Optimisation du coût des réseaux de distribution

Un des principaux obstacles au développement des réseaux de chaleur reste l’investissement initial important qu’ils représentent, notamment pour ce qui concerne le réseau de distribution: canalisations, génie civil, sous-stations ; ce poste représente 20 à 30 % du coût de la chaleur, aides déduites. Cet investissement oblige le porteur de projet à adopter une vision de long terme, potentiellement plus risquée et aléatoire. C’est également un facteur important de limitation spatiale de la possibilité d’étendre les réseaux, excluant certains territoires de densité énergétique insuffisante pour compenser les coûts d’extension du réseau. Étudier et mettre en place des techniques diminuant les coûts d’investissement permet de sécuriser l’investissement sur le long terme, de réduire le prix de la chaleur, et d’atteindre de nouvelles zones.

Le réseau

Répartition des coûts

Répartition des coûts d’investissement d’un réseau biomasse (source: Évolution des coûts d’investissements relatifs aux installations collectives bois énergie, Ademe, 2009 )

Dans la création d’un service de chauffage urbain, le poste «réseau de distribution», qui comprend à la fois les canalisations et leur pose, peut représenter plus de 25% de l’investissement initial total. Des solutions se développent pour atténuer ce coût.

Les canalisations

Le coût du réseau dépend du diamètre des conduites ainsi que de l’environnement dans lequel elles sont posées, la densité urbaine principalement. On trouve ainsi des prix allant de moins de 300€ par mètre linéaire de réseau (€/ml) à plus de 1300€/ml (matériel et pose). Ces nouvelles conduites sont cependant réservées à des températures basses (température maximale d’environ 95°C).

Canalisations en plastiques

Canalisations souples en cours de pose

Canalisations souples en cours de pose

De nouveaux types de canalisations sont aujourd’hui utilisés sur certains réseaux : les tubes plastiques flexibles pré-isolés. Même si leur prix d’achat n’est pas nécessairement plus faible, leurs effets sur le génie civil (diamètre moindre donc tranchée moins importante ; temps de pose réduit) permettent de réduire le coût global de création du réseau (selon les fabricants de 7 à 10%). Ils nécessitent également moins d’entretien que les canalisations en acier, diminuant d’autant les coûts d’exploitation du réseau. Ces nouvelles conduites sont cependant réservées à des températures basses (température maximale d’environ 95°C).

Pièces préfabriquées

Dans la même optique et en complément de la technologie précédente des pièces préfabriquées ont été mises au point pour faciliter les raccordements. Avec ces deux nouveaux systèmes, il est possible de confectionner et de tester l’ensemble du réseau en usine. Les temps de découpe et de soudure sur chantier sont fortement réduits, voire éliminés.

Diamètre des canalisations et isolation

Le choix du diamètre des canalisations est également un facteur à étudier lorsqu’on cherche les économies. Plus ce dernier est grand, plus le matériel sera cher et les pertes de chaleur importantes. Pour réduire le diamètre sur certaines portion du réseau il est préférable de placer, lorsque cela est possible, le centre de production de chaleur à proximité des gros consommateurs afin de pouvoir diminuer le diamètre des canalisations qui n’alimentent que les plus petits consommateurs. La diminution de diamètre des canalisations, et donc des coûts du réseaux de chaleur peut également être atteinte en diminuant les températures. Suivant les températures de fonctionnement du réseau, ne pas isoler les canalisations retour peut être source d’économie.

Le tracé et le génie civil

Une simple optimisation du tracé et des implantations permet de réaliser des économies significatives. L’idéal est bien entendu de raccorder le plus de consommateurs de chaleur avec le moins de linéaire de réseaux (c’est-à-dire obtenir la plus grande densité thermique). La collectivité, en particulier ses services urbanisme et voirie, qui connaissent le territoire et ses contraintes, a donc tout intérêt à prendre part à cette étape du projet.

Réseaux non enterrés

En ce qui concerne les travaux de génie civil, leur coût dépend du type de terrain et de revêtement. Le coût de la tranchée peut ainsi représenter 30% à 50% du coût du réseau de distribution. Pour un même diamètre de canalisations, un réseau de chaleur enterré sera entre 2 et 6 fois plus cher qu’un réseau non enterré. Les réseaux non enterrés utilisent les toitures terrasses, les garages ou les vides sanitaires des bâtiments. Ces pratiques restent encore peu courantes en France car elle nécessitent en général une anticipation et ne sont donc envisageables que lorsque le réseau de chaleur est intégré en amont du projet d’aménagement. Par ailleurs, ceci amène à «sortir» le réseau du domaine public routier sur lequel il est souvent implanté, et nécessite donc un accord avec les propriétaires privés ou une servitude de passage.

Réseaux «house to house»

Dans le même esprit, on trouve dans certains nouveaux quartiers au Danemark des réseaux “house to house” qui, plutôt que de passer sur la voie publique avec des branchements pour chaque bâtiment, passent directement sous les maisons (en tranchée dans le jardin). On limite ainsi à la fois la longueur des connections à l’artère principale mais aussi le coût de la tranchée qui ne nécessite pas de toucher à la voirie. Là encore, la question de la domanialité et de la capacité de l’exploitant à accéder aux installations à tout instant (intervention sur fuite par exemple) reste à traiter, dans un cadre français plutôt conçu autour d’une logique de réseaux installés sur le domaine public.

Mutualisation entre les différents réseaux

Lors de nouveaux aménagements, les coûts peuvent être réduits grâce à la mutualisation des travaux avec d’autres réseaux souterrains (gaz, électricité, eau…).

Galerie multi-réseaux à Copenhague

Cette mutualisation peut se faire dans des galeries multi-réseaux, qui permettent de réduire les coûts d’exploitation et les nuisances des réseaux accueillis. Pour la collectivité, ces galeries peuvent devenir un investissement avec un bon taux de rentabilité qui évitent de plus la nuisance. L’intégration de canalisations de transport de chaleur dans ces galeries peut toutefois être contraignante à cause des distance minimales réglementaires entre les différents réseaux qu’il est nécessaire de respecter.

Un autre moyen de mutualiser les réseaux enfouis est le partage de tranchée. Une seule tranchée de largeur 2L coûte moins cher que deux tranchées de largeur L. A titre d’exemple, dans le cadre du déploiement du très haut débit sur les territoires, la création d’un réseau de chaleur peut être l’occasion de poser les fourreaux qui accueilleront la fibre optique, moyennant une redevance qui viendra donc contribuer à l’amortissement de la tranchée initialement réalisée. Une technique déjà employée à Alès, Chateaubriand, Mende, Nantes et d’autres villes.

Enfin les travaux de voirie (réhabilitation des trottoirs ou de la chaussée, création d’une ligne de tram, etc.) permettent encore une fois de mutualiser les coût du génie civil et entraînent des économies similaires. Ainsi à Dijon, le développement du tramway a permis de construire la colonne vertébrale du réseau de chaleur avec un investissement limité.

Cette mutualisation ne peut se faire sans une bonne coordination des différents acteurs et gestionnaires de réseaux. La collectivité peut faciliter l’organisation et la communication entre ces opérateurs sur son territoire. L’existence préalable d’un schéma directeur du ou des réseaux de chaleur permettra de fluidifier les échanges et renforcer ces possibilités de coordination.

Les outils économiques et financiers

Ces outils sont souvent négligés au profit d’études techniques. Pourtant de mauvais paramètres économiques ont souvent plus d’influence sur le prix de la chaleur que les paramètres techniques. L’investissement initial pour un réseau de chaleur est tellement important que le cash flow reste négatif pendant de nombreuses années malgré les recettes.

Le temps en économie est coûteux. Recevoir cent euros aujourd’hui a plus de valeur que recevoir cent euros demain. Un phasage trop important des recettes (raccordement trop espacés dans le temps) entachera durement la rentabilité d’un projet. Il est donc également utile d’étudier dans quelle mesure les investissements initiaux peuvent être phasés dans le temps (construction du réseaux par morceaux, chaudière mobile temporaire, etc). L’utilisation de marchés à tranches peut être un moyen d’espacer ces dépenses.

Tout comme le temps, en économie, le risque a un prix. Plus l’opérateur aura des garanties sur le nombre de futurs abonnés et sur leur consommation, plus la prime de risque qu’il facturera sera faible. Le classement d’un réseau de chaleur, qui rend le raccordement à un réseau de chaleur obligatoire dans une zone donnée pour les nouvelles constructions ou les rénovations importantes, peut être un moyen d’atténuer le risque.

Les perspectives futures

Le manque d’expertises et d’industries locales peut être un facteur qui augmente l’investissement initial pour un réseau de chaleur. Une étude britannique de 2009 montre un différentiel d’environ 50% dans le prix d’un réseau de chaleur entre Helsinki, où la filière est bien développée, et l’Angleterre, où la filière est marginale. La France possède des leaders européens en matière d’exploitation de réseaux de chaleur, mais peu de filières de fabrication.

De plus, les nouveaux réseaux de chaleur tendent à mobiliser de nouvelles sources d’énergie (eaux usées, data center, etc.) et de nouvelles technologies qui ne sont pas encore toutes bien maîtrisées et leur coût est en conséquence amené à diminuer. Des projets de recherches et d’innovation sont en cours tels que Solar District Heating lancé en 2012. Un appel à projet sur la recherche de diminution des coûts d’installation d’un réseau de chaleur a été lancé fin 2013 par Energy Technologies Institute. De même un financement sur la recherche des nouvelles technologies dans le domaine des réseaux de chaleur a été mis en place par la commission européenne début 2014. L’association Euroheat & Power a également mis en place une plate-forme d’échanges sur les innovations (European Technology Platform Renewable Heating and Cooling) et prévoie que la quatrième génération des réseaux de chaleur, après les réseaux à vapeur, les réseaux à eau surchauffée à 100°C, et les réseaux d’eau surchauffée à moins de 100°C, seront construit à partir de matériaux standardisés pour faciliter la pose et la maintenance et permettre une flexibilité accrue dans les projets. Cet aspect constitue par ailleurs une des priorités du programme de recherche de l’association.

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