Réseaux de chaleur : un outil pour développer localement les énergies renouvelables Le 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. 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. 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. Constitution d un réseau de chaleur 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 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 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. 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. 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. 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 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
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. 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 ktep 1. 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-logements 2 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 14 ème 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. En France, le développement des réseaux de chaleur au cours du 20 ème 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 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 renouvelables, permettant de réduire les émissions de gaz à effet de serre, dont un tiers provient de la production de chaleur pour le résidentiel et le tertiaire. Les réseaux de chaleur français en chiffres 450 réseaux pour 6% des besoins nationaux de chauffage Le Syndicat National du Chauffage Urbain (SNCU) recense 427 réseaux de chaleur (enquête 2008), répartis sur 350 villes et s étendant sur 3 300 km. Ce recensement porte essentiellement sur les réseaux d une puissance supérieure à 3,5 MW (soit environ 3 000 équivalents-logements). Il existe également des réseaux moins puissants, souvent alimentés par de la biomasse, non recensés de façon exhaustive à ce jour. Un réseau peut également distribuer du froid : sur les 427 réseaux identifiés, 14 sont des réseaux de froid ; celui de Paris est le plus important d Europe. Chantier de géothermie en région parisienne, 1981 réseaux français. Les énergies renouvelables et de récupération (EnR&R) représentent 29 % des sources. Si on exclut la chaleur issue de l incinération d ordures ménagères pour ne considérer que le bois et la géothermie, ce pourcentage tombe à 6 %. Usagers : 2/3 secteur résidentiel, 1/3 secteur tertiaire Les réseaux de chaleur desservent actuellement environ 2,1 millions d équivalents logements, essentiellement dans des zones urbaines denses. Le logement représente 2/3 de la chaleur livrée par les réseaux, tandis que le tertiaire (y compris les services publics) en reçoit 1/3. 450 réseaux de chaleur et de froid 5 à 6 % des besoins de chauffage 2,1 millions d équivalents-logements usagers : 2/3 résidentiel, 1/3 tertiaire Au total, les réseaux de chaleur distribuent aujourd hui 5 à 6% de la 29 % d EnR&R (6 % bois/géothermie) chaleur consommée dans le résidentiel et le tertiaire en France. Dans certains 1 tonne d équivalent pétrole pays d Europe, essentiellement au 2 La notion d équivalent-logement est utilisée pour rapporter à une même unité l ensemble nord et à l est, les réseaux de chaleur des bâtiments raccordés à un réseau de chaleur, qu il s agisse effectivement de logements, assurent une part bien plus importante des besoins de chauffage : 60 % au de bâtiments tertiaires, d équipements publics (hôpitaux, écoles, piscines...). La consommation énergétique d un bâtiment donné est Danemark, 95 % en Islande, 52 % en Pologne, 50 % en Suède et en convertie en nombre d équivalents-logements Norvège... correspondants, sur la base de l hypothèse suivante : un équivalent-logement est un logement Les énergies fossiles (fioul, gaz, charbon) sont aujourd hui largement dominantes consommant 10 MWh par an de chaleur utile en chauffage et eau chaude. Cela correspond approximativement à la consommation d un dans l approvisionnement des en vigueur au milieu des années logement de 70m² construit selon les normes 90. DREIF/Gobry
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-de- France. 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. 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 Equivalent-logements (millions) Objectif d'évolution de la part des énergies renouvelables dans les réseaux de chaleur (en équivalents-logements chauffés) 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 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 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 1 3 et le projet 4 de loi Grenelle 2 apportent plusieurs évolutions au cadre juridique. La loi Grenelle 1 a ainsi créé le fond chaleur, dispositif de soutien financier aux projets d investissement 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 3 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. Plaquette forestière : bois broyé, destiné à être brûlé dans une chaudière biomasse Cete de l Ouest Pour en savoir plus sur les réseaux de chaleur : Pôle de compétence et d innovation Réseaux de Chaleur du Cete de l Ouest : reseaux-chaleur@developpement-durable.gouv.fr Documentation complémentaire en ligne : http://bit.ly/reseaux-chaleur