La chaleur fatale à portée de main
Mathieu Dejeu | le 02/12/2016 | Architecture, Réalisations, Loire-Atlantique, Nord, International
Déjà présente dans les incinérateurs, la récupération d'énergie peut s'appliquer à d'autres secteurs. Les techniques sont prêtes.
N 'en déplaise au président élu des Etats-Unis, nos pays tentent à grand-peine de réduire leur dépendance aux énergies fossiles. Parmi les nouvelles pistes explorées, la récupération de la chaleur fatale apparaît comme un complément idéal à la biomasse ou au biogaz. En effet, quoi de plus évident que d'utiliser les calories dégagées par une activité humaine qui sinon se perd dans l'air ou dans l'eau ? Cette technique a déjà démontré sa pertinence avec les unités d'incinération d'ordures ménagères (UIOM). Parmi les 128 incinérateurs implantés en France, l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (Ademe) évaluait, en 2012, que 113 exploitaient la chaleur générée par leur foyer. Le rendement de ces installations pourrait encore progresser de quelques points grâce à des échangeurs placés au niveau des fumées ou des aéro condenseurs, mais la capacité de récupération de chaleur des déchets est près de sa limite.
Espoirs dans les basses énergies. Il s'agit désormais d'étendre cette approche à d'autres infrastructures. Les yeux se tournent en premier lieu vers les usines. Elles ont souvent re-cours à des procédés de chauffe dont les émanations thermiques profitent seulement aux travailleurs avoisinants. Or, certains de ces sites pourraient produire de l'eau à « haute température », c'est-à-dire à plus de 60 °C, qui serait exploitable dans tous les bâtiments, même anciens. D'autres se limiteraient à de la « basse température », inférieure à 60 °C. Seules les constructions équipées d'émetteurs adaptés en tireraient parti. Par ailleurs, des pompes à chaleur pourraient être nécessaires à leur usage. Cependant, malgré des estimations prometteuses, aucune opération n'a suivi l'exemple du réseau de chaleur de Dunkerque, déjà trentenaire (voir p. 73) .
Outre l'industrie, deux secteurs constituent des filons de « basse température ». Ainsi, les eaux usées des villes contiennent de la chaleur. Si la meilleure méthode de prélèvement reste à déterminer (voir page 73) , cette source a l'avantage de la régularité et de la proximité. Suez s'est emparée de cette thématique depuis 2009 avec son offre Degrés bleus, qui consiste à puiser les calories dans les égouts (voir page suivante) . « Au même titre que nos projets autour des hydroliennes et du biométhane, la récupération de chaleur met en pratique l'économie circulaire dans notre entreprise, explique Bertrand Camus, directeur général de l'activité eau du groupe pour la France. En raison du faible coût des énergies fossiles, le temps de retour sur investissement de notre dispositif s'élève encore à huit ans. Toutefois, les subventions réduisent cette durée. Une taxe carbone d'un montant significatif contribuerait aussi à abaisser ce seuil de rentabilité. » Derniers arrivés dans la famille des fournisseurs potentiels, les data centers sont également peu sollicités. « C'est une excellente source qui peut générer une température de 50 °C. Cependant, la récupération doit être pensée lors de la conception. La pérennité du site préoccupe également les clients, observe Patricia Bonneau, codirectrice du projet de « l'énergie fatale urbaine » de l'institut Efficacity. Des entreprises telles que Stimergy (voir p. 72) et Quarnot ont décidé de contourner ces difficultés en transportant les serveurs directement dans les bâtiments à chauffer.
Située dans le XIVe arrondissement de Paris, la piscine Aspirant-Dunand chauffe en partie ses douches et son bassin grâce aux égouts de la capitale. Le système, inauguré le 5 octobre dernier, est la dernière réalisation en date de l'offre Degrés bleus portée par le groupe Suez. Un échangeur de 40 m de longueur est fixé sur le radier du collecteur d'assainissement sous la chaussée de l'avenue du Maine. Le liquide qu'il contient se réchauffe au contact des eaux usées dont la température est comprise entre 12 et 24 °C. Le fluide rempli de calories circule ensuite dans une pompe à chaleur d'une puissance de 84,2 kWc. Cette dernière maintient les bassins à la bonne température et participe à la production de l'eau chaude sanitaire. « Notre dispositif réduit de 45 % les consommations du bâtiment, indique Bertrand Camus, directeur général de l'activité eau de Suez pour la France. Il existe aujourd'hui une quinzaine de sites équipés de la sorte dans l'Hexagone, avec des caractéristiques très variées. Parmi eux, le palais de l'Elysée ou encore le dépôt de tramways du Grand Dijon. »
Si les bâtiments ne vont pas aux serveurs, les serveurs viendront aux bâtiments. Telle pourrait être la devise de la société Stimergy. Créée en 2013, cette jeune entreprise a conçu un système de production d'eau chaude sanitaire (ECS) à partir de l'énergie dégagée par des calculateurs informatiques. Sa « chaudière numérique » prend la forme d'une cuve de 1 m² dans laquelle une dizaine de serveurs trempent dans un fluide. Ce dernier récupère les calories dégagées par les calculs des machines et les transporte jusqu'à un échangeur installé dans un ballon tampon. L'eau contenue dans cette enceinte demeure ainsi à 45 °C. Une chaudière traditionnelle porte ensuite le liquide à 60 °C avant son départ dans le circuit d'ECS.
Entre autres réalisations, deux de ces appareils équipent notamment, depuis juillet 2016, la résidence Albert-Londres à Nantes. Ce bâtiment abrite 40 logements administrés par le bailleur social Nantes Métropole Habitat. L'installation de Stimergy couvre environ 40 % des besoins d'ECS des habitants. La piscine de la Butte aux Cailles, à Paris XIIIe , devrait bénéficier d'un dispositif similaire avant la fin de l'année.
Lancée en décembre 2014, l'étude de la chaleur fatale disponible en Ile-de-France se poursuit sous la direction du bureau régional de l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (Ademe). Une première synthèse, publiée en septembre 2015, estimait les gisements maximums existants dégagés par quatre sources : les industries, les usines d'incinération de déchets non dangereux, les centres de traitement des données, et les eaux usées.
« Cette phase initiale consistait à évaluer la quantité de chaleur qui pourrait être récupérée sans prendre en compte de potentiels freins techniques, juridiques ou économiques », précise Claire Florette, ingénieur énergie et déchets à l'Ademe Ile-de-France. Ces données sont maintenant croisées avec les besoins de chaque territoire et des indicateurs financiers. « Nous pourrons ainsi déterminer les zones où agir en priorité », explique-t-elle. Les résultats complets seront rendus publics au cours du premier semestre 2017.
« Les eaux usées constituent une source de chaleur fatale pérenne et proche des centres urbains. Elles possèdent une température d'environ 15 °C. Une pompe à chaleur est donc nécessaire pour en tirer parti. Cette machine peut toutefois aussi produire du froid. Au sein de l'institut Efficacity, nous étudions les différents freins à l'intégration de cette source d'énergie dans la ville. Déterminer l'emplacement optimal d'un système de récupération, en fonction de la configuration existante, reste une question essentielle. Il peut être situé à différents niveaux du réseau d'épuration : en pied d'immeuble, dans un collecteur d'assainissement, ou dans une station d'épuration.
La perte de chaleur trop importante en amont de cette dernière pourrait éventuellement dégrader les procédés bactériens utilisés dans le traitement de l'eau. Nous menons actuellement des essais sur la plate-forme Aquasim du CSTB pour apporter des éléments de réponse sur ce point. »
Patricia Bonneau , codirectrice du projet « Energie fatale urbaine », Efficacity
Mis en service en février 1986, le réseau de chaleur de Dunkerque demeure un cas unique en France. C'est la seule infra structure de ce type qui compte une usine parmi ses sources d'énergie. Le complexe sidérurgique du groupe Arcelor Mittal, implanté sur le territoire de la commune, couvre aujourd'hui 60 % des 135 GWh consommés chaque année par quelque 6 000 logements et les bâtiments publics de l'agglomération. A l'origine, l'installation se composait d'un échangeur de chaleur de 8 MW enchâssé dans l'une des deux hottes qui surplombent un refroidissoir. Ce grand carrousel contient des agglomérés de minerai de fer qui refroidissent avant de rejoindre le haut-fourneau. Le système récupère ainsi la chaleur dégagée par le métal en fusion. Un deuxième échangeur a été ajouté en 2008 dans la seconde hotte. « C'est l'existence de cette industrie qui a motivé la construction de ces équipements », précise Eugène Erme, directeur adjoint de la direction technique des grands projets de Dalkia Nord, administratrice du réseau. Le prix du fioul, encore élevé au début des années 1980, a aussi encouragé ce choix. Toutefois, le cours du pétrole s'est ensuite écroulé à partir de 1986, ce qui a sans doute stoppé d'autres initiatives similaires.
