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Transition énergétique des territoires : de nouveaux cadres de réflexions et d’actions

Mis à jour le 01/06/2018

La mutualisation énergétique nécessaire au niveau des territoires doit passer par de nouvelles manières de penser les réseaux et de les optimiser grâce aux outils numériques.
 

L’engagement de la France dans la transition énergétique et écologique implique des changements de comportements de tous les acteurs, tant dans la façon de consommer l’énergie, de la produire, que dans les choix d’investissements et d’aménagement. Pour les éclairer, la recherche a fortement évolué ces dernières années, engageant une « transition cognitive ». Les derniers travaux initiés à l’ADEME en illustrent deux aspects majeurs : le besoin de penser et promouvoir des synergies et complémentarités entre réseaux, et la nécessité d’outils de simulation et d’optimisation du mix énergétique à l’échelle et pour les territoires.

Combiner les réseaux

Afin de valoriser les potentiels, la production de chaleur ou de froid peut être réfléchie en termes de réseau local, constituant un territoire fonctionnel entre des lieux de production et des lieux de consommation. Le projet CU 2014 vise le développement d’un prototype de micro réseau thermique à l’échelle de l’îlot. Le schéma énergétique utilisé tire profit d’une installation thermodynamique de production combinée de chaleur et de froid. L’énergie calorifique produite par récupération sur les eaux grises, les rejets de chaleur fatale de process techniques, de rafraîchissement d’ambiance…, est mutualisée à l’échelle d’un îlot de bâtiments existants, au moyen de réseaux de distribution se raccordant aux installations en place. Les stockages d’énergies (fatales et utiles) excédentaires apportent une flexibilité dans le décalage entre disponibilité des ressources et utilisation, permettant d’optimiser les dimensionnements.

Dans le même esprit, le projet PROGRES exploite la chaleur rejetée par la production de froid et les sources d’énergie renouvelable à faible température (solaire thermique, géothermie…). Confronté à des variations journalières et saisonnières tant dans les besoins que dans la production d’énergie, le système énergétique doit tenir compte de cette dynamique pour optimiser conception et gestion prédictive en mobilisant des systèmes thermodynamiques de conversion (PAC, cogénération…) et des systèmes de stockage. En phase de démarrage, cette recherche doit in fine utiliser l’outil sur une étude de cas d’éco quartier à faible consommation « Cité-serre ». Ce projet a été imaginé dans le cadre du projet ANR ATESTOC en cours de réalisation à Valenciennes. Il présente la possibilité de stockage d’énergie saisonnière par aquifère caloporteur et géothermie de nappe en profondeurs en sus d’une forte intégration d’énergie solaire.

Projet PROGRES - schéma de la méthodologie développée. Cliquer sur l'image pour l'agrandir
 

Une mobilité repensée à l’aune des services rendus aux réseaux

Dans la conception de systèmes énergétiques locaux, la question du stockage comme modalité d’équilibrage production/consommation apparaît centrale. Une des voies possibles est de mobiliser un autre usage énergétique : la mobilité électrique comme fonction nouvelle de stockage diffus d’énergie. Aujourd’hui la mobilité électrique se fait par des piles embarquées à recharger. Le projet FLOVESOL, dépassant des travaux de simulations virtuelles antérieures pour passer à une expérimentation réelle, étudie la faisabilité technico-économique et le bilan environnemental d’une flotte de véhicules électriques rechargés par des bâtiments producteurs d’énergie par panneaux solaires. Il exploite des données collectées sur le terrain : flotte d’entreprises, en autopartage, de propriétaires individuels. Faisabilité technique, bilan environnemental et avantages économiques à apporter aux collectivités sont étudiés en fonction de différents modèles d’affaires et d’organisation des acteurs. A son terme, il sera possible d’estimer les avantages procurés au réseau et de calculer, par rapport à une mobilité essence, le Total cost ownership (TCO) des équipements mobilisés, les émissions de CO2 évitées et les ressources utilisées.

Le projet CATIMINI part d’un double constat : le développement des infrastructures de charges de la mobilité électrique et hydrogène manque d’une feuille de route commune, alors que ces mobilités constituent des ruptures tant technologiques que sociétales imposant de changer les schémas de mobilités (habitude de conduite et d’approvisionnement). En caractérisant des « profils territoriaux », analysant les difficultés et forces spécifiques à plusieurs échelles (régionales, intercommunales, quartier), il cherche à éclairer la propension des territoires à accueillir ces innovations et à en qualifier les impacts en termes d’évolutions des mobilités locales.

Utiliser les modèles de simulation pour optimiser les réseaux

Développer et utiliser des outils de simulation pour orienter la planification énergétique, territoriale et/ou urbanistique est un enjeu majeur pour optimiser et mutualiser les énergies (réseaux de chaleur, unités collectives de biomasse, valorisation d’énergies fatales, systèmes intelligents de gestion des consommations, solutions de partage des ressources énergétiques…). Plusieurs projets accompagnés par l’ADEME visent à développer de tels outils, avec chacun leurs spécificités. Le projet OPTIMISME vise avant tout le pilotage et la gestion des flux énergétiques d’une zone d’activité dans son environnement territorial, afin d’identifier et d’optimiser les synergies possibles.

Projet MARITEE - cadastre solaire de l'agglomération du Grand Mulhouse. Cliquer sur l'image pour l'agrandir

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Le projet MARITEE cherche à optimiser l’exploitation des gisements énergétiques locaux pour l’aménagement du territoire et la programmation d’investissement. Cette recherche action s’applique directement à l’accompagnement de l’agglomération mulhousienne.

Projet SHAPE (production de renouvelables). Cliquer sur l'image pour l'agrandir
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Projet SHAPE - exemple de résultats de simulation (consommation des usages spécifiques d’électricité). Cliquer sur l'image pour l'agrandir
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Partant du constat que la transition écologique a généré des dynamiques d’innovations complémentaires sur des aspects méthodologiques, technologiques et réglementaires, le projet SHAPE regroupe des collectivités locales et territoriales engagées dans une démarche de transition énergétique et des acteurs académiques disposant d’outils de simulation d’équilibres énergétiques.

Il cherche à faire correspondre « offre et demande » pour produire un prototype d’outil d’aide à la décision prenant en compte les différents aspects des systèmes énergétiques (demande, ressource, flexibilité, réseaux), les modèles technico économiques détaillés afin d’appréhender les bénéfices économiques et environnementaux des options offertes aux collectivités.

Regardés de façon dynamique, ces projets de recherche témoignent d’un autre virage. Si les premiers développements se faisaient en laboratoire ou par simulation la mise en acte de la transition énergétique par les territoires et décideurs imposent de repartir de prototypes grandeur nature, de cas concrets, de données de terrains, d’intégration dans l’action pour renouveler les enseignements et en mesurer la robustesse. Ainsi, au-delà des problématiques, ce sont les modalités de recherche elles-mêmes qui se trouvent renouvelées.

Contact
Anne GRENIER