Bilan annuel des gisements de l’eau régional en W/hab et W/m 2

Dans ce travail, les gisements énergétiques liés à l’eau ont été analysé comme un système complexe régional. Les barrages hydroélectriques et la gestion des débits ont déjà fortement modifié les rivières dites « naturelles ». Les sociétés humaines se sont souvent développées autour des fleuves étant donné les multiples usages de l’eau. Parmi ces usages, l’utilisation thermique de l’eau a encore selon nous de très gros potentiels au niveau local.

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D’un côté, une meilleure gestion des rejets thermiques existants (notamment ceux de la STEP et de l’UVTD) permettrait d’une part de libérer sur le Rhône des gisements supplémentaires, et d’autre part de valoriser cette chaleur fatale (voir partie 3.2.4 rejets thermiques). De l’autre côté, une amélioration dans la gestion de l’usage des climatisations et le développement de systèmes de réseaux d’utilisation direct de l’eau tels que GLN, permettraient de gérer différemment ces ressources hydrologiques.

L’exemple du Rhône urbain, avec la volonté des SIG d’étudier en détail la faisabilité d’un nouveau système de distribution directe d’eau froide des couches profondes du lac Léman (le GLU, proposé dans un rapport VIRAGE sous l’acronyme GRUE – FAESSLER J. et LACHAL B., 2009a), montre l’intérêt de lier les stratégies de protection de l’eau et d’efficacité énergétique. En effet, l’enjeu global d’un tel projet sur l’ensemble du Rhône genevois est à la fois un enjeu énergétique (meilleure valorisation de la ressource, diminution de la consommation électrique) et un enjeu hydrobiologique (diminution des perturbations du cycle de l’eau liées à la production électrique dans d’autres cours d’eau).

Pour illustrer notre propos, on peut schématiser la production de froid (sous forme d’évacuation de la chaleur dans l’environnement) avec quatre systèmes différents, en fixant la consommation électrique du système à 1.3 : système « classique » avec groupe de froid à refroidissement à air (Figure 47), système avec groupe de froid à refroidissement à eau (Figure 48 – deux systèmes étudiés en détail dans FAESSLER J. et LACHAL B., 2009a), système GLN actuel avec utilisation directe de l’eau du lac pour refroidir (via un échangeur - Figure 49), système de type réseau GLN amélioré avec utilisation directe de l’eau du lac pour refroidir (via un échangeur - Figure 50) :

Figure 47 : schéma de l’efficacité d’un système « classique » avec groupe de froid sur air

Figure 48 : schéma de l’efficacité d’un système avec groupe de froid sur eau (exemple Rhône urbain actuel)

Figure 49 : schéma de l’efficacité d’un système avec réseau d’eau et utilisation directe (type GLN – SEER pour 2010, 1^ère année d’exploitation - M. Viquerat, communication personnelle)

Figure 50 : schéma de l’efficacité d’un système avec réseau d’eau et utilisation directe (type GLN – SEER futur probable - M. Viquerat, communication personnelle)

Pour évaluer le rendement moyen d’une machine de froid, on utilise le taux d’efficacité énergétique (energy efficiency ratio - EER - en anglais)⁷¹. Il est déterminé en divisant l’énergie thermique restituée à l’environnement par l’énergie électrique absorbée. Ce ratio peut être estimé pour une saison entière de refroidissement et est depuis peu nommé SEER⁷²

Des chercheurs ont mesuré les performances de différents systèmes de climatisations (

(MALENKOVIC I., 2010).

Dans notre exemple, cette notion de SEER est étendue au système comprenant l’électricité des pompes afin d’établir une comparaison avec des systèmes directs type GLN.

Tableau 19 ;

Tableau 19 : performance de différents systèmes de refroidissement (SANTAMOURIS M. et al., 2004)

Ils en ont conclu qu’une des conditions déterminantes pour l’efficience du système était la méthode de rejet utilisée. Le gain entre un système de refroidissement avec de l’eau par rapport à un système à air est significatif, de l’ordre de 40% en moyenne. Les valeurs moyennes de SEER mesurées sont d’environ 2.5 et 3.5, respectivement pour des systèmes à refroidissement à air ou à refroidissement à eau (SANTAMOURIS M. et al., 2004).

En parallèle, on voit dans la Figure 49 l’énorme gain énergétique potentiel avec des systèmes d’utilisation directe de l’eau de type GLN. Pour une même quantité d’électricité (y compris les pompes du réseau), on a un facteur 3 à 5 de chaleur évacuée du bâtiment. Comme il s’agit de la première année complète d’exploitation, de substantielles améliorations permettront probablement

71 Equivalent au coefficient de performance (COP) des pompes à chaleur pour le chaud.

72 Equivalent au coefficient de performance annuel (COPA) des pompes à chaleur pour le chaud.

73 Il s’agit en fait de SEER mais à l’époque de ces recherches, cette dénomination n’était pas encore introduite.

de faire monter le SEER à environ 20 (M. Viquerat, communication personnelle). Cela signifie qu’à terme, pour une même prestation de froid, on devrait consommer 8 à 12 fois moins d’électricité.

Or, cette électricité, produite dans des centrales hydrauliques ou nucléaires, perturbe aussi le cycle de l’eau dans d’autres lieux.

Dans cet exemple illustratif, l’électricité utilisée pour le système de distribution dans le bâtiment n’est pas linéaire avec la quantité de chaleur à évacuer pour les systèmes de réseau de type GLN.

On admet en effet que le couplage des bâtiments sur ce type de réseau s’accompagne obligatoirement d’action sur la régulation (par exemple augmentation de la différence de température de la régulation), permettant une diminution d’un facteur deux ou trois des besoins en électricité pour une même quantité de chaleur à évacuer. Les améliorations substantielles entre la situation actuelle de GLN (Figure 49) et une situation future optimale (Figure 50) résident également dans une meilleure gestion des pompes du réseau, et donc de la consommation électrique induite.

De manière synthétique, on peut comptabiliser les gisements bruts, accessibles et mobilisables de l’eau, selon leurs usages (électrique ou thermique), comme suit (Tableau 20) :

Tableau 20 : filières à ressources régionales hydrologiques (hydroélectriques et hydrothermiques) par habitant et m² (865'000 habitants ; 1’942 km²)

Globalement, les gisements électriques correspondent à la rénovation en cours des turbines de Chancy-Pougny et à la construction future du barrage de Conflan. Quant aux gisements hydrothermiques, ils se trouvent à la fois sur l’utilisation du Rhône et sur l’utilisation des couches profondes du lac Léman.

On peut imaginer mobiliser les couches profondes du lac (froides) pour les rejeter dans le Rhône (chaud) via des « thermoduc », en gérant les débits afin de perturber au minimum les températures du milieu, voire même de refroidir le Rhône lorsque la couche superficielle s’élève de manière trop importante en été, pour que des conditions de vie optimales y soient maintenues. En parallèle, une

AFVG

UNITE W/hab W/m² W/hab W/m² W/hab W/m² W/hab W/m²

BRUT

ELECTRIQUE 0 0.000 396 0.176 66 0.030 462 0.206

BRUT

THERMIQUE 2606 1.161 2'396 1.067 146 0.065 5148 2.293

NON ACCESSIBLE

ELECTRIQUE 0 0.000 57 0.025 63 0.028 120 0.054

NON ACCESSIBLE

THERMIQUE 2074 0.924 1723 0.768 131 0.058 3928 1.749

ACCESSIBLE

ELECTRIQUE 0 0.000 339 0.151 3 0.001 342 0.152

ACCESSIBLE

THERMIQUE 532 0.237 673 0.300 15 0.007 1220 0.544

DÉJÀ MOBILISE

ELECTRIQUE 0 0.000 314 0.140 3 0.001 316 0.141

DÉJÀ MOBILISE

THERMIQUE 3 0.001 153 0.068 1 0.001 157 0.070

MOBILISABLE

ELECTRIQUE 0 0.000 26 0.011 0 0.000 26 0.011

MOBILISABLE

THERMIQUE 529 0.236 520 0.232 14 0.006 1063 0.474

SOMME * petit lac Léman Rhône Arve

*autres rivières considérées comme 0

utilisation directe du Rhône peut aussi être imaginée, pour des prestations de froid, voire de chaud, même si la ressource lac paraît plus intéressante par rapport à ses niveaux de température.

Ce système Lac-Rhône est complexe et la mobilisation d’importants débits (de l’ordre de plusieurs dizaines de m³

A notre sens, les innovations pour l’évolution et la mise en place de ce type de système ne seront pas techniques mais bien plutôt organisationnelles.

/s) doit encore être évaluée de manière indépendante et globale au fur et à mesure du développement des réseaux de chaud/froid. Mais on perçoit que la mutualisation de cette ressource entre plusieurs dizaines d’utilisateurs permettrait probablement de diminuer voire de rendre imperceptible les impacts environnementaux sur le système, tout en augmentant la complexité de gestion des réseaux, en lien avec les besoins des utilisateurs. Ces besoins sont nettement plus faibles que l’offre hydrothermique de plus de 1'000 W/hab (voir partie 4.2.3.1).