Réduire les émissions de CO2 grâce aux réseaux de chauffage urbain

Comment atteindre la neutralité carbone dans le secteur du bâtiment, responsable de 40 % de la consommation énergétique de l’UE ? Les villes pourvues de réseaux de chauffage urbain sont avantagées pour intégrer de nouvelles sources énergétiques pauvres en carbone.

La directive européenne sur les énergies renouvelables, modifiées l’année dernière, a jeté les fondements d’un objectif européen visant à puiser 32 % de l’énergie du bloc européen à partir de sources éoliennes, photovoltaïque ou biomasse d’ici à 2030.

Mais, un autre objectif est resté plus discret : pour la première fois, l’UE s’est aussi engagée à augmenter la part du renouvelable dans le chauffage et le refroidissement de 1,3 point de pourcentage par an, à partir de 2021.

Cette hausse semble légère. Toutefois, les États membres de l’UE se creusent actuellement les méninges pour trouver une façon d’atteindre cet objectif dans leur projet national respectif de chauffage et de refroidissement qui devra être présenté l’année prochaine.

Les États recelant de réseaux de chauffage urbain ont une longueur d’avance en matière d’intégration de parts plus importantes du renouvelable et d’autres sources énergétiques pauvres en carbone dans bouquet énergétique.

Les réseaux de chauffage se définissent par des systèmes de canalisations d’eau chaude sous terrain. Au vu de la surface qu’ils doivent couvrir, leur construction n’est pas une sinécure. Mais une fois installés, ils sont assez versatiles pour être alimentés par n’importe quelle source énergétique disponible localement, notamment la chaleur perdue des industries avoisinantes. Autrement dit, ces dispositifs constituent sont un avantage précieux dans la transition énergétique.

« Nous pensons que le chauffage urbain pourrait augmenter le rendement énergétique et rendre d’autres sources accessibles comme le géothermique, les pompes à chaleur et les surplus de chaleur dans l’industrie », a déclaré Nis Bertelsen, chercheur à la Aalborg University au Danemark.

« Ces réseaux calorifiques augmentent la capacité totale de l’ensemble du système énergétique », a-t-il souligné.

Transition de combustibles

La capacité des réseaux urbains à gérer les différentes sources d’énergie s’intitule parfois « couplage énergétique » — un terme fourre-tout qui décrit l’interconnexion entre les fournisseurs d’énergie et les secteurs finaux comme celui du bâtiment, des transports, de l’agriculture et de l’industrie.

Toutes les grandes villes ne sont pas équipées de ces réseaux. Alors qu’ils sont monnaie courante dans les pays nordiques et les anciens États communistes de l’Europe centrale et de l’Est, ils se font plus rares dans les grandes villes occidentales.

Mais, pour ceux qui ont franchi le pas, ces réseaux sont un avantage considérable dans la course à la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Et nombreuses sont celles qui cherchent à les étendre ou les améliorer.

« Nous possédons déjà un réseau de chauffage urbain », a indiqué Astrid Madsen, représentante de la ville de Rotterdam. « Pour les bâtiments existants, en particulier dans les zones urbaines fortement peuplées, c’est la solution la moins chère », a-t-elle ajouté.

Le réseau rotterdamois a été construit juste après la Deuxième Guerre mondiale et ne couvre aujourd’hui que quelques quartiers. Mais il est principalement alimenté par le gaz naturel, un combustible fossile. C’est pourquoi la ville réfléchit à de nouvelles façons pour étendre son réseau et diversifier les sources énergétiques afin de réduire les émissions de carbone.

« Nous avons analysé le potentiel énergétique de la région et avons découvert que l’industrie gaspille énormément de chaleur. Il était donc logique d’utiliser ces excédents calorifiques pour chauffer les foyers », soutient M. Madsen.

À Rotterdam, les maisons qui ne sont pas couvertes par le réseau de chauffage urbain sont généralement reliées au réseau gazier. Mais le gaz naturel est une source polluante qui rejette du CO2 lors de sa combustion dans les chaudières domestiques.

« C’est pourquoi nous sommes à la recherche de moyens pour transformer le gaz naturel des bâtiments par le réseau urbain », a-t-elle précisé.

Qu’en est-il de Paris ? La capitale française a commencé à construire son réseau il y a plus d’un siècle, par le biais d’infrastructures à vapeur de première génération alimentées au charbon, le combustible fossile le plus sale.

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L’approvisionnement charbonnier du système parisien a toutefois été revu de moitié en 2016. Le nouveau bouquet énergétique de la Ville lumière englobe maintenant 1 % de géothermique, 2 % de biocombustible, 10 % de biomasse et 41 % de chaleur générée par le traitement thermique des déchets.

Par ailleurs, la métropole convertit actuellement cinq centrales électriques du charbon au gaz naturel, une transition qui engendra une baisse de 25 % des émissions de CO2 et de 98 % des émissions de SO2.

Couplage énergétique

Aux yeux des partisans du réseau urbain, davantage de changements combustibles pourraient avoir lieu dans les prochaines années, car les sources d’énergie sont de plus en plus variées : la récupération de la chaleur industrielle, le géothermique, la biomasse, le photovoltaïque, les pompes à chaleur à grande échelle ou l’incinération des déchets.

À Tartu en Estonie, le réseau de chauffage urbain permet aux foyers d’économiser de l’électricité provenant de schiste bitumeux, l’un des combustibles les plus sales, responsable de 90 % des émissions de CO2 du pays.

Ce réseau alimenté par la biomasse fournit 80 % des besoins calorifiques de l’ensemble de la ville, a indiqué Claire Roumet d’Eurocities, un réseau de grandes villes européennes ayant pour objectif la transition énergétique.

« le chauffage et refroidissement urbain fournissent l’exemple parfait qui permet d’illustrer les bienfaits du couplage énergétique », a enchérit Morten Petersen, un eurodéputé danois. Le Danemark est leader en termes de production d’énergie éolienne offshore. Et les réseaux urbains danois — une fois couplés au réseau électrique — peuvent absorber le surplus de l’électricité produite par les parcs éoliens, maintient-il.

« Selon moi, nous devons absolument nous atteler au couplage énergétique dans les prochaines années », a indiqué M. Petersen. En tant que législateurs, nous devons constamment être conscients des avantages que cela représente à travers les secteurs, a-t-il déclaré.

De plus, les systèmes de chauffage urbain peuvent stocker la chaleur non exploitée dans les canalisations et l’envoyer aux foyers lorsqu’ils en ont le plus besoin — durant les longues journées froides d’hiver, a précisé Julie Kjestrup de l’entreprise d’ingénierie danoise Danfoss.

Le potentiel européen est large et reste jusqu’à présent inexploité. Environ 50 % des besoins en chaleur de l’UE pourraient être couverts grâce aux réseaux de chauffage urbains, a indiqué M. Bertelsen, se référant à un projet de recherche financé par l’UE, Heat Roadmap Europe, auquel il a participé.

« Nous pouvons agir aujourd’hui, nous bénéficions de la technologie nécessaire, et nous faisons bouger les choses », a affirmé Mme Kjestrup.

« Mais le problème c’est que nous œuvrons à petite échelle », déplore-t-elle, arguant que davantage de villes pourraient bénéficier de ces dispositifs sous-terrain. « Ces investissements doivent être effectués sans plus attendre » si l’Europe veut réduire les émissions de CO2 dans le secteur calorifique et atteindre le zéro net d’ici à 2050 », appuie-t-elle.

Pourquoi les objectifs climat supposent d'électrifier l'UE

Le Green Deal pour l’UE qui doit être révélé au début de l’année 2020 suivra une stratégie visant à augmenter la part d’électricité dans le bouquet énergétique de l’UE.

Les projets nationaux de chauffage et de refroidissement à l’horizon 2020

Tous les États membres de l’UE devront établir des stratégies nationales de chauffage et de refroidissement en 2020. Bien qu’il ait énormément de partisans, le chauffage urbain n’est qu’une solution parmi tant d’autres à portée de main pour « éliminer » les rejets CO2 du chauffage.

« Il existe énormément de façon de coupler le secteur du chauffage et du refroidissement ». Ensemble, ils peuvent œuvrer à la réduction des émissions de carbone du secteur du bâtiment, a expliqué Hans van Steen, membre de la direction générale de l’énergie à la Commission européenne.

Pour l’exécutif européen, l’électrification directe et indirecte est également une solution sérieuse à envisager, notamment dans les pays avec une part éolienne et photovoltaïque importante. Les pompes à chaleurs, les biocombustibles, l’e-hydrogène, l’e-gaz de l’électricité provenant de sources renouvelables sont autant de possibilités permettant la transition des combustibles.

Mais la priorité phare de Bruxelles et de réduire la consommation énergétique du secteur du bâtiment. Selon M. van Steen, la demande calorifique pourrait être diminuée de 53-69 % d’ici à 2050 grâce à une augmentation des taux de rénovations, des améliorations des performances énergétiques des équipements de chauffage et des systèmes de contrôle intelligents.

Le couplage énergétique peut en ce sens être réduit aux systèmes de contrôle comme des compteurs intelligents qui permettent aux foyers de réguler leur consommation énergétique.

Reste à savoir à quelle échelle l’automatisation de ces systèmes peut-elle être appliquée dans le secteur de la construction.

« Vous pouvez le faire dans votre bâtiment résidentiel ou industriel en plaçant des panneaux photovoltaïques sur le toit, en ajoutant une pompe à chaleur, une batterie et un système de contrôle pour gérer l’installation », a déclaré Thomas Nowak, de l’association européenne des pompes à chaleur (EHPA).

Toutefois, un défi persiste : porter ces dispositifs au niveau supérieur. Relier les villes entre elles et lier le système à plusieurs services énergétiques devient « beaucoup plus difficile et parfois même un problème impossible à résoudre », a indiqué M. Nowak.

« Beaucoup de ces choses non seulement n’ont aucune analyse de rentabilisation et sont aussi très compliquées d’un point de vue administratif », a-t-il fait remarquer.

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