Rénover un réseau de chaleur

La moitié des réseaux de chaleur se sont développés avant les années 1980. Si bon nombre de ces réseaux sont toujours en bon état, d’autres présentent des signes de vieillissement (fuites…) ou ont d’ores et déjà fait l’objet de travaux de rénovation. Cet article, téléchargeable sous forme de fiche action 4 pages, ainsi qu’une note complète, s’appuient sur des retours d’expérience de réseaux rénovés pour aider à diagnostiquer les différentes dégradations possibles, donner des ordres de grandeurs de coûts, des exemples de planification de travaux, les aides mobilisables, etc., pour rénover un réseau. Il donne également un aperçu des gains possibles après travaux.

Panorama des réseaux enquêtés en 2018 – Travaux en orange, coûts en rouge et gains en vert

Une enquête a été lancée, sur mai-juin 2018, par l’ADEME-AMORCE-Cerema, auprès de collectivités et professionnels, afin de récolter le plus d’informations possible sur la rénovation des réseaux de chaleur en France. Voici un panorama des réponses reçues, correspondant à une vingtaine de réseaux de chaleur français.

Un groupe d’échanges sur la rénovation des réseaux de chaleur, organisé par l’AMORCE avec le soutien de l’ADEME, a également eu lieu fin mai 2018. Le Cerema y a présenté l’enquête et une synthèse des premières réponse :


Ça a été l’occasion de récolter les avis des collectivités, propriétaires de réseaux, et professionnels, bureaux d’études, syndicats, exploitants…, présents, afin d’alimenter une note complète une fiche 4 pages sur la rénovation des réseaux de chaleur.

Ce travail a été réalisé conjointement par le Cerema, avec l’aide de Riza Zainudin, stagiaire l’été 2018 en L3, et l’AMORCE, avec les soutiens de la DGEC et de l’ADEME.

Cet article correspond, à peu de chose près (l’article est un peu plus long), à la fiche action 4 pages.

Quelles sont les principales causes de dégradation ?

Exemple de corrosion externe en caniveau sur le réseau Hauts de Garonne. Les corrosions externes attaquent d’abord les parties les plus froides : supports de tuyauterie, réseau retour plus froid…

Les dégradations de canalisations de réseau de chaleur sont très souvent externes, dues à : des travaux à proximité, des inondations/infiltrations de caniveaux/chambres de vannes/jonctions entre tuyaux, etc. Alors que la face interne des canalisations reste en bon état, la corrosion ronge les canalisations par l’extérieur jusqu’à créer des ouvertures qui permettent à l’eau chaude de s’échapper.

Une autre cause de dégradation est la variation de vitesse/pression/température de l’eau circulant dans les canalisations, due à : un raccordement de nouveaux bâtiments sur le réseau, de plus forts appels de puissance en hiver, l’intermittence des besoins, l’interruption du fonctionnement en été, etc., pouvant endommager les tuyaux les plus fragiles.

 

Retour d’expérience sur la rénovation du réseau de chaleur de La Rochelle

A La Rochelle, le réseau de chaleur des quartiers Port-Neuf et Mireuil est historiquement alimenté par la chaleur issue d’une usine d’incinération des déchets. Suite à des travaux de rénovation des chaudières de récupération, la quantité d’énergie valorisée sur le réseau a pu être augmentée. L’augmentation des débits a entraîné l’apparition de casses à répétition sur un secteur fragile, et sous dimensionné. La communauté d’agglomération de La Rochelle a donc décidé de refaire le réseau primaire intégralement à neuf, garantissant une fourniture de qualité tout en valorisant la chaleur de récupération disponible.

Enfin, la dilatation des tuyaux (sous l’effet des variations de températures les tuyaux s’allongent ou se rétrécissent), si elle n’est pas bien prise en compte (lyres, coudes, compensateurs…) lors de leur mise en place, peut également entraîner des dégradations. Plus d’informations sur l’article DHCnews Gestion de la dilatation des réseaux de chaleur.

Comment diagnostiquer au mieux les problèmes ?

A travers différents indicateurs caractérisant la performance des réseaux

Un moyen assez simple d’estimer l’état d’un réseau est de mesurer et suivre différents indicateurs comme le taux d’appoint en eau, le rendement de distribution et le taux d’interruption de service. Plus d’indicateurs sur la publication Indicateurs de performance pour les réseaux de chaleur/froid (IGP-AMF-Amorce-SNCU-USH de 2009).

Le taux d’appoint en eau

Le taux d’appoint en eau est le ratio de la quantité de mètres cubes d’eau injectés dans le réseau sur la quantité d’énergie livrée par celui-ci aux sous-stations. Il permet d’estimer l’ampleur des fuites. En-dessous d’environ 0,05 m³/MWh le taux d’appoint en eau est considéré comme très bon et au-delà d’environ 0,150 m3/MWh il est considéré comme élevé.

Exemples de taux d’appoint en eau d’un échantillon d’une vingtaine de réseaux de chaleur avec pour certains l’évolution sur plusieurs années en m3/MWh

Le rendement de distribution

Le rendement de distribution est la quantité d’énergie livrée aux sous-stations sur la quantité d’énergie sortant de la chaufferie (ou des chaufferies). Il permet d’estimer l’état de l’isolation du réseau primaire. Les 17 réseaux enquêtés ont un rendement compris entre 75 et 95 %.

Le taux d’interruption de service

Le taux d’interruption pondéré du service est le produit des heures d’interruption de service (interruptions > 4h) par la  puissance souscrite des abonnés impactés sur le produit du nombre d’heures total de fonctionnement prévu et de la puissance totale souscrite par les abonnés.

Un réseau de 2 MW de puissances souscrites totales ayant cessé de fonctionner 30h pour 50 abonnés à 7kW (ou 1
sous-station à 350 kW) et 40h pour 30 abonnés à 10kW (ou 1 sous-stations à 300 kW) aura un taux d’interruption pondéré du service de 0,13 %.                                                                          (30×350+40×300)/(8760×2000) =0,0013

Ce taux est difficile à calculer mais il est pertinent pour estimer la qualité du service rendu aux usagers. 8 des 17 réseaux enquêtés ont renseigné ce taux : 4 réseaux sont à 0 et les 4 autres à moins de 0,2 %.

Par un repérage et une détection des fuites

Outre la réalisation de sondages successifs le long du réseau, il existe des moyens non destructifs pour repérer les fuites.Voici la synthèse des principaux types de détection recensés :

Comparaison des principaux moyens de détection des fuites

Ces moyens sont détaillés dans la note plus complète sur la rénovation d’un réseau de chaleur. Quels que soient les moyens de détection utilisés, il est intéressant de noter les fuites et problèmes rencontrés sur le réseau dans un système  d’information  géographique permettant d’avoir une carte du réseau avec ses principales caractéristiques.

Quels sont les travaux de rénovation réalisables ?

La réparation de fuites et le remplacement de tronçons

L’anticipation de ces travaux, grâce à un diagnostic de repérage le plus précis possible, permet de réduire les coûts et les gênes occasionnées. Le coût de remplacement des tronçons varie, en fonction du diamètre et des conditions de mise en oeuvre, en moyenne de 500 à 1 000 €/ml, voire plus lorsqu’il s’agit de travaux sur des diamètres importants en milieu urbain dense. Deux pratiques sont constatées :

  • le remplacement des tuyaux : les vieux tuyaux sont enlevés et de nouveaux sont mis en place.
  • le « renforcement » des tuyaux : les vieux tuyaux sont laissés (mais sont inutilisés et donc considérés comme des déchets) et de nouveaux sont mis en parallèle.

Il est bien sûr préférable d’enlever les vieux tuyaux inutilisés, cela permet de ne pas encombrer inutilement le sous-sol, mais c’est aussi plus coûteux.

Le maillage du réseau

Principe du maillage d’un réseau – Source : Cerema

L’installation d’organes d’isolement et le maillage d’un réseau pour que la fourniture de chaleur puisse être maintenue sur un maximum de tronçons tout en stoppant la circulation de l’eau sur la zone problématique sont des travaux qui permettent de sécuriser le réseau.

 

Il est plus facile (techniquement et économiquement) de mailler les grands réseaux, qui ont déjà un tracé et une emprise sur le territoire importants, que les plus petits qui suivent qu’une ou deux routes de façon relativement linéaire.

Le passage en basse pression

Au-delà des rénovations de réseau, le passage en basse pression peut diminuer de moitié les pertes thermiques de réseaux.

Comment programmer et financer ces travaux ?

Priorisation des rénovations par tronçons dans le nouveau contrat de DSP du réseau des Hauts de Garonne

Une fois les problèmes connus et diagnostiqués, un programme pluriannuel de travaux de rénovation est souvent réalisé, en classant les tronçons par priorité d’intervention (exemple ci-contre : les tronçons rouge les plus sinistrés et verts en bon état). On a pu constater que la programmation des travaux est une étape importante pour obtenir le plus de gains possibles pour la collectivité, l’exploitant, les abonnés et les usagers. En effet, les rénovations curatives (réparation de fuites, remise en état, etc.) ne permettent pas d’améliorer significativement le service rendu. De plus, un bon suivi des problèmes, diagnostics et rénovations, sous format cartographique, est une composante clé de la réussite de la programmation d’importants travaux.

La moitié des réseaux enquêtés utilisent le compte P3 (composante R23 de l’abonnement) de gros entretien renouvellement pour financer les rénovations du réseau primaire. Le renouvellement de DSP et les programmes  d’extension/densification du réseau sont également l’occasion de rénover le réseau, avec l’aide possible du Fonds Chaleur de l’ADEME. Sinon, les Certificats  d’Économie d’Énergie (CEE) sont mobilisables pour financer une partie des travaux. Le schéma directeur est un bon outil de planification des rénovations, et permet d’augmenter les gains après rénovation.

Quels sont les gains après rénovation ?

De nombreux avantages ont été constatés suite à la rénovation d’un réseau, surtout si cette rénovation est bien planifiée en amont. Cela permet déjà de diminuer les fuites, mais aussi :

  • de consommer moins d’eau et d’énergie (à peu près tous les réseaux enquêtés),
  • d’augmenter le rendement par la meilleure résistance thermique des canalisations (Évreux),
  • d’améliorer la qualité de service rendu aux usagers (moins d’interruptions non programmées, en cas de maillage possibilité d’isoler plus facilement le problème et limiter le nombre d’abonnés impactés, etc.),
  • de réduire les contraintes pour les réseaux passant en basse pression,
  • de pouvoir densifier le réseau sans augmenter la puissance en chaufferie (Colmar, Le Mans, Grenoble, Carrières sur Seine),
  • d’augmenter le recours à une source renouvelable ou de récupération (La Rochelle),
  • d’avoir recours à une nouvelle source renouvelable ou de récupération (Le Mans, Évreux)…

Cette liste, non exhaustive, montre bien l’importance de chaque étape que sont le diagnostic, le choix et la programmation des travaux.

Lorsque les travaux sont planifiés en amont et intégrés dans un contrat ou renouvellement de contrat (type DSP), cela peut en plus permettre de baisser le tarif à l’usager (-30% en moyenne au Mans et entre -5 et 10% à La Rochelle).

Pour aller plus loin



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