Chaleur renouvelable : exploiter les gisements solaires et industriels
Souvent envisagé dans le cadre des stratégies d'atteinte de la neutralité carbone, le recours massif à la biomasse est de plus en plus décrié aux échelles nationale et européenne. Tensions sur la ressource, sur les prix, compétitions d'usage, reconstitution des stocks carbone et impacts du changement climatique conduisent à revoir ses objectifs de développement à la baisse, voire d'envisager des plafonnements.
Alors que la dernière Stratégie nationale bas carbone visait un objectif de production d'énergie à partir de biomasse de 450 térawattheures (TWh) en 2050, de nombreux acteurs ont jugé ce chiffre trop optimiste, tablant plutôt sur une fourchette entre 270 et 380 TWh (France Stratégies, Ademe, Afterres…).
Biomasse : diversifier les ressources locales
Le Syndicat départemental de traitement des déchets ménagers (Syded) du Lot a diversifié les ressources en biomasse pour alimenter la quinzaine de réseaux de chaleur du département, afin de ne plus dépendre qu'à 27 % des plaquettes forestières. Fort de sa présence sur tout le territoire, il a identifié plusieurs gisements qu'il mobilise désormais pour fabriquer son propre combustible : palettes et cagettes (13 %), déchets verts des particuliers (13 %), agriculture (40 %), débroussaillage lié au plan de lutte contre les incendies (10 %). Des ressources qui n'étaient pas valorisées jusque-là et qui permettent aux réseaux de ne pas trop souffrir de la hausse des prix actuelle sur le bois.
En 2020, la biomasse représentait 65 % de la chaleur renouvelable produite en France, soit près de 100 TWh. Les réseaux de chaleur se sont fortement appuyés sur cette ressource pour se verdir, via l'installation de chaufferies à biomasse. Cette ressource représente désormais un quart de la chaleur distribuée par réseaux et près de la moitié si l'on ne prend en compte que les petits et moyens réseaux. Mais, aujourd'hui, face aux tensions sur la ressource et aux questions d'acceptabilité, de nombreux gestionnaires de réseaux regardent vers d'autres sources de chaleur : la géothermie (qui fait l'objet d'une priorité du Fonds chaleur cette année), le solaire thermique ou encore la récupération de chaleur fatale. L'idée étant de réserver le recours à la biomasse aux réseaux ne disposant pas ou peu d'autres sources locales.
Solaire thermique : des freins à lever
Le solaire thermique est souvent envisagé pour assurer les besoins en chaleur du réseau, hors période hivernale. Lorsque les chaufferies à biomasse sont éteintes en fin d'hiver, le gaz est en effet souvent sollicité pour assurer les besoins en eau chaude des usagers.
Narbonne a fait également ce choix, en 2021, lors de l'extension de son réseau et pour répondre à ses besoins estivaux. Près de 3 200 m2 de panneaux ont été installés, fournissant une eau entre 70 et 80 °C de mai à septembre, soit 75 % des besoins durant cette période. Pour atteindre ce chiffre, un stockage de 1 000 m3 a été ajouté au dispositif, permettant de fournir le réseau en chaleur pendant un à trois jours, en cas de mauvais ensoleillement.
Aujourd'hui, seule une poignée d'installations solaires a été développée sur les réseaux français. Plusieurs raisons l'expliquent. Tout d'abord, le foncier nécessaire à proximité des besoins n'est pas toujours disponible. « Les capteurs font 16 m2 et pèsent 30 kg au mètre carré, explique Claire Dutilleul, chef de projet chaleur renouvelable chez Newheat, qui a réalisé les installations de Pons et Narbonne. Il est donc difficile de trouver des toitures adaptées à ce poids, les installations sont au sol. »
Par ailleurs, le solaire thermique est « particulièrement performant sur des régimes à basse température, poursuit l'experte. Or, de nombreux réseaux ont des températures de consigne plus élevées en hiver ». Il faut alors ajouter des pompes à chaleur pour rehausser les niveaux de températures. Enfin, le solaire produit plus en été alors que les besoins en chaleur sont plus importants l'hiver.
Solution : développer le stockage intersaisonnier, comme l'ont déjà expérimenté l'Allemagne ou les Pays-Bas. Il s'agit de stocker la chaleur dans d'énormes piscines olympiques recouvertes d'une couche isolante, ou dans d'anciennes cavernes ou mines. Absolar envisage une autre piste : stocker la chaleur en souterrain grâce à l'inertie des roches, via des sondes géothermiques. Un démonstrateur teste cette technique depuis juin 2022, à Cadaujac (Gironde), pour approvisionner un lotissement. Soixante forages à 30 mètres de profondeur permettent de stocker jusqu'à 10 000 m3. Cette technique permettrait également de récupérer et stocker la chaleur fatale, selon son concepteur Hervé Lautrette.
Récupération de chaleur fatale : l'exemple des centres de données
Car la chaleur fatale est également un gisement insuffisamment exploité. Il pourrait représenter jusqu'à 170 TWh en France. De nombreux réseaux de chaleur urbains valorisent déjà la chaleur des unités d'incinération de déchets ou de stations d'épuration des eaux usées. Mais la valorisation de la chaleur fatale provenant d'industries ou d'autres activités est encore balbutiante. Dunkerque récupère par exemple la chaleur de la sidérurgie pour son réseau, Issoire celle issue de la production d'aluminium.
Mais difficile, souvent, de faire converger gisements et besoins. Le stockage journalier et/ou intersaisonnier répond en partie à cette question. Reste celle de la localisation de la production de chaleur fatale, par rapport aux lieux de consommation.
Le réseau de chaleur de Plaine commune (Seine-Saint-Denis) valorisera, à partir de 2024, la chaleur d'un cente de données installé par Equinix. « Lors du projet d'extension de cette unité, le syndicat a mis comme condition la mise à disposition gratuite de la chaleur durant la durée d'amortissement des investissements (quinze ans) », raconte Laurent Monnet, président du Syndicat mixte des réseaux d'énergie calorifique (Smirec). La chaleur produite lors du refroidissement de l'équipement alimentera une zone d'activité de 200 000 m2 en développement et le projet de centre aquatique olympique. La chaleur fournie sera à 28 °C toute l'année. Trois pompes à chaleur viendront faire grimper la température à 65 °C pour desservir les usagers.
« Les nouveaux data centers ont des régimes de températures plus élevés que les installations précédentes », souligne Laurent Monnet. Selon lui, au moment où de nombreuses demandes de permis de construire sont déposées en France pour ces installations, les collectivités ont une carte à jouer pour développer ce gisement de chaleur à bon escient. Ces contrats posent cependant « des questions sur la disponibilité de la chaleur et la durée des contrats. Des pénalités peuvent être mises en place en cas de non-fourniture. Un appoint de secours est également nécessaire, comme la biomasse », précise le président du Smirec.
Des pistes pour intégrer de nouvelles sources de chaleur
D'autres pistes sont envisagées pour mieux intégrer ces sources de chaleur et/ou mieux les partager. La modification des régimes de chaleur des réseaux en est une, l'interconnexion de ces derniers en est une autre. L'amélioration de la connaissance des besoins des usagers et la décentralisation de la distribution, via des pompes à chaleur, font également partie des solutions. Celles-ci permettent également un écrêtage de la demande à certains moments, en effaçant certains consommateurs.
