisation des énergies renouvelables et locales, et de diminution des émissions de gaz à effet de serre :

  • Centralisation de la production de chaleur à l'échelle urbaine, dans des chaufferies industrielles performantes, entretenues, surveillées
  • Centralisation des nuisances liées à cette production de chaleur, permettant de les traiter plus facilement que lorsqu'elles sont diffuses sur la ville, à l'échelle de chaque bâtiment
  • Mobilisation de gisements d'énergie renouvelable difficiles à exploiter en zone urbaine à l'échelle des bâtiments : géothermie, bois, chaleur fatale de l'industrie ou des centrales d'incinération des déchets...
  • Fonctionnement en cogénération. C'est notamment le cas le plus fréquent pour la production de chaleur dans les pays scandinaves et d'Europe centrale.

Les réseaux de chaleur permettent également de réduire les risques encourus par les territoires qu'ils desservent face à l'évolution du paysage énergétique mondial. D'une part ils facilitent la mobilisation de ressources énergétiques locales, d'autre part ils réduisent la part variable des factures, ces dernières étant dominées par l'amortissement des installations (part fixe, non sujette à la volatilité du prix des énergies).

InconvénientsModifier

Les réseaux de chaleur sont des installations qui représentent un investissement initial important, plus que les autres réseaux d'énergie (infrastructures plus lourdes). Le risque économique est donc à considérer sur une longue période.

Pour cette raison, les réseaux de chaleur ne peuvent être déployés partout : les besoins de chaleur, rapportés au mètre de réseau installé (canalisations) et au watt de puissance installée (chaufferie), doivent être suffisants pour garantir que les revenus tirés des ventes de chaleur et des abonnements couvriront les coûts, sur la période d'amortissement. Les zones les plus propices sont donc celles qui présentent une certaine densité thermique (quantité de chaleur consommée par mètre de canalisation déployé). Pour identifier ces zones, des études de cartographie territoriale de chaleur peuvent être menées ; la directive européenne relative à l'efficacité énergétique[9] (2012) l'impose à tous les États-membres de l'Union européenne[10]. En France, l'ADEME subventionne jusqu'à 60 % les projets de plus de 1,5 MWh/mètre linéaire/an de tranchée[11]

Les réseaux de chaleur sont par ailleurs des systèmes locaux à adapter à chaque territoire. C'est un atout dans le sens où cela leur permet d'intégrer les spécificités locales, mais également un inconvénient dans la mesure où cela rend l'initiative et la réalisation des projets plus complexes, par rapport aux autres réseaux d'énergie dont les modèles sont davantage uniformisés au sein d'un pays[12].

Entretien et rénovationModifier

À la suite de leur fort développement depuis plusieurs décennies, un nombre croissant de réseaux (anciens et/ou défectueux) doivent être rénovés. En France AMORCE et le CEREMA ont avec l'aide de l'ADEME conduit une enquête à ce sujet auprès de collectivités et opérateurs de réseaux de chaleur anciens et/ou défectueux, afin d'en tirer des retours d'expérience techniques, juridiques, économiques et environnementaux (phasage de travaux, ordre de grandeur des coûts, méthodes, techniques et technologies, etc.)[13].

Statistiques mondialesModifier

Les réseaux de chaleur couvraient 3,0 % de la consommation finale d'énergie au niveau mondial en 2017 : 289,5 Mtep sur 9 717,3 Mtep ; cette part était de 4,9 % dans le secteur industriel, 4,9 % dans le secteur résidentiel et 5,0 % dans le secteur tertiaire[14].

Production de chaleur par pays (PJ)
Source 1990 2000 2010 2015 2017 % 2017 var.
2017/1990
  Russie 9 398 6 487 6 016 5 207 5 325 37,1 % -43 %
  Chine 626 1 461 2 978 4 016 4 409 30,7 % +604 %
  Allemagne 448 316 515 458 470 3,3 % +5 %
  États-Unis 101 324 508 418 450 3,1 % +346 %
  Ukraine 1 719 747 622 378 405 2,8 % -76 %
  Kazakhstan 527 284 402 408 371 2,6 % -30 %
  Pologne 740 341 336 281 300 2,1 % -59 %
  Biélorussie 426 279 278 242 253 1,8 % -41 %
  Corée du Sud 0 140 192 205 240 1,7 % ns
  Italie 0 0 205 217 233 1,6 % ns
  Finlande 87 150 209 178 192 1,3 % +121 %
  Suède 78 158 224 183 190 1,3 % +144 %
  France 20 135 161 163 177 1,2 % +785 %
  Danemark 92 119 152 131 136 0,9 % +48 %
  Tchéquie 155 139 130 121 123 0,9 % -21 %
  Pays-Bas 48 172 160 139 117 0,8 % +144 %
Total mondial 15 898 12 242 14 171 13 703 14 368 100 % -9,6 %
Source des données : Agence internationale de l'énergie[15],[n 1].

La production mondiale des chaufferies de réseau de chaleur a chuté de 23 % entre 1990 et 2000 (-31 % en Russie, -57 % en Ukraine, -46 % au Kazakhstan, -54 % en Pologne), après la chute des régimes communistes en Europe, qui a été suivie d'investissements massifs dans l'efficacité énergétique pour les pays concernés. Elle a ensuite progressé de 17,4 % en 17 ans grâce aux développements en Chine, aux États-Unis, dans les pays scandinaves et certains pays d'Europe occidentale (France, Italie).

Production mondiale de chaleur par source (PJ)
Source 1990 % 2000 % 2010 % 2015 2017 % 2017 var.
2017/1990
Charbon 4 833 30,4 % 4 331 35,4 % 5 445 38,6 % 5 822 5 978 41,6 % +24 %
Pétrole 2 551 16,0 % 1 160 9,2 % 843 6,0 % 600 526 3,7 % -79 %
Gaz naturel 8 102 51,0 % 6 232 51,1 % 6 581 46,6 % 5 793 6 175 43,0 % -24 %
Total fossiles 15 486 97,4 % 11 723 95,8 % 12 869 91,2 % 12 214 12 680 88,3 % -18 %
Nucléaire 44 0,3 % 19 0,2 % 27 0,2 % 26 27 0,2 % -38 %
Biomasse 174 1,1 % 214 1,8 % 449 3,2 % 538 627 4,4 % +261 %
Déchets 86 0,5 % 200 1,6 % 333 2,4 % 423 455 3,2 % +430 %
Géothermie 15 0,1 % 18 0,15 % 26 0,2 % 34 40 0,3 % +159 %
Solaire th. 0,006 ε 0,024 ε 0,2 0,001 1,0 1,8 0,01 % x302
Autres sources 94 0,6 % 67 0,5 % 412 2,9 % 467 537 3,7 % +476 %
Total EnR 368 3,1 % 489 4,0 % 1 221 8,6 % 1 463 1 661 11,6 % +351 %
Total mondial 15 899 100 % 12 242 100 % 14 116 100 % 13 703 14 368 100 % -9,6 %
Source des données : Agence internationale de l'énergie[15].
Énergies renouvelables : biomasse, déchets, géothermie et solaire thermique[n 2].

La prédominance massive des combustibles fossiles est surtout le fait de la Russie (90,3 % répartis en charbon : 18,7 %, pétrole : 3,2 %, gaz naturel : 68,4 %), de la Chine (99,1 % dont charbon : 84,8 %) et des États-Unis (87,6 % dont gaz naturel : 74,7 %) ; à l'inverse, les pays européens utilisent plus la biomasse (en Suède : 57 %, surtout bois), les déchets (en Suède : 25 %) et les dispositifs de récupération de la chaleur ambiante ou de chaleur résiduelle (en Suède : 9 %) ; la France occupe une position intermédiaire avec 46 % d'énergies fossiles (surtout gaz : 35 %) et 54 % d'énergies renouvelables (biomasse : 28 %, déchets : 21 %, géothermie : 3,1 %, autres : 2,4 %).

Acteurs des réseaux de chaleurModifier

À l'échelle d'un réseauModifier

Les réseaux de chaleur sont, à l'inverse des réseaux électriques ou gaziers, des réseaux d'énergie fortement décentralisés. La chaleur n'étant pas transportable sur de très longues distances, les réseaux de chaleur n'ont en effet jamais été rassemblés dans des réseaux nationaux, comme ont pu l'être les réseaux de gaz et d'électricité.

Il en résulte une organisation des acteurs différente.

Dans la plupart des pays, les réseaux de chaleur sont le résultat d'initiatives des villes, ou d'entités dépendant des villes (agences locales, entreprises publiques locales, « utilities » anglo-saxonnes...). La réalisation et l'exploitation du réseau peuvent être réalisées par la ville elle-même, ou bien par une entreprise qui agit pour son compte, dans le cadre d'une mission de service public. Le cadre dépend à la fois du contexte légal de chaque pays, et des choix réalisés au niveau local par chaque collectivité.

Il existe également des réseaux d'initiative privée, qui peuvent émaner d'un opérateur, ou bien d'usagers regroupés à travers une association ou une coopérative.

Acteurs nationaux et supra-nationauxModifier

On distingue différentes catégories d'acteurs nationaux ou supra-nationaux :

  • les pouvoirs publics étatiques ou fédéraux, qui fixent les orientations des pays en matière de développement des réseaux de chaleur, et déterminent le cadre légal ou de soutien financier pour la mise en œuvre de la politique
  • les grands groupes énergéticiens, qui possèdent des filiales spécialisés dans les réseaux de chaleur
  • les associations qui regroupent différents types d'acteurs : associations de collectivités AMORCE en France), associations d'entreprises de la filière SNCU en France, Euroheat & Power en Europe, International District Energy Association aux États-Unis, associations multi-acteurs Danish Board of District Heating au Danemark).

Réseaux de chaleur dans différents paysModifier

RussieModifier

ChineModifier

FranceModifier

Les réseaux de chaleur s'y sont essentiellement développés après 1950, même si les deux plus importants (Paris et Grenoble) sont plus anciens.

En 2012, 480 réseaux de chaleur (et de froid) desservaient 2,3 millions d’équivalents-logements (soit 2 millions de tonnes équivalent pétrole), dont ⅔ dans le secteur résidentiel. Surtout présentes en zones urbaines denses, ils sont alimentés à 38 % par des énergies renouvelables et de récupération. Le réseau de Paris est le plus gros de France. Créé en 1927 et exploité par la Compagnie Parisienne du Chauffage Urbain (CPCU[16]), il alimente l'agglomération parisienne en chauffage et en eau chaude. Détenu par la Mairie de Paris (33 %) et par Engie (66 %), il chauffe l'équivalent de 500 000 logements, soit environ un tiers des logements collectifs parisiens. En 2016 son mix énergétique comprenant plus de 50 % d'énergies renouvelables et de récupération, grâce à une plateforme logistique biomasse sur son principal site de production (Saint-Ouen-sur-Seine) permettant d'accueillir 1 300 tonnes/jour de granulés de bois fournissant 10 % de sa production annuelle de chaleur ; avec les 41 % de la valorisation thermique des déchets issus de trois centres parisiens du Syctom, le syndicat intercommunal de collecte et de traitement des ordures ménagères, plus 10 % de biomasse, 2 % de biocombustible, et 1 % de géothermie, la part des énergies renouvelables atteint 54 % contre 30 % de gaz et 16 % de charbon[17],[18] ; D'autres réseaux majeurs sont celui de Metz, alimenté par l'Usine d'électricité de Metz et celui de Grenoble ou encore celui de Toulouse alimenté par l'incinérateur de déchets ; en cours d'extension, qui valorisera aussi la chaleur d'un groupe de supercalculateurs[19]. ES Services Énergétiques (filiale d'Électricité de Strasbourg) issue de la fusion d'Ecotral et de Dalkia Bas-Rhin, gère des réseaux de chaleur dont à Strasbourg, avec trois grandes installations représentant un total de 400 GWh et alimentant 40 000 logements[20].

En 2018, malgré ce développement, la cour des comptes alertait sur « un décalage persistant au regard des objectifs affichés » par la France en matière d’énergies renouvelables (objectif 2020 : 23 % d’énergies renouvelables dans le mix énergétique français contre seulement 15,7 % en 2016), alors que le gouvernement poursuivait les démarches de simplifications administratives. Ces démarches avaient en mars 2019 déjà concerné l'éolien, le photovoltaïque et la méthanisation, devant alimenter un plan de « libération des énergies renouvelables ». La filière réseau de chaleur, très sollicitée par la PPE (Programmation pluriannuelle de l'énergie) est alors demandeuse de simplifications et se juge insuffisamment aidée alors que le pays consomme beaucoup plus de chaleur que l’électricité [21].

En 2019, la PPE considère qu'ils peuvent massivement valoriser les calories antérieurement perdues par les incinérateurs, des énergies renouvelables comme la biomasse et la géothermie notamment) au service de la transition énergétique et qu'ils doivent donc être fortement développés (tant pour la quantité d'usagers raccordés que pour la part des énergies renouvelables et de récupération les alimentant[22]). Ils sont soutenus depuis plusieurs décennies par l’État, l'Ademe et les régions (via le Fonds chaleur. Une simplificationdu cadre juridique est aussi en cours[23].
En mars 2019 Emmanuelle Wargon (secrétaire d’État à la Transition écologique et solidaire) a lancé un groupe de travail sur la filière chaleur et froid renouvelables, ciblant la distribution de chaleur et de froid. Réunissant des administrations, des collectivités et des fédérations professionnelles, il doit travailler sur les thèmes : créer et développer les réseaux de chaleur et de froid compétitifs et plus attractifs ; verdissement du mix énergétique (incluant énergies de récupération) ; outils d'aide à la conception et pilotage. Ses propositions sont attendues avant la fin juin 2019[24]. Le gouvernement souhaite que 3,4 millions de foyers soient raccordés en 2023, et que la part des renouvelable soit portée de 40 à 59 %, avec une montée en puissance du biogaz qui devra atteindre 10 % des consommations de gaz, si ses coûts diminuent car il est encore plus cher de 40 % qu'un gaz fossile. Le Fonds chaleur passera de 315 M€ en 2019 à 350 M€ en 2020 et 2021, et son utilisation sera simplifiée (avances remboursables remplacées par des subventions). Les réseaux de chaleur et de froid se jugent « oubliés des aides d'Etat » [24]. Selon Pascal Roger (président de la Fedene) fin 2018 ces réseaux devraient contribuer aux 2/3 des économies demandées par la 1ère PPE (2016-2018), avec un verdissement demandé deux fois et demi plus important que l'électricité renouvelable[24].

Selon Thierry Franck de Préaumont, président du SNCU, en 2017, 761 réseaux de chaleur et de froids délivraient en France 25 TWh de chaleur (déjà en partie décarbonés) et 1 TWh de froid, via plus de 5.600 km de réseau, avec un bouquet énergétique contenant environ 56 % d'énergies vertes ou de récupération, dont 25 % provenant d'unités de valorisation énergétique et 22 % de biomasse. Le contenu carbone du kWh de réseau de chaleur est d’environ 116 gr de CO2/kWh[24].

Le rythme d'installation de nouveaux réseaux de chaleur a ralenti en France en 2019. Le Fonds chaleur était calculé pour une certaine trajectoire de fiscalité carbone ; le niveau des aides n'a pas été ajusté après l'interruption de cette trajectoire, même si la compétitivité des réseaux de chaleur par rapport au gaz est en baisse[25].

SuèdeModifier

Avec une part de 50 % dans le bouquet énergétique national (2011), la Suède est très en avance sur le développement des énergies renouvelables et de récupération par rapport aux autres pays d'Europe. Les réseaux de chaleur y sont également beaucoup plus développés que dans la plupart des pays. C’est le principal mode de chauffage dans 240 des 290 communes en Suède (toutes les communes de plus de 10000 habitants sont équipées d'un réseau de chaleur).

Les énergies renouvelables et de récupération représentent 75 % du mix énergétique des réseaux de chaleur suédois, qui ont distribué en 2012 environ 50 TWh soit 4,5 MTep. Si l’on rapporte en moyenne au nombre d’habitants, les réseaux de chaleur distribuent 0,45 tep/hab en Suède, contre 0,03 tep/hab en France. Les réseaux de chaleur en Suède desservent 60 % de logements, 30 % pour le secteur des services et 10 % d’industries[26].

Les réseaux de chaleur suédois sont détenus et exploités par des organismes entièrement publics (liés aux villes).

DanemarkModifier

Les réseaux de chaleur se sont fortement développés au Danemark, depuis les prémisses au XIXe siècle et le premier réseau moderne du pays en 1903[27].

Dès les années 1980, ils ont été intégrés à la planification énergétique locale, avec la possibilité pour les collectivités de définir un zonage de leur territoire fixant les modes de desserte énergétique.

Les réseaux de chaleur danois fournissent aujourd'hui plus de 60 % des besoins de chauffage du pays, et sont alimentés à plus de 50 % par des énergies renouvelables et de récupération. Le Danemark est aujourd'hui un des pays les plus en pointe en matière de réseaux de chaleur, que ce soit pour les innovations technologiques ou leur intégration dans les politiques d'aménagement et d'énergie.

États-UnisModifier

Alors même que le chauffage urbain moderne est né aux États-Unis, les réseaux de chaleur ne couvrent aujourd’hui que 4 % des besoins de chauffage du pays. Ils ont été conçus par les Electric Utilities américaines à la fin du XIXème comme des moyens d’utiliser la chaleur fatale perdue lors de la production d’électricité[28].

Le secteur commercial ainsi que les campus universitaires sont les principaux utilisateurs des réseaux de chaleur américains.

Alors que les initiatives publiques sont majoritaires en Europe, aux États-Unis, la propriété et la responsabilité incombent plus largement aux entreprises privées. Cependant, un nombre croissant de villes, seules à avoir une vision de long terme, sont impliquées dans les nouveaux projets de réseaux fortement capitalistiques.

Certaines politiques fédérales ou étatiques peuvent soutenir indirectement les réseaux via le soutien de la cogénération, à laquelle ils sont très souvent associés. Le soutien direct aux réseaux de chaleur en revanche est peu développé.

L’International District Energy Association milite pour obtenir davantage de politiques de soutien fédérales pour les réseaux de chaleur en mettant en avant la capacité des réseaux à mobiliser massivement les énergies renouvelables et de récupération, se rapprochant ainsi de la logique franco-européenne.

Notes et référencesModifier

NotesModifier

  1. Pour accéder aux données des différents pays, saisir le nom du pays dans la zone « Country or region » au-dessous du titre « Statistics data browser » et de l'onglet « data tables ».
  2. en fait, les déchets ne sont que pour partie renouvelables ; par contre, les "autres sources" peuvent généralement être considérées renouvelables

RéférencesModifier

  1. a et b Ministère de l'environnement (2016) , Volet 1 : Synthèse de la PPE, PDF, 25 pages ; volet 2 : volet relatif à l'offre d'énergie, PDF, 83 pages et volet 3 : Stratégie de développement de la mobilité propre (PDF, 125 pages)
  2. a et b « Réseau de chaleur Bellevue - suivi d'exploitation », Nantes Métropole,
  3. Cerema, « Constitution d'un réseau de chaleur », sur Réseaux de chaleur & Territoires, (consulté le 18 décembre 2014)
  4. BRGM, « Les usages de la géothermie », sur Géothermie Perspectives (consulté le 18 décembre 2014)
  5. SNCU/MEDDE, « Enquête nationale 2007 sur les réseaux de chaleur et de froid (France) », (consulté le 18 décembre 2014)
  6. a b c d et e Programme de la 3e Conférence Internationale réseaux de chaleur solaire 17-18 juin 2015, Toulouse, incluant un "Séminaire national français Solaire thermique et réseaux de chaleur"
  7. Guide qui sera présenté par Romain Genet, Chef de projet, INDDIGO la journée "réseaux de chaleur : de nouvelles opportunités pour nos territoires et nos entreprises" du 17 juin 2015
  8. Vancouver, première ville d'Amérique du Nord à se chauffer grâce aux égouts, La Tribune, 12 août 2016.
  9. DSirective européenne relative à l'efficacité énergétique (2012)
  10. Cerema, « Eléments concernant les réseaux de chaleur dans la directive européenne sur l’efficacité énergétique (2012/27/UE) », sur Réseaux de chaleur & Territoires, (consulté le 18 décembre 2014)
  11. ADEME, FONDS CHALEUR 2016 - SECTEUR RÉSEAUX DE CHALEUR, , 24 p. (lire en ligne)
  12. Cerema, « Réseaux de distribution d’énergie : différentes échelles, différents jeux d’acteurs », sur Réseaux de chaleur & Territoires, (consulté le 18 décembre 2014)
  13. La lettre d'Amorce n°56, brève intitulée Rénovation des réseaux de chaleur anciens - défectueux, page 12/100
  14. (en)Statistics data browser : World : Balances 2017 (onglet « data tables »), Agence internationale de l'énergie, 24 septembre 2019.
  15. a et b (en)Statistics data browser : World : Electricity 2017 (onglet « data tables »), Agence internationale de l'énergie, 24 septembre 2019.
  16. site CPCU
  17. Dix pour cent du réseau de chaleur parisien est désormais alimenté au bois, Les Échos, 23 mars 2017.
  18. CPCU en quelques chiffres « L'entreprise CPCU », sur www.cpcu.fr (consulté le 24 février 2017)
  19. Toulouse étend son réseau de chaleur (en valorisant les calories du refroidissement des supercalculateurs de l'espace de recherche Clément Ader), Les Échos, 13 janvier 2016.
  20. Electricité de Strasbourg fusionne ses activités de services avec Dalkia,Les Échos, 16 février 2016.
  21. noble G (2018) Les réseaux de chaleur et de froid sont les grands oubliés des aides d'Etat, le 21/11/2018
  22. Ministère du Développement Durable, « Réseaux de chaleur - Présentation et enjeux », sur MEDDE, (consulté le 18 décembre 2014)
  23. Cerema, « Politiques publiques : chronologie des principaux textes concernant les réseaux de chaleur (France) », sur Réseaux de chaleur & Territoires, (consulté le 18 décembre 2014)
  24. a b c et d G Noble (2019 Un groupe de travail sur les réseaux de chaleur et de froid 26/03/2019
  25. Réseaux de chaleur : la France souffle le chaud et le froid, Les Échos, 22 novembre 2019.
  26. Cerema, « Expérience suédoise sur les réseaux de chaleur », sur Réseaux de chaleur & Territoires, (consulté le 18 décembre 2014)
  27. (en) DBDH, « Danish district heating history », sur DBDH (consulté le 18 décembre 2014)
  28. « Analyse comparative de la situation des réseaux de chaleur et de froid en France et aux États-Unis », sur Réseaux de chaleur & Territoires, (consulté le 18 décembre 2014)

AnnexesModifier