2 - Les réseaux de chaleur au coeur des mutations urbaines

Le début du 20ème siècle et les trente glorieuses

Au début du 20ème siècle, la ville de Paris fait appel au progrès technologique pour se moderniser : les grands travaux du Métropolitain sont lancés en 1898 et ceux du réseau de chaleur ne tardent pas à suivre car c’est la solution idéale pour lutter contre les inconvénients du chauffage individuel au charbon ou au bois : à l’époque des milliers de livreurs arpentent les rues de Paris pour transporter et entasser des tonnes de charbon.

Paris créé le premier réseau

L’activité de CPCU (Compagnie Parisienne du Chauffage Urbain) commence en 1927 à proximité de la Gare de Lyon. La compagnie compte la gare parmi ses premiers clients pour chauffer les trains au démarrage.

Le réseau séduit très vite par la fourniture de chaleur sans interruption et par sa sécurité en limitant les risques d’incendies dans les immeubles. En 1939, de nombreux bâtiments prestigieux sont raccordés : l’Hôtel de Ville, le Conseil d’Etat, les magasins du Louvre, le Palais Royal, les grands magasins…

C’est le réseau le plus important en France. En 2017, il mesure plus de 500 km et alimente l’équivalent de 500 000 logements avec une majorité d’énergie renouvelable et de récupération.

Le réseau accompagne la création et le développement de la ville nouvelle de Cergy Pontoise (95)

Dans les années 1970, 5 villes nouvelles sont créées autour de la capitale pour renforcer le desserrement de la région et mettre en valeur des pôles de développement éloignés du centre de l’agglomération, autonomes et attractifs des point de vue démographique, économique et culturel.

En 1970, la préfecture du Val-d’Oise, en forme de pyramide inversée, est le premier bâtiment de Cergy a être construit. Il fonctionnait à l’origine en 1971 avec des énergies fossiles.

En 2017, il bénéficie à 33 000 équivalents-logements et produit sa chaleur, à plus de 63 %, avec la valorisation énergétique des déchets et la biomasse.

Quand les causes environnementales et sociales se rejoignent : en permettant de limiter le recours aux énergies fossiles, dont le prix est orienté de manière durable à la hausse, et de bénéficier d’un taux de TVA réduite, ce projet permettra de diminuer les dépenses des ménages pour leurs besoins en énergie. Ce projet sera donc aussi positif sur le plan social, en particulier pour les familles les moins aisées.

Témoignage d’élus de Cergy

  • Inauguration de la chaufferie biomasse en 2009

Les chocs pétroliers

Les chocs pétroliers de 1973 et 1981 amènent les pouvoirs publics à chercher une diversification du mix énergétique national. Les pistes explorées en s’appuyant sur des réseaux de chaleur sont alors le recours à la géothermie profonde (au Dogger) et la chaleur issue de l’incinération des ordures ménagères, notamment en Île-de-France, où la ressource est disponible et la densité de construction élevée. De nouveaux réseaux de chaleur font appel à ces sources de chaleur, d’anciens réseaux modifient leur mix énergétique. La compétence des collectivités en matière d’établissement de réseaux de chaleur est consacrée dans la loi chaleur du 15 juillet 1980.

Meaux s’engage dans la géothermie

Dès 1981, la ville s’engage dans le développement de la géothermie car c’est une énergie locale et renouvelable. 4 doublets (comportant chacun 1 puits de production et 1 puits d’injection) sont forés dans la nappe du Dogger pour alimenter les quartiers de l’Hôpital, Collinet et Beauval.

Pour accroître l’utilisation de cette énergie et développer le réseau, 3 doublets sont transformés en triplets en 2014 suite au forage de 3 nouveaux puits au Dogger.

En 2017, le réseau s’étend sur 32 km et dessert plus de 17500 équivalents-logements avec une chaleur écologique, sûre et économique produite à 68 % par la géothermie. Il permet d’éviter chaque année l’émission de 18500 tonnes de CO2.

Villejust (91) valorise la chaleur fatale de son usine d’incinération d’ordures ménagères

L’usine est équipée de 2 fours : le premier de 1972 sans récupération d’énergie et le second, de 1984 avec récupération d’énergie. La chaleur récupérée est acheminée, via les deux réseaux de Villejust et du Parc d’activité de Courtaboeuf, jusqu’aux abonnés résidentiels, tertiaires et industriels. Une canalisation transporte également de la chaleur jusqu’à la chaufferie du réseau de la ville voisine des Ulis.

En 2013, une récupération est aussi installée sur le premier four ce qui permet d’augmenter considérablement la performance énergétique de l’usine, de doubler la chaleur fatale livrée au réseau interconnecté des Ulis et de rendre plus attractive et compétitive la chaleur livrée aux usagers du chauffage urbain.

Le contre choc pétrolier et l’émergence des préoccupations environnementales

Le contre-choc pétrolier de 1986 se conjugue à une vague de libéralisme et le sujet énergie devient moins prioritaire. Le baril de pétrole s’effondre puis va demeurer dans une fourchette de bas prix (entre 15 à 25 $/baril) pendant presque une vingtaine d’années. C’est le coup d’arrêt des investissements dans les énergies renouvelables qui ne sont plus rentables par rapport au fioul ou au gaz dont les prix sont indexés sur ceux du pétrole.

La cogénération au gaz se développe

La cogénération est une technique très performante de production simultanée de chaleur et d’électricité, par des moteurs ou turbines. La chaleur rejetée dans le milieu naturel dans le cas des centrales électriques (fonctionnant au fioul, gaz, charbon ou nucléaire) est ici récupérée ce qui permet d’obtenir un excellent rendement global. C’est pourquoi, elle est très développée à l’étranger.

A la fin des années 90, la cogénération se développe en France suite à la mise en place, par les pouvoirs publics, du dispositif de l’obligation d’achat par EDF de l’électricité produite.

En 2004, 112 installations représentant 1000 MW électriques et 1850 MW thermiques sont en service en Ile-de-France. Environ 80 % de la production thermique alimente une grande majorité des réseaux franciliens : CPCU, Saint Denis, Les Ulis, Meaux, Versailles, Sevran, Fontenay-sous-Bois, Bobigny …

Le début des suppressions ou conversions des chaudières charbon et fioul

Suite aux premières études épidémiologiques établissant le lien entre pollution de l’air et santé, ce sujet devient une préoccupation. Les normes environnementales concernant les installations de combustion sont renforcées et les réseaux de chaleur commencent à prendre des mesures pour réduire leurs émissions.

En 2000, suite à la création d’une canalisation structurante de vapeur la reliant à Saint-Ouen, la chaufferie de La Villette, construite en 1965, voit son activité très fortement réduite puis elle est déconstruite en 2011.

En 2006, CPCU convertit au gaz deux chaudières de forte puissance au charbon et deux chaudières au fioul lourd sont équipées d’un dispositif de réduction des oxydes de soufre, d’azote et des poussières.

Les poumons des Parisiens ne pourront que mieux s’en porter. Fini aussi la ronde des camions : l’arrêt de la chaufferie de La Villette supprimera le passage de 1400 camions de charbon et de résidus de combustion par an. Une bonne nouvelle pour les habitants du nord-est parisien. Si nous améliorons nos sites de production, c’est que nous devons aujourd’hui prendre en compte des considérations environnementales. On ne peut plus multiplier les chaufferies dans Paris.

Témoignage de la CPCU en 2000

Depuis 2005 et le Grenelle de l’environnement

Il faut attendre 2005 avec la loi POPE (première loi de Programmation des Orientations de la Politique Energétique) puis les lois Grenelle de 2009 et 2010 pour que les réseaux de chaleur reconquièrent une place importante dans la politique énergétique nationale. Il leur est confié la mission de se développer et contribuer de façon importante à l’augmentation des énergies renouvelables dans le mix énergétique national. En 2012, le SRCAE (Schéma Régional du Climat de l’Air et de l’Energie) de l’Ile-de-France les identifient comme une priorité incontournable pour mobiliser massivement et, en premier lieu, les chaleurs fatales et les géothermies ou, pour les cas où ces énergies ne seraient pas disponibles sur les territoires, la biomasse.

Le nouvel essor de la géothermie au Dogger

La rénovation des géothermies des années 80

Depuis 2010, une quinzaine de collectivités ont fait le choix de continuer à alimenter leurs réseaux avec la géothermie profonde.

  • Sucy-en-Brie réalise le premier triplet
Depuis 1983, 2350 logements et bâtiments scolaires des quartiers de la Cité Verte et de la Fosse Rouge sont raccordés au réseau géothermique. Afin de continuer à étendre le réseau, un troisième puits géothermique a été foré : le nouveau puits sert pour la production de chaleur et les deux anciens puits sont utilisés pour la réinjection. Ce triplet a constitué une première en France. En 2017, la géothermie de Sucy-en-Brie couvre 80 % des besoins du réseau.

Les nouvelles géothermies au Dogger

Entre 2011 et 2018, 13 nouveaux doublets sont créés.

  • La géothermie accompagne le renouveau de Grigny et Viry-Châtillon (91)

Les deux villes et le SIPPEREC (Syndicat intercommunal de la périphérie de Paris pour les énergies et les réseaux de communication) se sont réunis en Société Publique Locale, pour monter deux opérations de géothermie.
Il s’agit d’alimenter, dans une première phase, la copropriété Grigny II, le quartier de la Grande Borne et le quartier du Plateau. Au-delà de ces trois grands ensembles, le réseau est dimensionné pour alimenter ensuite la ZAC centre-ville, la ZA des radars et le quartier des côteaux.

Avec la géothermie et la diminution de 15 000 tonnes par an des émissions de carbone (CO2) », les élus de Grigny et Viry-Châtillon déclarent s’inscrire « dans un combat essentiel pour les générations futures » et soulignent que « le gain est aussi social et économique avec une réduction significative des charges de chauffage dont le niveau était trop élevé.

Les élus

La récupération de la chaleur des usines d’incinération des déchets

L’incinération des déchets produit de la chaleur fatale qui peut être récupérée dans des échangeurs pour alimenter un réseau de chaleur. Depuis 10 ans, cette énergie pour les réseaux a augmenté de 23 % et le nombre de réseaux raccordés est passé de 10 à 16.

  • Le réseau de Choisy-Vitry (94) s’interconnecte avec l’usine d’incinération du MIN de Rungis
Pour réduire la précarité énergétique des 13 000 ménages raccordés au réseau de chaleur sans créer de nouvelles installations de production pouvant être sources de pollution de l’air, une extension des canalisations de 2,8 km a été réalisée jusqu’à l’usine d’incinération du Marché d’Intérêt National de Rungis.

En effet, malgré les récupérations déjà réalisées vers les deux réseaux de chaleur du Marché de Rungis et d’ADP Orly, il restait encore de la chaleur fatale dissipée dans l’atmosphère. Le nouveau raccordement permet de valoriser cette énergie disponible dans le réseau de Choisy-Vitry à un prix compétitif pour les usagers.

Les chaufferies biomasse

Contrairement à la chaleur fatale ou à la géothermie qui n’émettent aucun polluant dans l’atmosphère, la combustion de la biomasse génère des particules fines et des oxydes d’azote. C’est pourquoi, dans le cadre de la reconquête d’une bonne qualité de l’air en Ile-de-France, il est essentiel de n’envisager l’installation de chaufferies biomasse, en particulier en petite couronne, que lorsque les solutions de récupération de chaleur fatale ou de géothermie ne sont pas possibles.

  • Nemours (77) abandonne le fioul
Le réseau est construit au début des années 70 pour assurer le chauffage du quartier du Mont Saint Martin et, en 1975, le centre hospitalier est raccordé. Il est alimenté à l’origine par des chaudières au gaz et au fioul lourd puis une cogénération au gaz. La ville ayant acté la nécessité de réduire son empreinte écologique, accentuer son attractivité, développer ses potentiels pour devenir une ville durable, s’est engagée dans un Plan de rénovation urbain et la réalisation en 2013 d’une chaufferie biomasse permettant l’abandon du fioul.

En 2017, la biomasse a représenté 55 % du mix énergétique du réseau et le gaz 45 %.

Les élus de Nemours déclarent : « cette solution biomasse est intéressante et répond aux attentes tant du point de vue environnemental qu’économique. Depuis sa mise en route en 2013, la part combustible de la facture a baissé de 35 % grâce au passage du gaz au bois (en euros constants). Nous avons bien sûr répercuté cette baisse aux abonnés  »

Vers des réseaux interconnectés plus optimisés

L’interconnexion de réseaux permet des économies d’échelle et une meilleure optimisation des productions de chaleur. Elle peut se traduire soit, par des contrats d’échange de chaleur entre 2 réseaux distincts interconnectés soit, par une refonte juridique plus globale permettant aux collectivités organisatrices du service public de s’associer.

Créteil (94) interconnecte ses 4 réseaux

Depuis le premier réseau au fioul créé en 1970, la ville n’a cessé de développer le chauffage urbain en diversifiant les sources de chaleur : une géothermie est mise en service en 1985, une cogénération en 1997, la récupération de la chaleur produite par l’incinération des ordures ménagères en 2008 et, pour la première fois en France, deux pompes à chaleur sont installées en 2014 pour augmenter la production issue de la géothermie.

Grâce à l’interconnexion de ses 4 réseaux, Créteil dépasse, en 2014, les 50 % d’ENR&R ce qui permet de réduire la facture pour tous les usagers.
En 2017, les 30 km de canalisations desservent l’équivalent de 36 000 logements avec 66 % d’ENR&R.

Saint Denis, Stains, Pierrefitte, l’Ile-Saint-Denis, Aubervilliers, la Courneuve (93) se regroupent pour produire et distribuer une chaleur de plus en plus verte

Le Smirec, Syndicat mixte des réseaux d’énergie calorifique, créé en 2013, exerce le service public de production et de distribution de chaleur et de froid sur les territoires des 6 communes. Il interconnecte progressivement les différents réseaux historiques et nouveaux, comme celui d‘Aubervilliers qui sera alimenté par le nouveau doublet géothermique au Dogger de Fort de l’Est à Saint Denis.




A noter :
Paris et les 16 communes de première couronne sont interconnectées et desservies par le réseau de la CPCU.

La densification et l’extension des réseaux existants

Le développement du chauffage urbain a un triple objectif énergétique, environnemental et social. Il s’agit de convertir rapidement et massivement les territoires aux ENR&R, réduire les émissions de gaz à effet de serre et polluants dans l’atmosphère et proposer aux usagers un prix de la chaleur compétitif et stable car peu impacté par la volatilité du prix des énergies fossiles.
La forte densité urbaine de l’Ile-de-France est un atout qui rend possible un doublement voire un triplement du nombre d’équivalent-logements raccordés, en passant à 2 ou 3 millions d’ici 2030. La pérennité et la rentabilité des réseaux sont améliorées ce qui participe directement à la baisse des prix de la chaleur pour l’ensemble des abonnés.

L’extension continue du premier réseau géothermique européen de Chevilly-Larue, L’Haÿ-les-Roses et Villejuif (94)

1986 : les 2 doublets géothermiques de Chevilly-Larue, L’Haÿ-les-Roses desservent 9000 équivalents logements 1988  : La SEMHACH détenue majoritairement par les 2 communes gère et exploite le réseau 1991  : extensions avec plus de 2000 équivalents logements 1997  : réalisation des centrales de cogénération et poursuite des extensions 2008  : le réseau atteint 20000 équivalents logements 2011  : 23000 équivalents logements sont raccordés au réseau 2014  : Villejuif dont plusieurs quartiers et bâtiments publics sont déjà raccordés depuis plusieurs années rejoint la SEMHACH qui est transformée en société publique locale. 2016  : Un troisième doublet géothermique est mis en service à Villejuif. Le réseau d’une longueur de 30 km alimente 27000 équivalents logements.

Carrières-sur-Seine, Houilles, Chatou et Montesson (78) multiplient par 4 la desserte de leur réseau

Construit en 1988, le réseau est alimenté à 98 % par l’énergie fatale de l’usine d’incinération Cristal située à Carrières-sur-Seine. En 2016, il mesure 8 km et alimente en chauffage et en eau chaude l’équivalent de 4000 logements. En 2019, les 4 collectivités décident de poursuivre l’extension du réseau afin de doubler la quantité d’énergie fatale valorisée et multiplier par trois l’énergie fournie aux abonnés.

Au terme du développement, près de 35 km de réseaux seront déployés pour alimenter l’équivalent de 15 000 logements et la chaleur sera issue à 80 % de la valorisation énergétique des déchets.
De nouvelles énergies renouvelables ou de récupération pour chauffer ou refroidir les nouveaux quartiers

L’aménagement des nouveaux quartiers traduit la volonté d’allier qualité de vie, mixité fonctionnelle (entre bureaux, logements, commerces, équipements publics) et exemplarité énergétique. Le recours à un réseau de chaleur permet d’utiliser des ressources locales pour satisfaire les besoins des divers usagers.
Les bâtiments neufs étant très bien isolés, ils sont chauffés par des émetteurs en basse température ce qui offre l’opportunité de valoriser de nouvelles ressources locales à bas niveau thermique comme la chaleur fatale des data centers ou des eaux usées et les géothermies sur des aquifères peu profonds.

Les data centers

Bailly-Romainvilliers (77) chauffe son centre nautique avec des serveurs informatiques

La chaleur fatale émise par les groupes froid du data center d’une banque est récupérée, depuis 2011, pour fournir de l’eau à 48°C au réseau de la ZAC du Prieuré. Ce réseau chauffe les bassins du centre aquatique intercommunal du Val d’Europe et les bâtiments du parc d’entreprises, représentant l’équivalent de 3000 logements. La chaleur fatale du data center permet de satisfaire 90 % des besoins des abonnés du réseau.

Les eaux usées

Un collecteur d’assainissement chauffe l’éco-quartier Sainte Geneviève de Nanterre (92)

Depuis 2011, ce quartier est chauffé par un réseau alimenté par l’énergie récupérée sur les eaux usées (à 16°C) d’un collecteur d’assainissement complétée par une géothermie superficielle (eau à 14°C puisée à 80 m de profondeur avant d’être réinjectée). Des pompes à chaleur remontent les niveaux thermiques et des échangeurs garantissent la séparation du réseau de chaleur avec le réseau des eaux usées et avec le circuit géothermal.



Géothermie sur la nappe aquifère de l’Albien

L’Albien du sous-sol parisien est la source énergétique de l’éco-quartier Clichy-Batignolles

La Ville de Paris a voulu construire un modèle de développement urbain durable, concrétisant ses ambitions en matière de mixité fonctionnelle et sociale, de sobriété énergétique et de réduction des émissions de gaz à effet de serre et de biodiversité.

Pour exploiter une énergie renouvelable et disponible à volonté, tous les bâtiments sont raccordés à un réseau de chaleur alimenté par la géothermie inaugurée en 2017. De l’eau à 28° est puisée à 650 m de profondeur dans la nappe de l’Albien puis réinjectée dans cette nappe pour la préserver de toute pollution.

Quelques chiffres :
54 ha
10 ha de parc
3 400 logements
140 000 m2 de bureaux
120 000 m2 pour le palais de justice et la direction régionale de la police judiciaire
31 000 m2 de commerces, culture, loisirs
38 000 m2 d’équipements publics.

Géothermie sur nappes superficielles ou peu profondes

Issy-les-Moulineaux (92) : La ZAC Coeur de ville exploite la Craie

Le nouveau quartier vise à réinventer la vie urbaine en proposant un cadre de vie animé et respectueux de l’environnement. Il accueillera plus de 600 logements, 40 000 m² de bureaux, une trentaine de boutiques et moyennes surfaces, 9 restaurants, un cinéma et des équipements tertiaires dont un groupe scolaire, une crèche et une salle polyvalente.

Un réseau de chaleur desservira en chaud et froid les bâtiments avec une production renouvelable par des thermo-frigo-pompes alimentées à partir de deux doublets géothermiques puisant l’eau géothermale à 35 m de profondeur dans la nappe alluviale de la Craie.

Quel avenir pour les réseaux de chaleur : la 5G !

Depuis le milieu du 20ème siècle, les réseaux de chaleur n’ont cessé d’accompagner les mutations urbaines : reconstruction de l’après-guerre, création des cités dortoirs, construction des villes nouvelles dans les années 70 et 80, développement de l’urbanisation et densification des villes, création d’éco-quartiers et développement de villes durables.
Parallèlement, les réseaux sont des vecteurs parfaitement adaptés pour opérer rapidement les conversions et transitions énergétiques nécessaires : substitution du charbon par le fioul puis le gaz puis les énergies renouvelables et de récupération en haute température puis les énergies renouvelables et de récupération très locales et en basse température.
De même, ils intègrent facilement les progrès technologiques : installations de production à haut rendement (cogénération, pompe à chaleur, …), système de dépollution très performants, régulation, télégestion, modélisation, pilotage intelligent et connecté …

Paris Saclay (91) : ZAC Polytechnique (Palaiseau) et ZAC Moulon (Gif-sur-Yvette, Orsay et Saint-Aubin)

Le campus urbain de Paris-Saclay est un projet majeur du Grand Paris qui réunit ambition scientifique, développement économique et aménagement durable pour conforter la place de la métropole parmi les pôles mondiaux de l’innovation. Cette opération d’intérêt national est une opportunité unique de mettre en place un nouveau modèle énergétique et de faire de Paris-Saclay un Eco-Territoire.

Le réseau d’échange de chaleur et de froid s’appuie sur la plus grande boucle de distribution tempérée de France, alimentée par 2 doublets géothermiques sur la nappe de l’Albien. Il permet de satisfaire les besoins de chauffage, d’eau chaude sanitaire, de climatisation et de rafraîchissement des bâtiments du campus avec une majorité d’énergies renouvelables et de récupération (60%). Puisée (puis réinjectée intacte) à 700 m de profondeur, l’eau de la nappe de l’Albien naturellement à 28°C fournit une ressource pérenne pour alimenter, en couplage avec des pompes à chaleur, le réseau.

Un fonctionnement bi-directionnel est possible pour fournir de l’énergie aux utilisateurs et pour récupérer la chaleur fatale produite par les bâtiments raccordés, en particulier par certains grands équipements de recherche. Ce projet est le seul démonstrateur français du projet Européen D2Grids.

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