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Le CO2, l'or noir de Pithano
François Maréchal, professeur d’ingénierie des procédés et des systèmes énergétiques à l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (Suisse) - © FRANÇOIS WAVRE / LUNDI 13 / LE MONITEUR
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Le CO2, l'or noir de Pithano

Par François Maréchal |  le 25/10/2018  | 

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Energie
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La ville suisse a fortement investi dans des solutions énergétiques innovantes, en particulier celles basées sur le dioxyde de carbone. Jusqu'à devenir autosuffisante.

Ce qui surprend quand on arrive à Pithano, c'est l'absence de cheminées et le silence. Seuls les véhicules électriques, le plus souvent en autopartage, sont autorisés à circuler. Dans cette ville suisse aux nombreux espaces verts, chaque place de parking est équipée d'une borne de recharge intelligente, et les vieilles stations d'essence ont été remplacées par des stations de charge rapides. La véritable révolution n'est toutefois pas à chercher dans les transports, mais dans le secteur du bâtiment, qui a permis à la ville de devenir autosuffisante en énergie.

Chauffage et refroidissement urbain au CO2.

« Lorsque les effets du changement climatique sont devenus évidents et préoccupants, nous avons mis en place une vaste politique d'investissement afin d'encourager l'efficacité et la rénovation des bâtiments. Cependant, il était devenu évident que cela ne suffirait pas », explique Martin Sionleveut-Onlepeut, maire de Pithano. Les besoins en climatisation, en particulier, devenaient de plus en plus importants. Séduite par le principe thermodynamique des pompes à chaleur, la ville a adopté un chauffage urbain au CO 2. Ce système, qui distribue tant le froid que le chaud, utilise deux tuyaux transportant du dioxyde de carbone sous une pression de 50 bars et à une température de 15 °C : l'un à l'état gazeux, l'autre à l'état liquide. Ces tuyaux peuvent être intégrés dans des trottoirs préfabriqués.

Lorsque le CO2 est prélevé à l'état gazeux, il délivre de la chaleur en passant à l'état liquide. Cette énergie est ensuite utilisée dans une pompe à chaleur qui ajuste le niveau de température pour fournir le chauffage ou l'eau chaude. A l'inverse, pour assurer les besoins en refroidissement, le liquide s'évapore à l'état gazeux et restitue sa chaleur au réseau, qui peut alors alimenter un autre foyer.

Le stockage géothermique permet de réutiliser l'hiver la chaleur excédentaire de l'été.

Facture énergétique réduite. Ce réseau de chauffage est facile à déployer : d'une part, le CO2 ne réclame pas d'être enterré en profondeur pour éviter les problèmes de gel, contrairement à l'eau ; d'autre part, le diamètre de ses sections est quatre fois plus faible. De plus, le dioxyde de carbone nécessaire au fonctionnement du chauffage urbain peut être puisé dans des sources diverses : incinération des déchets, procédé industriel, eau de la station d'épuration, lac, rivière, air ou encore sondes géothermiques. Une étude menée dans le centre-ville a en outre démontré que, dans ce quartier mixte doté de commerces, d'habitations et de services, il a été possible, en installant ce système de chauffage, de diviser par six la facture énergétique et de supprimer les chaudières.

Malgré un gain économique et environnemental, le recours à de l'énergie électrique pour alimenter les pompes à chaleur reste indispensable. Cette énergie est en partie générée par les panneaux solaires installés sur les toits des bâtiments. Leur production est coordonnée par une plate-forme de gestion intelligente. Presque 70 % des besoins électriques de Pithano sont ainsi couverts grâce à ce procédé qui produit quand même un excès d'électricité en été et impose d'en importer en hiver.

Plus aucune énergie fossile. Pour fournir les 30 % des besoins en électricité manquants, la ville a décidé d'utiliser des piles à combustibles à oxyde solide. Celles-ci sont installées de manière décentralisée pour fournir chaleur et électricité aux bâtiments et aux véhicules électriques mais aussi pour entraîner les pompes à chaleur. Au début, elles fonctionnaient au gaz naturel et leur rendement électrique avoisinait 60 %. Aujourd'hui, les dernières versions atteignent des rendements jusqu'à 80 % et permettent de capturer le CO2.

Par ailleurs, ces piles peuvent désormais fonctionner sans recourir à du gaz d'origine fossile. Pour ce faire, Pithano a développé deux stratégies : d'une part, elle valorise ses déchets organiques (de collecte et d'eaux usées) sous forme de biogaz et de gaz de synthèse, ce qui permet d'atteindre des rendements de conversion de près de 70 %. D'autre part, elle stocke l'excès d'électricité d'été sous forme de gaz naturel produit par la co-électrolyse du CO2 capturé en hiver. « Pour la ville, c'est une révolution. Avec un investissement de 30 000 euros par habitant - dont la moitié investie dans notre infrastructure -, nous sommes devenus indépendants des achats d'énergie, neutres en et nous créons des emplois locaux », résume Martin Sionleveut-Onlepeut.

Les travaux se poursuivent. Depuis sa mise en fonction, le chauffage urbain de Pithano ne cesse d'évoluer. Aujourd'hui, les systèmes de stockage géothermiques permettent de récupérer la chaleur excédentaire de l'été afin de la réutiliser comme ressource pour le chauffage en hiver, via le réseau . Celui-ci est aussi utilisé pour chauffer les serres de production agricole locales et augmenter le rendement des plantes. Ces serres sont d'ailleurs couvertes de panneaux solaires de pérovskite, une structure cristalline sensible à la lumière, à couche mince translucides, qui génèrent l'électricité sans pénaliser la production agricole.

Parallèlement, les politiques de rénovation et de développement de bâtiments à haute qualité énergétique ont été poursuivies et s'intègrent parfaitement avec le réseau CO2, qui est de plus en plus employé pour le chauffage et le refroidissement.

Le CO2 est également utilisé dans la centrale de géothermie à 4 km de profondeur, ce qui permet d'en séquestrer une partie.

Enfin, l'approche systémique a été utilisée pour développer le tissu industriel grâce à une nouvelle gestion des déchets et des usines. Des clusters, qui mettent en œuvre les concepts de l'économie circulaire, sont devenus des fournisseurs de chaleur pour le chauffage de la ville. Ils intègrent aujourd'hui une bioraffinerie, qui valorise les ressources de la forêt sous forme de matériaux de construction, d'isolation, de bioplastiques et de biocarburant. Cette démarche, basée sur l'efficacité et l'intégration des ressources renouvelables locales, a fait de cette ville un exemple qui, depuis, a fort heureusement été bien des fois copié.

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