Europe
Plusieurs projets de recherche européens ont eu lieu ces dernières années sur les réseaux thermiques, par exemple EcoHeatCool (http://www.euroheat.org/files/filer/ecoheatcool/
project.htm) qui concerne notamment les gisements globaux ou EcoHeat4 (http://www.ecoheat4.eu) sur les différentes politiques législatives d’une douzaine de pays européen. Les données suisses sont intégrées au premier projet EcoHeatCool. Un symposium bisannuel sur les réseaux thermiques (http://www.dhc13.dk/) permet aux scientifiques et aux industriels de débattre des nouveautés et des innovations dans ce domaine.
Au niveau européen (32 pays), l’analyse des statistiques globales de 2003 montre une perte globale de plus de 50% d’énergie entre l’énergie primaire et l’énergie utile (Figure 1) :
Figure 1 : énergie primaire, finale et utile de 32 pays européen (yc Suisse) – année 2003 – en EJ (1 EJ = 278 TWh ≈ consommation finale de la suisse) – (Werner, 2007)
La part de marché des réseaux thermiques selon l’énergie finale étaient de 6% en 2003. Les principaux résultats montrent des gisements bruts très élevés (notamment dans la récupération des productions centralisées d’électricité ou dans la géothermie), et des gisements encore mobilisables de l’ordre d’un triplement de l’actuel (soit 6,8 EJ/an en plus des ventes actuelles d’environ 1.5 à 2 EJ/an). Surtout, la mobilisation d’une partie de ces gisements permettrait d’améliorer l’efficacité du système énergétique tout en intégrant des ressources renouvelables (Werner, 2007).
Les statistiques peuvent parfois être sujettes à débat et ne sont pas toujours très détaillées selon les pays. Un effort d’agrégation, de compatibilité et de comparabilité est en cours au niveau européen. Il existe par exemple aujourd’hui la statistique des citoyens raccordés à un réseau de chaleur urbain qui n’inclut donc pas les ventes de chaleur aux industries et au tertiaire (Figure 2) :
Figure 2: habitants raccordés à un chauffage à distance selon différents pays européens (Source : http://www.euroheat.org/Comparison‐164.aspx)
On constate dans cette figure une grande disparité des citoyens connectés à un réseau thermique, avec certains pays comme le Danemark ou la Lituanie qui en ont plus de 50% tandis que des pays tels que la France ou l’Allemagne n’ont que 6 à 12%. La valeur pour la Suisse n’est à notre connaissance pas connue exactement aujourd’hui mais se situerait plutôt aux alentours de celle de la France.
Actuellement, la feuille de route du développement du mix énergétique de l’UE pour 2050 (Energy Roadmap 2050 : http://ec.europa.eu/energy/energy2020/roadmap/index_en.htm) définit les principaux objectifs de la commissions européenne en matière d’énergie, notamment la décarbonisation du système énergétique, le développement du renouvelable et l’efficacité énergétique.
Cette feuille de route insiste beaucoup sur la production d’électricité à l’aide des renouvelables, les enjeux liés aux réseaux électriques et les futures possibilités de stockage d’énergie électrique. En revanche, il n’y a aucune explicitation mettant en avant les réseaux thermiques comme un instrument d’efficacité et d’intégration du renouvelable dans le mix énergétique.
Les associations faitières des réseaux thermiques (EuroHeatPower, http://www.euroheat.org/) tentent de peser dans le débat européen à travers une stratégie intégrant les réseaux thermiques comme élément clé d’une plus grande efficacité et d’une valorisation des chaleurs fatales et du renouvelable (Heat Roadmap Europe 2050 ; http://www.euroheat.org/Heat‐Roadmap‐Europe‐
165.aspx).
Cette volonté se retrouve dans les projets de recherche cherchant à diffuser les meilleurs pratiques de valorisation de la chaleur fatale, qu’il s’agisse de celle des usines électrothermiques dans le cas du Danemark ou de celle des usines d’incinération dans le cas de la Suède.
La figure ci‐dessous montre dans trois domaines (production électrothermique, déchets municipaux solides, rejets industriels) le pourcentage de valorisation d’électricité (en blanc) et le pourcentage de valorisation thermique (en gris) par rapport au gisement brut (Figure 3 ‐ Persson 2012). Dans chaque
cas, la moyenne de l’UE à 27 pays est comparée au pays possédant le meilleur rendement (Danemark ou Suède selon les cas).
Figure 3 : efficacité de conversion pour la valorisation de la chaleur électrothermique (best practice = Danemark), pour la valorisation de la chaleur des usines d’incinérations (best practice = Suède) et pour la valorisation de la chaleur des rejets
industriels (best practice = Suède) ‐ Persson 2012).
On s’aperçoit que la Suède a un taux moyen de 82% de valorisation énergétique des ses déchets municipaux (à comparer aux 42% des usines d’incinération suisses ‐ OFEN 2011), probablement grâce à sa stratégie de longue date du tout à l’incinération avec une excellente valorisation thermique (par rapport à de nombreux pays européens ayant longtemps pratiqués plutôt la mise en décharge).
Quant à l’exemple danois, il est détaillé ci‐après :
L’exemple danois :
Quelques dates clés sont retenues ici (selon Christensen, 2009) :
1976 : 1er “electricity supply act”
1979 : 1er “heat supply act” (avec à la clé un plan directeur des réseaux de chaleur)
1986 : promotion des CCF décentralisés (y compris biomasse)
On citera également les points suivants ayant probablement joués un rôle important :
Une stratégie à deux niveaux, avec une supervision par les autorités centrales danoises et une mise en œuvre par les autorités locales ;
L’obligation de connexion ;
L’importance du régulateur et de la stabilité du cadre politique et juridique ;
L’importance des taxes d’incitations pour le financement de ces infrastructures.
Les résultats en matière de décentralisation (Figure 4) et de pénétration des CCF dans le mix énergétique (près de 50% de l’électricité totale et 80% de la chaleur en 2010 – Figure 5) sont impressionnants :
HEAT ELECTRICITY
HEAT
ELEC
Figure 4: d’une production par CCF centralisée (1985) à une production décentralisée (Christensen, 2009)
Figure 5: importance des CCF dans la production d’énergie danoise (Danish Energy Agency, 2011)
Ces deux schémas interpellent et mériteraient un approfondissement car le couplage réel entre les usages électriques et thermiques montre qu’il s’agit plus que « simplement » de la récupération de la chaleur des productions électriques fossiles.
A titre d’exemple, une des stratégies développée au Danemark est une valorisation de la chaleur fatale en ruban en complétant les pointes de demande thermique avec d’une part des CCF situés au
Thermal Electricity (80% of total electricity)
niveau du système de transport de la chaleur (« transmission system ») et d’autre part des CCF situés au plus près des utilisateurs, comme le montre la représentation simplifiée du marché des réseaux thermiques à Copenhague (Figure 6) :
Figure 6: représentation simplifiée du marché des réseaux thermiques à Copenhague (Aronsson and Hellmer, 2009)
La compagnie CTR qui gère le réseau de transport est en réalité possédée par les différentes municipalités de Copenhague, permettant à ces dernières de contrôler l’ensemble de la chaîne, de la production à la consommation. Deux autres cas au Danemark sont gérés de manière identique, portant à 25% de la production de chaleur « réseaux thermiques » ce mode de gestion (Aronsson and Hellmer, 2009).
Le contexte de certains pays européens montre un fort développement des réseaux thermiques et est lié à une intense activité de recherche sur les thématiques de l’efficacité énergétique et de la pénétration du renouvelable grâce à ces systèmes.
Suisse
Au niveau suisse, différents objectifs énergétiques généraux sont exprimés en matière d’indicateurs comme (CORE, 2012) :
« la société à 2’000W »
« la société à une tonne de CO2 »,
«un total de 2’000W pour l’énergie primaire non renouvelable et de 2 tonnes d’équivalent CO2 en 2050 ».
Il faudrait y ajouter la sortie programmée de la production électrique par voie nucléaire en 2034. Il y a ici nécessité de clarifier ces points, de confronter les points de vue et de rendre cohérent ces indicateurs de long terme. Un des problèmes vient du fait que les données statistiques actuelles qui servent de base au calcul de ces indicateurs sont issues d’un monde dominé par le fossile (80%) et qu’il sera sans doute nécessaire d’éprouver leur validité dans un monde où ces énergies deviendraient minoritaires. Par exemple, si on n’intègre pas la production renouvelable (panneaux solaires pour la production d’eau chaude, sources froides des pompes à chaleur, geocooling,…) dans la comptabilité énergétique alors que ces énergies deviennent majoritaires dans le chauffage, l’image donnée va être fortement faussée.
Les nouvelles perspectives énergétiques 2050 (Conseil Fédéral, 2012a) et son premier paquet de mesures (OFEN, 2012a), actuellement en phase de consultation politique, listent de très nombreux points à mettre en œuvre. L’objectif principal étant de sortir de la production électronucléaire tout en produisant la majorité de l’électricité sur le territoire suisse, l’approche confédérale reste très liée aux usages électriques, par exemple pour le développement des énergies renouvelables (solaire photovoltaïque, éolien, hydroélectricité, CCF biomasse). Il est question d’une planification commune des zones de développement de l’éolien et de l’hydroélectricité avec une inscription dans la loi pour élever certaines de ces futures zones au rang « d’intérêt national » égal ou supérieur aux intérêts naturels, paysagers et/ou patrimoniaux.
En revanche, la chaleur et ses infrastructures sont globalement peu considérées (sauf les rejets de chaleur des futures centrales à cycles combinés à gaz), même s’il existe une volonté de créer un programme d’encouragement pour la valorisation des chaleurs fatales dans les entreprises (dès 2015). Quant aux CCF, pour pouvoir toucher la rétribution à prix coutant (RPC), ils devront utiliser
« entièrement la chaleur produite » (article 31, al.1, projet de nouvelle LEne, 2012).
La définition et l’harmonisation des plans directeurs cantonaux des réseaux d’approvisionnement en énergie (y compris des réseaux de chaleur à distance) devrait se faire dans le cadre de la révision du modèle de prescriptions énergétiques des cantons (MoPEC 2014), soit d’ici 2018 (mesure G1, OFEN, 2012a). A l’heure actuelle, il n’existe pas de stratégie globale d’optimisation de la valorisation de la chaleur, en complémentarité avec les valorisations électriques, et en relation avec les autres politiques (déchets, eau, air, etc…). Cet état de fait est justifié par le fait qu’« en comparaison des défis que doivent relever les réseaux électriques, les défis des autres structures énergétiques, comme par exemple le réseau de gaz, sont considérés comme moins urgents, ils ne sont donc pas au cœur des préoccupations. » (p. 61, OFEN, 2012a).
Ces différences de priorisation et la non‐transversalité entre les usages thermiques et électriques se retrouvent aussi dans le plan d’action pour la recherche énergétique en suisse (Conseil Fédéral, 2012b). Sur les 7 champs d’action proposés (voir détails dans le chapitre 2), la plupart traitent uniquement de l’électricité (réseau électrique, stockage électrique, production de courant), tandis
que la chaleur n’est incluse que partiellement pour l’efficacité énergétique (via les bâtiments), la biomasse, ou encore comme un rejet de la production électrique. Les synergies et les conflits entre les différentes filières électriques et thermiques ne sont pas réellement considérés comme un thème potentiel de recherche.
Le plan d’action de la recherche énergétique suisse promeut une vision de l’innovation que l’on ressent linéaire : on invente un matériau, un procédé, un système, on le développe, on démontre sa viabilité sur un pilote et on le transfert vers l’industrie. En fait, dans le domaine de l’efficience énergétique et des énergies renouvelables, le dépassement par une innovation du stade des pionniers pour devenir opérante dans l’organisation traditionnelle de la technologie en question est un très long chemin, où les retours d’expérience et le suivi de la diffusion sont indispensables. La seule voie de maturation d’une technologie énergétique face à des énergies aussi anciennes et bon marché que le fossile reste le développement incrémental. Celui‐ci est basé sur l’essai‐erreur, l’évaluation continue, les corrections et l’effet d’entraînement grâce à une communication reposant sur de l’information sérieuse. Ces retours d’expérience sont des occasions uniques de recherche interdisciplinaire, intégrant naturellement, au fur et à mesure que l’innovation progresse et devient plus mature, les aspects économiques et d’appropriation par les acteurs en place.
Au niveau quantitatif, les données suisses concernant les réseaux de chauffage à distance (pas de statistiques liées aux réseaux de type Genève‐Lac‐Nations – GLN – qui utilisent des sources froides naturelles) sont les suivantes (Figure 7) :
Figure 7: statistiques suisses des réseaux de chaleur à distance (OFEN, 2012b)
Ces statistiques concernent la production des plus grandes centrales de chauffage et des principales centrales chaleur‐force. Elles regroupent les données de production (à gauche), les données de fourniture au réseau (autoconsommation déduite, au milieu) et les données de consommation finale
de chaleur (pertes réseaux déduites, à droite). Près de deux tiers de la fourniture de chaleur au réseau se fait grâce à la valorisation thermoélectrique des ordures dans les usines d’incinération.
Les données sur les couplages chaleur‐force (usines d’incinération exclues) sont les suivantes (Figure 8) :
Figure 8: statistiques suisses des couplages chaleur‐force (OFEN, 2012b)
Ces données ne semblent renseigner que partiellement sur la valorisation effective via des réseaux thermiques. En réalité, les statistiques sur la valorisation de la chaleur dans les CCF > 1 MWélec sont incluses dans la statistique de la chaleur à distance vue précédemment.
Genève
Dans la CGE, on citera la recommandation concernant « la mise en place de systèmes centralisés et décentralisés de production d’énergie », avec notamment « Le développement et l'interconnexion des réseaux faisant, par exemple, le lien entre des réseaux de chauffage à distance et des réseaux de chaleur issue de l'environnement ou de rejets thermiques et la promotion de systèmes de production centralisés efficaces » (p.77, Etat de Genève, 2007).
La révision de la loi et de ses règlements ont été votés par le peuple en 2010 (http://etat.geneve.ch /dt/energie/a_votre_service‐directives_formulaires_relatifs_nouvelle_loi_energie‐11772.html).Cette nouvelle loi apporte des compléments à différents niveaux d'action, dont entre autres (Lachal et Lavallez, 2010) :
les bâtiments : suivi de la consommation et assainissement obligatoire des bâtiments les moins performants; obligation de pose de capteurs solaires pour la production d’eau chaude sanitaire (ECS), renforcement des exigences sur le neuf et la rénovation ;
la planification énergétique territoriale : systématisation du concept énergétique territorial dans les procédures d'aménagement ;
les modalités de financement des travaux d'assainissement (report possible et encadré d'une partie des charges sur les locataires).
Réaffirmant le rôle des SIG en tant que bras armé pour la mise en œuvre de la politique cantonale, la loi leur réitère en outre la demande d'un plan directeur des énergies de réseau (L2 30 art.7) et introduit une nouvelle disposition permettant au conseil d'Etat non seulement de prescrire la création d'un réseau de distribution d'énergie thermique, mais également de contraindre SIG à en assurer la réalisation et l'exploitation en l'absence d'autre solution (L2 30 art 22).
Au niveau genevois, il a déjà été montré (Lachal et Lavallez, 2010) que les statistiques par habitant montrent une stabilisation relative des usages électriques et une diminution des autres usages (sauf
1987 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 2011
Consommation finale d'électricité W/hab
Evolution de la consommation électrique finale par habitant ‐canton de Genève
0
1987 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 2011
Consommation finale de carburant W/hab
Evolution de la consommation de carburant finale par habitant ‐canton de Genève
Figure 10: évolution de la consommation pour le chauffage (mazout, gaz, bois) en W/hab ‐ Genève
Ce dernier graphique montre bien la progression continue du gaz par rapport au mazout dans le mix énergétique. Pour la première fois en 2010, une consommation plus importante pour le gaz par rapport au mazout a été observée.
Malgré une statistique peu fiable (basée uniquement sur la vente de combustible), le bois reste encore très marginal dans la consommation. A noter que les données concernant CADIOM n’apparaissent pas dans ces statistiques, car la chaleur fatale de l’usine d’incinération est considérée comme une ressource non commerciale (comme la chaleur de l’environnement soutirée par les pompes à chaleur). Quantitativement, CADIOM représente tout de même environ 30 W/hab (Faessler, 2011).
Les carburants consommés par les avions faisant le plein à l’Aéroport International de Genève (AIG) sont statistiquement connus. Mais sur combien d’habitants répartir cette consommation ? Et cette consommation doit‐elle être réellement répartie uniquement sur des habitants locaux ? Quel est l’impact sur l’économie, et indirectement sur l’énergie, de l’aéroport ? Quels avions font‐ils vraiment le plein à Genève et pour quelles destinations ? Autant de questions encore ouvertes. Pour simplifier, le choix a été fait ici de ne comptabiliser que la moitié des carburants de l’AIG sur le canton de Genève (Figure 11) :
1987 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 2011
Consommation finale de chauffage W/hab
Evolution de la consommation de chauffage finale par habitant ‐canton de Genève *
chauffage
1987 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 2011 Consommation finale de 50% carburant AIIG W/hab
Evolution de la consommation de 50%
carburant AIG finale par habitant ‐canton de Genève
Malgré une croissance importante ces dernières années (en raison du développement des compagnies low‐cost tels qu’EasyJet), la consommation par habitant est revenue à son niveau de 1990, époque où la compagnie nationale Swissair était prépondérante. La question de l’évolution du trafic aérien et de son impact fait partie de discussion plus globale, avec notamment la question lancinante de la taxation du kérosène au niveau international.
Le graphique faisant le résumé de l’évolution de la consommation finale par habitant omet donc volontairement la consommation de l’AIG (Figure 12) :
Figure 12: évolution de la consommation finale du canton de Genève (hors AIG) avec droite de tendance linéaire
En évaluant linéairement l’évolution de la consommation par habitant, on s’aperçoit que la société à 2000 Watts en 2050 paraît à portée de main. Précisons qu’il s’agit de données sur l’énergie finale, ne tenant pas compte du facteur « énergie finale/énergie primaire » qui est de l’ordre de 1.3 actuellement sur Genève, ce qui sous‐entend que 2000W primaire équivalent aujourd’hui à environ 1500W finale. Ce rapport « finale/primaire » est très bon grâce notamment au bannissement du nucléaire dans le mix électrique.
0 500 1'000 1'500 2'000 2'500 3'000 3'500 4'000
1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Consommation finale du canton GE (sans AIG) W/hab
Evolution de la consommation finale par
habitant (sans AIG) ‐ canton de Genève
Historique des réseaux thermiques genevois
Après ce rappel du contexte quantitatif général genevois, revenons aux réseaux thermiques avec l’analyse faite par Mme Lavallez sur leur développement historique à Genève. Trois grandes étapes peuvent être distinguées (Lavallez, 2011) :
1960‐1974 : premiers tronçons « Châtelaine‐Lignon » et « Avanchets‐Palexpo » ;
1986‐2002 : projet Cadiom, visant à valoriser la chaleur issue de l’incinération des ordures ménagères (usine des Cheneviers) ;
décennie 2000 : extensions et interconnexions des réseaux existants, développement de réseaux de quartier liés à des projets de valorisation des énergies renouvelables et locales.
Ces trois étapes permettent de mettre en évidence trois grandes évolutions dans le lien énergie‐
territoire via l’acteur réseau thermique (Lavallez, 2011) :
l’emprise spatiale des réseaux thermiques : initialement simples « tuyaux » reliant localement une ressource fossile et un gros preneur, les réseaux thermiques se constituent progressivement en un véritable « système » d’ambition cantonale voire transfrontalière.
le rôle des réseaux dans la structuration de filières locales impliquant un travail simultané sur les ressources et les besoins propres au territoire : auparavant simples supports pour le transit de flux énergétiques fossiles, les réseaux thermiques deviennent actifs dans les stratégies de valorisation d’énergies renouvelables et locales soumises à de multiples contraintes (en particulier contraintes techniques de temps, de lieu, de qualité). En rendant possible des combinaisons « fossile renouvelable », ils contribuent en outre à favoriser la transition vers la Société 2000 W.
la nature et l’étendue des arrangements sociotechniques liés aux réseaux thermiques : au cours des décennies considérées, les arrangements noués autour des réseaux thermiques semblent se diversifier.
Historiquement, il exista donc à Genève un premier grand réseau de chaleur urbain fonctionnant aux énergies fossiles, le CAD Lignon, rejoint dès 2000 par le réseau CADIOM, qui valorise une partie de la chaleur fatale de l’usine d’incinération des Cheneviers. Ces deux réseaux historiques ont été connectés en octobre 2012.
SIG a toujours possédé et géré le réseau CAD Lignon tandis que le réseau CADIOM a vu l’apparition d’investisseurs privés (CGC Dalkia) en complément de SIG. En pratique, CADIOM est géré par Dalkia tandis que l’usine d’incinération (producteur de la chaleur) est gérée par SIG. La connexion des réseaux CADIOM et CAD Lignon aura donc des implications techniques, économiques, juridiques et d’acceptabilité des acteurs importantes.
En parallèle de ces deux réseaux historiques, de plus petits réseaux de chauffage intégrant du renouvelable existent (Cartigny, Laurana, Chancy, etc…) tandis que c’est développé à Genève des réseaux basés sur la source froide « eau du lac » et qui fournissent principalement des prestations de froid (GLN, Versoix).
Deux autres projets importants sont à replacer dans ce contexte et peuvent apporter un éclairage très utile : le projet de turbine à gaz à cycle combiné actuellement en veilleuse et le projet de géothermie de moyenne et grande profondeur, et les enjeux énormes liés à la valorisation principalement thermique de cette ressource.
Agglomération franco‐valdo‐genevoise ou Grand Genève
L'importance d'un travail à une échelle franco‐valdo‐genevoise pour la mise en œuvre d'une politique énergétique locale cohérente est reconnue. A un niveau politique, des engagements ont été pris dès 2010 tandis qu’au niveau plus opérationnel, une ébauche de coordination a lieu dans le cadre du
L'importance d'un travail à une échelle franco‐valdo‐genevoise pour la mise en œuvre d'une politique énergétique locale cohérente est reconnue. A un niveau politique, des engagements ont été pris dès 2010 tandis qu’au niveau plus opérationnel, une ébauche de coordination a lieu dans le cadre du