Report
Reference
Rhône urbain : évaluation des impacts des rejets thermiques des climatisations
FAESSLER, Jérôme, LACHAL, Bernard Marie & Domaine de l'eau du Département du Territoire (Etat de Genève)
Abstract
En 2008, les rejets thermiques maximaux de systèmes de refroidissement de machines de froid branchées sur le Rhône urbain étaient de 37 MW. Bien que de multiples paramètres influencent la température, l'impact estimé sur la température moyenne est de l'ordre du dixième de degrés, alors que des différences de plusieurs dixièmes de degrés ont été mesurées entre les deux rives du Pont du Mont-Blanc. En multipliant par dix ces rejets, l'influence globale serait théoriquement toujours en-deçà des rejets autorisés par la loi, avec une pointe maximale d'échauffement du Rhône urbain de l'ordre du degré. Le bilan thermique sur le Rhône genevois sera abordé dans un autre rapport VIRAGE.
FAESSLER, Jérôme, LACHAL, Bernard Marie & Domaine de l'eau du Département du Territoire (Etat de Genève). Rhône urbain : évaluation des impacts des rejets thermiques des climatisations. Genève : Domaine de l'eau du Département du Territoire (Etat de Genève), 2008, 41 p.
Available at:
http://archive-ouverte.unige.ch/unige:23302
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Projet VIRAGE
Rapport R1 : Rhône urbain
Evaluation des Impacts des rejets thermiques des climatisations
Exécuté pour le Domaine de l’Eau du Département du Territoire de la République et Canton de Genève
Carouge, le 23 mai 2008 Jérôme FAESSLER
Bernard LACHAL
Groupe Energie, Site Battelle, bâtiment D - 7 route de Drize - CH-1227 Carouge Tél. 022 379 06 61 - Fax 022 379 06 39 - www.unige.ch/cuepe
Remerciements
Nous tenons à remercier les différentes personnes ayant participé depuis le début aux travaux de la thermique du Rhône urbain, notamment :
• Mme Helene Beauchamp, qui a fait son travail de Master et dont les mesures sont reprises dans ce rapport ;
• Le professeur Haas et toute son équipe de l’Ecole d’Ingénieurs de Genève (EIG) ;
• L’équipe du Groupe Energie, et plus spécialement MM. Viquerat et Pampaloni.
Les différents services de l’Etat du Domaine de l’Eau (Domeau) et du Domaine Nature et Paysage (DNP) ont également apporté leurs contributions dans ce travail. Qu’ils en soient ici remerciés.
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Liste des abréviations
COP : Coefficient de Performance DT : Département du Territoire Domeau : Domaine de l’Eau du DT DNP : Domaine Nature et Paysage du DT DTP : Département des Travaux Publics
EAWAG : Institut fédéral pour l'aménagement, l'épuration et la protection des eaux EER : taux d’efficacité énergétique
EIG : Ecole d’Ingénieurs de Genève GLN : projet Genève-Lac-Nations PSTRD : Pont Sous-Terre Rive Droite PMBRD : Pont du Mont-Blanc Rive Droite PMBRG : Pont du Mont-Blanc Rive Gauche PMBC : Pont du Mont-Blanc Centre
SIG : Services Industriels de Genève UE : Unités Estivaux
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
1. Avant-propos... 6
1.1 Contexte ... 6
1.2 Objectifs ... 6
2. Introduction ... 7
3. le « système » Rhône urbain ... 8
3.1 Historique ... 9
3.2. Etat actuel du Rhône urbain ... 9
3.2.1. Généralités... 9
3.2.2. Rejets thermiques dans le Rhône urbain ... 11
3.2.3. Conclusion... 12
4. perturbations thermiques du Rhône urbain ... 13
4.1. Mesures, Méthodes et outils actuels... 13
4.1.1. Situation initiale ... 14
4.1.2. Situation au Pont du Mont-Blanc sans rejets thermiques... 15
4.1.3. Situation entre le Pont Sous-Terre et le Pont du Mont-Blanc ... 18
4.2. Modèle horaire du bilan thermique du Rhône urbain ... 21
4.2.1. Liste des acronymes du modèle : ... 23
4.2.2. Impacts globaux selon le modèle : ... 25
4.3. Comparaison entre les mesures et le modèle thermique ... 27
4.3. Rhône urbain : un système complexe dans un milieu naturel fortement anthropisé... 29
5. implications environnementales... 30
5.1. Impacts positifs ... 30
5.1.1. Énergie ... 30
5.1.2. Risques sanitaires - légionellose ... 31
5.1.3. Bruit et climat urbain... 32
5.2. Impacts négatifs... 32
5.2.1. Faune piscicole... 32
5.2.2 Macrophytes ... 34
5.2.3. Macroinvertébrés benthiques ... 34
4
6. problématique législative ... 36
6.1. Législation suisse et genevoise ... 36
6.1.1. Notions de concession et d’autorisation... 36
6.2. Directive européenne... 37
6.3. Contraintes réelles de la législation... 37
7. Conclusions ... 38
8. Bibliographie... 40
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1. Avant-propos
1.1 Contexte
Ce rapport s’inscrit dans le cadre du projet de Valorisation Intensive des énergies Renouvelables dans l’Agglomération Genevoise (projet VIRAGE), soutenu par le Département du Territoire (DT) de l’Etat de Genève. VIRAGE rassemble différents services de l’environnement et de l’aménagement 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.
Différents rapports sectoriels définis par les partenaires seront rendus durant une période de 3 ans. La synthèse de ces rapports aboutira à une thèse de doctorat à fin 2010.
Dans ce cadre général, le rapport R1 est plus spécifique à la problématique de la ressource eau, à travers une analyse des spécificités et de la durabilité des rejets thermiques dans le Rhône urbain.
Ce rapport est une synthèse basée d’une part sur le diplôme de Mme Beauchamp, qui a été relu de manière critique et a abouti à un travail d’analyse approfondi, et d’autre part sur le travail d’autres groupes de recherches tel que celui du Pr Haas de l’EIG.
1.2 Objectifs
Les trois buts principaux de ce rapport sont :
• Caractériser le « système » Rhône urbain
• Evaluer les impacts positifs et négatifs des rejets thermiques des climatisations
• Estimer la réserve de capacité thermique du Rhône urbain
Cette analyse doit permettre d’élaborer des pistes et des propositions pour que le Domeau puisse gérer au mieux les autorisations de pompage dans le Rhône genevois.
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2. Introduction
Le Rhône a un bassin versant total de 95'000 km2, du Valais à la Méditerranée en passant par le Lac Léman. Il coule sur 812 km, dont 290 en Suisse et 27 à Genève (DIAE, 2001). De nombreux aménagements existent sur tout le cours du Rhône afin de réguler son débit et de gérer ses crues (barrages de retenue, lit canalisé, zones d’inondations, etc.). Le Rhône est, avec le Rhin, l’un des plus grands fleuves d’Europe prenant sa source dans les Alpes.
Au niveau de la région genevoise, le Rhône peut être délimité en cinq sous-systèmes distincts liés à la thermique du fleuve (voir figure 1) :
• Rhône-Lac ;
• Rhône urbain ;
• Rhône mélangé à l’Arve ;
• Retenue de Verbois ;
• Rhône de Verbois à Chancy.
A ces cinq parties, il convient d’ajouter l’Arve qui est un affluent ayant une importance considérable sur le Rhône au niveau genevois.
Ces cinq parties ont toutes des dynamiques et une complexité propres. Seule la partie Rhône urbain (en vert sur la figure 1) sera traitée dans ce rapport
1. Rhône-Lac
2. Rhône urbain
Arve 3. Rhône et Arve
mélangé 4. retenue de Verbois
5. Rhône Verbois Chancy
Figure 1 : Délimitation approximative des sous-systèmes thermiques du Rhône genevois (source : SITG)
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3. le « système » Rhône urbain
Une longue histoire d’aménagements relie ce fleuve à l’être humain. Il n’est donc plus très simple de séparer un Rhône « naturel » d’un Rhône anthropisé. Le Rhône urbain est en réalité la continuité du Lac Léman (voir figure 1).
Nous observons sur la figure 2 que le Rhône urbain est situé au milieu de la ville, dans une zone où les berges sont presque complètement urbanisées, à l’exception du Sentier des Falaises en rive droite en aval du Pont Sous-Terre (sur la gauche de la figure 2). Le lit a été fortement transformé au cours du temps. Plusieurs ponts enjambent le Rhône urbain, d’amont en aval (droite à gauche sur la carte) : Pont du Mont-Blanc, Pont des Bergues, Pont de la Machine, Pont de l’Île, Pont de la Coulouvrenière, Pont du barrage du Seujet et Pont Sous- Terre.
Figure 2 : photo aérienne du Rhône urbain (source : SITG)
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3.1 Historique
Le Pont de l’Île était déjà cité par Jules César et resta le seul entre Genève et Lyon pendant près d’un millénaire. Dès le XIIe siècle, le Rhône fut utilisé pour produire de l’énergie mécanique au fil de l’eau. L’île Rousseau fut aménagée en 1583 puis une machine hydraulique fut construite en 1708 à l’entrée du bras gauche du Rhône, à la hauteur du futur Pont de la Machine. Aux XVIIIe et XIXe siècles, de nombreuses roues hydrauliques furent aménagées pour les artisans groupés sur les rives du fleuve. Ces installations se multiplièrent à tel point qu’elles obstruèrent en partie le lit du Rhône et provoquèrent finalement des inondations (DIAE, 2001).
Vers 1880, la Confédération intervint pour obliger Genève à construire un barrage régulateur sous le Pont de la Machine. L’usine des forces-motrices de la Coulouvrenière fut également mise en service à cette époque. Le barrage de Chancy-Pougny dans les années 1920, puis celui de Verbois entre 1937 et 1944, furent construit en aval du Rhône urbain, dans la partie plus rurale du canton. Enfin, le barrage et l’écluse du Seujet remplacèrent le Pont de la Machine et l’usine de la Coulouvrenière en 1995. Ces différents aménagements permettent à la fois de gérer le niveau du Lac, régi par une convention intercantonale (ETAT DE GENEVE, 1984), et de produire de l’électricité.
3.2. Etat actuel du Rhône urbain 3.2.1. Généralités
A la sortie du Lac, le Rhône a un débit moyen de 251 [m3/s] (DIAE, 2001). Le débit d’étiage fixé par la législation est de 50 [m3/s] en hiver et 100 [m3/s] en été. Les débits maximaux peuvent atteindre environ 550 [m3/s] (D. Pattay, communication personnelle).
La température moyenne des années 2003 à 2007 est de 12.5 [ºC]. Cette température oscille entre 2.8 [ºC] et 27.4 [ºC]. Les moyennes journalières minimales et maximales sont de 3.0 [ºC] et 26.8 [ºC] (OFEV, 2008). Les oscillations journalières de température sont bien entendu importantes en été et presque nulles en hiver. Au niveau thermique, le Rhône est intimement lié à la couche supérieure du petit Lac, qui s’écoule en fonction de la régulation du niveau du Lac.
La puissance électrique cumulée des barrages du Seujet, de Verbois et de Chancy-Pougny atteint 150 [MW] (respectivement 5.6, 98 et 47 [MW]). La production cumulée de ces trois barrages est en moyenne d’environ 687 [GWh] par année (respectivement 21, 466 et 200 [GWh]) (SIG, 2007). L’exploitation des barrages a une grande influence sur les débits du Rhône urbain. En général, la production électrique est maximisée les jours de la semaine. En été, par exemple, le débit est augmenté dès 6h du matin et est maximisé jusqu’à 20h. La nuit, le débit est généralement maintenu à 100 [m3/s], sauf lors de crues ou de grosses pluies. Plus généralement, les débits sont automatisés pour maintenir un niveau du Rhône constant (selon la consigne PK 8.2 des SIG), réguler le niveau du lac selon la convention intercantonale et optimiser l’exploitation du barrage de Verbois sans poser de problèmes d’inondations en amont (Jonction-Plainpalais).
Au niveau de la physico-chimie, la qualité des eaux du Rhône urbain s’est améliorée entre 1985 et 1997, notamment les teneurs en phosphates, ceci étant directement lié à l’amélioration constatée dans le Petit Lac (EAWAG, 1999). Les analyses faites dans les eaux du Petit Lac indiquent une stabilisation des concentrations de phosphore et d’azote entre la fin des années 1990 et 2005 (CIPEL, 2006).
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Lors de la construction du barrage du Seujet, des études d’impacts sur le fond du Rhône urbain, sur la passe à poisson ainsi qu’un suivi piscicole ont été effectuée. Concernant la situation du fond du Rhône dans sa partie urbaine, l’EAWAG a réalisé des séries de relevés avant et après la construction du barrage du Seujet, en 1985 et 1998-99. Les principaux résultats des changements de la structure du fond du Rhône urbain sont les suivants (EAWAG, 1999) :
• La moule zébrée a massivement colonisé de grandes parties du fond et détermine sa fonction écologique. L’uniformisation en découlant est plutôt défavorable à la faune piscicole et probablement également à la macrofaune benthique et aux macrophytes ;
• Des modifications de la structure du fond localement importantes ont eu lieu avec la construction du barrage ;
• Ces modifications de la structure du fond sont modérées en regard des autres altérations du système (modulation du débit, perte d’abris pour poissons par la réduction de zones d’eau calme, débits élevés en période de crue).
La faune du Rhône urbain est depuis toujours soumise à diverses fortes contraintes. Elle dépend de l’état général du Lac, des conditions de débits, de la structure du fond, etc. Son état est plutôt stable depuis la fin des années 1990. Nous reviendrons sur les implications environnementales des rejets thermiques dans le chapitre 5.
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3.2.2. Rejets thermiques dans le Rhône urbain
Plusieurs dizaines de rejets thermiques dans le Rhône existent depuis longtemps. Selon une enquête du Département des Travaux Publics (DTP) faite en 1971 citée dans un rapport sur les rejets thermiques, il y avait au minimum 16 utilisateurs de l’eau du Rhône pour une puissance installée d’environ 20 MW (BG Ingénieurs Conseils SA., 1975).
Depuis 1983, le DTP recense strictement les autorisations ou concessions de pompage à des fins hydrothermiques dans les cours d’eau et le Lac. La liste d’avril 2008 concernant ces autorisations de pompage dans le Rhône urbain est donnée dans le tableau 1 ci-dessous.
Quelques rejets dans le Lac ont été pris en compte car ils sont à la limite des deux systèmes.
No autor. NOM Bénéficiaire Cours d'eau rive Km. Adm. débit autorisés débit autorisés
DomEau X Y Z [l/min] [m3/s]
5 MANOR Rhône R.D. 2.70 500 143. 117 997. 369.40 9'700 0.1617
15 Fondation professionnelle et sociale de Genève Rhône R.D. 3.30 499 630. 117 931. 1'320 0.0220
28 BNP Paribas (Suisse) SA Rhône R.D. 0.10 250 0.0042
31 COOP-City, Centre Rhône-Fusterie Rhône R.G. 2.60 500 244. 117 879. 369.00 3'600 0.0600
39 Dresdner Bank (Suisse) SA Rhône R.G. 2.60 500 245. 117 879. 368.60 4'000 0.0667
41 U . B . S . SA (UBS AG) Rhône R.G. 2.66 500 188.2 117 878.9 369.50 11'000 0.1833
42 ZURICH Compagnie d'assurances Léman R.G. 0.30 500 426. 117 884. 370.15 2'250 0.0375
46 Hôtel des Bergues Rhône R.D. 2.50 500 299. 118 061. 2'383 0.0397
48 Caisse de Pension Etat de Zurich Rhône R.D. 3.40 3'833 0.0639
62 AU GRAND PASSAGE - Innovation SA Léman R.G. 0.12 500 346. 117 856. 11'467 0.1911
64 CREDIT SUISSE FIRST BOSTON Rhône R.G. 2.85 499 980. 117 823. 368.60 6'500 0.1083
73 Ville de Genève - BCGe Rhône R.D. 2.75 500 078. 117 950. 2'000 0.0333
77 PIGUET Rhône R.G. 3.30 499 560. 117 811. 130 0.0022
81 Crédit Agricole Indosuez (Suisse) SA Léman R.G. 0.20 1'000 0.0167
105 SGS SOCIETE GENERALE DE SURVEILLANCE SA Léman R.D. 0.390 500 482. 118 185. 4'750 0.0792
111 LATSIS Rhône R.D. 3.400 1'333 0.0222
118 Banque Safdié SA Rhône B.D./ R.G. 2.82 500 010 117 924 1'000 0.0167
121 BNP Paribas (Suisse) SA Rhône B.G./ R.G. 2.89 499 979 117 821 2'500 0.0417
125 Compagnie générale de la navigation sur le lac Léman Léman R.D. 0.31 500 441 118 136 245 0.0041
128 PPDG SA Rhône R.G. 3.94 498 954 117 660 600 0.0100
20 TOTAL RHONE URBAIN 69'861 1.1644
114 Services Industriels de Genève - Cheneviers Rhône R.G. 16.650 491 391. 117 285. 170'000 2.8333 Situation rejet
Tableau 1 : liste des autorisations/concessions de pompage dans le Rhône urbain
Cette liste sera complétée et corrigée lors d’une campagne menée par le Domeau en 2008, en collaboration avec l’Université de Genève. Les lieux exacts des rejets ainsi que les débits réels seront vérifiés. Actuellement, les débits maximaux autorisés sont d’environ 70'000 [l/min], soit environ 1.16 [m3/s]. Les températures de rejet réelles ainsi que les puissances de froid installées seront relevées.
Pour comparaison, notons que le site des Cheneviers des SIG bénéficie d’une autorisation de 170'000 [l/min] pour lui seul, soit deux fois et demie l’ensemble des autorisations sur le Rhône urbain. Il s’agit du refroidissement de l’usine d’incinération, en complément à la production d’électricité et du chauffage à distance.
Actuellement, la loi fixe la limite du rejet à 30 ºC et le cours d’eau récepteur ne doit pas voir sa température augmenter de plus de 1.5 ºC après mélange homogène. En outre, la
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température du cours d’eau récepteur ne doit pas dépasser 25ºC (OEaux, 1998). Nous verrons dans le chapitre 6 plus en détail la problématique législative.
3.2.3. Conclusion
L’Homme a de tout temps modifié le Rhône urbain. Il est donc difficile de se référer à une hypothétique situation naturelle de cette partie du Rhône. La canalisation du fleuve, la disparition des berges naturelles et la construction des barrages de régulation sont autant de facteurs ayant influencé l’évolution du Rhône urbain.
La construction du barrage du Seujet est la dernière grande perturbation environnementale subie par cette partie du Rhône. Les analyses indiquent que divers problèmes touchent la faune et que le système Rhône urbain est fortement perturbé par plusieurs facteurs. Malgré ces profonds changements, le Rhône dans son ensemble reste le cours d’eau genevois possédant la plus grande diversité piscicole (ETAT DE GENEVE, 2008).
Dans le prochain chapitre, nous essayerons d’estimer quelle est l’influence potentielle des différents rejets thermiques des climatisations fonctionnant avec l’eau du Rhône. Ceci nous amènera aux implications environnementales dans le chapitre 5.
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4. perturbations thermiques du Rhône urbain
4.1. Mesures, Méthodes et outils actuels
Deux récents travaux de diplôme ont eu pour champ d’étude le Rhône urbain : l’un réalisé à l’EIG (BEETSCHEN C., 2005), l’autre à l’Université de Genève (BEAUCHAMP H., 2006a).
Ces deux travaux ont abouti à une publication dans les Archives des sciences qui résume les simulations et les mesures effectuées (BEAUCHAMP H. et al., 2006b). Nous avons repris les données de températures mesurées dans le diplôme de Mme Beauchamp lors de l’été 2005. Le modèle de bilan thermique du Rhône développé dans ce travail de master a été vérifié, légèrement corrigé puis validé. Il est résumé plus loin.
Les données de températures utilisées sont des données par minute. Pour toute évaluation des effets thermiques, il est important de corriger ces données de températures par le temps de transit, qui est fonction du débit de la rivière (mesuré toutes les 10 minutes au Seujet par SIG).
L’idée est que nous suivons une masse d’eau du Pont du Mont-Blanc au Pont Sous-Terre (principe de la « lame d’eau ») et qu’il faut corriger les mesures de températures pour correspondre à la réalité. En effet, lors de ce transit, une certaine énergie est échangée entre la rivière et l’atmosphère et ce phénomène influence la température de la masse d’eau que nous suivons. (voir figure 3)
Echanges avec l’atmosphère
i : initial t : temps T : Température Légende p : position
ti = tf – ttransit
∆Tcorr = Tf - Ti
temps de transit
= volume /débit pf, tf, Tf
ttransit
Direction du flux
pi, ti, Ti
Figure 3 : principe du temps de transit pour correction des températures selon le débit
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Lors de l’été 2005, ce temps de transit était compris entre 18 minutes (débit de 611 [m3/s]) et 113 minutes (débit minimaux estivaux de 100 [m3/s]). En moyenne, la modification de température due au temps de transit est de 0.22 [ºC/h]. Il est intéressant de noter que cette augmentation de température est identique lorsque l’on effectue le même calcul pour les données météo du Vengeron et celles du Pont du Mont-Blanc. Cela signifie que cette différence peut être considérée comme naturelle et qu’elle n’est pas due aux rejets thermiques.
(BEAUCHAMP H., 2006a)
Pour l’analyse des données, les températures ont donc été corrigées avec les débits toutes les 10 minutes de SIG afin de comparer à un même temps t les différentes températures mesurées. Ces corrections ont été effectuées par Mme Beauchamp dans son travail et ont été reprises telles quelles dans ce rapport.
4.1.1. Situation initiale
La période considérée et analysée correspond à la période de mesures continues effectuées dans le travail de Mme Beauchamp, du 18 août au 15 septembre 2005.
Afin de montrer la dépendance de la température du Rhône par rapport à celle du Lac, mesurée à la station du Vengeron à 1 mètre de profondeur, il est intéressant de les comparer.
Le graphique 1 résume les températures typiques du Rhône et du Lac sur la période considérée.
13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 24.00 25.00
18.août .05
25.août .05
01.
sept .05
08.
sept .05
15.
sept .05
Température de l'eau en [ºC]
T Rhône T lac
Graphique 1 : température moyenne du Lac (Vengeron – profondeur = 1 [m]) et du Rhône urbain (Halle de l’Île)
Il est important de noter que vers fin août, il y a eu plusieurs événements de fortes pluies qui ont fait sensiblement baisser les températures. La période plus typiquement estivale est située après ces événements, au tout début septembre. C’est pourquoi nous allons dans la suite de ce rapport faire l’analyse sur toute la période (nommée période totale) et également en se concentrant sur une semaine typiquement estivale (du mardi 30 août au lundi 5 septembre, nommée période zoom ci-après). Cette période zoom correspond à des valeurs élevées de la température de l’air la journée, aux alentours de 28 [ºC], avec des pointes horaires à 31 [°C].
Période typiquement estivale
Événements pluvieux
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Afin de mieux comprendre les impacts des rejets thermiques, des séries de températures aussi bien horizontales que verticales ont été mesurées par Mme Beauchamp. Ces séries de mesures ont été effectuées en différents points du Rhône urbain, le long des berges, des quais ainsi que sur un bateau (voir photos 1 et 2 ci-dessous).
Photo 1 : pose de Thermomètres de mesures
Photo 2 : pose de Thermomètres de mesures
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Les mesures longitudinales sur la période totale montrent des différences de plusieurs dixièmes de degré entre la rive gauche et la rive droite à la hauteur du Pont du Mont-Blanc, c’est-à-dire avant les rejets thermiques des climatisations (voir graphiques 2 et 3 ci-dessous).
Mesures : Différence de Température au Pont du Mont-Blanc (Rive Droite - Rive Gauche)
-2.50 -2.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
18.août.05 25.août.05 01.sept.05 08.sept.05 15.sept.05
date
∆T en [ºC]
Graphique 2 : différences de température longitudinales au Pont du Mont-Blanc (Rive Droite – Rive Gauche ; période totale)
Mesures : Différence de Température au Pont du Mont-Blanc (Rive Droite - Rive Gauche) et comparaison avec la température du Lac (axe de droite)
-1.0 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
30.08.2005 00:0
0
31.08.2005 00:0
0
01.09.20 05 00:00
02.09.2005 00:0
0
03.09.200 5 00
:00
04.09.20 05 00:00
05.09.2005 00:00
06.09.2005 00 :00
∆T pont Mont-Blanc en [ºC]
20.00 21.00 22.00 23.00 24.00 25.00
T du lac en [ºC]
delta T (rd-rg) T lac
Graphique 3 : différences de température longitudinales au Pont du Mont-Blanc (Rive Droite – Rive Gauche) et comparaison avec la température du Lac (période zoom)
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significative et presque toujours dans le même sens (rive droite plus chaude que rive gauche).
En faisant le zoom sur la période typique estivale, nous voyons des valeurs comprises entre - 0.1 [ºC] et + 0.7 [ºC]. Les pointes à 0.7 [ºC] de fin de journée sont corrélées avec l’augmentation de la température du Lac, légèrement décalée, ce qui est probablement dû à l’inertie thermique du Lac. Cela montre que la dynamique entre les deux rives n’est pas identique, et que la rive droite est plus influencée que la rive gauche par le Lac, sans doute à cause d’une courantologie différente. Il y aura lieu d’approfondir les connaissances dans les différents travaux liés au projet Genève-Lac-Nations (GLN) et au Rhône urbain.
Il est important de retenir ici que les fluctuations naturelles entre les rives ne sont pas négligeables. La moyenne de la différence de température est de 0.2 [ºC] sur toute la période considérée et de 0.25 [ºC] sur le zoom. Ces rives sont de toute façon fortement anthropisées et de multiples effets locaux peuvent modifier la température naturelle du Lac (par exemple des zones à forte recirculation ou des zones calmes).
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4.1.3. Situation entre le Pont Sous-Terre et le Pont du Mont-Blanc
Les températures mesurées en continu au Pont Sous-Terre sur la rive droite (nommé ci-après pstrd), corrigées avec le temps de transit, permettent de faire la comparaison entre la température de l’eau à l’entrée et à la sortie du système Rhône urbain. L’entrée est au Pont du Mont-Blanc, avec des mesures prises sur les deux rives et depuis le centre (nommés respectivement pmbrd, pmbrg et pmbc). Ceci permettra par la suite d’évaluer les éventuelles influences dues aux rejets thermiques.
L’analyse des données de températures permet de tracer les graphiques 4 et 5 reportant la différence de température entre le Pont Sous-Terre et le Pont du Mont-Blanc. Un chiffre positif veut dire qu’il y a eu échauffement du Rhône entre ces deux points.
Mesures : Différence de Température entre Pont Sous-Terre (rive droite) et Pont du Mont-Blanc
-1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50
18.08.2 005 0
0:00
25.
08.200 5 00:00
01.
09.2005 00:00
08.
09.2005 00:00
15.09.2 005 0
0:00
∆T en [ºC]
PSTRD-PMBRD PSTRD-PMBRG PSTRD-PMBC
Graphique 4 : différence de température entre pst (rive droite) et pmb (rive droite, rive gauche et centre) sur la période totale
18
Mesures : Différence de Température entre Pont Sous-Terre (rive droite) et Pont du Mont-Blanc
-0.50 -0.40 -0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
30.08.2 005 0
0:00
31.
08.2005 00:00 01.
09.200 5 0
0:00
02.09.2005 0 0:00
03.
09.2005 00:00 04.
09.200 5 00:00
05.09.2005 0 0:00
06.
09.2005 00:00
∆T en [ºC]
PSTRD-PMBRG PSTRD-PMBC
Graphique 5 : différence de température entre pst (rive droite) et pmb (rive droite, rive gauche et centre) sur la période zoom
Nous voyons assez nettement sur ces graphiques que les fluctuations entre l’entrée et la sortie du système peuvent être de l’ordre de 1.5 [ºC] lors d’événements pluvieux mais sont en général comprises entre +/- 0.5 [ºC] lors de la période typiquement estivale. Ce chiffre est à comparer avec celui de la différence moyenne de température de 0.25 [ºC] entre les deux rives lors de la période zoom.
Cela montre que les fluctuations naturelles entre les deux rives du Pont du Mont-Blanc, dans un contexte déjà fortement anthropisé, sont de l’ordre de quelques dixièmes de degrés et du même ordre de grandeur que les fluctuations entre l’entrée et la sortie du système Rhône urbain, qui comprend les rejets thermiques des climatisations.
Il est donc maintenant intéressant d’essayer de modéliser le système Rhône urbain avec et sans rejets thermiques. Cela nous permettra de comparer avec les valeurs mesurées et de tenter de voir les effets réels des rejets thermiques dans les fluctuations constatées précédemment.
19
20
4.2. Modèle horaire du bilan thermique du Rhône urbain
Le régime thermique d’une rivière dépend de beaucoup de paramètres qui fluctuent en permanence. Globalement, la température de l’air a une grande influence sur la température de l’eau. Le modèle présenté ici est en partie basé sur celui développé par Molineaux pour des piscine (MOLINEAUX B. et al., 1994). Il a été repris du travail de Mme Beauchamp (BEAUCHAMP H., 2006a), vérifié et légèrement modifié. Les apports thermiques sont le rayonnement solaire et la radiation infrarouge atmosphérique. Les pertes sont la radiation infrarouge de la rivière ainsi que la convection et l’évaporation.
Afin de simplifier le système à analyser, un certain nombre d’approximations sont effectuées:
• La surface du Rhône est considérée comme plane La régulation du Rhône au barrage du Seujet (sur 4 [m] de hauteur maximum) est négligeable ;
• Les échanges de chaleur entre le lit de la rivière et l’eau sont négligeables ;
• Le transfert de chaleur dû aux frottements est négligeable. En effet, on peut estimer que pour 4 [m] de hauteur (hauteur maximum sans tenir compte du turbinage au Seujet), il est d’environ 0.01 [K] (selon ∆T = m·g·h / CH2O = 2.35 . 10-3 [K/m]) ;
• La densité de l’eau et la chaleur latente d’évaporation de l’eau sont constantes dans le domaine de température considéré ;
• Le coefficient d’échange convectif est estimé en utilisant une formule empirique selon (MOLINEAUX B. et al., 1994) (hc = 3 + 2v ; avec v = vitesse du vent météo) ;
• Toutes les structures en contact avec l’eau (ponts, berges) ont une température égale à celle de l’air ;
• L’absorption du rayonnement solaire par l’eau est estimé à 0.95 ;
• Les formules pour l’approximation effectuée pour le calcul de l’infrarouge (IR) du ciel sont tirées de la thèse de (INEICHEN P., 1983) ;
• Les équations pour l’IR sont prises en compte comme sans couverture nuageuse (« clear days ») étant donné la période considérée (été) ;
• Le facteur équivalent de l’émissivité IR « échange ponts-Rhône » est estimé à 0.95 ;
• Une température horaire moyenne de la rivière Tr est représentative pour calculer l’infrarouge de la rivière.
La météo est mesurée à l’aide d’uns station météo de l’Université de Genève située sur un toit de la jonction, à 0.5 km du Rhône, permettant de connaître le rayonnement global, la vitesse et la direction du vent, la température ainsi que l’humidité de l’air (données à disposition sous http://www.unige.ch/cuepe/html/meteo/meteo.php). Sept photos fisheye ont été prises à différents endroits, permettant de vérifier les zones d’ombre des immeubles. Un coefficient de 0.75 a été appliqué pour les pertes dues à l’ombre des bâtiments et à celle des ponts (BEETSCHEN C., 2005). La surface du Rhône a été calculée à l’aide du SITG (www.sitg.ch) par Beetschen et estimée à 150'000 [m2].
21
En résumé, les formules appliquées sur une base horaire (feuille de calcul Excel) sont représentées dans la figure 4 ci-dessous :
Rhône urbain Convection :
Lc = hc · (Tr - Ta)
IRc = (Sn · Rc) + (1-Sn) · ( εec · σ · Ta4) Radiation solaire :
Rs = (Sn · Ae ) · Gh Rejets thermiques : Peff = (ρ · Qeff · Ce · (Teff - Tr)) / S
Infrarouge du Rhône : IRr = (εe · σ · Tr4) Evaporation :
Lv = (hc / Ca) · Le · (Mr - Ma)
Infrarouge atmosphérique (ciel):
Figure 4 : représentation des flux d’énergie entre le Rhône urbain et l’atmosphère en [W/m2]
22
IRc = rayonnement infrarouge du ciel [W/m2]
Sn = coefficient d’ombrage des bâtiments et ponts = 0.75
Rc = rayonnement infrarouge d’un corps noir à la température du ciel [W/m2] εec = émissivité IR « équivalente échange bâtiments-ponts-Rhône » = 0.95 σ = constante de Stefan-Boltzmann = 5.67 · 10-8 [W · m-2 · K-4]
Ta = température de l’air [K]
Rs = radiation solaire [W/m2]
Ae = absorption du rayonnement solaire par l’eau = 0.95 Gh = rayonnement solaire global horizontal [W/m2] Lc = pertes par convection [W/m2]
hc = 3 + 2 v ; avec v = vitesse du vent météo ; hc en [W/m2] Tr = température de la rivière [K]
Lv = Flux de chaleur de vaporisation [W/m2]
Ca = chaleur spécifique de l’air à ~ 25 [ºC] = ~ 1’200 [J/m3air · K]
Le = chaleur latente d’évaporation de l’eau à ~ 25 [ºC] = ~ 2'450 [J/geau ]
Mr = humidité absolue d’air saturé en humidité à la température de la rivière [geau/m3air] (« couche limite »)
Ma = humidité absolue de l’air à la température ambiante de l’air [geau/ m3air] IRr = rayonnement infrarouge de la rivière [W/m2]
εe = émissivité IR de l’eau = 0.95
Peff = Puissance totale des rejets thermiques [W/m2] ρ = densité de l’eau = 1000 [kg/m3]
Qeff = débits totaux des rejets thermiques en 2005 = 0.87 [m3/s]
Ce = chaleur spécifique de l’eau = 4'187 [J/kgeau · K]
Teff = température moyenne des rejets thermiques [K]
S = surface du Rhône urbain = 150'000 [m2]
23
Toutes ces données sont introduites dans un tableur Excel en données horaires permettant de suivre heure par heure le bilan thermique du Rhône. En appliquant ce modèle, le résultat est en [W/m2]. Un résultat positif veut dire que le Rhône engrange de la chaleur de la part de l’atmosphère. L’inverse signifie que le Rhône dégage de la chaleur dans l’atmosphère (typiquement, la nuit).
Il est également possible de comparer ces résultats aux rejets thermiques totaux sur la surface et la période considérée. Dans ce modèle, le débit des effluents est considéré comme l’addition de tous les débits nominaux (en 2005, Qeff = 0.87 [m3/s]) et la température de rejet est considérée comme étant systématiquement à 30 [ºC]. Il s’agit ici d’un effet maximum.
Ceci pourra être affiné dans un prochain rapport avec des données réelles de débits et de températures.
Les débits utilisés par Mme Beauchamp étaient des moyennes horaires des moyennes de débit du Seujet prise toutes les 10 minutes par SIG. Malheureusement, la moyenne horaire a été mal effectuée par Mme Beauchamp. Nous avons donc repris les débits horaires de la station de l’OFEV située vers le Pont de l’Île pour le modèle (station 1253 Rhône Halle de l’Île). Cela modifie quelque peu les résultats donnés dans le travail de Master de Mme Beauchamp.
Il est alors possible de représenter graphiquement (voir figure 5) les résultats moyens ainsi que les maxima et minima :
365 W/m2 (314 à 416) Radiation solaire :
129 W/m2 (0 à 580)
Rejets thermiques :
~ 243 W/m2 (0 à 388)
Infra-rouge du Rhône : 398 W/m2 (338 à 416) Evaporation :
33 W/m2 (-19 à 75) Convection :
-2 W/m2 (-48 à 17)
TRhône : 20.0 ºC (14.0 à 23.4) Tair :
20.7 ºC (13.6 à 31.1)
Infra-rouge atmospherique :
Figure 5 : moyenne des flux d’énergie entre le Rhône et l’atmosphère en [W/m2] et températures moyennes de l’air et de l’eau
24
La période estivale typique, qui correspond le mieux au modèle développé (« clear day »), est représentée graphiquement ci-dessous (graphique 6). La puissance des effluents (Peff) a été estimée globalement au maximum la journée et à seulement 10% la nuit (de 20h à 7h). Ce modèle ne prend donc pas en compte l’effet de foisonnement, c’est-à-dire le fait que les groupes de froid ne fonctionnent pas tous en même temps et que rarement à 100%. Cela veut dire que les débits pompés fluctuent aussi et sont souvent plus faibles que le maximum admis ici pour la journée. Cet effet pourra être mieux estimé lors du prochain rapport sur le Rhône urbain.
La puissance rejetée par les effluents est donc une puissance maximale.
bilan modèle en [W/m2]
-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
30.08 .2005
00 :00
30.08 .2005
12:00
31.08 .2005
00:
00
31.08 .2005
12:00
01.09 .2005
00:0 0
01.09 .2005 12:00
02.0 9.2005
00:00
02.09 .2005 12:00
03.09 .2005
00:0 0
03.09 .200
5 12:00
04.
09.2005 00:00
04.09 .2005
12:00
05.0 9.2005
00:00
05.09 .2005
12:00
06.09 .2005
00:00
Puissance en [W/m2]
Bilan Modèle sans Peff
Bilan Modèle avec Peff 100%jour 10%nuit
Graphique 6 : bilan radiatif selon le modèle développé en [W/m2]
De manière générale, notons que le Rhône dégage de la chaleur la nuit (bilan négatif) jusque vers 7h du matin, puis la tendance s’inverse et le Rhône absorbe de plus en plus de chaleur jusqu’à environ 13h. La différence de puissance est en moyenne de 244 [W/m2]. Ce chiffre correspond à 100% du débit de pompage autorisé par le Domeau, ce qui n’est évidemment que rarement (si ce n’est jamais) le cas.
Il faut comprendre qu’au niveau global du Rhône urbain (surface de 150'000 [m2]), cela représente de petites fluctuations (environ 37 [MW] sur la surface considérée). En effet, pour augmenter la température du Rhône urbain de 1 degré sur toute la surface, il faudrait dégager environ 1’100 [MW], avec des minima de 400 [MW] pour les débits minimaux du Seujet de 100 [m3/s]. Ces chiffres théoriques globaux montrent bien qu’il peut y avoir des problèmes locaux mais qu’au niveau global du Rhône, l’impact est assez faible.
Au niveau plus local et à proximité de rejets, des mesures verticales ont permis de montrer des profils de températures droits, ce qui indique que les rejets ne stratifie pas le Rhône urbain (BEAUCHAMP H., 2006a). En revanche, des plumes horizontales ont été observées sur
25
plusieurs dizaines, voir centaines de mètres, dans le sens du courant. Ces plumes peuvent représenter des augmentations ponctuelles et très locales de température de plusieurs dixièmes de degrés. Des plumes négatives ont également été observées, avec un refroidissement dû probablement à la nappe située entre le Rhône et l’Arve (BEAUCHAMP H., 2006a).
La modélisation hydraulique et thermique effectuée par l’EIG permet de mieux comprendre ces effets locaux des rejets. Les deux principaux résultats sont donc un mélange rapide au niveau du rejet avec des plumes d’eau chaudes résiduelles (BEAUCHAMP H. et al., 2006b).
Un fort mélange a lieu à l’endroit du rejet car la vitesse et la direction du rejet sont souvent très différentes de celles du Rhône. Puis l’énergie résiduelle du rejet peut former des plumes d’eau chaude pouvant être conservées sur plusieurs dizaines voire centaines de mètres. Ces plumes chaudes remontent à la surface et forment des nappes qui sont portées par le fleuve.
Ces plumes peuvent représenter des valeurs de l’ordre de 0.1 [ºC] selon le modèle EIG alors que la différence de température entre les deux rives du Pont du Mont-Blanc sont de l’ordre de 0.25 [ºC] en moyenne.
26
4.3. Comparaison entre les mesures et le modèle thermique
Les différences de température entre l’amont et l’aval (en fonction de la rive) ont été comparées avec les résultats du modèle thermique (voir graphiques 7 et 8). En raison du vol de l’appareil de mesure des températures de la rive gauche du Pont Sous-Terre, nous n’avons malheureusement pas pu comparer chaque rive et avons du nous contenter des mesures de la rive droite en aval du système.
comparaison des mesures et du modèle - période totale (sans effluents et avec effluents 100% jour et 10% nuit)
-1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50
18.0 8.20
05 00:00
25.0 8.20
05 00:00
01.0 9.20
05 00:0 0
08.0 9.20
05 00:00
15.0 9.20
05 00:00
∆T en [ºC]
PSTRD-PMBRD PSTRD-PMBRG PSTRD-PMBC
Temp modèle sans effluents
Temp modèle avec effluents 100% jour 10% nuit
Graphique 7 : comparaison de la différence de température entre l’amont et l’aval du Rhône urbain par rapport au modèle thermique en [ºC] sur toute la période
27
comparaison des mesures et du modèle - période zoom (sans effluents et avec effluents 100% jour et 10% nuit)
-0.50 -0.40 -0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
30.0 8.2005
00:00
31.0 8.2005
00:
00
01.0 9.2005
00:00
02.0 9.2005
00:00
03.0 9.2005
00:00
04.0 9.2005
00:00
05.0 9.2005
00:00
06.0 9.2005
00:00
∆T en [ºC]
PSTRD-PMBRD PSTRD-PMBRG PSTRD-PMBC
Temp modèle sans effluents
Temp modèle avec effluents 100% jour 10% nuit
Graphique 8 : comparaison de la différence de température entre l’amont et l’aval du Rhône urbain par rapport au modèle thermique en [ºC] sur la période zoom
Il est intéressant de noter que les mesures effectuées fluctuent de manière plus importante que ce que le modèle indique, toujours en gardant à l’esprit que nous parlons ici de quelques dixièmes de degrés Celsius (+/- 0.5), ce qui est assez peu. Nous voyons assez nettement que le modèle donne des résultats presque identiques, que ce soit avec ou sans les effluents.
Cela montre que le modèle ne peut prendre en compte toute la complexité du système mais nous donne les ordres de grandeur corrects et une idée sur l’impact réel au niveau global.
Au niveau des limites du modèle, notons trois aspects principaux :
• Le principe de la lame d’eau avançant à une vitesse constante sur tout le plan d’eau est une simplification. D’après les mesures de l’EAWAG, le barrage du Seujet a contribué à augmenter la vitesse dans le bras gauche et diminuer celle dans le bras droit (EAWAG, 1999). La vitesse le long des deux rives n’est donc pas identique et modifie le temps de transit : la lame d’eau n’est pas uniforme ;
• Le système « piscine » utilisé dans le modèle fonctionne bien pour des plans d’eau plutôt calmes et ne prend pas en compte d’éventuels effets des vagues, ni les phénomènes de recirculation liés aux piliers des ponts.
• Les éléments extérieurs comme la pluie (fortes inhomogénéités) ou des apports de froids latéraux ne peuvent pas être modélisés simplement.
Malgré ces limites, les ordres de grandeurs donnés par le modèle sont corrects.
28
4.3. Rhône urbain : un système complexe dans un milieu naturel fortement anthropisé
Comme nous l’avons vu au chapitre 3, il est difficile de se référer à un état naturel hypothétique du Rhône urbain qui n’existe plus depuis des siècles.
Au niveau global, l’échauffement potentiel maximum de 37 [MW] du Rhône urbain présente de petites fluctuations qui sont plus faibles que les fluctuations dues aux autres phénomènes (échauffement du Petit Lac, divergences entre les rives, courantologie différente, etc…). De manière imagée, le « bruit de fond » est deux à trois fois plus élevé que les fluctuations réellement attribuables aux rejets thermiques.
Même au niveau plus local d’un rejet, les modélisations de l’EIG prédisent des augmentations de température de l’ordre de 0.1 [°C] sur quelques centaines de mètres maximum.
De plus, l’effet de foisonnement n’est pas pris en compte ici car les données manquent encore.
Nous espérons pouvoir combler en partie ces données lors de la deuxième partie de l’étude.
Notons encore que le débit est réglé selon les besoins de la production électrique ainsi que les besoins lors de crues. En général, les débits sont élevés la journée et au minimum légal la nuit, ce qui est représenté dans la graphique 9 ci-dessous :
débit moyen selon l'heure de la journée
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
heure
débit moyen du Rhône en [m3/s]
débits moyens
Graphique 9 : répartition des débits moyens du Rhône en fonction des heures de la journée par rapport à la période totale
Cette figure montre bien qu’en général, les débits élevés du Rhône correspondent aux heures où le besoin en climatisation est le plus fort, c’est-à-dire la journée. La dilution du rejet thermique est donc plus rapide.
29
5. implications environnementales
5.1. Impacts positifs 5.1.1. Énergie
Nous abordons ici de manière simplifiée et schématique les aspects énergétiques liés à l’utilisation d’une climatisation. Ces aspects seront développés plus en détails dans le prochain rapport avec des chiffres réels de quelques installations.
Dans un système simple de climatisation, un groupe de froid refroidit l’air ambiant avec un fluide réfrigérant, lui-même refroidi par une source externe. En général, la source externe est de l’air ambiant avec évacuation de la chaleur sur une ou plusieurs tours de refroidissement.
Dans cette étude sur le Rhône urbain, la source externe de refroidissement est l’eau du Rhône.
Des systèmes mixtes (air et eau) peuvent également exister. De l’électricité est consommée d’une part par le groupe de froid et d’autre part par le condenseur évacuant l’énergie dans le Rhône.
De manière schématique, nous pouvons représenter le transfert d’énergie comme suit (voir figure 6) :
Condenseur TCondenseur ≈ f (TRhône in)
Evaporateur TEvaporateur ≈ 6 à 10 °C
Tair in (chaud)
Tair out (froid)
Rhône
TRhône in (froid)
TRhône out (chaud)
Electricité pour l’échangeur de la chaleur
Machine de froid
Electricité du groupe de froid
Figure 6 : schéma du transfert d’énergie pour une climatisation branchée sur le Rhône
La quantité d’électricité consommée pour extraire la chaleur de l’immeuble dépend de l’efficience globale de l’installation (y compris les pompes, ventilateurs, moteurs, etc…). Le taux d’efficacité énergétique (EER en anglais) est défini comme suit :
EER = quantité de froid produit / quantité d’électricité totale consommée en [kW]
Le coefficient de performance (COP) représente le rendement de la machine de froid. Il est déterminé en divisant l'énergie thermique restituée par l'énergie électrique absorbée :
COP = quantité de froid produit / quantité d’électricité du groupe de froid en [kW]
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limite aux coefficients de performance tel que :
COP = T2 / (T1 – T2) (avec T1 = Tcondenseur et T2 = Tevaporateur)
Par exemple, un COP de 3 signifie que chaque unité d’électricité consommée fournit une unité de chaleur de la machine et extrait deux unités de chaleur du bâtiment, pour un total de trois unités remises dans l’environnement.
Des chercheurs (SANTAMOURIS M. et al., 2004) ont mesuré les performances de différents systèmes de climatisations. Ils en ont conclu qu’une des conditions déterminantes pour l’efficience du système était la méthode de rejet utilisée. Le gain entre un système de refroidissement avec de l’eau par rapport à un système à air est significatif, de l’ordre de 40%
en moyenne (voir figure 7 ci-dessous) :
EER
Système de rejet de chaleur minimum moyenne maximum
Refroidissement à eau 2.76 3.57 4.09
Refroidissement à air 1.9 2.52 3.39
Différence en % + 45% + 41% + 20%
Figure 7 : performance de différents systèmes de refroidissement selon SANTAMOURIS M. et al.,
Dans une expérience en Turquie, des chercheurs ont comparé des systèmes de refroidissement avec une rivière ou avec de l’air (BUYUKALACA O. et al., 2003). Ils ont trouvé des COP de l’ordre de 20 à 35% plus efficaces pour le système à eau par rapport à celui à air.
De manière générale, les systèmes à refroidissement par l’eau sont plus efficients que ceux avec de l’air. Cependant, le type de groupe de froid ainsi que les réglages fins de ceux-ci peuvent sensiblement modifier les performances globales des installations. C’est pourquoi il sera intéressant d’analyser des chiffres réels dans le second rapport lié au Rhône urbain.
5.1.2. Risques sanitaires - légionellose
Dans les climatisations classiques fonctionnant à l’air, le condenseur est relié à une tour de refroidissement. Dans ces tours peuvent se développer les légionelles, bactéries responsables de la maladie de la légionellose.
En Suisse, l’incidence de la légionellose est en moyenne de 6.1 cas par million d’habitants par an, avec un taux de mortalité de 12%. Il s’agit d’une maladie infectieuse, mais non contagieuse (VIQUERAT P.-A. et al., 2007).
Les principales sources d’infection sont les circuits de distribution d’eau chaude et les tours de refroidissement des installations aérotechniques. Les facteurs déterminants sont la température de l’eau, la stagnation et la formation d’aérosols, ce dernier point permettant la diffusion de la contagion.
Pour lutter efficacement contre l’apparition de la légionellose, il faut essentiellement entretenir régulièrement les tours de refroidissement. Le choix des bons matériaux et des bons empLacements est également important.
Dans le cas d’un système à refroidissement à eau, ces problèmes liés à la légionellose disparaissent, d’où un avantage certain pour ce type de système.
31
5.1.3. Bruit et climat urbain
Les tours de refroidissement peuvent faire passablement de bruit, il faut donc faire attention à leur emplacement. En général, elles sont installées sur les toits mais ne tournent pas forcément à plein régime pendant la nuit (excepté d’éventuels stockage à glace), heures pendant lesquelles des conflits avec les éventuels voisins peuvent avoir lieu. Le système de refroidissement à l’eau étant totalement enterré, cela permet d’éviter ces éventuels problèmes liés au bruit.
Le phénomène de climat urbain à Genève est bien connu avec des différences moyennes de l’ordre de 2 [°C] entre la campagne genevoise et le centre (LACHAL B., ). Ce phénomène de climat urbain est imputable essentiellement à la « minéralisation » de la ville. Cependant, des différences sensibles peuvent être observées dans la ville elle-même, notamment en raison de l’effet tampon du Lac ou de phénomène locaux de vents. En été par exemple, ce phénomène rend plus difficile l’utilisation du « free-cooling » pour le rafraîchissement passif des bâtiments.
Les systèmes de climatisation à air augmentent encore l’effet sur le climat urbain. En effet, lors de fortes pointes de chaleur en été, les besoins en climatisation élevés correspondent à une température de l’air extérieur plus élevée, diminuant d’autant le rendement des groupes de froid. La contribution réelle au climat urbain de ces climatisations est difficile à évaluer, mais des systèmes à eau sont certainement moins contributeurs, étant donné que la chaleur excédentaire est évacuée avec le débit du Rhône. Au niveau du Rhône, l’échange avec l’atmosphère est prioritairement effectuée par l’infrarouge et l’évaporation (voir figure 5) et ne réchauffe donc pas directement l’air urbain.
5.2. Impacts négatifs 5.2.1. Faune piscicole
Le Rhône genevois sur toute sa longueur est le cours d’eau le plus riche du canton, avec toutes les espèces observables dans le canton (ETAT DE GENEVE, 2003b).
Au niveau du Rhône urbain, un important suivi de la faune piscicole a eu lieu avant et après la construction du barrage du Seujet. Les résultats principaux de l’étude piscicole faite par Ecotec Environnement SA entre 1996 et 1998 peuvent se résumer comme suit (EAWAG, 1999) :
• Globalement, au niveau du Seujet, le barrage a contribué à augmenter la vitesse dans le bras gauche et à la diminuer dans le bras droit. Les fluctuations de débits, vitesse d’écoulement et hauteur d’eau sont plus fréquentes que par le passé ;
• La composition du peuplement piscicole n’a pas été fondamentalement modifiée par le barrage du Seujet. L’abondance relative des espèces présente des fluctuations saisonnières liées au Léman ;
• Certaines espèces dépendantes du milieu fluvial (truites, ombres, barbeaux, goujons) semblent néanmoins présenter une baisse globale de leurs effectifs ;
• Le stock de truites sauvages a presque complètement disparu du Rhône urbain. Cette diminution est due à beaucoup de facteurs difficiles à quantifier individuellement.
Concernant les migrations de la faune piscicole, elles demeurent encore assez méconnues à l’heure actuelle. En 2007, un suivi annuel de la passe à poisson avec comptage par piégeage a
32
