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Reference
Valorisation intensive des énergies renouvelables dans un territoire donné : le cas du PACA de St-Julien/Plaine de l'Aire
FAESSLER, Jérôme, LACHAL, Bernard Marie & Service de l'énergie du Département de la sécurité, de la police et de l'environnement (Etat de Genève)
Abstract
L'analyse du territoire transfrontalier (franco-suisse) autour de St-Julien et de la plaine de l'Aire a permis de montrer la difficulté du choix d'échelle pour les analyses énergétiques d'un territoire. De manière synthétique, quatre points sont à relever : - la valorisation des ressources renouvelables devrait être le plus possible en ruban afin de maximiser leur utilisation sur le territoire et d'éviter des investissements superflus ; - des basses températures au niveau de la demande de chauffage des immeubles sont indispensables afin d'optimiser le recours à des ressources renouvelables telles que la géothermie ; - l'inertie du système énergétique est grande, d'où l'importance d'avoir des objectifs de long terme ambitieux mais réalistes, compréhensibles, opérationnels et mesurables ; - Pour la production électrique, il n'y a beaucoup moins de contraintes locales, même si elles peuvent être réelles, au niveau des réseaux notamment. Au niveau temporel, la prise en compte de ces contraintes devrait être activée à tous les niveaux de planification, afin de systématiquement stimuler et laisser la [...]
FAESSLER, Jérôme, LACHAL, Bernard Marie & Service de l'énergie du Département de la sécurité, de la police et de l'environnement (Etat de Genève). Valorisation intensive des énergies renouvelables dans un territoire donné : le cas du PACA de St-Julien/Plaine de l'Aire. Genève : Service de l'énergie du Département de la sécurité, de la police et de l'environnement (Etat de Genève), 2010, 48 p.
Available at:
http://archive-ouverte.unige.ch/unige:23299
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Projet VIRAGE
Rapport R4 :
Valorisation Intensive des énergies renouvelables dans un territoire
donné
Le cas du PACA de St-Julien/Plaine de l’Aire
réalisé pour le service de l’énergie (Scane) du Département de la sécurité, de la police et de l’environnement (DSPE) de la République et Canton de Genève
Carouge, le 31 août 2010
Jérôme FAESSLER Bernard LACHAL
Groupe Energie, Site Battelle, bâtiment D - 7 route de Drize - CH-1227 Carouge Tél. 022 379 06 48 - Fax 022 379 06 39 -
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Remerciements
Nous tenons à remercier les personnes suivantes pour leurs nombreux apports :
• Toute l’équipe du Groupe Energie ;
• Toute l’équipe VIRAGE, et plus particulièrement MM. Rémy Beck, Xavier De Rivaz et Sylvain Ferreti ;
• Mme Catherine Lavallez ;
• La communauté de commune du Genevois ;
• L’équipe du projet d’agglomération franco-valdo-genevois.
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Liste des abréviations
AFVG : Agglomération Franco-Valdo-Genevoise CAD : Chauffage à Distance
CADIOM : Chauffage à Distance de l’Incinération des Ordures Ménagères COP : Coefficient de Performance
CRFG : Comité Régional Franco-Genevois
DSPE : Département de la sécurité, de la police et de l’environnement ECS : Eau Chaude Sanitaire
EDF : électricité de France
ESCO : Energy Services Company NER : Nouvelles Energies Renouvelables PAC : Pompes à Chaleur
PACA : Périmètre d’Aménagement Coordonné d’Agglomération PAFVG : Projet d’Agglomération Franco-Valdo-Genevois ScanE : Service Cantonal de l’Energie du DSPE
SIG : Services Industriels de Genève
UIOM : Usine d’Incinération des Ordures Ménagères
VIRAGE : Valorisation Intensive des énergies Renouvelables dans l’Agglomération GEnevoise
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Table des matières
Remerciements ... 2
Liste des abréviations ... 3
Table des matières ... 4
Liste des figures ... 6
Liste des tableaux ... 6
Avant-Propos ... 8
Contexte général ... 8
Objectifs ... 9
1 Introduction ... 10
2 Quelques rappels sur l’énergie ... 11
2.1 Les contraintes énergétiques ... 11
2.2 Energie de flux et énergie de stock ... 11
2.3 Notions de puissance et d’énergie ... 12
3 Considérations générales sur les filières énergétiques ... 15
3.1 Filières et utilisation rationnelle de l’énergie (URE) ... 15
3.2 Inertie des infrastructures et état des lieux de l’existant ... 17
3.3 Importance des acteurs locaux ... 18
3.4 Hypothèses 2030 ... 19
4 Disponibilité des filières énergétiques dans un territoire ... 21
4.1 Filières à ressources locales ... 23
4.1.1 Solaire ... 24
4.1.2 Géothermie ... 25
4.1.3 Rejets de chaleur ... 28
4.1.4 Eau ... 28
4.1.5 Vent ... 28
4.1.6 Synergies possibles ... 28
4.2 Filières à ressources ou valorisation régionales ... 29
4.2.1 Biomasse ... 29
4.2.2 Filière liée à la valorisation des rejets de l’usine d’incinération des Cheneviers (CADIOM) ... 31
4.3 Filières à ressources internationales ... 32
4.3.1 Réseau Electrique ... 32
4.3.2 Filières Fossiles ... 33
5
4.4 Synthèse ... 34 5 Conclusions et recommandations ... 36 Bibliographie ... 38
Annexes :
A1 : Fiche Solaire A2 : Fiche Biomasse
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Liste des figures
Figure 1 : de l’énergie primaire à l’énergie utile (LACHAL B.et HOLLMULLER P., 2009) 12 Figure 2 : puissance de froid nominale évacuée au Rhône (FAESSLER J.et LACHAL B.,
2009a) ... 13
Figure 3 : Energie de froid annuelle évacuée au Rhône (FAESSLER J.et LACHAL B., 2009a) ... 13
Figure 4 : couplage entre Utilisation Rationnelle de l’Energie et Nouvelles Energies Renouvelables ... 16
Figure 5 : localisation des filières énergétiques ... 21
Figure 6 : diversité des filières géothermiques (source : www.crege.ch ) ... 25
Figure 7 : Biomasses régionales : ressource - transformateur – valorisation ... 29
Figure 8 : flux d’énergie de la filière « déchets verts » ... 31
Figure 9 : sources d’approvisionnement principales de la Suisse (GUEDEMANN F., 2010) 33 Figure 10 : systèmes énergétiques du futur ... 34
Liste des tableaux
Tableau 1 : réalités actuelles et hypothèses réalistes pour 2030 ... 197
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Avant-Propos
Contexte général
Ce rapport s’inscrit dans le cadre du projet de Valorisation Intensive des énergies Renouvelables dans l’Agglomération Genevoise (projet VIRAGE), soutenu par l’ancien Département du Territoire (DT) de l’Etat de Genève. VIRAGE rassemble différents services de l’environnement et de l’aménagement de différents départements ainsi que l’Université de Genève afin d’essayer de mieux cerner les potentiels, les limites et la durabilité d’un développement intensif d’énergies renouvelables dans un territoire donné.
Dans le cadre de la fiche 131 du Projet d’Agglomération Franco-Valdo-Genevois (PAFVG), l’Université de Genève a participé à de multiples rencontres et séances entre les différents acteurs œuvrant dans les domaines de l’énergie et de l’aménagement pour mieux cerner la place que l’énergie peut ou doit prendre dans ce projet d’agglomération. L’idée initiale était de fournir un rapport complet sur la valorisation intensive des énergies renouvelables dans le Périmètre d’Aménagement Coordonné d’Agglomération (PACA) St-Julien/Plaine de l’Aire.
Dans le cadre du PACA St-Julien/Plaine de l’Aire, une étude test suivie par un collège d’expert ainsi que des tables rondes avec la société civile s’est déroulée en 2009. Elle a abouti a des recommandation du collège sous forme de synthèse (voir sous parallèle, un groupe de travail du Comité Régional Franco-Genevois (CRFG) s’est mis en place fin 2009 pour le suivi des questions d’énergie. Dans ce cadre, une étude-test sur les ressources et les besoins en énergie à l’échelle du PACA St-Julien/Plaine de l’Aire a été effectuée par les bureaux BG et Enercore (BG Ingénieurs Conseils SA.et ENERCORE, 2009).
A l’aide de ces enseignements et de nos propres réflexions, nous avons développé une approche que nous pensions détailler pour le cas du PACA St-Julien/Plaine de l’Aire. Face à l’ampleur de la tâche et en accord avec le groupe de pilotage de VIRAGE, ce rapport traite des questions générales en n’analysant que partiellement le cas précis du PACA St- Julien/Plaine de l’Aire.
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Objectifs
La thématique énergie prend de plus en plus de place dans les débats autour des enjeux du PAFVG. Parmi les nombreuses questions qui se posent sur les liens entre énergie et territoire, deux questions fondamentales se posent au niveau des PACA :
• Comment mettre en œuvre un maximum d’énergies renouvelables pour passer d’une société fossile à une société post-pétrole (société 2000 Watt, facteur 4) ?
• Quels sont les enjeux en terme de planification territoriale ? Et, de manière plus pragmatique :
• Comment informer au mieux les urbanistes et les responsables du PAFVG des enjeux et des défis énergétiques dans le cadre de l’aménagement du territoire ?
• Quelles sont les contraintes, quand doivent-elles être prises en compte dans les projets d’aménagements coordonnées d’agglomération du PAFVG et à quelle échelle ?
Nous n’avons pas la prétention de répondre de manière définitive à ces questions mais l’approche développée ici a pour objectif de fournir un éclairage sur les enjeux énergétique et, dans la mesure du possible, d’aider à la décision pour les futurs projets urbanistiques.
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1 Introduction
L’analyse des ressources énergétiques locales, des transformateurs nécessaires et des besoins d’énergie d’un territoire donné n’est pas chose aisée. Nous vivons dans un monde interconnecté dont la consommation énergétique dépend de multiples facteurs, locaux, nationaux voir mondiaux. Les échelles du territoire « énergétique », au même titre que le bassin versant d’une rivière, ne sont pas les mêmes que les échelles administratives ou urbanistiques (telle que l’échelle du PACA). Il faut être conscient des difficultés et des limites d’une approche uniquement territoriale lorsque les transformations des systèmes énergétiques touchent l’ensemble de la société, dans l’espace et dans le temps.
Cette mise en garde effectuée, nous admettons que sur la région, les trois grandes catégories d’usages sont les suivantes : mobilité (25% de la consommation totale), chaleur (50%) et électricité (25%) (BECK R., 2010).
La mobilité n’est pas traitée ici étant donné que le cœur du PAFVG le fait déjà à travers les multiples développements d’infrastructures en étoiles autour des axes de transports publics.
Ceux-ci doivent en théorie diminuer les impacts du problème de mitage du territoire en favorisant une agglomération multipolaire, compacte et verte consulté le 24 avril).
Nous abordons ici les enjeux concernant le recours massif à des énergies renouvelables pour les usages liés à la chaleur et à l’électricité, essentiellement dans le domaine bâti, futur ou existant.
Une première partie plus théorique traite des contraintes des systèmes énergétiques et des notions de puissance et d’énergie. Puis, l’approche par les filières énergétiques, de la ressource à la prestation, est explicitée. Ensuite, les caractéristiques des différentes ressources locales et les enjeux concernant leur mobilisation plus intensive sont renseignées. Enfin, une synthèse des données manquantes et des points clés résume les enjeux d’une meilleure compréhension des ressources et des besoins énergétiques du territoire.
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2 Quelques rappels sur l’énergie
2.1 Les contraintes énergétiques
L’utilisation de l’énergie repose sur trois grandes contraintes : techniques, économiques et sociale (acceptabilité).
Les contraintes techniques sont de trois ordres :
• qualité : la forme d’énergie utilisée doit être adaptée aux besoins ;
• temps : l’énergie doit être délivrée à un moment précis ;
• lieu : l’énergie doit être disponible sur son lieu d’utilisation.
Dans le cas des ressources renouvelables, les contraintes de temps et de lieu peuvent être critiques. Ces ressources sont quelquefois spontanément variables et plus ou moins prédictibles, ce qui peut poser de nouveaux défis si la volonté est de dépasser le stade des pionniers et produire des quantités significatives sur un territoire donné.
Les contraintes économiques ne concernent en général pas la ressource primaire mais les différentes étapes pour son exploitation : captage, transformation, transport, stockage, distribution. Par exemple, le coût d’un kWh solaire pour chauffer de l’eau comporte le prix du transformateur de captage (collecteurs solaires), du transport (pompes, tuyauteries, électricité) et du stockage (ballon solaire). Les différences d’investissements entre le renouvelable et le non-renouvelable sont très marquées, ce qui les rend potentiellement très complémentaires : en renouvelable, c’est principalement la puissance (à travers le transformateur) qui détermine leur coût via des investissements initiaux importants tandis qu’en fossile, c’est la ressource (via l’achat de combustible) dont le prix intègre - entre autre - les investissements réalisés en amont par les grandes sociétés pétrolières et gazières.
L'acceptabilité sociale d'une filière énergétique est difficile à cerner. Elle est surtout liée à la perception par la société des avantages et des risques impliqués par les différentes technologies de transformation, de stockage, de transports et l'évacuation des déchets. Il peut y avoir une totale séparation entre la perception des avantages et des problèmes.
2.2 Energie de flux et énergie de stock
Les ressources renouvelables sont considérées généralement comme des énergies de flux (soleil, vent, géothermie, etc…) et les ressources fossiles comme des énergies de stock (gaz, charbon, etc…). Cependant, certaines formes d’énergies renouvelables sont stockables (eau dans les barrages), voir transportable (biomasse), afin de s’affranchir de la contrainte temporelle ou spatiale.
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De manière schématique, on peut représenter les différentes énergies de la ressource à l’utilisation de la manière suivante (voir Figure 1) :
Figure 1 : de l’énergie primaire à l’énergie utile (LACHAL B.et HOLLMULLER P., 2009)
Il faut garder à l’esprit que les ressources comme le soleil ou la géothermie sont en soi inépuisables mais que c’est leur captage et leur mobilisation au bon moment et au bon endroit qu’il convient d’assurer. C’est la notion de filières énergétiques qui sera développée dans les chapitres 3 et 4.
2.3 Notions de puissance et d’énergie
L’énergie, exprimée en Joule, peut être comparée par analogie avec une distance. Tandis que la puissance, exprimée en Watt (= Joule par seconde), peut être comparée par analogie avec une vitesse. La puissance instantanée correspond à une demande ponctuelle tandis que l’énergie correspond à l’intégrale dans le temps (hebdomadaire, mensuelle ou annuelle) de la l’ensemble des puissances instantanées.
Dans toute analyse énergétique, il est important de prendre en compte à la fois les pointes de puissance, car celles-ci déterminent le dimensionnement d’une installation, et les rubans de consommations, qui pèsent en terme énergétique lors du bilan annuel. Dans un système énergétique, une faible puissance en ruban peut ainsi représenter la part essentielle de l’énergie à la fin de l’année par rapport à des fortes pointes de puissance mais effectives uniquement quelques centaines d’heures par année.
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Pour illustrer ces différences, les deux schémas ci-dessous représentent le flux des puissances et celui des énergies annuelles d’une installation de climatisation d’un centre commercial qui déverse ses rejets thermiques dans le Rhône (voir Figure 2et Figure 3).
Figure 2 : puissance de froid nominale évacuée au Rhône (FAESSLER J.et LACHAL B., 2009a)
Figure 3 : Energie de froid annuelle évacuée au Rhône (FAESSLER J.et LACHAL B., 2009a)
Il est très intéressant de constater que le froid commercial fonctionnant du 1er
Cette observation a un impact important sur l’utilisation des énergies renouvelables. Les consommations de ruban peuvent souvent représenter des quantités importantes d’énergie.
Dans le cas de l’énergie thermique pour le chauffage ou le rafraîchissement, la moitié de la puissance maximum est souvent à même de délivrer plus des ¾ de l’énergie annuelle. Il faut dès lors s’interroger sur la complémentarité entre énergie renouvelable locale (où le coût est directement lié à la puissance installée) et énergie fossile (dont le coût est peu dépendant de la puissance).
janvier au 31 décembre ne représente que 15% de la puissance « froid » installée mais que l’énergie évacuée correspondante représente 60% du total annuel.
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3 Considérations générales sur les filières énergétiques
Notre approche consiste à traiter le système énergétique comme un ensemble de « filières énergétiques » interconnectées, selon le schéma générique suivant, qui devient alors un tout indissociable :
Ressource → Transformation → Valorisation → Prestations
Pour des raisons très pragmatiques, on peut étendre cette approche filière en partant formellement d’une énergie secondaire rebaptisée « ressource » pour la circonstance. Une filière peut ainsi être constituée de plusieurs filières simples.
Créer ainsi, même quelquefois de façon artificielle, une logique linéaire causale permet de se libérer dans un premier temps d’une analyse systémique pure, où tout est relié, où il est difficile de définir causes et effets. Pour finir, on ne sait plus très bien par où commencer l’analyse et le risque de se perdre en route est important. L’aspect système se retrouve spontanément lorsque l’on couple les différentes filières entre elles, et il serait possible, avec beaucoup de travail et infiniment de patience, de remonter ainsi au système énergétique global.
Il existe souvent une certaine confusion entre ressource et transformateur, mais aussi dans la manière de valoriser l’énergie secondaire obtenue après transformation.
Du début à la fin de la chaîne, tout ses les étapes ont des rendements de transformation et aboutissent à des types de valorisations différentes. Cela engendre une certaine complexité qu’il faut prendre en considération, d’autant plus que différentes filières liées à une même ressource peuvent être en compétition et engendrer des conflits d’usage.
Souvent, l’observation montre que des avant-projets ou des études prospectives veulent utiliser une ressource déjà valorisée dans une autre filière, ce qui pose des problèmes par rapport au potentiel réellement disponible sur le territoire. Cela est particulièrement vrai pour les ressources biomasse qui sont transportables et qui sont souvent liés à différentes filières de traitement de déchet et/ou à de multiples valorisations matière possibles. Les filières énergétiques renouvelables sont donc multiples et variées.
3.1 Filières et utilisation rationnelle de l’énergie (URE)
Le concept d’utilisation rationnelle de l’énergie (URE) prend ici tout son sens. Rappelons que l’on considère généralement trois niveaux d’intervention pour l’URE :
• actions techniques ou comportementales sur la demande d’énergie (isolation des bâtiments, éclairage performant, suppression des veilles, etc…), mais sans remettre en cause le niveau de prestation ;
• Amélioration de l’efficacité globale des filières énergétiques, en jouant sur les complémentarités et la mutualisation des ressources, et en permettant de réduire ou de réutiliser les nombreuses pertes de transformation. Dans la suite, la partie récupération des pertes de chaleur « fatales » sera considérée comme une ressource localisée au lieu d’émission. Formellement impropre mais commode ;
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• développement de la sobriété énergétique, soit la remise en cause de certaines prestations, par exemple renoncement à la climatisation, mobilité douce, etc…
Schématiquement, les liens entre l’URE et la production via des nouvelles énergies renouvelables (NER) se fait en remontant de la prestation finale à l’usager vers l’énergie traditionnelle (voir Figure 4) :
Figure 4 : couplage entre Utilisation Rationnelle de l’Energie et Nouvelles Energies Renouvelables
4’100 W , an 2005
2’000 W, an 2050
2’100 W, an 2050 1’500 W,
an 2050
URE ER
Fossiles
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3.2 Inertie des infrastructures et état des lieux de l’existant
Les filières se traduisent par des infrastructures énergétiques (barrages, réseaux, centrales de production, etc…) qui sont généralement présentes pendant de longues périodes et vont, avec les autres infrastructures, organiser le territoire. De même, le taux de rénovation des bâtiments est spontanément faible (une rénovation thermique significative après 50 voir 100 ans). Il existe donc une très grande inertie des infrastructures qui rendent les actions d’aujourd’hui structurantes pour demain, comme celles d’hier ont structuré la ville d’aujourd’hui.
Pour donner un exemple, les besoins d’énergie d’une ville construite sur le modèle américain, avec une très faible densité et ses réseaux autoroutiers urbains, par rapport à une ville idéale européenne avec des centres-villes piétonniers, des immeubles collectifs et des transports publics peuvent atteindre un facteur 6 dans les besoins d’énergie quotidienne de transport (DESSUS B., 2007). Ces choix sont pratiquement irréversibles – ou très lentement réversibles - et engagent certaines consommation d’énergie pour des décennies, voir des siècles.
C’est pourquoi avant toute planification territoriale énergétique, il est essentiel d’analyser l’existant pour avoir une bonne image de la réalité locale, y compris les projets prévus.
L’objectif devrait être de faire un état des lieux de l’existence ou non à proximité de la zone étudiée de :
• Réseau de gaz
• Réseau de chaleur /froid
• Réseau d’électricité
• Infrastructures de production d’énergie (centralisées et décentralisées)
• Consommations actuelles des bâtiments
• Types de bâtiments (villas, immeubles, industries, etc…)
• Types de zones d’affectation
• Rejets industriels de chaleur
Cet état de lieu ne doit pas omettre des points importants tels que le chauffage électrique (encore trop souvent présent en France) ou des réseaux de chaleur existant qui pourraient se raccorder aux nouveaux bâtiments projetés. Il devrait permettre de relier l’existant (notamment les réseaux) avec les nouvelles constructions (bâtiments, infrastructures de tram, etc…), afin que les urbanistes prennent en compte d’éventuelles contraintes liées aux infrastructures énergétiques (transport de fluides, implantations de centrales, etc…).
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3.3 Importance des acteurs locaux
Au niveau d’une agglomération et/ou d’un PACA, les différentes logiques d’acteurs impliqués dans un des stades (ressource, transformation, valorisation/utilisation) doivent être analysées et comprises afin de pouvoir développer des objectifs énergétiques idéalement communs, mais au moins conciliables.
Les acteurs sont à considérer parmi les classes suivantes :
• Domaine de l’énergie (SIG, EDF, GDF/Suez, bureaux techniques, hautes écoles, etc…)
• Politiques et administrations (canton, communes, région, département, communauté de communes, etc…)
• Investisseurs privés (propriétaires, entreprises, agriculteurs, etc…)
• Population concernée (de la zone touchée, futurs habitants potentiels, etc…)
Des analyses détaillées de ces logiques et de leur implication sur les projets sont en cours dans le cadre d’une thèse effectuée par Mme Lavallez.
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3.4 Hypothèses 2030
La suite logique de l’analyse de l’existant sont les scénarios futurs où des hypothèses sur la demande énergétique doivent être effectuées. Dans le cas d’une analyse territoriale, il s’agit essentiellement d’hypothèses sur les différents types de bâtiments, soit :
• La consommation de chauffage
• La consommation d’eau chaude sanitaire (ECS)
• La consommation d’électricité Il est réaliste de séparer :
• bâtiments existants avec des scénarios de rénovation ;
• bâtiments neufs, ces derniers atteignant forcément des objectifs plus ambitieux.
Dans le cadre du PACA St-Julien/Plaine de l’Aire, l’analyse de l’existant n’a pu se faire correctement faute de temps. Il aura été intéressant de comparer quelques scénarios de rénovation en prenant l’état actuel de consommation du parc comme base. La population actuelle peut être estimée à environ 60'000 habitants (B. Gaud, communication personnelle).
Les nouveaux habitants prévus sont estimés à 32'000 selon les différents rapports des PACA mai 2010).
Dans les fiches techniques annexées à la fin de ce rapport, nous avons donc repris uniquement des scénarios concernant les immeubles construits d’ici 2030. Sur la base du retour d’expérience des Pommiers (ZGRAGGEN J.-M., 2010), les besoins réels ont été définis comme suit (voir Tableau 1) :
Tableau 1 : réalités actuelles et hypothèses réalistes pour 2030
Par la suite, ces hypothèses sur la demande du neuf et de l’existant devraient être mises en lien avec les potentiels des ressources de la région étudiée, développé dans le chapitre 4. Cela n’a pas été possible dans ce rapport.
Unités (par an)
Habitat collectif neuf (label MINERGIE)
Réalité Minergie 2006
(POMMIER)
Réalité HYPOTHESES
2030
Puissance chauffage W/m2 40 24 15
Besoins chaleur totaux max. 44 54 42
dont ECS 21 21 21
Besoins chaleur totaux kWh/hab max. 2200 2700 2100 Électricité logements kWh/hab 1400 1430 1000
kWh/m2
20
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4 Disponibilité des filières énergétiques dans un territoire
Les trois étapes des filières énergétiques peuvent se localiser de la façon suivante (Figure 5)
Figure 5 : localisation des filières énergétiques
Parmi les ressources, rares sont celles qui se déplacent, à l’exception notable de la biomasse considérée ici comme une ressource (bois, déchets de bois).
Les transformateurs sont en général stationnaires si on ne s’intéresse pas à la mobilité.
Enfin, concernant les infrastructures nécessaires à la valorisation des énergies secondaires, les situations sont contrastées :
• Pour l’électricité, le réseau est européen, pour des raisons de mutualisation de cette énergie non stockable ; un tel réseau est avantagé par le fait qu’il n’y a aucune difficulté à adapter la qualité désirée (niveau de tension et continu/alternatif).
• Pour les fossiles, les infrastructures de valorisation sont depuis longtemps extrêmement développées sous forme de vastes réseaux, principalement pour les produits pétroliers et dans une moindre mesure pour le gaz naturel. Elles couvrent maintenant tous les points de la terre et on peut parler de filières totalement mondialisées.
Hors agglo
Agglo
PACA
Ressources
Hors agglo
Agglo
PACA
Hors agglo
Agglo
PACA
Infrastructures de Valorisation Energies secondaires
CAD : chauffage à distance CC : Chauffage central
Transformation
Électricité Fossile Chaleur
CAD CC
Hors agglo
Agglo
PACA Hors agglo
Agglo
PACA
Ressources
Hors agglo
Agglo
PACA Hors agglo
Agglo
PACA
Hors agglo
Agglo
PACA
Infrastructures de Valorisation Energies secondaires
CAD : chauffage à distance CC : Chauffage central
Transformation
Électricité Fossile Chaleur
CAD CC
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• La chaleur est une énergie dégradée, qui obéit au deuxième principe de la thermodynamique : sa qualité se mesure via la température et, s’il est facile de la baisser, la remonter sans autres sources thermiques à plus haute température nécessite de l’énergie noble (électricité ou mécanique). De plus, le seul processus de transport opérationnel à l’heure actuelle est le déplacement d’une masse d’eau importante en circuit fermé, ce qui nécessite de lourds investissements, occasionne des pertes thermiques non négligeables et exige de l’électricité pour ses pompes : la portée de ces réseaux est donc limité à l’intérieur d’une agglomération. Leur développement doit être basé sur un besoin explicité de mutualisation : surplus de chaleur non valorisée en un point donné pour un moment suffisamment long, effet de taille technique ou économique important de certaines infrastructures comme le stockage saisonnier de chaleur,…. Le chauffage central peut être vu comme un micro-chauffage à distance (CAD), un réseau de quartier comme un mini-CAD, le CAD s’appliquant à des infrastructures d’une certaine taille (plusieurs quartiers). Les trois niveaux peuvent s’imbriquer avec le temps et constituer un véritable réseau interconnecté.
Enfin, il est légitime de se focaliser spécialement sur la valorisation de la chaleur pour les 4 raisons suivantes :
1. elle représente environ la moitié de la consommation cantonale ;
2. le potentiel d’amélioration de la demande est important (facteur 3 ou plus sans baisse de prestation) mais long à mettre en place et très intensif en capital et en travail ; 3. toute politique énergétique ambitieuse va porter son attention sur l’amélioration
énergétique des filières et plus particulièrement la valorisation des excédents de chaleur, souvent encore mal considérés ;
4. comme déjà dit, la concordance de qualité est difficile à réaliser à cause du principe de Carnot, et l’aspect niveau de température est un point tout autant stratégique que les aspects de puissance et d’énergie relevés au chapitre précédent.
Reprenons les 3 niveaux de filières en les explicitant :
• filières à ressources locales (solaire, géothermie, chaleur-déchet1
• filières à ressources ou valorisation régionales (biomasse et CAD) ; ) ;
• filières « mondialisées » ou européennes.
1 Comme déjà indiqué, et de façon impropre, nous considérerons les rejets de chaleur comme des ressources dans la mesure où elles se rapprochent des NER en beaucoup de points.
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4.1 Filières à ressources locales
Dans un territoire donné, il est nécessaire d’analyser les ressources locales présentes (ou non) et de les caractériser correctement. De manière générale, le solaire et la géothermie sont toujours présents, l’enjeu étant plutôt de capter ces ressources et de les transformer à un prix abordable pour l’utilisateur. En revanche, le vent, l’eau, la biomasse et les rejets de chaleur industriels ne sont pas disponibles sur tous les territoires étudiés.
Les caractéristiques de ces ressources sont fondamentalement différentes : pour chacune d’elle, il faut examiner les possibilités de stockage et de transport, permettant ainsi d’envisager la possibilité de différer leur utilisation dans le temps et l’espace. Par exemple :
o l’énergie solaire est une ressource-flux, impossible à stocker et à transporter (hormis à courte distance grâce à des miroirs). Elle est de nature spontanément variable, mais dans une certaine mesure prédictible ;
o La géothermie est un stock de chaleur sensible plus ou moins rapidement renouvelable, mais non transportable ;
o la biomasse est une ressource stockable (de quelques jours pour les déchets de cuisine à quelques années pour les troncs d’arbres) et transportable. Il s’agit en fait d’une énergie secondaire issue du solaire après transformation photosynthétique ;
o Les rejets de chaleur industriels sont difficilement stockables et transportables. Ils dépendent de la stratégie de l’entreprise productrice ; leur disponibilité n’est pas forcément assurée dans le temps ;
Dans les filières à ressources locales, nous rassemblons les ressources suivantes :
• Solaire
• Géothermie
• Rejets de chaleur
• Eau
• Vent
Rappelons encore une fois l’importance absolue de bien prendre en compte tous les apports de l’URE pour la mise en place de ces filières. Ce qui ne concerne pas seulement l’énergie mais aussi la distribution des puissances (couper les pointes par du DSM2 thermique) et les niveaux de températures.
2 DSM : Demande Side Management, qu’on peut traduire par gestion de la demande.
24 4.1.1 Solaire
Le soleil est une ressource « illimitée » mais dépendante de la surface de captage. Il s’agit d’une énergie de flux non stockable et non transportable. Elle est de nature spontanément variable, mais dans une certaine mesure prédictible, avec une dynamique été-hiver d’un facteur 4. Deux transformateurs associés à cette ressource sont considérés: utilisation thermique directe ou effet photovoltaïque (production d’électricité).
Une fiche détaille les enjeux techniques et économiques du solaire thermique et du solaire photovoltaïque (voir annexe 1). Globalement, le solaire thermique est mature et rentable s’il est bien dimensionné. Les techniques de chauffage via le solaire thermique sont potentiellement intéressantes si elles sont couplées avec une pompe à chaleur ou un stockage saisonnier, mais ont besoin de retour d’expérience pour valider leur diffusion à large échelle.
Du côté du solaire photovoltaïque, la technologie est non mature économiquement. Une politique volontariste et des subventions sont obligatoires pour soutenir le développement de cette filière et lui donner une chance de réaliser ses potentiels immenses d’amélioration.
Quelques contraintes liées à l’urbanisme peuvent être résumés comme suit :
• Le potentiel solaire est limité par la surface réellement disponible, en particulier des toits (orientations, ombrages d’autres bâtiments ou d’objets, autres usages, etc…) ;
• L’intégration de systèmes solaires lors de la conception des bâtiments est beaucoup plus efficiente techniquement et économiquement ;
• En cas de besoin d’eau chaude sanitaire (ECS), typiquement sur des toitures d’immeubles locatifs, il faut privilégier le solaire thermique avec une surface actuellement donnée à environ 0.5 à 1 m² par personne pour une rentabilité optimum de l’investissement privé. Mais cette surface spécifique pourrait augmenter jusqu’à des valeurs de 2 m²/personne si on vise un objectif collectif ambitieux comme la société à 2’000W ;
• En revanche, sur les toitures scolaires, les bâtiments industriels, il faut privilégier le photovoltaïque car la demande d’eau chaude est faible toute l’année ou en été, la production d’électricité étant valorisée via le réseau.
25 4.1.2 Géothermie
La chaleur du sol est une ressource de chaleur « illimitée » … à condition qu’on ne l’épuise pas ! Ce qui est le cas pour une utilisation diffuse (ponctuelle), mais en utilisation intensive (champ de sondes important), il se transforme progressivement en stockage de chaleur intersaisonnier. Il s’agit d’une énergie de flux constante (ruban), potentiellement stockable mais non transportable. Il est possible de faire du froid ou du chaud, avec des systèmes actifs ou passifs, centralisés ou décentralisés, bref, il existe une grande diversité de systèmes de géothermie (voir Figure 6 ci-dessous) :
Figure 6 : diversité des filières géothermiques (source
En suisse, il n’existe pas à l’heure actuelle de production d’électricité à base de géothermie et 75% de la chaleur produite l’est grâce à des pompes à chaleur (PAC) reliées à des champs de sondes géothermiques (50 à 300 mètres de profondeur). Ces PAC consomment de l’électricité pour soutirer la chaleur du sol (systèmes actifs), avec des Coefficient de Performance (COP) de l’ordre de 3 à 4 unités de chaleur soutirées par unité d’électricité consommée.
Pour des sondes géothermiques dans la Plaine de l’Aire, une zone de limitation existe en raison de la hauteur de la nappe, située à environ 100 mètres sous la surface. Mais rien n’empêche de positionner des sondes au dessus de cette nappe. D’ailleurs, l’une des plus grosses installations géothermiques du canton se trouve dans cette zone, soit l’installation de l’école Aimée-Stitelmann.
26
La productivité thermique (chaud) des sondes géothermiques va dépendre de nombreux paramètres comme la nature du sol, le couplage au système de chauffage (température de travail et système monovalent assurant 100% de la puissance ou bivalent avec appoint pour quelques centaines d’heures par hiver), la distance entre sondes et enfin leur profondeur (HOLLMULLER P. et al., 2005 et LACHAL B. et al., 2009). Elle va varier fortement, avec des valeurs comprises entre 120 et 1200 kWh/ an*m2
• Puissance soutirée de 40 W/mètre linéaire de sonde ;
de champ de sondes, valeurs obtenues avec les hypothèses réalistes suivantes :
• 1'500 heures (usage monovalent) à 3’000 heures (usage bivalent) d’utilisation à cette puissance ;
• Densité du champ : 1 sonde par 20 - 40 m² ;
• Profondeur : 80 - 200 mètres.
Il est également possible d’utiliser la source géothermique pour faire du refroidissement passif en substitution de la climatisation (« géocooling »). Il faut compter un échange un peu plus faible de 10 à 30 W/mètre linéaire de sonde.
Il est fondamental de bien prendre en compte que plus un champ de sondes devient important, plus les effets de bords sont limités et plus la recharge estivale devient nécessaire pour un équilibre à long terme. Une bonne solution de recharge est le geocooling. Le ratio entre recharge estivale et soutirage hivernal est compris entre 0.2 et 0.7 selon la taille du champ de sondes. Un ratio de 0.5 signifie que la demande annuelle de chaleur couverte par la pompe à chaleur couplée sur les sondes doit être, selon la valeur des COP des machines thermiques associées, 2.5 à 3 fois plus grande que la demande de refroidissement couverte par géocooling, soit pour ce dernier une valeur située entre 50 et 500 kWh froid/an*m2 de champ de sondes.
Comme mentionné plus haut, la valorisation de cette ressource requiert en hiver l’utilisation d’une pompe à chaleur pour atteindre la température demandée. Au niveau d’un quartier, nous pouvons imaginer plusieurs manières de faire :
• une série de systèmes décentralisés, avec à chaque point l’entier de la filière : sonde ou champ de sondes, pompe à chaleur et chauffage central, éventuellement recharge estivale par geocooling ;
• à l’inverse, un grand champ de sondes couplé à une pompe à chaleur centralisée qui alimente un chauffage à distance couvrant tout ou partie du quartier, avec une recharge estivale nécessaire ;
• ce même champ de sondes peut être directement couplé à un réseau plus ou moins étendu faisant office, soit de source froide à des pompes à chaleur décentralisées, soit de source chaude à des groupes de froid (concept de « calobus »).
Le choix de l’arrangement physique de la filière va dépendre de multiples paramètres et induira de nombreuses conséquences, par exemple :
• homogénéité de la demande en puissance / facteur de foisonnement, températures requises et possibilités d’action (DSM, rénovation thermiques de l’existant, etc…) ;
27
• besoin de froid et de chaud pour une possibilité de recharge estivale par geocooling ;
• effet de taille sur l’investissement et les coûts d’entretien et de maintenance des diverses infrastructures, en lien avec la possibilité d’un acteur unique pour l’exploitation (société de services énergétiques « ESCO ») ;
• évolution des prix de l’énergie et perception de son évolution future par les acteurs, aussi bien pour les investisseurs que pour les preneurs ;
• aspects légaux, règlementaires, fonciers,… liés aux infrastructures nécessaires à mettre en place ;
• évolution possible de l’ensemble de ces paramètres, incertitudes, propension au risque des acteurs.
Cette première liste montre toute la complexité d’une planification à moyen terme de telles filières. Seules des conditions spécialement favorables permettraient de s’engager dans la troisième voix (calobus), sans doute prometteuse dans une zone hétérogène aussi bien du point de vue des activités (industrie, tertiaire, agriculture, habitat) que du niveau de températures (demandes de chaud et froid simultanées, déchets de chaleur à valoriser, parc de bâtiment varié : existant, existant rénové et nouvelles constructions).
Une utilisation intensive de tels champs exige un bilan bien défini entre les puisages de froid et les apports de chaleur. C’est certainement de ce côté que l’on devrait trouver la contrainte structurante pour la mise en place pratique dans un territoire donné de la filière géothermique : la mutualisation des besoins, idéalement 2 à 3 unités de chaleur demandée pour une unité de chaleur à éliminer. On voit poindre aussi une synergie avec le solaire thermique, qui a une production saisonnière très marquée et qui pourrait contribuer à l’équilibre chaud-froid soit par action sur la demande (couverture plus ou moins importante de l’eau chaude), soit sur l’offre (surproduction estivale en cas de manque de chaleur). On peut aussi utiliser des infrastructures comme les routes pour une recharge solaire estivale à bas coût. Les rejets thermiques peuvent aussi être utilisés en été à fin de recharge.
L’étude BG (BG Ingénieurs Conseils SA.et ENERCORE, 2009) arrive à des estimations pour la valorisation à environ 150 GWh de chauffage et 100 GWh de refroidissement sur tout le PACA, mais avec des chiffres pondérés par des nombreux facteurs peu clairs. Par rapport à notre estimation intermédiaire du potentiel (300 kWh/m² pour le chaud), les valeurs données par BG correspondraient à une surface de champ de sondes d’environ 0.5 km², soit grosso modo 17'000 sondes de 100m ou 1’700 km de forage. En considérant un prix de 100 chf par mètre linéaire de sonde, cela représenterait un investissement de 170 millions de chf.
La quantité de froid (100 GWh) semble un peu surestimée dans la mesure où il ne s’agit pas d’un potentiel indépendant de la chaleur mais qui doit permettre la pérennité du système pour le potentiel chaud donné.
28 4.1.3 Rejets de chaleur
Une étude sur les rejets de chaleur de la zone industrielle de Plan-les-ouates (ZIPLO) a estimé le potentiel de chaleur récupérable de cinq grosses industries à environ 35 GWh (ENERCORE, 2007). Ce potentiel est cependant difficilement valorisable en raison des contraintes financières et de durabilité d’un projet de réseau de chauffage à distance (CAD).
Si les avantages d’utiliser au maximum ces rejets sont évidents, il faut noter que les contraintes comme
• Simultanéité de la demande et de l’offre ;
• coût des infrastructures ;
• pérennité aussi bien des preneurs que des « vendeurs » ;
vont rendre difficiles – mais pas impossibles – la possibilité d’un couplage direct vendeur – preneur. La complémentarité avec la géothermie de champ de sondes (stockage saisonnier) traité au point précédent est très forte, surtout dans une situation de déséquilibre entre demande de chaud et de froid.
4.1.4 Eau
La nappe de la plaine de l’Aire est passablement renseignée, en raison de son importance (670’000 m3) et des nombreuses études faites sur cette zone pour la revitalisation de l’Aire.
Les débits à l’exutoire de la nappe ont été modélisés et estimés à 8 [l/s] en période de basses eaux et à 55 [l/s] en période de hautes eaux par le bureau CSD Ingénieurs Conseils (M.
Germain, communication personnelle). Un travail de master en cours à l’Université de Genève évalue le potentiel de stockage énergétique saisonnier, afin de permettre la réutilisation de la chaleur estivale en hiver pour le chauffage des bâtiments.
4.1.5 Vent
Le vent est une ressource locale dépendant des conditions météorologiques. Comme le soleil, il est de nature spontanément variable, mais dans une certaine mesure prédictible. Sa transformation en énergie électrique via des éoliennes permet de s’affranchir des contraintes de lieu en injectant la production électrique dans le réseau.
Au niveau du PACA St-Julien/Plaine de l’Aire, sa disponibilité est faible et la rentabilité économique d’éolienne sur cette zone paraît peu probable, même à long terme.
4.1.6 Synergies possibles
Il y a une forte synergie entre les ressources locales, qui va fortement dépendre des demandes de chaud et de froid.
29
4.2 Filières à ressources ou valorisation régionales
Certaines ressources sont plus ou moins stockables et transportables, et doivent donc être traitées au niveau régional. C’est le cas des ressources biomasse, typiquement régionales et détaillées ci-dessous. D’autres filières dont la ressource est régionale mais n’est pas situé dans le PACA peuvent valoriser à l’intérieur de celui-ci, comme le cas de CADIOM.
4.2.1 Biomasse
Les ressources de la biomasse sont diverses et variées. Un schéma essayant de synthétiser les différentes ressources associées à différents transformateurs et types de valorisations possibles est donné ci-dessous (voir Figure 7) :
Figure 7 : Biomasses régionales : ressource - transformateur – valorisation
Une fiche de synthèse résume les différents enjeux liés aux ressources, aux transformateurs et aux prestations (voir annexe 2). L’analyse selon les filières énergétiques permet de soulever toutes les contraintes et les opportunités de ces différentes filières qui sont complexes et dépendantes de différentes politiques publiques tels que la gestion des déchets, la gestion de la forêt, etc…
30
Les ressources biomasse sont une ressource régionale et peuvent être classifiées en trois catégories :
1. Bois (naturel, déchets)
2. Agriculture (paille, lisier, fumier, ceps de vigne, déchets de maraîchage, etc…) 3. Déchets organiques (ménages, industriels)
Ces différentes ressources ont des qualités qui doivent être connues et maîtrisées. Elles ne peuvent pas toutes aller dans le même transformateur, ni être utilisées plusieurs fois. Par exemple, les déchets de cuisine et de jardin sont généralement valorisés en méthanisation solide tandis que les lisiers et fumiers de l’agriculture doivent être valorisés en méthanisation liquide. Ces deux transformateurs n’ont pas les même tailles critiques ni les mêmes coûts d’investissements. Chaque ressource a donc un potentiel lié à son utilisation dans l’un ou l’autre des transformateurs.
En terme quantitatif, les ressources biomasse ne sont pas illimitées. Les premiers résultats d’une étude en cours de finalisation à l’Université de Genève (FAESSLER J. et al., 2010) permettent d’estimer que l’énergie mobilisable supplémentaire est d’environ 250 GWh, dont près de la moitié provenant de la filière Bois-déchet. Cette filière existante correspond à des déchets bois qui sont actuellement valorisés en panneaux de particules à l’extérieur du périmètre de l’Agglomération Franco-Valdo-Genevoise (AFVG). Ces chiffres ne tiennent pas compte des rendements réels entre la ressource et la prestation finale au consommateur.
Au vu des caractéristiques chimiques de certaines de ces ressources, les transformations sont souvent imparfaites et produisent des cendres et/ou des particules fines, rendant les investissements importants et justifiant une certaine centralisation de leur utilisation, malgré le trafic induit par l’approvisionnement. Cela implique qu’au niveau de l’agglomération, un partage de la ressource biomasse doit être étudié afin d’utiliser au mieux ces ressources dans les lieux ou leur valorisation sera la plus efficiente. Les ressources comme le bois ou les déchets verts sont plus facilement transportable à travers l’AFVG. Certaines ressources comme le lisier et le fumier justifient moins un transport trop lointain et doivent donc être rassemblées le plus proche possible des lieux de production.
Chaque transformateur a des tailles critiques spécifiques, des coûts spécifiques, des avantages et des inconvénients. Dans le cas de la valorisation de la biomasse, la plupart des technologies sont matures (sauf la gazéification du bois ou les biocarburants de deuxième génération). Une valorisation matière des sous-produits existe souvent et doit être prise en compte lors de l’utilisation énergétique de la biomasse.
En terme urbanistique, le stockage de la ressource est donc volumineux et exige de l’espace. Il est donc intéressant de prévoir de réserver au niveau de l’AFVG quelques terrains de taille suffisante pour accueillir les centres de traitement de la biomasse tels que de la méthanisation des déchets verts (entre 2 et 8 centres sur l’AFVG selon le pourcentage de collecte atteint) ou la valorisation des déchets bois (1 centre sur l’AFVG).
Le PACA St-Julien/plaine de l’Aire pourrait accueillir l’un de ces centres dans le futur, mais ce centre de valorisation de la biomasse capterait une ressource s’étendant au-delà de la zone stricto sensu du PACA.
31
Par exemple, le traitement des déchets verts exige, pour des raisons techniques et financières, des unités de digestion de minimum 10'000 tonnes. Schématiquement, le flux d’énergie de la filière « déchets verts » peut être représenté comme suit (voir Figure 8) :
Figure 8 : flux d’énergie de la filière « déchets verts »
Nous voyons dans ce schéma qu’une partie des déchets proviendront d’autres zones que le PACA, pour autant que les pourcentages de collecte de 85 kg/habitant, dont 30 kg de déchets de cuisine, soit réalisé en 2030 (taux actuel des déchets verts sur Genève = 70 kg/habitant, dont 20 kg de déchets de cuisine – GESDEC, 2008a). Dans ce schéma, une quantité de 55 kg/habitant a été prise en entrée du digesteur, le solde de la collecte étant utilisé comme structurant pour le compostage du digestat.
Ces ressources et leur partage doivent donc être mis en commun et planifiée au niveau régional afin d’optimiser les filières de valorisation énergétique de la biomasse.
4.2.2 Filière liée à la valorisation des rejets de l’usine d’incinération des Cheneviers (CADIOM)
Concernant le rejet de chaleur de l’Usine d’Incinération des Ordures Ménagères (UIOM) des Cheneviers, celui-ci est en grande partie déjà utilisé par le réseau CADIOM (Chauffage à Distance de l’Incinération des Ordures Ménagères). Il serait important d’étudier la possibilité d’étendre ce réseau CADIOM à la zone du PACA St Julien/plaine de l’Aire étant donné qu’une partie des rejets de l’UIOM sont toujours rejetés dans le Rhône. Ces rejets pourraient être récupérés si CADIOM était utilisé sur le ruban de puissance et non sur les pointes. Il s’agit probablement d’un gisement de plusieurs dizaines de GWh (FAESSLER J. et al., 2009b). Les coûts d’opportunité d’un agrandissement devraient être étudiés en détail, sachant que le réseau CADIOM va probablement être couplé avec le réseau CAD du Lignon.
32
4.3 Filières à ressources internationales
Le développement de réseaux a permis l’interconnexion avec les réseaux d’électricité et de gaz essentiellement. Le réseau de distribution de pétrole est également important mais non traité ici.
4.3.1 Réseau Electrique
Le réseau électrique est en réalité un réseau de transport d’énergie secondaire produite à partir d’énergies renouvelables ou non renouvelable. Dans les pays européens, ce réseau irrigue tout le territoire et permet une mutualisation de l’électricité. Dans le cadre d’une production accrue d’électricité renouvelable dans un territoire donné, il est indispensable de pouvoir échanger et mutualiser les besoins d’électricité afin d’éviter un stockage coûteux. Le stockage local ne prendra probablement de l’importance que lorsque la production d’électricité renouvelable se sera développée de manière massive sur toute l’Europe et que le taux de pénétration de l’éolien et du photovoltaïque aura atteint plusieurs dizaines de pourcent.
A partir de là, des problèmes de stabilité du réseau Haute Tension et des échanges d’électricité entre zones pourront apparaître et des solutions de stockage ou de réseaux intelligents (smart-grid) devront être mises en place (PEREZ R., 2010 et BARTHE O., 2010).
De manière générale, toute production et utilisation d’électricité locale est préférable, mais la connexion au réseau est indispensable pour partager les besoins de puissance avec le reste du réseau.
33 4.3.2 Filières Fossiles
Le réseau de Gaz est également un réseau international, dont la ressource est souvent éloignée des centres de consommations. Pour la Suisse, les sources d’approvisionnement de gaz sont réparties essentiellement entre la Norvège et la Russie (voir Figure 9) et sont assurés par des contrats de moyen terme jusqu’en 2020 environ (GUEDEMANN F., 2010).
Figure 9 : sources d’approvisionnement principales de la Suisse (GUEDEMANN F., 2010)
Ce réseau interconnecté permet d’amener la ressource jusque chez l’utilisateur final. Afin de limiter la dépendance aux ressources fossiles, ce réseau de gaz devrait être utilisé en dernier recours lorsque les ressources locales ont été toutes correctement valorisées sur le territoire. A l’heure actuelle, il reste un complément pratique, disponible et peu cher.
Quant aux produits pétroliers, ils sont – pour le moment - accessibles partout et en tout temps.
CH3 mia.
M3
Norvège et UE27
74%
Russie 20%
Algérie et GNL 6%
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4.4 Synthèse
Au niveau quantitatif, il n’a pas été possible de chiffrer de manière détaillée le potentiel d’une zone comme celle du PACA St-Julien/plaine de l’Aire, étant donné les nombreuses inconnues sur les diverses filières énergétiques et leurs développements futurs. Pour produire une information fiable en la matière, il aurait fallu disposer de plus de moyens et de temps pour analyser l’existant, lever les différentes inconnues des filières à ressources locales et comparer les besoins avec les ressources réellement disponibles sur une zone réelle.
D’après nous, le travail effectué par BG/Enercore n’est que partiel et ses manques ne permettent pas de fournir une information fiable (FAESSLER J., 2009d). En revanche, en terme de communication, ces travaux ont permis de souligner deux points essentiels :
• les ressources renouvelables existent et sont présentes sur le territoire, les enjeux se trouvant souvent dans leur captage et leur valorisation à des coûts acceptables ;
• la diminution des besoins est essentielle pour une valorisation massive et intelligente des ces énergies.
L’idée développée dans ce chapitre est le principe de subsidiarité, où les énergies renouvelables locales devraient être prioritairement mises en œuvre. De manière schématique, on peut utiliser l’image des pelures d’oignons, avec, par ordre d’importance : commencer par utiliser les énergies locales renouvelables (y compris les économies d’énergie), puis les énergies régionales (type biomasse) et enfin de compléter les besoins de pointe de puissance avec les énergies internationales (fossile et électricité non produite localement).
On peut imaginer dans le futur des systèmes plus intelligents où les différentes énergies sont couplées, avec une utilisation maximale (en ruban) des énergies renouvelables et une complémentarité avec d’autres filières, renouvelables ou non. Un exemple de ce que pourrait être des filières dans un quartier avec un recours massif aux énergies renouvelables est représenté ci-dessous (voir Figure 10) :
Figure 10 : systèmes énergétiques du futur
35
Nous observons sur la partie gauche du schéma (en vert) les ressources renouvelables, bois et solaire ou géothermie. Le bois représente la mobilisation actuelle pour une chaufferie villageoise reliée à environ 1’000 habitants. Les échangeurs solaires représentent environ 3 m2
Tableau 1
de surface de toit par habitant. Les transformateurs se trouvent au milieu (en gris) et correspondent à des techniques en cours d’évaluation dans des projets innovants. La prestation est fournie soit par un réseau de chaleur centralisé (bois) soit par des PAC décentralisées. Les hypothèses sur la consommation de bâtiments sont celles retenues dans le
.
De multiples enjeux se retrouvent derrière ce schéma de flux, principalement :
• Enjeux financiers lié au développement de nouvelles technologies pour des cogénérations au bois de faible puissance (< 5 MW) ;
• Enjeux techniques sur la faisabilité d’obtenir un COP annuel élevé (5 ?) (en cours d’évaluation par l’Université de Genève dans le cadre d’un projet réel) ;
• Enjeux environnementaux pour la mobilisation de la ressource bois tout en préservant les autres fonctions de la forêt (valorisation matière, gestion durable, etc…) ;
• Enjeux juridiques et politiques concernant l’application de standard énergétique élevés pour les besoins des nouveaux bâtiments et l’obligation de se raccorder à un réseau ;
• Besoin de mutualisation avec les réseaux existants (en haut du schéma) afin de gérer les pointes de puissance pour optimiser les rendements des filières ;
En couplant des filières plus performantes d’utilisation de la ressource (facteur 3 grâce aux PAC et à l’utilisation du soleil ou de la géothermie) à des politiques de diminution des besoins (facteur 3 grâce à l’application de standard de type MINERGIE), nous arrivons à multiplier par 8 ou 9 la prestation finale avec la même ressource biomasse de départ. N’oublions pas non plus que cela est envisageable grâce à la mutualisation avec les réseaux existants. C’est ces complémentarités et ces synergies qu’il faut favoriser à tous les niveaux dans l’AFVG.
Rappelons enfin que le concept de société 2000 Watt imagine une répartition de trois quart de renouvelable et d’un quart d’énergies fossiles. Nous vivons dans un monde interconnecté avec des réseaux et des transformateurs existants et le développement massif du renouvelable va de pair avec des systèmes plus intelligents couplés à l’existant.
36
5 Conclusions et recommandations
L’analyse partielle du territoire du PACA St-Julien/plaine de l’Aire a permis de montrer la difficulté du choix d’échelle pour les analyses énergétiques d’un territoire. L’option de traiter prioritairement la chaleur est guidée par le caractère très local des filières associées, contrairement à l’électricité qui est une filière beaucoup plus étendue.
Les contraintes énergétiques pour la valorisation intensive du renouvelable sont nombreuses.
En plus des contraintes techniques, économiques et sociales définies dans le chapitre 2, quatre points sont à relever :
1. la valorisation des ressources renouvelables devrait être le plus possible en ruban afin de maximiser leur utilisation sur le territoire et d’éviter des investissements superflus ; 2. des basses températures au niveau de la demande de chauffage des immeubles sont indispensables afin d’optimiser le recours à des ressources renouvelables telles que la géothermie ;
3. l’inertie du système énergétique est grande, d’où l’importance d’avoir des objectifs de long terme ambitieux mais réalistes, compréhensibles, opérationnels et mesurables.
Une analyse correcte et détaillée de l’existant (non réalisée ici) est indispensable afin de coupler des scénarios de rénovation avec des scénarios incluant les nouveaux bâtiments d’ici 2030. Ces nouveaux bâtiments devraient avoir comme objectif des standards élevés de performance énergétique (type Minergie-P) ;
4. Pour la production électrique, il n’y a beaucoup moins de contraintes locales, même si elles peuvent être réelles, au niveau des réseaux notamment.
Les différentes filières (locales, régionales, internationales) ont montré toute leur complexité et certaines synergies ont pu être exposées. Citons plus particulièrement les 3 filières à ressources locales que sont le solaire, la géothermie et les rejets de chaleur, qui peuvent se compléter : la géothermie comme stockage saisonnier de chaleur, les rejets de chaleur difficilement utilisables comme apport de chaleur et le solaire thermique comme élément de réglage entre demande et recharge de chaud. De même, une complémentarité avec des ressources régionales mais hors PACA peut être réalisée avec la biomasse et CADIOM. Le solde, et principalement pour assurer les demandes de chaleur de pointe, devra encore être fournie par le fossile.
Plus concrètement, cinq recommandations peuvent être faites :
1. Construire le neuf avec des hauts standards énergétiques et avec des systèmes de chauffage à basse température ;
2. Elaborer en parallèle des scénarios de rénovation de l’existant ambitieux, autant en termes de réduction de la facture énergétique qu’en termes de température de distribution du chauffage ;
3. Réserver des zones dans les PACA pour favoriser des opportunités de développement d’infrastructures énergétiques telles qu’une centrale à valorisation de biomasse ;
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4. Etudier la possibilité de développer un ou des systèmes de « calobus », couplés sur des champs de sondes géothermiques, en se basant sur le nécessaire équilibre annuel des énergies transférées au stockage;
5. Impliquer un maximum d’acteurs locaux de l’énergie.
Au niveau temporel, la prise en compte de ces contraintes devrait être activée à tous les niveaux de planification, afin de systématiquement stimuler et laisser la porte ouverte aux opportunités de projets concrets.
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Bibliographie
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40
Annexes
A1 : fiche Solaire A2 : fiche Biomasse
