Réseaux de chaleur : une utilisation intelligente de l'énergie sans impact sur le climat

Un réseau de chaleur est exactement ce que vous et moi imaginons : un réseau de conduites souterraines pour le transport de la chaleur et (peut-être surprenant) aujourd'hui aussi du froid. La chaleur et le froid peuvent être produits de manière centralisée et décentralisée, de préférence de manière renouvelable. Et selon le type de réseau de chaleur, l'utilisateur final peut utiliser la chaleur directement pour le chauffage ou le sanitaire. Derrière cette apparente simplicité d'un réseau de chaleur se cache beaucoup d'ingéniosité technique et surtout d'innovation pour rendre les réseaux de chaleur encore plus efficaces, polyvalents et modulaires. Les spécialistes Hartwin Leen, ingénieur de procédés-directeur chez Kelvin Solutions, et Patrick Berré, chef de division Énergies & Eau chez Denys, nous guident à travers les développements récents en matière de réseaux de chaleur.

Plus efficace, génération après génération

Les réseaux de chaleur que nous développons et construisons aujourd'hui dans notre pays sont des réseaux de quatrième ou cinquième génération. Les premiers réseaux de chaleur du 19e siècle étaient conçus pour le transport de la vapeur. « L'efficacité n'était pas importante à l'époque », souligne Hartwin Leen. Il en va de même pour la deuxième génération de réseaux de chaleur, pour le transport de l'eau chaude. « Cette prise de conscience a eu lieu au moment de la crise pétrolière des années 1970. Depuis lors, les réseaux de chaleur sont beaucoup plus efficaces grâce à un ensemble de mesures d'isolation. La plupart des réseaux de chaleur dans notre pays sont aujourd'hui de cette troisième génération. Ils transportent de l'eau à une température d'environ 90 °C et la production de cette eau chaude se fait à l'aide d'un système de cogénération ou à partir de la chaleur résiduelle, et non plus à l'aide de charbon ou de mazout. Poussée par les défis climatiques et énergétiques de ce siècle, une quatrième génération de réseaux de chaleur a vu le jour ces dernières années. Ils fonctionnent à basse température, généralement entre 60 et 40 °C, produite à partir de la chaleur résiduelle de l'industrie ou d'énergies renouvelables. La nouveauté de cette génération est la possibilité d'utiliser plusieurs sources simultanément grâce à un contrôle intelligent et même de transporter du froid », explique Hartwin Leen.

À la recherche d'un réseau de chaleur optimal en termes de coûts

Depuis peu, nous assistons à une évolution vers la cinquième génération, où il n'y a plus de réseau de chaleur, mais un réseau d'énergie ou un réseau de sources. Hartwin Leen s'exprime à ce sujet : « Dans un tel réseau d'énergie, plusieurs sources primaires sont reliées entre elles pour fournir l'énergie de base. Cette énergie est transportée jusqu'à l'utilisateur final via le réseau de canalisations, où elle est améliorée de manière décentralisée jusqu'à la température requise. L'avantage est qu'il n'est plus nécessaire de disposer d'un réseau de canalisations fortement isolé. En revanche, le diamètre des canalisations augmentera et chaque utilisateur devra avoir sa propre pompe à chaleur. Les économies d'échelle sont donc plus limitées. La situation pratique réelle montrera quel type de réseau de chaleur est le plus approprié : un réseau de quatrième génération, un réseau de cinquième génération ou une combinaison des deux. »

Un réseau de chaleur peut être construit n'importe où. La question clé est toutefois de savoir si cela est économiquement rentable. « Un réseau de chaleur n'a de sens que si l'on peut transporter l'énergie de manière optimale en termes de coûts, c'est-à-dire sur une distance aussi courte que possible. En effet, un réseau de chaleur nécessite un investissement important dans le réseau de distribution et les pompes. Le gestionnaire le récupère en fournissant de la chaleur à l'utilisateur final. Chaque mètre de réseau de canalisations représente un investissement. Par conséquent, le ratio de chaleur par mètre courant est l'indicateur qui permet de déterminer si l'investissement dans un réseau de chaleur est judicieux. C'est généralement le cas dans les centres-villes, dans les zones industrielles où il y a un grand producteur de chaleur, mais parfois aussi dans les zones rurales où la densité de chaleur est élevée », explique Hartwin Leen.

Une nouvelle forme de canalisation utilitaire légale

Une autre caractéristique d'un réseau de chaleur est qu'il s'agit d'un circuit fermé. « Le réseau de chaleur apporte l'eau chaude à l'utilisateur final et ramène l'eau froide à la source. Tout comme le circuit de chauffage de nos habitations », précise Patrick Berré. « Cela signifie que nous plaçons deux tuyaux en acier dans la tranchée. Le diamètre des tuyaux dépend de la quantité d'énergie à transporter. Nous isolons ensuite les tuyaux. Enfin, nous protégeons l'ensemble avec une gaine plastique en PE. Cette protection est nécessaire pour éviter que les eaux souterraines ou les infiltrations d'eau de pluie ne compromettent la valeur d'isolation ou ne provoquent de la corrosion. Lorsqu'il est correctement installé, un tel réseau de canalisations a une durée de vie d'environ 50 ans. Lors de l'installation, nous respectons les mêmes normes en matière de soudage que pour les canalisations. Pour l'isolation, il faut garantir le Δt entre la source et l'adresse de livraison. Cela nécessite une étude pour déterminer la bonne épaisseur d'isolation. »

Le placement du réseau de canalisations sur le domaine public ne peut pas se faire n'importe comment. « Un permis est nécessaire pour cela. Cet aspect évolue encore pour les réseaux de chaleur », souligne Hartwin Leen. « L'installation du nouveau type de canalisation d'utilité publique est radicale. Il faut de l'espace pour souder les canalisations à côté de la fosse de construction, il faut de l'espace souterrain pour les coudes de dilatation, etc. Cela a un impact et entraîne des droits et des obligations pour le gestionnaire du réseau de chaleur. Une certaine innovation juridique est nécessaire pour que tout cela rentre dans l'ordre. Par ailleurs, le réseau de canalisations devrait également être inclus dans le CICI/portail KLIP, comme n'importe quel autre système d'utilité publique. »

L'installation des canalisations est un processus linéaire : creuser une tranchée, poser un tube d'acier, isoler, appliquer une gaine en PE et fermer la tranchée. « Dans les zones rurales, cela pose peu de problèmes, mais dans les centres-villes, ce n'est pas évident. On ne peut pas ouvrir toute la ville indéfiniment dans le temps. Il faut donc faire preuve de créativité et déployer des équipes polyvalentes », ajoute Patrick Berré.

Du pain sur la planche

Le réseau de chaleur est une nouveauté non seulement pour les gestionnaires de l'espace public, mais aussi pour les entrepreneurs. En effet, outre les spécialistes pour les travaux de canalisation, d'autres parties sont impliquées dans la mise en œuvre du concept. Pensez à la production et au stockage de la chaleur, ainsi qu'à l'acheminement de l'énergie vers l'utilisateur final. Selon Hartwin Leen, il y a encore beaucoup à faire. « Nous n'avons plus l'habitude d'installer des systèmes de chauffage collectif au niveau des bâtiments. Pendant des années, nous avons acheminé une canalisation de gaz jusqu'à chaque appartement pour y faire fonctionner des chaudières individuelles. Un réseau de chaleur nécessite une approche différente. Les canalisations doivent être placées dans des gaines, il ne doit pas y avoir de ponts thermiques, l'isolation correcte des canalisations dans les gaines s'avère également un point délicat. Bref, les spécialistes du CVC qui veulent s'aventurer dans le domaine des réseaux de chaleur devront se perfectionner dans ce domaine. Il y a aussi l'aspect des systèmes énergétiques intelligents. Ceux-ci nécessitent automatisation, contrôle, régulation, etc. pour exploiter au mieux le potentiel des différentes sources d'énergie renouvelable. Nous devons encore développer cette technologie et cette intelligence aujourd'hui », déclare Hartwin Leen.

Pour l'équipe de Patrick Berré, le passage d'un pipeline classique, une spécialisation de Denys, a été une étape relativement modeste. « Nous disposions du personnel et de l'équipement nécessaires. Nous devions surtout nous concentrer sur la nouvelle donne qu'est l'isolation des canalisations. C'était une option viable. À ce jour, nous avons environ 7 projets de réseaux de chaleur qui fonctionnent en continu chez nous et dans nos pays voisins. »