Réseaux de chaleur et de froid : en route pour la cinquième génération

Encore rares en France, les réseaux de chaleur et de froid dits de 5e génération (5GDHC) font de plus en plus parler d’eux. En juin 2019, l’un des plus emblématiques a été inauguré au pôle technologique de Paris-Saclay. Alimenté en énergie par la nappe phréatique de l’Albien (30 °C), il a été sélectionné pour être l’un des démonstrateurs européens du projet européen D2Grids. Il intégrera d’autres sources d’énergie au fur et à mesure du développement de la ZAC, notamment la récupération de la chaleur du supercalculateur Jean Zay. « Deux autres réseaux plus petits existent également en France, celui d’Issy-les-Moulineaux et celui de la ZAC Seguin – Rives de Seine à Paris. On peut également citer celui de Nice Méridia actuellement en construction », détaille Guillaume Perrin, chef du service des réseaux de chaleur et de froid de la Fédération nationale des collectivités concédantes et régies (FNCCR).

Multisources…

Si les premiers réseaux de chaleur des années 1910-1920 véhiculaient de la vapeur à haute pression à 150 °C et étaient alimentés le plus souvent par une grosse centrale à charbon, ceux de 5e génération sont l’aboutissement de cent ans d’évolution. Ils intègrent bien sûr un maximum d’énergie renouvelable et de récupération mais, surtout, ils multiplient les sources d’alimentation, limitant ainsi le transport de la chaleur et les pertes de calories associées. Ils fonctionnent, dans la même optique, à  température beaucoup plus basse, souvent 20 à 30 °C, et peuvent intégrer ainsi des énergies difficilement utilisables dans les réseaux plus chauds. La géothermie de surface, le solaire en complément de solutions de stockage (centralisées ou plus souvent décentralisées) et la récupération de chaleur sur les eaux usées ou en sortie de station d’épuration font partie des énergies privilégiées. Des pompes à chaleur (PAC) sont installées en complément dans les sous-stations pour relever la température ou au contraire apporter du froid (lire encadré).

… et pilotables

Pour gérer l’alimentation du réseau par ces différentes sources mais aussi l’énergie livrée aux clients, les 5GDHC sont pilotables et numérisés. « On ne se contente plus de vérifier la quantité d’énergie consommée pour effectuer ensuite la facturation mais on pilote de façon fine l’énergie délivrée au niveau des sous-stations en fonction des besoins. On peut moduler la pression, installer des bypass pour alimenter un bâtiment uniquement quand il en a besoin, délivrer du froid… » explique Guillaume Perrin. Les consommateurs du réseau deviennent également acteurs de sa gestion. « Il est possible de leur proposer de couper leur alimentation en chaleur ou en froid pendant une heure par exemple à certains moments de la journée contre des réductions sur leur facture, comme on le fait pour l’électricité. Si le bâtiment possède une bonne inertie, cela a peu de conséquences sur la température intérieure tout en économisant l’énergie », poursuit l’expert, qui tend à penser que les réseaux de chaleur devraient être de plus en plus souvent exploités dans une forme proche des contrats de performance énergétique (CPE).
Seul inconvénient des 5GDHC : leur manque de résilience face à des variations importantes de consommation de chaleur. « Les réseaux plus chauds et alimentés par des sources de chaleur dont on peut faire varier facilement et rapidement la production sont moins pénalisés lorsqu’un client important sur ou sous-consomme pour une quelconque raison. Pour les réseaux de chaleur de 5e génération, il est plus difficile de conserver un écart optimal entre les températures aller et retour du réseau. Le rendement peut se dégrader, explique l’expert. C’est là que la régulation et le pilotage interviennent. Leur optimisation représente tout l’enjeu de ces réseaux. »