BISCHWILLER. Aménagement de la Z.A.C. du Baumgarten. Etude de faisabilité sur le potentiel de développement en énergies renouvelables

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BISCHWILLER

Aménagement de la Z.A.C. du Baumgarten

Architecte Urbaniste Mandataire SECTION URBAINE

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Bureau d'ingénierie SERUE Ingénierie

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Paysagiste

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Etude de faisabilité sur le potentiel de développement en énergies renouvelables

Historique

INDICE DATE MODIFICATIONS ETABLI VERIFIE APPROUVE

0 16/09/20 Première diffusion JBL JBO HMO

Identification du document IDENTIFIANT DU DOCUMENT

S O M M A I R E

1 - I

... 3

2 - P

’

... 4

2.1 - Localisation ... 4

2.2 - Description du programme prévisionnel ... 6

2.3 - Estimation des consommations énergétiques et des puissances thermiques ... 7

3 - E

’

... 8

3.1 - Solaire thermique ... 8

3.2 - Solaire photovoltaïque ... 9

3.3 - Géothermie sur sondes géothermiques verticales ou sur nappe ... 10

3.4 - Bois-Energie ... 11

3.5 - Solutions écartées... 14

3.6 - Synthèse ... 15

4 - R

... 16

4.1 - Principe ... 16

4.2 - Avantages ... 17

4.3 - Limites ... 17

4.4 - Opportunité de raccordement à un réseau existant ... 17

4.5 - Synthèse ... 17

5 - C

... 18

5.1 - Scénario de référence ... 18

5.2 - Variantes ... 19

6 - A

... 20

6.1 - Investissement ... 20

6.2 - Consommations d’énergie globales ... 22

6.3 - Coût énergétique ... 25

7 - E

CO

... 27

8 - S

... 29

1 - INTRODUCTION

Dans le cadre de l’aménagement de la ZAC du Baumgarten sur la commune de Bischwiller (67), une étude de faisabilité sur le potentiel de développement en énergies renouvelables est menée.

Cette étude entre dans le cadre de l’article L128-4 du Code de l’Urbanisme :

« Toute action ou opération d’aménagement telle que défini à l’article L. 300-1 et faisant l’objet d’une étude d’impact doit faire l’objet d’une étude de faisabilité sur le potentiel de développement en énergies renouvelables de la zone, en particulier sur l’opportunité de la création ou du raccordement à un réseau de chaleur ou de froid ayant recours aux énergies renouvelables et de récupération ».

L’objectif de l’étude est d’évaluer la disponibilité des différentes énergies renouvelables (EnR) sur le site, ainsi que la pertinence technique de leur utilisation au niveau de la zone, afin d'apporter des éléments d'aide à la décision et des préconisations pour la réalisation de l'aménagement.

2 - PRESENT ATION DE L’OPER ATION

2.1 - Localisation

Le projet est localisé sur le ban de la ville de BISCHWILLER dans le Bas-Rhin (67) en région Grand-Est. Le secteur concerné est le lieu-dit Baumgarten, situé au Nord-Ouest de la ville.

La surface totale du périmètre de la future ZAC est de 22.04.

La frange entre le périmètre de la ZAC et le quartier du Hasensprung attenant est constituée de fonds de jardins mis à disposition, pour partie, par la commune aux résidents du Hasensprung.

L’emprise du projet est délimitée par :

 au Nord, un chemin agricole, une ferme encore habitée et une zone agricole avec des espaces boisés (Nord-Est) ;

 au Sud, la rue du Carmel ;

 à l’Est, un chemin agricole puis une zone d’habitation ;

 à l’Ouest, un chemin agricole, la voie de chemin de fer vers Strasbourg puis une zone industrielle.

Le terrain est actuellement occupé par des terrains nus ayant servi, ou servant encore pour partie, pour l’agriculture et des espaces boisés.

Les accès à l’opération se font via la rue du Castor, la rue du Carmel et la rue de l’Obermatt.

Localisation de la ville de Bischwiller

A 9 km d’Haguenau et à 36 km de Strasbourg, Bischwiller s’est établie à la confluence du Rothbaechel et de la Moder, et s’est développé vers le sud, dans la plaine agricole le long des axes routiers vers Gries et vers Haguenau.

Coordonnées du projet :

Lambert 93

Localisation du projet

Le site est directement relié à l’une des grandes pénétrantes de la commune, la D329 (rue de Haguenau) qui pourra permettre une connexion directe avec la commune de Kaltenhouse (au Nord) sans rentrer dans Bischwiller.

De plus, le site est également relié à la rue de l’Obermatt au Nord-Est (via la D329) qui permet de se rendre dans des établissements scolaires, à tous les équipements sportifs de Bischwiller, mais est aussi connectée à la D29, voie de contournement qui permet de relier à l’autoroute (vers l’Allemagne, vers Strasbourg et vers l’A4 un peu plus loin).

L’arrivée de la voie ferrée fin du 19ème siècle vient contraindre la forme urbaine à l’ouest et lui donne une nouvelle limite. La bifurcation de la voie ferrée qui relie Bischwiller à Oberhoffen donne sa forme au site du Baumgarten. La ripisylve qui borde le Rothbaechel marque la limite de la commune vers le nord, et l’urbanisation se fait progressivement entre cette limite et la voie ferrée.

2.2 - Description du programme prévisionnel

Le programme est constitué principalement par la construction de logements privatifs et sociaux. Ces données seront précisées et affinées lors de l’élaboration du dossier de réalisation de ZAC. Les données considérées pour l’étude sont les suivantes :

- 802 logements dont :

o 139 maisons individuelles ou en bande

o 668 logements collectifs répartis sur environ 42 bâtiments

La programmation est résumée dans le tableau ci-après :

Type de bâtiment SHON (m²) Maisons individuelles 12 792 Logements collectifs 46 732

TOTAL (m²) 59 524

Hypothèse d’aménagement

Le développement de la ZAC s’étendra sur 20 ans et est découpé dans le temps en 7 phases.

2.3 - Estimation des consommations énergétiques et des puissances thermiques

Les besoins en énergie thermique et électrique sont estimés à l’échelle de l’opération.

Ces besoins vont servir à déterminer la pertinence économique ou non des solutions. Ils sont également utilisés pour le calcul des consommations en énergie finale et des émissions de CO2 en fonction des scénarios retenus.

Les besoins thermiques sont exprimés en énergie utile en sortie de générateur. Les pertes de stockage, de distribution, de régulation et d’émission sont donc comptées.

Les besoins en énergie électrique sont exprimés en énergie utile en sortie de compteur.

Nous avons pris en compte des performances de bâtiments censés respecter la future RE2020, conduisant aux ratios suivants :

- déperditions des futurs bâtiments : transmission : 20 W/m²SHON

surpuissance : 11 W/m²SHON

infiltrations : 2 W/m²SHON

- consommations énergétiques des futurs bâtiments : chauffage : 25 kWhEU/(m²SHON.an) eau chaude sanitaire : 30 kWhEU/(m²SHON.an) électricité * : 35 kWhEU/(m²SHON.an)

* (incluant l’éclairage, les équipements auxiliaires et les usages non conventionnels)

En appliquant ces ratios, les déperditions des futurs bâtiments sont de l’ordre de 4,3 kW par logements et conduisent aux besoins suivants sur l’ensemble de la ZAC :

- déperditions : puissance totale nécessaire d’environ 3,5 MW - ECS : puissance ECS nécessaire d’environ 800 kW

- consommations : consommation annuelle totale d’énergie de 5,0 GWh, dont 1,4 GWh pour le chauffage, 1,7 GWh pour l’ECS et 1,9 GWh pour l’électricité.

3 - EV ALU ATION DU POTENTIEL D’ENERGIES RENOUVEL ABLES DISPONIBLES LOC ALEMENT

3.1 - Solaire thermique

3.1.1 - Principe de fonctionnement

Un fluide caloporteur (en général de l’eau glycolée) circule dans les capteurs solaires thermiques et collecte l’énergie solaire emmagasinée. Cette énergie est ensuite exploitée dans le bâtiment pour le chauffage des locaux, la production de l’ECS ou la production d’eau glacée (système à absorption).

3.1.2 - Généralités et potentiel

L’énergie solaire est une énergie inépuisable et gratuite.

Cette énergie peut être exploitée pour produire de l’eau chaude sanitaire ou encore alimenter un circuit de chauffage.

La région Alsace présente un ensoleillement annuel de 1 700 heures en moyenne.

Le rayonnement solaire global journalier brut moyen reçu par mètre carré de capteur solaire horizontal est de l’ordre de 3,8 kWh/(m².jour). Cet ensoleillement est jugé favorable.

Source : www.sibelenergie.fr

Pour une installation de chauffe-eau solaire, une installation correctement dimensionnée assurera un taux de couverture solaire de l’ordre de 50 - 60% des besoins.

En région Grand-Est, la production de chaleur par le solaire thermique représentait en 2015 environ 121 GWh/an. La production est aujourd’hui essentiellement réalisée par des installations individuelles pour le préchauffage de l’ECS.

3.1.3 - Pertinence sur le projet

Le solaire thermique est pleinement exploitable sur ce projet.

A l’échelle du bâtiment, l’installation solaire thermique est principalement utilisée pour la production d’eau chaude sanitaire qui est alors fortement valorisée dans le calcul thermique réglementaire (RT2012).

Pour la production d’eau chaude sanitaire en bâtiment collectif, on préférera systématiquement les systèmes de chauffe-eau solaire collectif individualisé (CESCI, avec un ballon solaire dans chaque logement) ou avec appoint individualisé (CESCAI, avec un ou des ballons mutualisés en chaufferie et un appoint individuel par logement) aux systèmes centralisés dont le bouclage est très énergivore.

Source : www.solaire-collectif.fr

3.2 - Solaire photovoltaïque

3.2.1 - Principe de fonctionnement

Installés en toiture, des panneaux solaires photovoltaïques captent la lumière du soleil. Sous l'effet de la lumière, le silicium, un matériau conducteur contenu dans chaque cellule, libère des électrons pour créer un courant électrique continu. Un onduleur transforme alors ce courant en courant alternatif compatible avec le réseau de distribution collectif.

Une fois transformée en courant alternatif par un onduleur, l’électricité est utilisée dans le logement (autoconsommation) ou injectée dans le réseau contre une rente versée par un fournisseur (vente totale).

Il est ensuite essentiel de connaitre et de calculer les taux suivants :

- le taux d’autoconsommation est la part d’électricité que vous consommez sur place par rapport à la totalité de l’électricité que vous produisez à domicile. La part restante, le surplus, étant soit réinjectée sur le réseau public d’électricité, soit perdue.

- le taux d’autoproduction désigne la proportion de l’électricité produite à votre domicile par rapport à votre consommation totale. Autrement dit, le taux d’autoproduction permet de mesurer la part de votre consommation électrique couverte grâce à votre installation, et donc le degré d’autonomie électrique de votre logement.

3.2.2 - Pertinence sur le projet

Bien que le montage juridique soit compliqué, nous avons décidé, pour la suite de cette étude, d’envisager le solaire photovoltaïque avec 100% d’autoconsommation, y compris pour les logements collectifs.

La consommation minimale des logements, aussi appelée bruit de fond ou talon (qui correspond à celle des appareils qui fonctionnent de façon quasi permanente : réfrigérateur et congélateur, les différentes veilles, la box Internet, la VMC ...) sera alors estimée.

L'objectif de l'autoproduction sera de couvrir cette consommation incompressible.

Dans du logement, ce talon correspond à environ 400 à 600 kWh selon l’horaire. Il sera donc pris comme hypothèse l’installation de deux panneaux (environ 600 Wc) par logement, que ce soit pour les maisons individuelles ou les logements collectifs, afin de permettre l’autoconsommation du « bruit de fond » de chaque logement et ainsi avoir un taux d’autoconsommation proche de 100%.

La production sera ainsi de 580 Wh et le taux d’autoproduction de 23 % environ.

3.3 - Géothermie sur sondes géothermiques verticales ou sur nappe

3.3.1 - Principe de fonctionnement

La géothermie sur sondes géothermiques (ou sondes verticales) utilise des sondes installées dans des forages verticaux, pour valoriser l’énergie géothermique très basse température contenue dans les couches superficielles du sol.

Un fluide caloporteur est pompé en circuit fermé et permet d'extraire l'énergie du sous-sol à l'aide d'une pompe à chaleur.

La géothermie sur nappe/sur aquifère (ou géothermie très basse énergie) consiste, elle, à pomper l’eau d’une nappe souterraine par l’intermédiaire d’un forage pour l’acheminer, via un échangeur, jusqu’à la pompe à chaleur afin d’en prélever les calories, avant de la réinjecter dans l’aquifère par l’intermédiaire d’un second forage.

3.3.2 - Généralités et potentiel

Le territoire alsacien se prête fortement au développement des installations de géothermie assistée par pompes à chaleur aussi bien sur nappe que sur sondes. En revanche de nombreuses zones sont complexes et le sous-sol contient des formations salifères et gypseuses qui nécessitent une approche particulière et des études de détails avant de planifier une opération.

La carte ci-dessous donne une idée du potentiel des aquifères pour une opération géothermique sur nappe : les aquifères (formation géologique contenant de l’eau mobilisable) sont disponibles sur plus de 45% du territoire. La réalisation de sondes géothermiques verticales est envisageable sur au moins 65%du territoire.

Source BRGM Alsace

La géothermie très basse énergie concerne l’exploitation des aquifères peu profonds et l’exploitation de l’énergie naturellement présente dans le sous-sol à quelques dizaines, voire quelques centaines de mètres.

L’Alsace est particulièrement favorisée par la présence de la nappe alluviale rhénane qui est l’une des plus importantes réserves en eau souterraine d’Europe. La quantité d’eau stockée, pour sa seule partie alsacienne, est estimée à environ 35 milliards de m³.

Sa température varie peu au fil des saisons, entre 8 et 12 °C, et assure une efficience élevée même en hiver, dans le cas de son exploitation à travers des pompes à chaleur.

De par l’accessibilité de sa ressource et par les débits de pompage élevés dans les alluvions, la Plaine d’Alsace avec la nappe alluviale rhénane, correspondant géologiquement au Plio-Quaternaire du Fossé rhénan (en bleu clair sur la carte), se dégage comme le potentiel majeur.

(source www.geothermies.fr)

3.3.3 - Pertinence sur le projet

La ville de Bischwiller se situant dans cette zone favorable (plaine d’Alsace) à l’exploitation de la géothermie très basse énergie, il s’agit donc d’une énergie à favoriser dans le cadre de l’aménagement.

3.4 - Bois-Energie

3.4.1 - Généralités et potentiel (source www.fibois-alsace.com)

L’intérêt environnemental du Bois-Energie est que la combustion du bois n’est pas considérée comme émettrice de CO2, car ce CO2 rejeté à la combustion est absorbé lors de la croissance du bois, créant ainsi un cycle.

La région Alsace est couverte à hauteur de 39% par des forêts. La forêt alsacienne représente 2 % de la surface forestière nationale et le bois récolté en Alsace 4% de la production française.

D’amont en aval, la filière forêt-bois est structurée en dix segments, qui couvrent les différentes activités de la gestion forestière jusqu’aux transformations successives du bois en passant par les activités de soutien (fourniture d'équipements, commerce, transport, bureaux d’études...).

Etant donné les gisements disponibles en Alsace, cette ressource est considérée, à ce stade, comme disponible pour l’aménagement de la ZAC.

3.4.2 - Pertinence sur le projet

L’utilisation du bois est justifiée dans la mesure où un niveau minimum de mutualisation est retenu.

Une chaufferie bois produit de l’eau chaude à une température suffisante pour assurer la production d’ECS et le chauffage des bâtiments.

Il faudra toutefois étudier l’accessibilité des chaufferies bois pour le réapprovisionnement en combustible.

Ce sujet devra être pris en compte lors des phases ultérieures du projet d’aménagement si cette solution est retenue.

Plusieurs solutions sont envisageables et notamment :

- Une chaufferie bois par bâtiment collectif + chaudière bois individuelle pour les maisons

Dans les bâtiments collectifs, des chaufferies bois utilisant des granulés peuvent être installées. Ce combustible s’adapte parfaitement à ces faibles puissances.

Le stockage du bois peut se faire à proximité du bâtiment, ou en enterré afin de réduire l’impact visuel.

Les chaufferies bois seraient dimensionnées pour couvrir environ 85% des besoins thermiques, les 15%

restants seraient couvert par des chaudières fonctionnant au gaz.

Source www.chaleureco.com

Cette solution ne sera cependant pas retenue dans la suite de cette étude. La solution suivante lui sera préférée :

- Une chaufferie bois centralisée + réseau de chaleur alimentant chaque bâtiment

L’utilisation de la ressource bois sous forme de bois déchiqueté peut être envisageable pour alimenter une chaufferie centrale commune à l’ensemble des bâtiments. La chaleur produite serait ensuite distribuée dans les logements via un réseau de chaleur et des sous-stations (une par bâtiment).

Un réseau de chaleur alimenté par une chaufferie mixte Bois-Energie/Gaz naturel peut s’avérer intéressant pour un projet de quartier, sous réserve d’une densité de bâtiments suffisante.

La chaufferie bois est une structure qui s’intègre généralement bien architecturalement dans l’environnement proche si l’on se place dans le contexte d’un projet urbain de ce type.

Elle nécessite cependant également une attention particulière concernant l’acheminement par poids lourds du combustible.

Le principe de fonctionnement d’une telle chaufferie est le suivant :

Source www.bioenergie-promotion.fr

Le silo est en général enterré et dimensionné suivant l’autonomie à pleine charge (généralement de 3 à 5 jours). Une solution bois déchiqueté mutualisée peut présenter un intérêt plus certain pour alimenter des logements collectifs si la densité énergétique est suffisante.

Il est envisagé une implantation de la chaufferie au milieu de la ZAC, avec un silo enterré accolé à la chaufferie, à proximité d’une voirie de desserte accessible pour les véhicules lourds pour la livraison de bois.

La chaudière bois couvrira environ 85% des besoins thermiques et une chaudière d’appoint s’occupera des 15 % restant. Ceci permet de limiter l’investissement lié à la chaudière bois en mettant en place une chaudière moins puissante (puissance thermique maximale requise ponctuellement lors des températures extérieures les plus basses) et ainsi d’obtenir une meilleure rentabilité économique de l’installation.

3.5 - Solutions écartées

3.5.1 - Energie éolienne

L’énergie éolienne n’a pas été retenue dans cette étude pour les raisons suivantes : - fort impact visuel

- zone peu propice à l’implantation d’éoliennes comme l’indique la carte ci-dessous

Source www.aurore-energies.com

3.5.2 - Aérothermie

L’aérothermie n’a pas été retenue dans cette étude pour les raisons suivantes : - nuisance visuelle et sonore

- faible performance par temps froid, d’autant plus pour la région Alsace (-15°C)

3.5.3 - Géothermie « horizontale »

La géothermie sur capteurs horizontaux n’a pas été retenue dans cette étude car la surface au sol nécessaire est trop importante au regard de l’implantation des logements sur la ZAC.

De plus, la nappe phréatique sur la plaine d’Alsace est accessible à une profondeur très faible, ce qui justifie d’autant plus l’utilisation de la géothermie sur nappe développée ci-avant.

3.5.4 - Autres

Enfin, les solutions suivantes ont été écartées du fait de leur incohérence par rapport à l’échelle du projet (besoins en puissance sur la ZAC trop faibles pour les mettre en œuvre) :

- déchets organiques valorisables

- récupération des calories sur eaux grises - usine de méthanisation

3.6 - Synthèse

Le tableau suivant récapitule les avantages et inconvénients des différentes solutions exposées ci-avant et donne le panel des énergies renouvelables retenues (en vert dans le tableau) dans le cadre de l’étude faisabilité concernant le potentiel de développement en ENR pour la ZAC du Baumgarten.

Maisons individuelles

Logements

collectifs Observations

Solaire thermique

(production ECS, type CESI ou CESCAI) Adapté Adapté

Solution adaptée aux logements avec un taux de couverture d’environ 50% pour les logements collectifs et 70% pour les maisons individuelles.

Géothermie sur nappe Adapté Adapté

La nappe phréatique en Alsace est très peu profonde : le potentiel de cette solution est avéré.

La production d’ECS est impossible via la géothermie (températures de production trop basses) : il faudra avoir recours à une chaudière gaz pour l’ECS.

Bois-Energie (chaufferie centralisée) Adapté Adapté

La filière bois est très développée en Alsace.

Il faudra être vigilant quant à la densité énergétique sur la ZAC.

Solution couplée à un appoint gaz (85% des besoins couverts par la chaudière bois).

Solaire photovoltaïque Adapté Adapté

Utilisation en autoconsommation (talon de consommation

uniquement), par l’installation de deux panneaux par logement (600 Wc installé environ). Taux d’autoproduction de 23 % environ.

Energie éolienne Non adapté Non adapté La zone est peu propice et l’impact visuel est élevé.

Aérothermie Non adapté Non adapté Les nuisances sonore et visuelle sont fortes et la performance très faible par temps froid.

Géothermie « horizontale »

Non adapté Non adapté La surface au sol nécessaire est trop importante et la solution sur nappe plus adaptée du fait de la proximité de la nappe phréatique en plaine d’Alsace.

Déchets organiques valorisables Non adapté Non adapté

Solutions incohérentes par rapport à l’échelle du projet.

Récupération des calories sur eaux grises Non adapté Non adapté

Méthanisation Non adapté Non adapté

Une approche économique va être réalisée dans la suite de ce document concernant les différentes solutions identifiées comme « adaptées » dans le tableau ci- dessus.

4 - RESE AU DE CH AL EUR

Comme évoqué en introduction, l’article L128-4 du Code de l’Urbanisme indique :

« Toute action ou opération d’aménagement telle que défini à l’article L. 300-1 et faisant l’objet d’une étude d’impact doit faire l’objet d’une étude de faisabilité sur le potentiel de développement en énergies renouvelables de la zone, en particulier sur l’opportunité de la création ou du raccordement à un réseau de chaleur ou de froid ayant recours aux énergies renouvelables et de récupération ».

4.1 - Principe

Un réseau de chaleur (ou réseau de chauffage urbain) est un système de distribution de chaleur à partir d’une installation de production centralisée et à destination de plusieurs consommateurs. La chaleur est transportée au sein d’un ensemble de canalisations, généralement à l’échelle d’un quartier.

Les réseaux de chaleur sont principalement utilisés à des fins de chauffage résidentiel (logements et eau chaude sanitaire) mais ils peuvent desservir de nombreux autres types de bâtiments : immeubles de bureaux, centres commerciaux, hôpitaux, usines, etc.

Les réseaux de chaleur répondent très souvent à des initiatives publiques locales, portées par des collectivités ou des organismes qui en sont proches.

Un réseau de chaleur se compose de trois éléments principaux :

- la chaufferie : système de production centralisée de chaleur qui peut comporter une ou plusieurs chaudières. Il en existe de nombreux types selon leur puissance et les énergies utilisées : gaz naturel, fioul, biomasse, géothermie, chaleur de récupération, etc. ;

- les canalisations : elles véhiculent un fluide caloporteur (eau ou vapeur d’eau) qui assure le transport de l’énergie thermique. Selon les réseaux de chaleur, la température de ce fluide peut être comprise entre 60°C (généralement pour la distribution de chaleur dans des immeubles d’habitation ou de bureaux) et près de 300°C (pour la fourniture de chaleur à usage industriel) ;

- les sous-stations : ce sont les échangeurs qui constituent les points de livraison de la chaleur. Une sous-station peut être associée à un bâtiment seul ou à un ensemble de bâtiments gérés par une même entité. Une fois ses calories transmises au niveau d’une sous-station, le fluide caloporteur refroidi circule en sens inverse jusqu’à la chaufferie. Le réseau de chaleur fonctionne ainsi en boucle.

4.2 - Avantages

Les réseaux de chaleur permettent de concentrer les contraintes liées à la production de chaleur et de pouvoir potentiellement :

- mieux maîtriser les nuisances (qualité de l’air, bruit, stockage de combustible, etc.) grâce à des actions centralisées au niveau de la chaufferie ;

- augmenter l’efficacité énergétique des systèmes de production grâce à des unités de qualité industrielle, pilotées et entretenues toute l’année par des professionnels ;

- faire évoluer le bouquet énergétique du chauffage de tout un quartier ou toute une ville sans intervention dans les bâtiments ou dans les rues en remplaçant par exemple une chaudière au fioul ou au charbon par une chaudière au bois au niveau de la chaufferie ;

- mobiliser des énergies renouvelables et de récupération peu utilisées par ailleurs comme la géothermie profonde, la chaleur fatale industrielle, etc.

4.3 - Limites

Les réseaux de chaleur ne peuvent se développer partout. Les principaux facteurs conditionnant l’implantation d’un réseau de chaleur sont : la densité urbaine, l’organisation spatiale de cette densité, la présence de bâtiments aux besoins de chaleur importants et stables (hôpitaux, etc.), le coût des travaux (variables selon le contexte urbain), la présence de ressources locales (notamment d’énergies renouvelables ou de récupération), etc.

L’opportunité d’un réseau de chaleur doit donc être étudiée au cas par cas.

4.4 - Opportunité de raccordement à un réseau existant

Il se trouve qu’en 2019, un projet d’envergure visant à doter la ville de Bischwiller d’un système de chauffage innovant et respectueux de l’environnement a été approuvé à la quasi-unanimité en conseil municipal.

Le projet prévoit d’exploiter une chaufferie bois existante actuellement surdimensionnée.

Le réseau de chaleur pourrait donc être étendu vers la ZAC du Baumgarten, mais également vers différents bâtiments publics du secteur (EHPAD, Ecole, piscine, mosquée, etc…).

Actuellement, la production de chaleur (chaudière bois et gaz existantes) permettrait d’atteindre un taux de couverture en ENR d’environ 70%.

Le scénario retenu prévoit toutefois l’ajout d’une deuxième chaufferie biomasse, afin de porter le taux d’énergies renouvelables sur les sites desservis à 90 % voire 95 %.

Le phasage du projet est également en adéquation avec le projet d’aménagement de la ZAC puisque le calendrier initial prévoit un lancement des travaux au premier semestre 2021, et une mise en service progressive à partir de décembre de la même année et une finalisation en 2022.

4.5 - Synthèse

Au vu des données précédentes et de l’opportunité de raccorder les futurs bâtiments à un réseau de chaleur existant, dont le taux de couverture en ENR serait actuellement de 70% et pourrait passer à 90%, le raccordement de la ZAC au réseau urbain sera donc envisagé comme une solution permettant le recours aux ENR dans la suite de cette étude.

5 - CHOIX ET DET AIL DES SCEN ARIOS ENERGETIQUES

5.1 - Scénario de référence

Afin d’évaluer la pertinence économique des différents scénarios énergétiques qui sont présentés dans cette étude, il est nécessaire de pouvoir les comparer à un scénario de référence basé sur l’utilisation d’une énergie non renouvelable.

Une installation électrique afin d’assurer le chauffage et la préparation d’eau chaude sanitaire est relativement simple à mettre en œuvre, mais rarement compatible avec la RT 2012. (coefficient de conversion en énergie primaire de l’électricité de 2,58).

Cette solution a donc été écartée pour la solution de référence de l’opération.

D’autre part, la commune de Bischwiller est desservie en gaz naturel par le réseau GRDF.

Il sera donc pris l’hypothèse d’un type de production de chaleur par chaudière individuelle fonctionnant au gaz naturel pour l’ensemble des logements.

5.2 - Variantes

Le tableau ci-dessous récapitule l’ensemble des scénarios énergétiques retenus et pris en compte dans l’approche économique présentée dans la suite de cette étude.

Ces scénarios ont été retenus en adéquation avec la synthèse du potentiel d’énergies renouvelables réalisée en paragraphe 3 du présent document.

Base : Chaudières individuelles gaz condensation pour tous les logements

Variante A1 : Raccordement des logements collectifs au réseau urbain - Chaudières individuelles gaz condensation pour les maisons individuelles Variante A2 : Raccordement de tous les logements au réseau urbain

Variante B (*) : Production de chauffage via PAC eau/eau centralisée et production d’ECS via chaudière gaz condensation centralisée – Réseau 4 tubes

Variante C (*) : Production de chauffage et d’ECS via chaudière bois et appoint gaz centralisés – Réseau 2 tubes

Variante D : Base + solaire thermique pour la production ECS (CESI pour logements individuels et CESCAI pour logements collectifs)

Variante E : Base + solaire photovoltaïque (autoconsommation, dimensionné pour couvrir la consommation minimale des logements)

(*) : Concernant les variantes B et C, les solutions décrites ne concernent que les logements collectifs. Dans ces variantes, les maisons individuelles sont considérées

BASE Variante A1 Variante A2 Variante B Variante C Variante D Variante E

1 Chauffage Centralisée

PAC Eau/Eau

Chaudière Individuelle Gaz Condensation

2

ECS

Centralisée Chaudière Gaz

Condensation

Solaire thermique + Chaudière Individuelle

Gaz Condensation

3 Réseau S.O. 2 Tubes

42 bâtiments à alimenter

2 Tubes

176 bâtiments à alimenter 4 Tubes 2 Tubes S.O. S.O.

4

Réseau collectif Réseau collectif Réseau collectif Réseau collectif Réseau collectif Réseau collectif

Réseau collectif + panneaux photovoltaïques (autoconsommation)

5 802 x 25 kW 134 x 25 kW S.O. (sur réseau urbain) 134 x 25 kW 134 x 25 kW 802 x 25 kW 802 x 25 kW

6 S.O. S.O. S.O. 700 kW 1 200 kW S.O. S.O.

7 S.O. S.O. S.O. S.O. 2 700 kW S.O. S.O.

8 S.O. S.O. S.O. 3100 kW S.O. S.O. S.O.

Electricité

Centralisée Chaudière bois +

complément gaz Raccordement au réseau urbain

(logements collectifs uniquement) Production de chaleur

(logements collectifs)

Puissance Chaudière GAZ Individuelle (logements individuels) Puissance Chaudière GAZ Centralisée

Puissance Chaudière BOIS Centralisée Puissance PAC Centralisée

Chaudière Individuelle Gaz

Condensation

Raccordement au réseau urbain (tous les logements)

TABLEAU DE SYNTHESE DES VARIANTES ENVISAGEES

Chaudière Individuelle Gaz Condensation

6 - APPROCHE ECONOMIQUE ET ENERGETIQUE

6.1 - Investissement

6.1.1 - Hypothèses

Les coûts d’investissement estimés ci-dessous incluent :

- réseau Gaz : l’acheminement du gaz (tranchées + tuyaux) depuis le réseau gaz existant situé à l’est de la parcelle jusqu’à la chaufferie dans le cas d’une production centralisée ; dans le cas de productions par bâtiment ou de productions individuelles, uniquement les tranchées et remblais (GRDF prendrait en charge la pose du réseau gaz)

- production : la production de chaleur via chaudière gaz individuelle, chaudière bois ou pompe à chaleur (PAC eau/eau), y compris équipements de chaufferie, évacuation des condensats, conduits de fumée, réseaux d’eau de nappe et forages (PAC), silo (y compris génie civil) pour le combustible (chaudière bois)

- réseau de distribution (hors bâtiment) : l’acheminement de l’eau chaude (chauffage et/ou ECS) depuis la production centralisée ou sous-station en entrée de ZAC jusqu’aux bâtiments d’habitation, y compris fouille, lit de pose, évacuation des gravats, remblais

- échangeur : les échangeurs de chaleur dans les sous-stations (1 ou 2 échangeurs par bâtiment selon le type de réseau, 2 tubes ou 4 tubes) de chaque bâtiment d’habitation, y compris vannes d’isolement

- modules d’appartement : les modules d’appartement pour les logements collectifs de type modules

« MTA » dans le cas de réseaux 2 tubes ou de type CIC dans le cas de réseaux 4 tubes, y compris vannes de coupure et d’équilibrage

- électricité : le raccordement, les réglages et la mise en service des éléments de production

Les coûts d’investissement estimés ci-dessus n’incluent pas :

- les coûts de génie civil pour la construction de la chaufferie (en cas de chaufferie centralisée)

6.1.2 - Résultats

6.2 - Consommations d’énergie globales

6.2.1 - Hypothèses

Rappel des besoins et des puissances thermiques : - déperditions des futurs bâtiments :

transmission : 20 W/m²SHON

surpuissance : 11 W/m²SHON

infiltrations : 2 W/m²SHON

- consommations énergétiques des futurs bâtiments : chauffage : 25 kWhEU/(m²SHON.an) eau chaude sanitaire : 30 kWhEU/(m²SHON.an) électricité * : 35 kWhEU/(m²SHON.an)

* (incluant l’éclairage, les équipements auxiliaires et les usages non conventionnels)

En appliquant ces ratios, les déperditions des futurs bâtiments sont de l’ordre de 4,3 kW par logements et conduisent aux besoins suivants sur l’ensemble de la ZAC :

- déperditions : puissance totale nécessaire d’environ 3,5 MW - ECS : puissance ECS nécessaire d’environ 800 kW

- consommations : consommation annuelle totale d’énergie de 5,0 GWh, dont 1,4 GWh pour le chauffage, 1,7 GWh pour l’ECS et 1,9 GWh pour l’électricité.

Les rendements pris en compte pour les différents scénarios étudiés sont les suivants :

Pour la variante C, il a été considéré que le bois représenterait 85% de l’énergie produite, les 15% restants étant fournis par le gaz.

Pour la variante D, le taux de couverture ECS par le solaire thermique a été considéré à hauteur de : - Logements individuels (CESI) : 70 %

- Logements collectifs (CESCAI) : 50 %

Concernant la variante E, le taux d’autoproduction (rapport entre la part de l’énergie consommée produite sur place et la consommation totale) lié à l’installation de deux panneaux solaires par logement est estimé à environ 23 %.

Transformation d’énergie primaire en énergie finale :

Coefficients utilisés pour la transformation des différentes énergies finales en énergies primaires : - Electricité : 2,58

- Bois énergie : 0,6 - Energies fossiles : 1 - Solaire thermique : 0

- Chauffage urbain : 0,64 (fourniture : 90% énergie bois – 10% gaz)

Equipements Rendement de production (%) Rendement de régulation (%)

Chaudière Gaz Individuelle 95 98

Chaudière Gaz Collective 98 95

Chaudière Bois 90 95

Pompe à chaleur 400 95

Réseaux Rendement de distribution (%)

Réseau de chauffage inter-bâtiments 80

Réseau de chauffage collectif (dans chaque bâtiment) 88

Réseau de chauffage individuel 93

6.2.2 - Résultats

BASE Variante A1 Variante A2 Variante B Variante C Variante D Variante E

1 Chauffage Centralisée

PAC Eau/Eau

Chaudière Individuelle Gaz Condensation

2

ECS Centralisée

Chaudière Gaz Condensation

Solaire thermique + Chaudière Individuelle

Gaz Condensation

3 Réseau S.O. 2 Tubes

42 bâtiments à alimenter

2 Tubes

176 bâtiments à alimenter 4 Tubes 2 Tubes S.O. S.O.

4

Réseau collectif Réseau collectif Réseau collectif Réseau collectif Réseau collectif Réseau collectif

Réseau collectif + panneaux photovoltaïques (autoconsommation)

4 Chauffage :

5 - Gaz (Centralisé) S.O. S.O. S.O. S.O. 232 581 kWh/an S.O. S.O.

6 - Gaz (Décentralisé) 1 601 354 kWh/an 267 558 kWh/an S.O. 267 558 kWh/an 267 558 kWh/an 1 601 354 kWh/an 1 601 354 kWh/an

7 - Bois S.O. S.O. S.O. S.O. 1 435 109 kWh/an S.O. S.O.

8 - Electricité S.O. S.O. S.O. 379 882 kWh/an S.O. S.O. S.O.

9 - Ch. Urbain S.O. 1 154 840 kWh/an 1 386 500 kWh/an S.O. S.O. S.O. S.O.

10

11 ECS :

12 - Gaz (Centralisé) S.O. S.O. S.O. 1 860 645 kWh/an 279 097 kWh/an S.O. S.O.

13 - Gaz (Décentralisé) 1 921 624 kWh/an 321 069 kWh/an S.O. 321 069 kWh/an 321 069 kWh/an 896 598 kWh/an 1 921 624 kWh/an

14 - Bois S.O. S.O. S.O. S.O. 1 722 130 kWh/an S.O. S.O.

15 - Electricité S.O. S.O. S.O. S.O. S.O. S.O. S.O.

16 - Ch. Urbain S.O. 1 385 808 kWh/an 1 663 800 kWh/an S.O. S.O. S.O. S.O.

17

18 Electricité :

19 - Electricité 1 941 100 kWh/an 1 941 100 kWh/an 1 941 100 kWh/an 1 941 100 kWh/an 1 941 100 kWh/an 1 941 100 kWh/an 1 494 647 kWh/an

20

21 Total :

22 - Gaz (Centralisé) S.O. S.O. S.O. 1 860 645 kWh/an 511 677 kWh/an S.O. S.O.

23 - Gaz (Décentralisé) 3 522 978 kWh/an 588 627 kWh/an S.O. 588 627 kWh/an 588 627 kWh/an 2 497 952 kWh/an 3 522 978 kWh/an

24 - Bois S.O. S.O. S.O. S.O. 3 157 239 kWh/an S.O. S.O.

25 - Electricité 1 941 100 kWh/an 1 941 100 kWh/an 1 941 100 kWh/an 2 320 982 kWh/an 1 941 100 kWh/an 1 941 100 kWh/an 1 494 647 kWh/an

26 - Ch. Urbain S.O. 2 540 649 kWh/an 3 050 300 kWh/an S.O. S.O. S.O. S.O.

27

28 - Toutes énergies (EF) 5 464 078 kWh/an 5 070 376 kWh/an 4 991 400 kWh/an 4 770 254 kWh/an 6 198 644 kWh/an 4 439 052 kWh/an 5 017 625 kWh/an 29 - Toutes énergies - Ratio au m² 99 kWh/(m².an) 91 kWh/(m².an) 90 kWh/(m².an) 86 kWh/(m².an) 112 kWh/(m².an) 80 kWh/(m².an) 90 kWh/(m².an) 30 - Toutes énergies (EP) 8 531 016 kWh/(m².an) 7 222 681 kWh/(m².an) 6 960 230 kWh/(m².an) 8 437 405 kWh/(m².an) 8 002 686 kWh/(m².an) 7 505 990 kWh/(m².an) 7 379 167 kWh/(m².an)

Chaudière Individuelle Gaz Condensation

Electricité

Consommations prévisionnelles

Raccordement au réseau urbain (logements collectifs uniquement)

Centralisée Chaudière bois Complément gaz Chaudière Individuelle

Gaz Condensation

Raccordement au réseau urbain (tous les logements) Production de

chaleur pour les logements

collectifs

6.2.3 - Synthèse

Consommation totale en énergie finale

Consommation totale en énergie primaire

kWhEF/an % (+/-) kWhEP/an % (+/-)

Scénario BASE 5 464 078 8 531 016

Variante A1 5 070 376 -7,2% 7 222 681 -15,3%

Variante A2 4 991 400 -8,7% 6 960 230 -18,4%

Variante B 4 770 254 -12,7% 8 437 405 -1,1%

Variante C 6 198 644 13,4% 8 002 686 -6,2%

Variante D 4 439 052 -18,8% 7 505 990 -12,0%

Variante E 5 017 625 -8,2% 7 379 167 -13,5%

Concernant la consommation en énergie finale, on peut noter que seul le scénario C (chaudière centralisée bois) est moins performant que le scénario de base (impact des pertes de production et de distribution).

Les autres variantes sont toutes plus performantes en termes de consommation d’énergie finale que le scénario de base, performance allant jusqu’à 18,8% pour la variante D (ECS via énergie solaire).

Pour ce qui est de l’énergie primaire, tous les scénarios sont plus performants que le scénario de base.

La variante B est la moins performante d’un point de vue énergie primaire du fait de l’utilisation d’électricité via la PAC.

Les solutions les plus performantes sont les solutions de raccordement au réseau urbain (variante A1 et A2), suivies des solutions solaires (thermique et photovoltaïque, variantes D et E).

6.3 - Coût énergétique 6.3.1 - Hypothèses

Le prix du chauffage urbain est basé sur un objectif affiché par la mairie de Bischwiller de fournir une énergie thermique aux abonnées à 85€ TTC / MWh (incluant les travaux et amortissements côté primaire, la fourniture des énergies à 90% ENR, l’énergie de substitution, l’abonnement aux énergies, l’énergie mécanique nécessaire au fonctionnement de la chaufferie, la maintenance et garantie totale de la production et du réseau primaire).

Sans informations complémentaires plus précises à ce jour, nous avons prix comme hypothèse un coût de l’énergie seule représentant 70% de ce montant, soit 59,5 € TTC / MWh et donc un coût de 56,4 € HT / MWh (TVA 5,5%).

6.3.2 - Coût de l’énergie

Gaz - Centralisé (chaudières collectives ou centralisées) 0.052 € Gaz - Décentralisé (chaudières Individuelles) 0.047 €

Bois 0.028 €

Chauffage urbain (R1) 0.056 €

Electricité (production) 0.107 €

Coût de l'énergie (€ H.T./kWh)

BASE Variante A1 Variante A2 Variante B Variante C Variante D Variante E

Production de chaleur pour les logements collectifs

Centralisée PAC Eau/Eau

Chaudière Individuelle Gaz Condensation

Chaudière Individuelle Gaz Condensation

ECS Centralisée

Chaudière Gaz Condensation

Solaire thermique + Chaudière Individuelle

Gaz Condensation

Solaire thermique + Chaudière Individuelle

Gaz Condensation Coût global des énergies

en € H.T. / an 373 278 € 378 651 € 379 729 € 372 206 € 350 220 € 325 101 € 325 507 €

Coût des énergies au m²

en € H.T. / (m².an) 6.73 € 6.83 € 6.85 € 6.71 € 6.31 € 5.86 € 5.87 €

Coût des énergies au logement

en € H.T. / (logement.an) 461 € 467 € 469 € 460 € 432 € 401 € 402 €

Chaudière Individuelle Gaz Condensation

Centralisée Chaudière bois Complément gaz Raccordement au réseau urbain

(logements collectifs uniquement)

Raccordement au réseau urbain (tous les logements)

6.3.3 - Coût global actualisé

Les montants d’investissement et les coûts des énergies ont été actualisés en considérant les taux suivants :

- Inflation sur l’énergie : 3% par an - Actualisation : 2%

7 - EMISSIONS DE CO

DES DIFFERENTES SOLUTIONS ENERGETIQUES

L’augmentation de la température moyenne de l’atmosphère est induite par l’augmentation de la concentration atmosphérique moyenne de diverses substances d’origine anthropique (CO2, CH4, CFC, etc.). L’indicateur retenu pour évaluer l’impact potentiel sur l’effet de serre d’une substance est exprimé en tonnes d’équivalent CO2.

Chaque solution envisagée dans cette étude va potentiellement engendrer des émissions de CO2 différentes, en fonction du combustible utilisé, de l’efficacité du matériel, du type d’acheminement de l’énergie, …

Les facteurs d’émission suivants sont retenus pour l’évaluation des émissions en CO2 :

Energie Emissions CO2 (kg/kWhEF)

Bois, biomasse 0,013

Gaz naturel 0,234

Electricité 0,084

Chauffage urbain (Hyp : 90% bois – 10% gaz) 0,035

Source : Arrêté du 15 septembre 2006 relatif au diagnostic de performance énergétique pour les bâtiments existants proposés à la vente en France métropolitaine

Le tableau suivant fait la synthèse des émissions en polluants pour le scénario de base ainsi que pour les différentes variantes envisagées dans cette étude :

Variante Emissions CO2

tonne/an % (+/-)

Base 988

Variante A1 390 -60,5%

Variante A2 270 -72,7%

Variante B 769 -22,2%

Variante C 462 -53,2%

Variante D 748 -24,3%

Variante E 950 -3,8%

Représentation des émissions C02 sous forme de graphique

Le scénario le plus émetteur de CO2 est le scénario de référence, en raison du taux d’émission de CO2 du gaz naturel (234 kgCO2/MWh).

Les scénarios les moins émetteurs de CO2 sont les scénarios prévoyant le raccordement des logements au réseau de chauffage urbain existant, dont le taux de couverture en ENR a été considéré à hauteur de 90%.

Les émissions de CO2 sont alors réduites de 60 à 70%.

La variante C (chaudière bois centralisée + appoint gaz) permet de réduire de 50% les émissions de CO2 par rapport à la solution de base, là où les variantes B et D (respectivement PAC eau/eau + chaudière gaz (ECS) et chaudières individuelles gaz + ECS via solaire thermique) ne permettent de réduire ces émissions que de 20 à 25% environ.

Pour finir, l’installation de deux panneaux solaires par logement en autoconsommation (sous-dimensionnés afin de produire uniquement la part fixe de la consommation des logements, également appelée « talon ») permet de réduire les émissions de CO2 d’environ 4%.

8 - SYNTHESE

Voici ci-dessous un tableau récapitulant l’ensemble des résultats issus de cette étude, avec notamment le gain en terme d’émissions de CO2, la baisse de consommation en énergie primaire ainsi que le surinvestissement lié à la mise en place sur la ZAC des différentes variantes étudiées :

Variante

Emission CO2

% (+/-)

Consommation énergie primaire

% (+/-)

Surinvestissement

% (+/-) Base

Variante A1 -60,5% -15,3% +15,0%

Variante A2 -72,7% -18,4% +35,2%

Variante B -22,2% -1,1% +104,0%

Variante C -53,2% -6,2% +132,6%

Variante D -24,3% -12,0% +70,0%

Variante E -3,8% -13,5% +74,4%

Suite à cette étude, nous ne préconisons pas la mise en place des solutions B, D et E (respectivement PAC eau/eau, solaire thermique et solaire photovoltaïque) car elles ne permettent pas de réaliser une réduction des émissions de CO2 significative. Le surinvestissement lié à la mise en place de ces solutions est également relativement significatif.

Concernant la solution de la chaufferie bois centralisée (variante C), les émissions de CO2 sont réduites de moitié par rapport à la solution de base, mais le surinvestissement reste très élevé et la réduction de la consommation d’énergie primaire relativement faible (*).

Nous préconisons la mise en place des variantes A1 ou A2 (le raccordement au réseau urbain des logements collectifs (A1) ou de tous les logements (A2)).

Ces deux solutions permettent en effet des réductions significatives d’émission de CO2 et de consommation d’énergie primaire avec un surinvestissement limité, voir faible pour la solution A1.

La volonté de la mairie de Bischwiller de développer et d’étendre le réseau de chaleur urbain (dont le taux de couverture en EnR passera de 70 à 90%, hypothèse retenue dans cette étude) jusqu’à la ZAC nous conforte également dans ce choix.

A noter que la pertinence de ces solutions sera également tributaire de l’implantation des opérations de logements collectifs et de la densité énergétique de la ZAC.

Les solutions retenues dans cette étude présentent toutes un potentiel exploitable. Cependant, même si le potentiel est intéressant, la pertinence de la rentabilité économique des différentes solutions est parfois difficile à atteindre et l’approche économique réalisée pour chaque solution dans cette étude sera à détailler au cas par cas par une étude technico-économique.

Il est également utile de préciser que les exigences d’isolation de plus en plus importantes ont tendance à baisser la rentabilité économique de ces différentes solutions étant donné la diminution importante des besoins énergétiques.

Le retour sur investissement (que l’on peut retrouver via le coût global actualisé établi page 26) n’a d’ailleurs pas été repris dans le tableau ci-dessus. En effet, les factures énergétiques sur les années d’exploitation de le ZAC et l’investissement technique lié à la mise en place des différentes solutions techniques ne seront pas supportés par les mêmes acteurs.

(*)La pertinence technico-économique d’une chaufferie collective bois est à étudier plus en détail à travers une étude de faisabilité bois énergie (selon de cahier des charges de l’ADEME), afin de pouvoir réellement se positionner sur l’intérêt de la solution (solution pouvant être subventionnée par l’ADEME).

De plus, sa pertinence sera également tributaire de l’implantation des opérations de logements collectifs.