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Réseaux 5GDHC : des boucles fermées pour fournir chaleur et froid au plus près des besoins

Cinq sites pilotes européens ont expérimenté le déploiement de réseaux de chaleur et de froid de cinquième génération. S'appuyant sur la basse température et une distribution décentralisée, ces boucles thermiques se veulent plus efficaces.

TECHNIQUE  |  Energie  |    |  S. Fabrégat
Réseaux 5GDHC : des boucles fermées pour fournir chaleur et froid au plus près des besoins
Environnement & Technique N°390
Cet article a été publié dans Environnement & Technique N°390
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La chaleur et le froid représentent plus de la moitié des besoins énergétiques de l'Union européenne. Les trois quarts de ces consommations sont imputables aux secteurs résidentiel et tertiaire. Dans ses objectifs pour réduire la demande énergétique, l'UE mise notamment sur le développement de réseaux de chaleur et de froid efficaces.

Près de 6 000 réseaux couvrent aujourd'hui 11 % des besoins de chaleur en Europe. Particulièrement développés en Europe du Nord, ils reposent encore pour l'essentiel sur le gaz naturel, bien que le recours aux énergies renouvelables se développe de plus en plus. L'objectif est donc de poursuivre le verdissement de ces réseaux et de les faire croître, pour répondre à une plus grande part des consommations, jusqu'à 30 % en 2050 selon les estimations.

Le programme européen D2Grids, pour « Demand-Driven Grids », visait à déployer, pendant quatre ans (2018-2022), des réseaux de cinquième génération (5GDHC). Le principe : une boucle thermique basse température dessert, de manière décentralisée, les usagers, pour répondre au plus près à leurs besoins. Ces réseaux s'appuient sur des sources d'énergie locales et souvent peu sollicitées jusque-là. Ils visent un meilleur échange entre productions et consommations pour limiter les besoins et les déperditions énergétiques.

Cinq projets pilotes ont été déployés en Allemagne, en Écosse, en France, aux Pays-Bas et au Royaume-Uni. Un bilan de ce programme était présenté, le 19 avril, à Paris-Saclay, l'un des cinq sites pilotes.

Eau de mer, anciennes mines et traitement des eaux usées

Les réseaux 5GDHC sont conçus pour délivrer de la chaleur et du froid. Ils fonctionnent à basse température, ce qui permet d'utiliser des sources basse énergie, disponibles localement (28 à 30 °C pour les besoins en chaleur, 14 à 18 °C pour la fraîcheur) : solaire, eau stockée dans d'anciennes mines, chaleur issue d'incinérateurs, etc. Ces réseeaux assurent également la valorisation des déperditions énergétiques de centres de données ou de l'industrie, ou encore la récupération de la chaleur liée à la production de froid, comme l'envisage Plymouth (Grande-Bretagne) où le réseau s'appuie sur la géothermie et les calories de l'eau de mer.

À Glasgow (Écosse), la chaleur vient d'une usine de traitement des eaux usées. À Bochum (Rhénanie-du-Nord-Westphalie), en Allemagne, les calories sont récupérées dans l'eau présente dans d'anciennes mines de charbon. Deux forages vont récupérer l'eau chaude, à 820 mètres de profondeur, et une eau plus fraîche, à 340 mètres de profondeur. « La difficulté était de ne pas croiser une autre galerie pendant les forages », explique Frank Peper, chef du département des projets à Fuw GmbH, qui exploite le réseau de chaleur. Ce dernier dessert 195 000 m2 de locaux, essentiellement des bureaux, via 25 grands postes de consommation. C'est l'un des prérequis de ce type de réseau décentralisé : connecter d'abord des bâtiments collectifs avec des sous-stations, plutôt que des maisons particulières, pour optimiser les consommations.

À Parkstad Limburg, aux Pays-Bas, ce sont également les calories d'anciennes mines qui sont valorisées, sur un territoire de 235 km2, couvrant 160 000 habitants. Dans cette zone qui cumule les difficultés économiques et le désemploi, le développement d'un tel réseau permet d'offrir des prix stables et abordables, et de lutter contre la précarité énergétique, explique Ria Doedel, directrice générale du chauffage urbain. Autre avantage d'un réseau 5G selon elle : « Il n'y a pas de perte de température lors du transport. »

Gérer la demande et lisser les pics

Car c'est un autre grand principe de ces réseaux : décentraliser la distribution avec des pompes à chaleur (PAC) installées pour chaque grand site de consommation. L'objectif est de n'injecter que les calories nécessaires pour optimiser l'utilisation et réduire les déperditions thermiques par rapport à des réseaux classiques. Ainsi, chaque consommateur se voit délivrer la température dont il a besoin. Enfin, le dernier objectif est de développer des réseaux intelligents, afin de lisser la demande lors des pics de consommation ou d'intégrer des sources électriques renouvelables.

À Paris-Saclay (Essonne), la gestion avancée de la demande thermique a été expérimentée dans plusieurs résidences étudiantes. Chaque logement a été équipé d'un thermostat pilotable à distance, afin d'optimiser les consommations et d'accroître la flexibilité du réseau. Il est ainsi possible de connaître les températures ambiantes des logements (de manière anonymisée) et les températures de consigne, et de les piloter à distance pour baisser la charge momentanément. À terme, ces dispositifs devraient être généralisés à l'ensemble du territoire couvert par le réseau de chaleur et de froid.

Une cartographie des gisements potentiels

Le programme européen a également permis de cartographier les potentiels sites de déploiement de réseaux 5G dans la région de Parkstad Limburg (Pays-Bas), dans les East Midlands (Royaume-Uni), en Flandre (Belgique), dans le Nord-Est de la France, au Luxembourg et en Écosse. Ces travaux, accessibles à tous, identifient les sources d'énergie mobilisables, les infrastructures existantes, les profils de demande et d'offre thermiques, le cadre juridique et politique ainsi que les possibilités de financement. Selon Jeroen Roos, de l'Open Universiteit, 40 % des réseaux européens existants pourraient être convertis au modèle 5G, représentant 15 % du marché de la chaleur.

Une alliance industrielle devrait être lancée en mai pour rassembler les acteurs des réseaux de cinquième génération et envisager un déploiement plus large de ce modèle.

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