Analyse comparative de la situation des réseaux de chaleur et de froid en France et aux États-Unis

Pratiques, choix des pouvoirs publics et perspectives. Mémoire de thèse professionnelle pour le Mastère spécialisé PAPDD, avec la collaboration du pôle Réseaux de Chaleur du Cerema -DTerOuest.

Mémoire de thèse professionnelle réalisé par Sabine Corcos, étudiante en Mastère Spécialisé Politiques et actions publiques pour le développement durable (PAPDD), avec la collaboration du pôle Réseaux de Chaleur du Cerema DTerOuest. Juin 2013.

Résumé

Les réseaux de chaleur et de froid consistent à centraliser la production de chaleur ou de froid pour desservir plusieurs usagers. Ils présentent généralement des avantages par rapport aux solutions décentralisées en matière de diminution des émissions de gaz à effet de serre mais aussi en termes de fiabilité et de sécurité. Les situations des réseaux de chaleur dans le monde sont très contrastées et dépendent fortement des politiques énergétiques menées dans les différents pays. Nous avons réalisé une étude comparative de leur situation en France et aux Etats-Unis.

Carte des réseaux de chaleur et de froid aux Etats-Unis - Source : IDEA

Carte des réseaux de chaleur et de froid aux Etats-Unis – Source : IDEA

Alors même que le chauffage urbain moderne est né aux Etats-Unis, les réseaux de chaleur ne couvrent aujourd’hui que 4% des besoins de chauffage. Ils ont été conçus par les Electric Utilities américaines à la fin du XIXème comme des moyens d’utiliser la chaleur fatale perdue lors de la production d’électricité. En France, où les 450 réseaux distribuent 6% de la chaleur consommée, ils ont accompagné les politiques d’urbanisation des années 60 et sont en majorité issus d’initiatives de collectivités locales. Alors que le secteur résidentiel constitue la majorité des clients des réseaux en France, c’est le secteur commercial ainsi que les campus universitaires qui sont majoritaires aux Etats-Unis.

La France a fixé des objectifs clairs en matière de politique énergie-climat contrairement aux Etats-Unis. Les lois Grenelle en France promeuvent directement les réseaux de chaleur conçus comme des outils de mobilisation massive des énergies renouvelables et de récupération. Le fonds chaleur, l’obligation d’étudier la faisabilité d’un réseau alimenté par des énergies renouvelables ou de récupération pour tout projet d’aménagement, la révision de la procédure de classement sont des mesures phares des lois Grenelle. Aux Etats-Unis, certaines politiques fédérales ou étatiques peuvent soutenir indirectement les réseaux via le soutien de la cogénération, à laquelle ils sont très souvent associés. Au niveau des Etats, on peut citer les Clean Energy Funds, Renewable and Alternative Portfolio Standars, Energy Efficient Ressource Standards.

Dans les deux pays, on note un renforcement du rôle des acteurs locaux à travers les outils de planification urbaine qui sont les plus adaptés pour permettre le déploiement des réseaux. De plus, la réglementation au niveau de la certification des bâtiments tend à évoluer en faveur des réseaux. Alors que les initiatives publiques sont majoritaires en France, aux Etats-Unis, la propriété et la responsabilité incombent plus largement aux entreprises privées. Cependant, un nombre croissant de villes, seules à avoir une vision de long terme, sont impliquées dans les nouveaux projets de réseaux fortement capitalistiques.

Quel avenir pour les réseaux de chaleur ? Des innovations visant à optimiser les paramètres des réseaux se développent. Le stockage d’énergie thermique, tout comme les réseaux basses températures par exemple, permettent de maximiser l’utilisation d’énergie renouvelable ou de récupération. Ces innovations sont clefs pour faire des réseaux des outils indispensables à la lutte contre l’effet de serre dans les deux pays. Aux Etats-Unis, il semble que la conscience des avantages sociétaux des réseaux se renforce. L’International District Energy Association milite pour obtenir davantage de politiques de soutien fédérales pour les réseaux de chaleur en mettant en avant la capacité des réseaux à mobiliser massivement les énergies renouvelables et de récupération, se rapprochant ainsi de la logique franco-européenne.


Responsabilités et limites

Le pôle Réseaux de Chaleur du Cerema DTerOuest a contribué à ce travail en apportant les éléments relatifs à la situation française (place des réseaux de chaleur dans la politique énergie-climat nationale, enjeux, acteurs, etc.).

Ecole des Ponts ParisTech, AgroParisTech-Engref, Veolia Energy North America et le Cerema -DTerOuest- n’entendent donner aucune approbation ni improbation aux thèses et opinions émises dans ce rapport ; celles-ci doivent être considérées comme propres à leur auteur.

Le rapport est basé sur les éléments de politique énergétique et climatique des deux pays, tels qu’ils étaient connus en juin 2013.

Le Mastère PAPDD

Les deux ministères en charge de l’agriculture et de l’écologie ont demandé à AgroParisTech et à l’École des Ponts ParisTech une formation répondant à leurs besoins de cadres supérieurs capables d’intervenir dans les politiques et l’action publique sur les enjeux du développement durable.

Abstract

District energy systems produce steam, hot water or chilled water at a central plant and serve several individual buildings. They usually provide benefits in terms of greenhouse gas emissions but also in terms of reliability and security. Their situation is variable in different countries and mostly depends on energy policies conducted in those countries. We have done a comparative analysis of the situation of district energy in France and in the United States.

Although the district heating networks were built in U.S. first, now they deliver only 4% of the heating demand in the country. The steam networks were built at the end of the 19th century by local electric utilities to recover heat, which was produced by electric generation. In France, where 450 district networks supply 6% of the heating demand, they have supported urbanization policies in the sixties, and were mostly public initiatives. While the majority district energy customers in France are residential buildings, in U.S. they are commercial buildings and universities.

France has set up clear goals in terms of climate protection, contrary to the US. The Lois Grenelle, (Grenelle Laws) in France directly promote district systems as tools to mobilize renewable and recovery energy. Among the main measures is the Fonds Chaleur, (Heating Fund), which financially supports new renewable district heating projects. Another measure is the obligation to study the option of district system, using renewable or recovery energy, for each new development project. In U.S. some federal or state policies can indirectly support district networks through cogeneration with which they are often associated. At the State level, we can mention the Clean Energy Funds, the Renewable and Alternative Portfolio Standards, and the Energy Efficient Resource Standards.

In both countries, we can notice an increasing role of local players through urban planning documents, which are the best tools to support the development of district systems. Besides, the rules for the certification of buildings seem to evolve in favor of district energy. While public initiatives are the most common in France, in U.S. most systems are owned and operated by private firms. However, a growing number of Cities start guiding and supporting the development of new projects. They are the logical choice to provide a long term vision, essential for district energy.

What is the future of district energy? The innovations, which aim at optimizing the parameters of district systems in order to reduce energy consumption, are keys to make them essential tools to tackle the issue of climate change in both countries. In U.S., it seems that the awareness of social benefits of district systems is increasing. The International District Energy Association strives for the implementation of new federal public policies supporting district systems, by highlighting their capacity to mobilize renewable and recovery energy, approaching thus the French conception.

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