Potentiel de développement des réseaux de chaleur et SRCAE : exemple de l’île-de-France

Retour sur cette étude, ses origines, la méthode, les difficultés rencontrées, les résultats obtenus, et les suites.

Origine : Une étude spécifique aux réseaux de chaleur en raison des enjeux identifiés

Ile-de-France

© SETEC Environnement

Les réseaux de chaleur sont historiquement très importants en Île-de-France : le réseau de Paris est le plus grand et le plus ancien de France, et la région représente à elle seule la moitié de la chaleur livrée par les réseaux au plan national.

La nouvelle période de développement des réseaux de chaleur initiée en France en 2009 les positionne comme un outil permettant de développer massivement les énergies renouvelables et de récupération, en particulier dans les zones urbaines où le recours à des systèmes décentralisés est problématique voire impossible.

Enfin, le logement représente 60% des consommations énergétiques régionales (hors transport aérien) et le flux annuel de la construction neuve ne représente que 1% du parc. La bonne application de la réglementation thermique dans la construction neuve (RT2012) n’apportera ses effets que sur une part réduite du parc qui existera en 2020 et même en 2050. 91% des consommations énergétiques annuelles qui seront enregistrées en 2020 correspondront à celles des bâtiments qui existent en 2012.

Compte tenu de ces enjeux forts en matière d’énergie et de ville durable, de la place déjà importante des réseaux de chaleur en Île-de-France, et du fort potentiel perçu a priori pour ces réseaux dans la stratégie régionale énergie-climat, la DRIEE et la DRIEA ont proposé que soit conduite une étude approfondie spécifique sur ce sujet. D’autres études spécifiques à d’autres sujets ont été réalisées en parallèle, telles qu’une étude sur les enjeux de la réhabilitation énergétique du parc résidentiel.

Les objectifs de l’étude sur les réseaux de chaleur étaient les suivants :

  • recensement précis et analyse des données sur les réseaux de chauffage urbain franciliens,
  • élaboration d’un système d’information géographique (SIG),
  • détermination des potentiels de raccordements supplémentaires possibles dans la région,
  • identification des freins et opportunités (réglementaires, financiers et techniques) pour le développement des réseaux de chaleur.

Précision sur l’organisation des services déconcentrés du ministère du développement durable en Île-de-France : il n’existe pas de DREAL, mais 3 services se partageant les compétences attribuées aux DREAL dans les autres régions : la DRIEA (équipement, aménagement), la DRIEE (environnement, énergie), la DRIHL (hébergement, logement). La DRIEE et la DRIEA, dans le cadre de l’élaboration du SRCAE, ont joué le rôle habituellement confié aux DREAL : construire le point de vue de l’Etat et le verser au débat.

Méthode

Lancée en 2010 à l’issue d’un appel d’offres et réalisée par le bureaux d’études SETEC (associé au Cabinet de Castelnau et à Stratorial Finances pour les aspects juridiques et économiques), l’étude s’est déroulée sur deux ans.

Phase 0 : mise en place du comité consultatif

Dès le lancement de l’étude, un comité consultatif a été mis en place. Présidé par le préfet de région et le président de la région, le comité consultatif a permis d’associer au déroulement de l’étude les principaux partenaires concernés : services de l’État (centraux – DGEC, Pôle Réseaux de Chaleur – et régionaux), conseil régional, ADEME, AMORCE, FEDENE, AGEMO, Associations des Maires d’Ile-de-France (AMIF), AORIF, Ile-de-France Environnement, UFC Que-Choisir, Association Consommation Logement Cadre de Vie (CLCV), 60 millions de consommateurs, Association des responsables des copropriétés, APUR et IAU.

A plusieurs reprises au cours de l’étude, le comité consultatif a été réuni afin d’être informé sur l’avancement des travaux et consulté sur les points posant question.

Cette association des acteurs était nécessaire au bon déroulement de l’étude (partage des résultats, des attentes, des enjeux perçus par chacun) mais également à l’appropriation des orientations, reprises dans le SRCAE, et dont la mise en œuvre repose sur l’ensemble des acteurs associés au comité.

Phase 1 : état des lieux

Collecte des données

Le processus de collecte des données s’est heurté à deux difficultés :

  • une difficulté pratique : interrogation de plus de 100 réseaux pour l’obtention de données uniformes et dans un délai contraint
  • une difficulté liée au secret commercial : les concessionnaires exploitants de réseaux ont exprimé des réticences à fournir des données si elles pouvaient in fine être rendues publiques

Ces difficultés ont été traitées de la façon suivante :

  • pour la collecte de certaines données de base, plutôt que de les obtenir auprès de chaque exploitant, il a été fait appel à la base nationale issue de l’enquête de branche, actualisée chaque année par le syndicat national du chauffage urbain pour le service statistique du ministère du développement durable ;
  • cette base de données de l’enquête de branche est protégée par le secret statistique. Afin de pouvoir l’exploiter dans le cadre de l’étude, des négociations ont été menées entre les parties prenantes, pour aboutir à la signature d’une convention fixant les conditions d’utilisation des données, et définissant les règles de confidentialité. Les données recueillies ont été rendues anonymes et ont fait l’objet de traitements statistiques.

En dehors des données tirées de l’enquête de branche annuelle pour lesquelles une solution a pu être trouvée, d’importantes difficultés ont été rencontrées pour l’obtention d’autres éléments, tels les tracés des réseaux et les contrats (non contenus dans l’enquête de branche). Or ces éléments (en particulier les tracés) sont nécessaires à la réalisation d’une étude de potentiel géographique croisée avec la dimension urbaine. Suite aux questionnaires envoyés aux autorités concédantes et aux exploitants afin d’obtenir les plans des réseaux, les contrats et les documents de suivi des DSP, 60 tracés et 30 contrats ont été transmis dans les 10 mois suivants le 1er comité consultatif. Au total, à la fin de l’étude, 83 tracés avaient été collectés, sur les 125 réseaux recensés dans la région (ces 83 réseaux représentent toutefois 96% de la chaleur livrée).

Organisation des données

Tous les réseaux ont été classés suivant différents critères (puissance, coût de la chaleur, émission CO2), pour la partie statistique de l’étude. Des indicateurs de performance (taux d’énergie renouvelable et de récupération ; contenu carbone ; densité énergétique ; rendement moyen des unités de production ; pertes réseau) ont par ailleurs été utilisés pour identifier les optimisations possibles, notamment au travers d’interconnexions.

Pour chaque réseau, une « fiche panoramique » dont le modèle est visible ci-dessous a été réalisée (la fiche ci-contre est la fiche agglomérée pour l’ensemble des réseaux de puissance inférieure à 20 MW ; les fiches individuelles ne sont pas publiées compte tenu des engagements pris sur la confidentialité des données).

Fiche panoramique

Exemple de fiche panoramique – Ici la fiche globale pour l’ensemble des réseaux de moins de 20 MW

Les données relatives aux 83 tracés, implantation des chaufferies et des sous-stations ont été intégrées dans un SIG. L’utilisation de ce SIG réseaux, croisé avec des données sur les consommations énergétiques du bâti et sur les tracés de voirie, est présentée ci-après.

Enfin, pour des approfondissements contractuels et financiers nécessitant un examen au cas par cas, un échantillon représentatif constitué de 30 réseaux a été défini.

Phase 2 : détermination du potentiel de développement des réseaux de chaleur

Le détail du cheminement méthodologique employé est présenté dans le rapport de l’étude. Nous présentons ici l’essentiel de la logique qui a été employée. L’objectif était de produire une cartographie représentant, sur l’ensemble de la région, les secteurs sur lesquels le potentiel de développement de réseaux de chaleur est le plus important. Le niveau de précision attendu était le niveau permettant d’identifier les quartiers à fort potentiel, afin de contribuer au ciblage géographique d’études de faisabilité plus complètes.

Pour cela, les données géoréférencées suivantes ont été croisées :

  • consommation énergétique des bâtiments (plate-forme Visiau Energie CENTER, à l’échelle de carrés de 250m de côté)
  • tracé de la voirie afin d’évaluer (via un ratio) les linéaires de réseaux à établir pour desservir les bâtiments présents à l’intérieur d’une zone donnée
  • tracés des réseaux de chaleur existants

En croisant la consommation et le linéaire de réseau à mettre en place, on obtient la densité énergétique de chaque maille de 250mx250m, sur l’ensemble de la région. En superposant le tracé des réseaux existants à cette cartographie des densités énergétiques, on obtient une représentation des zones à plus fort potentiel de développement : plus une zone présente une densité énergétique forte et est proche d’un réseau existant, plus le potentiel de développement est important. Enfin, en ajoutant les données relatives aux quantités de chaleur déjà livrées par les réseaux, avec la localisation des sous-stations, on obtient par soustraction le potentiel différentiel, c’est-à-dire celui qui n’est pas déjà exploité et qui correspond à la marge de manoeuvre réelle entre 2012 et 2020.

En déterminant un seuil minimal de densité énergétique à respecter, cette approche a permis de déterminer :

  • une zone dite de « densification » dans laquelle sont comptabilisés les raccordements possibles de bâtiments existants situés à proximité immédiate des réseaux actuels,
  • une zone tampon d’« extension » dans laquelle sont comptabilisés les raccordements possibles de bâtiments avec une extension du réseau d’au maximum 1 000 mètres,
  • des zones dites de « création » qui présentent des consommations d’énergie et des densités suffisantes pour envisager la création de nouveaux réseaux de chauffage urbains autonomes (au-delà de la zone tampon de 1 000 m autour des réseaux existants).
Représentation du principe de l'étude cartographique

Représentation du principe de l’étude cartographique : les carrés jaune/orange/rouge représentent la densité thermique théorique. Le tracé du réseau existant est représenté en noir. Les carrés oranges et rouges situés à proximité du tracé existant sont des zones dans lesquelles un développement du réseau est à étudier.

Résultats

Rénovation thermique et développement des réseaux de chaleur : les deux priorités du SRCAE francilien

Deux défis majeurs et prioritaires sont identifiés dans le SRCAE d’Ile-de-France pour les prochaines décennies (hors secteur transports). Il s’agit de :

  • la rénovation thermique des logements et bâtiments tertiaires existants, afin de réduire drastiquement leur consommation énergétique de chauffage.
  • le développement du chauffage urbain, grâce aux réseaux de chaleur qui permettent de distribuer des énergies renouvelables et de récupération. En zone dense, ce développement est particulièrement pertinent pour les bâtiments qui seront difficilement isolables par l’extérieur et pour lesquels le coût généré par la perte de surface utile liée à une importante isolation par l’intérieur serait dissuasif. Le raccordement à un réseau alimenté à 80% en EnR&R reste la solution permettant de diviser par 5 les émissions de gaz à effet de serre du chauffage de ces bâtiments.

Potentiel de développement des réseaux de chaleur

L’étude a permis de chiffrer et localiser géographiquement les potentiels de développement du chauffage urbain dans la région.

Sur les 8 millions d’équivalents-logements franciliens, un million d’équivalents-logements est raccordé aujourd’hui. Selon les politiques publiques conduites, le gisement supplémentaire raccordable aux réseaux de chauffage urbain est de l’ordre de 1 à 3 millions d’équivalents-logements, sur la base d’une hypothèse de maintien de l’équilibre économique moyen actuel des réseaux franciliens (densité énergétique supérieure ou égale à 9 MWh/ml.an, base 2005).

Ce gisement est encore accru si l’on prend en compte une densité énergétique linéaire minimum de 4,5 MWh/ml.an qui permet une exploitation économiquement rentable des réseaux de chaleur.

Même si ce potentiel de 3 millions d’équivalent-logements diminue de 25% à l’horizon 2030, du fait de l’amélioration de la performance énergétique du bâti, il représentera encore un facteur de développement de l’ordre de 3 (au lieu de 4) par rapport à la situation existante et un facteur 2 lorsque la consommation du bâti existant aura été divisée par 2.

Ainsi, quelques soient les hypothèses prises, l’amortissement des investissements lourds liés au développement des réseaux de chaleur sera toujours possible dans des conditions économiques qui répondront aux critères de rentabilité acceptés par les collectivités, les opérateurs et les clients finaux.

Dans le SRCAE, l’objectif retenu est de 450000 équivalents-logements franciliens supplémentaires raccordés à des réseaux de chaleur d’ici 2020. Cet objectif, inférieur au potentiel identifié, est basé sur des hypothèses de réalisation seulement partielle, en 2020, du développement maximal théorique identifié dans l’étude.

Les cartes ci-dessous présentent le potentiel de développement des réseaux de chaleur. La première carte est « virtuelle » dans le sens où les besoins déjà satisfaits par des réseaux de chaleur ne sont pas soustraits (autrement dit, la carte représente une situation dans laquelle il n’y aurait aucun réseau de chaleur au départ). La seconde carte représente le différentiel entre la situation cible (potentiel entièrement réalisé) et la situation actuelle (potentiel déjà raccordé).

Potentiel de développement global des réseaux de chaleur

Potentiel de développement global des réseaux de chaleur. Les consommations déjà satisfaites par les réseaux existants ne sont pas soustraites.

Potentiel de développement réel des réseaux de chaleur

Potentiel de développement réel des réseaux de chaleur. Les consommations déjà satisfaites par les réseaux existants sont soustraites.

L’étude met également en avant la forte sensibilité des résultats à ce seuil de densité : elle s’élève à environ 115 000 équivalent-logements supplémentaires à chaque abaissement du seuil de densité linéaire de 0,5MWh/ml/an. Cela illustre d’ailleurs l’intérêt de chercher à réduire le coût linéaire des réseaux : le seuil de densité admissible dépend en effet directement du coût au mètre d’un réseau. Si on diminue le coût au mètre, on abaisse le seuil de densité énergétique minimale, donc on augmente le nombre d’équivalents-logements raccordables.

Répartition des potentiels de développement identifiés, par département

Répartition des potentiels de développement identifiés, par département

Les analyses effectuées sur ces bases ont permis de spatialiser et quantifier le potentiel d’équivalent-logements raccordables aux réseaux. Une liste des territoires pour lesquels le potentiel est le plus important et justifie une étude opérationnelle, a ainsi pu être établie. En dehors de Paris, il apparaît que les communes, groupements de communes et communautés d’agglomération de la petite couronne présentent quasi-systématiquement des potentiels de développement très forts qui justifient l’engagement d’études opérationnelles de développement du chauffage urbain.

Augmentation de la part des énergies renouvelables et de récupération

Au niveau régional, les énergies fossiles représentent 75% du bouquet énergétique des réseaux de chaleur. C’est davantage que la moyenne nationale (64% en 2011, voir enquête annuelle). L’étude a exploré les pistes réalistes pour augmenter la part des énergies renouvelables et de récupération et a établi les conclusions suivantes, à l’horizon 2020 :

  • récupération de chaleur des UIOM : +680 GWhep ce qui correspond à une augmentation de 20% dans le mix énergétique annuel (à quantité de déchets incinérés constants)
  • géothermie : +1163 GWhep ce qui correspond à une augmentation de 100% dans le mix énergétique annuel
  • biomasse : +2300 GWhep, ce qui amènera la biomasse à un niveau équivalent à celui de la géothermie en 2020, alors qu’en 2011 la biomasse ne représente que 2% du mix énergétique des réseaux franciliens

Ces objectifs, basés sur des estimations ambitieuses mais réalistes des potentiels, permettent de porter à 50% la part des EnR&R dans les réseaux de chaleur de la région en 2020, et de les positionner sur une trajectoire permettant d’atteindre un taux de 85% en 2050.

Recommandations

Plusieurs recommandations sont apportées par l’étude et le SRCAE, pour l’accomplissement des objectifs fixés.

La densification des réseaux existants avant les extensions et créations de réseaux

L’approche basée sur les coûts de raccordement montre qu’il faut privilégier par ordre de priorité :

  • densification : le raccordement des bâtiments, situés dans le périmètre immédiat d’un réseau existant, au fur et à mesure de l’amortissement financier et de la vétusté de leurs installations de production de chaleur. Cette solution est la plus facile et la plus économique à mettre en oeuvre. Sur la base du raccordement des bâtiments utilisant l’eau chaude comme vecteur de distribution de la chaleur (donc excluant les bâtiments chauffés à l’électricité) et sans extension du linéaire actuel des réseaux, il est possible, avec des montants d’investissements limités, de raccorder dans les toutes prochaines années plusieurs centaines de milliers d’équivalent-logements ;
  • interconnexion et extension : l’interconnexion des réseaux proches et l’extension de réseaux pour alimenter des bâtiments situés à moins de 1000 m, dans des zones urbaines denses ;
  • création : la création de réseaux neufs nécessite de plus lourds investissements et doit être étudiée au cas par cas pour répondre à des besoins de chaleur importants sur un territoire donné, ou pour valoriser une ressource renouvelable ou de récupération disponible localement comme la géothermie.

Interconnexion

L’interconnexion de plusieurs réseaux présente des atouts sur les plans techniques et économiques car elle permet une meilleure optimisation globale des moyens de production énergétique mis en commun. En effet, l’interconnexion permet d’optimiser l’installation de nouvelles unités de production, mais aussi les modalités d’appel de ces unités en fonction du niveau de la demande tout au long de l’année.

En particulier, il devient possible de mieux valoriser les productions à partir d’EnR&R, en période estivale, voire en demi-saison, en alimentant un réseau voisin moins vertueux qui produit sa chaleur à partir d’énergie fossile. Cette valorisation supplémentaire de chaleur renouvelable, possible grâce aux disponibilités de production sur les UIOM ou la géothermie à certaines périodes de l’année, est bien adaptée pour la production d’eau chaude sanitaire.

L’interconnexion apparaît comme une option à étudier sérieusement en Ile-de-France car elle est la région la plus équipée en réseaux de chaleur et la plus urbanisée. Cette solution présente l’avantage de mutualiser et réduire les coûts au profit des collectivités et consommateurs finaux. Sur le territoire, il existe de nombreux réseaux distants de moins de 1000 mètres pour lesquels des études de faisabilité d’une interconnexion pourraient donc être lancées. Le travail de cartographie qui a été réalisé à partir des tracés permet d’identifier plus facilement ces interconnexions potentielles.

Optimisation du fonctionnement des réseaux existants

L’optimisation du fonctionnement technique des réseaux de chaleur actuels peut porter sur les principales thématiques suivantes :

  • généraliser les sous-stations intelligentes permettant d’adapter plus étroitement la production de chaleur aux besoins (en fonction de la température extérieure par exemple),
  • mieux organiser les complémentarités chaud/froid en particulier dans les quartiers avec beaucoup d’immeubles de bureaux climatisés,
  • réduire les pertes liées au transport et à la distribution de chaleur en isolant mieux les canalisations notamment à l’occasion de travaux de remplacement de tronçon, en diminuant les températures aller/retour des réseaux en fonction des besoins en sous-station et en passant en basse température lorsque cela est possible,
  • améliorer les rendements des chaudières existantes par un entretien et un renouvellement adaptés.

Intercommunalité

L’échelle appropriée et recommandée pour engager de tels projets est l’échelle intercommunale ou la communauté d’agglomération. Dès lors, il convient d’envisager dès que possible, si cela n’est pas déjà fait, le transfert à ces niveaux des compétences en matière de distribution et production de chaleur. Se regrouper est en effet une bonne stratégie pour les communes qui pourront alors disposer de compétences et moyens accrus sur les plans techniques, économiques et juridiques qui leur seront très utiles pour réaliser des projets d’envergure sur leurs territoires.

Reproductibilité d’une telle étude à d’autres régions

Cette étude a permis de quantifier et partager le potentiel réel de développement des réseaux de chaleur. Ainsi, ce puissant outil au service du développement des EnR&R et de la réduction des émissions de gaz à effet de serre a pu trouver une place significative dans la stratégie régionale énergie-climat : le développement des réseaux de chaleur sera, en Ile-de-France, le principal vecteur de développement des énergies renouvelables d’ici 2020.

Le cas de l’Île-de-France est particulier, du fait de la population de la région, du nombre de réseaux de chaleur qu’elle comporte, de l’organisation du jeu d’acteurs locaux. Ces spécificités renforcent l’utilité d’une telle étude, mais augmentent aussi sa complexité.

L’étude pour l’Ile-de-France a nécessité près de 2 ans, mais elle portait sur plus de 100 réseaux de chaleur qui représentent à eux seuls la moitié du chauffage urbain en France. Il paraît donc envisageable de réaliser, sur les autres régions, une étude basée sur une logique similaire, mais plus légère à piloter et réalisée sur une période beaucoup plus courte. De même que l’initiative a été portée par la DRIEE et la DRIEA en Ile-de-France, les DREAL pourraient être force de proposition sur ce sujet dans leurs régions respectives.

Certains éléments de l’étude qui a été conduite peuvent inspirer des démarches similaires dans d’autres régions :

  • principe d’une étude relative aux réseaux de chaleur dans le cadre du SRCAE : compte tenu du rôle important qui est confié aux réseaux de chaleur au plan national pour l’atteinte des objectifs énergie-climat (1/8 de l’objectif de développement des énergies renouvelables à l’horizon 2020), il est essentiel que cette filière ne soit pas négligée dans les études régionales. Le SRCAE devrait indiquer comment les objectifs nationaux sont déclinés dans la région. La formalisation d’une réflexion sur ce sujet est par ailleurs l’occasion de réunir tous les acteurs concernés dans la région, ce qui ne peut qu’être bénéfique à la coordination et à la cohérences des différentes actions.
  • méthode d’évaluation et de localisation du potentiel de développement : le croisement entre les données relatives à la présence actuelle des réseaux de chaleur (localisation, si possible à l’échelle du tracé, sinon à l’échelle des quartiers desservis) et celles relatives aux besoins calorifiques des bâtiments permet d’une part de localiser les principales zones à potentiel de développement, et les axes de développement correspondants (densification de réseaux existants lorsque les réseaux sont implantés à l’intérieur des zones à forts besoins ; extension des réseaux lorsqu’ils sont implantés à proximité des zones à forts besoins ; création de nouveaux réseaux lorsqu’aucun n’est proche d’une zone à fort besoin ; interconnexion de réseaux existants). Ces éléments ne visent pas à remplacer des études opérationnelles de faisabilité, mais d’identifier les communes et parties de communes sur lesquelles ces études de faisabilité devraient être conduites prioritairement.

Pour en savoir plus – Documentation disponible



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