La règlementation thermique et les réseaux de chaleur

L’énergie et les outils de l’urbanisme

Le but est de généraliser la sobriété et participer à l’amélioration des performances énergétiques dans des projets de faible ampleur. Afin de toucher le maximum de projets possible, il est important que les outils de l’urbanisme proposent des directives énergétiques.
Les outils d’urbanisme sont des outils de planification des aménagements. Ils permettent de réaliser un état des lieux du territoire au moment de leur rédaction et d’établir des perspectives d’évolution du territoire, grâce aux directives et contraintes qu’ils imposent.
Ces outils sont intéressants, car ils s’appliquent à l’échelle d’un territoire variable, pouvant aller de l’échelle régionale à l’échelle d’un quartier. Cette échelle variable est possible grâce à la hiérarchie de ces différents outils . En effet, ces outils encadrent des projets de développement avec des enjeux à une échelle donnée et s’articulent afin d’assurer une complémentarité entre eux. Le document donnant les premières lignes directrices des aménagements est le SCoT.
Très peu de ces outils de planification sont centrés sur l’énergie. Cependant, trois outils permettent d’attirer l’attention sur le domaine de l’énergie : le Plan Climat-Air-Energie, le Plan local d’urbanisme et le Schéma directeur de l’énergie.

Plan Climat-Air-Énergie Territorial

Le Plan Climat-Air-Énergie Territorial (PCAET) est un document à la fois stratégique et opérationnel pour les projets territoriaux de développement durable. Il est l’adaptation locale des accords sur le climat adoptés au niveau international. Son contenu contient un volet « énergie » très important, mais son application concerne également les émissions de gaz à effet de serre (GES) non énergétiques, ainsi que le traitement de la qualité de l’air. La mise en place du PCAET est à la charge des EPCI de plus de 20 000 habitants, pour une durée de six ans.
L’intérêt du PCAET est de concerter, à l’échelle d’une intercommunalité, tous les acteurs impliqués ou mobilisés dans des projets de développement durable. L’adoption de la LTECV a renforcé le rôle des intercommunalités dans l’engagement vers la transition écologique grâce à ses axes d’actions, tels que :
– La réduction des émissions de GES
– L’adaptation au changement climatique
– La sobriété énergétique
– La qualité de l’air
– Le développement des énergies renouvelables
Les enjeux principaux de ses actions concernent la diminution des émissions de GES et la décarbonisation de la consommation énergétique. Pour respecter ses ambitions, chacun des axes d’action doit respecter les objectifs suivant :

Plan Local d’Urbanisme

Le plan local d’urbanisme (PLU) est un document d’urbanisme à l’échelle communale.
Sa mise en place est obligatoire et est réalisée par les collectivités. Il porte le nom de PLUI, pour intercommunalité, lorsqu’il est édité par un groupement de communes ou un EPCI. Le PLU comprend : un rapport de présentation, un projet d’aménagement et de développement durable (PADD), des orientations d’aménagement et de programmation (OAP), un règlement graphique, et un règlement écrit définissant les règles directrices de l’urbanisme s’articulant autour de trois thèmes:
– Destination des constructions, usages des sols et nature d’activités
– Caractéristique urbaine, architecturale, environnementale et paysagère
– Equipements et réseaux
Le PLU fixe des règles de droit de sol afin de permettre un développement équilibré du territoire. Ces règles s’adressent à tous les usagers du territoire, particuliers comme entreprises.
L’objectif est de structurer et harmoniser les projets d’aménagement par l’imposition d’un cadre règlementaire. Cependant, le domaine de l’énergie est peu présent dans le PLU. La notion énergétique peut être abordée dans la partie « Caractéristique urbaine, architecturale, environnementale et paysagère », grâce aux indications de traitement environnemental et paysager des espaces non bâtis et des abords des constructions. La présence d’un PCAET oblige le PLU à étudier la question de l’énergie. Cette articulation entre documents de planification permet de convenir plus efficacement d’une politique énergétique et de la définir techniquement dans l’urbanisme. Comme par exemple : en favorisant la mixité fonctionnelle et la possibilité d’installation de panneaux solaires ou en intégrant aux PADD des préconisations favorables aux énergies renouvelables et aux réseaux de chaleur. Mais les collectivités n’ayant pas l’obligation de s’y conformer au domaine de l’énergie intègrent rarement ces notions dans leur PLU. Dans le but de combler le manque de directives à ce sujet, divers acteurs de l’urbanisme, de l’aménagement et de l’énergie se sont interrogés sur des axes à développer dans la rédaction des PLU. Ces nouveaux axes donneraient les grandes lignes sur l’orientation énergétique du territoire et proposeraient une cartographie des réseaux et des sources d’énergie positive locale permettant de mettre en évidence des zones d’installation ou d’extension prioritaires.

Schéma Directeur des Énergies

Le schéma directeur des énergies (SDE) est un document ayant pour vocation l’optimisation de la planification, de l’urbanisme et du mix énergétique du territoire. Cet outil a pour but de favoriser la coopération et la mobilisation des acteurs liés aux enjeux de la transition énergétique. Le SDE n’est pas un document obligatoire, sa création est libre et propre à chaque intercommunalité.
Cependant, depuis 2015 il a été observé une augmentation et une diversité des acteurs porteurs de ce schéma directeur. Les collectivités favorisent la mise en place de ce schéma, car son élaboration permet la mise en œuvre d’une stratégie énergétique locale et opérationnelle.
L’absence d’obligation règlementaire permet son adaptation à toute échelle du territoire.
L’engouement des collectivités pour le SDE peut s’expliquer par l’adoption de la Loi relative à la Transition Énergétique pour la Croissance Verte (LTECV), favorable à son élaboration.
Le schéma directeur des énergies ne possède actuellement aucune ligne directrice à son élaboration. Afin de pallier ce manque et d’encourager l’utilisation de ce schéma, l’ADEME et GRDF ont créé en janvier 2020 un guide pour guider les communes lors de l’écriture de leur SDE. Ce guide définit les étapes et les questionnements à chaque phase du SDE (préfiguration, diagnostic, stratégie et mise en œuvre). Il oriente les acteurs et aide à la mise en place de scénarios et d’outils afin de mesurer les impacts et les potentialités du territoire.
Le déploiement de ce schéma doit être incité auprès des collectivités. Sa présence participe à l’élaboration d’une vision globale des sources énergétiques présentes sur le territoire.
Il permet également de décider d’une stratégie d’utilisation et d’évolution des énergies et des réseaux. De plus, la mise en place d’un cadre directeur est un avantage dans la mesure où la rédaction d’un cadre officiel pour ce schéma participe à structurer les démarches, donne une valorisation au SDE et permet une meilleure communication sur ce schéma.

L’approbation de la population

Les projets publics demandent l’interaction de divers acteurs du territoire : les élus, représentants des collectivités, les partenaires institutionnels, les acteurs économiques, les associations et les habitants. Ces derniers sont un soutien sous-estimé pour la transition énergétique. Sans la participation, l’implication et l’échange avec la population, les collectivités ne pourraient pas mettre en œuvre certains projets. La population joue un rôle majeur dans la transition énergétique en exécutant les bons gestes et en participant aux projets vertueux.

Concertation des habitants

Les collectivités peuvent entreprendre des projets vertueux, mais elles doivent effectuer des concertations permettant d’associer les acteurs du territoire, les experts et les citoyens à échanger le plus en amont possible sur le projet. La participation des habitants dans ces concertations impacte indirectement la viabilité de l’opération. En effet, la concertation de la population pour les énergies vertes et la sobriété énergétique doit être mise en œuvre le plus en amont possible, en réalisant des animations et des séances de sensibilisation afin de favoriser la mobilisation des citoyens dans le projet.
La première phase importante de la communication entre la collectivité et ses citoyens est d’échanger sur les interrogations et inquiétudes des futurs potentiels usagers. Cet échange permet aux particuliers, généralement non-spécialistes dans le domaine énergétique, de connaître et d’appréhender les réseaux non conventionnels actuellement (réseaux de chaleur, boucles énergétiques). L’échange permet également d’envisager les questions financières, d’échanger sur les aides possibles ou la manière dont sont facturées les énergies renouvelables ou de récupération.
Une seconde phase de communication essentielle entre les utilisateurs et la collectivité est d’instruire les bons gestes de consommation aux usagers. Cette phase est importante afin d’optimiser la source exploitée totalement avantageuse. La collectivité doit être présente et accompagner sa population à adopter les réflexes moins énergivores afin de les aider à réduire leur consommation.
Certes, la population n’a pas de pouvoir décisionnel sur la finalité du projet, mais son adhésion est un atout majeur dans le cadre des aménagements énergétiquement vertueux.

Les coopératives citoyennes

L’initiative de projets vertueux peut parfois être initiée des citoyens. Afin de faire aboutir la réalisation d’un projet de chauffage urbain, les citoyens se regroupent dans des coopératives, généralement appelées « coopérative citoyenne » ou « association participative ».
Une coopérative citoyenne a pour but de créer des projets privés mutuels dans l’intérêt de les rendre économiquement et financièrement viables. Dans le domaine énergétique, ces coopérations ont souvent le but de créer des unités de production d’énergie indépendante et écologique. Les participants de ces coopératives peuvent être des particuliers, des entreprises ou même la collectivité. Leur spécificité est leur proximité géographique avec la localisation des installations.
Les coopératives permettent à l’initiative citoyenne de s’investir et de contribuer à la transition énergétique d’un territoire. L’investissement financier et personnel des participants permet une implication qui interagit directement sur leur mode d’utilisation. De manière générale, ils sont plus vigilants et adoptent plus facilement les gestes réduisant la consommation.
Ces projets privés, ayant pour vocation d’améliorer l’impact écologique et énergétique, peuvent rentrer en synergie vertueuse avec des projets politiques émanant des collectivités locales. Pour illustrer cette possibilité de collaboration fructueuse, la collectivité Le Mené peut être prise en exemple. Elle est l’une des premières collectivités bretonnes à avoir mis en place un parc éolien citoyen. Cette communauté de communes à la particularité d’accueillir le plus grand abattoir de France : l’abattoir Kermené à Saint-Jacut-du-Mené. La motivation de la population à l’initiative de ce projet éolien a été décrite comme une envie « de ne pas laisser le territoire mourir » et « de proposer des projets innovants pour attirer et sortir du lot ». Cette motivation citoyenne a permis la création du parc éolien à Saint-Gouëno. Depuis, d’autres parcs participatifs ont été réalisés sur l’ensemble de la collectivité. La rencontre de ces initiatives citoyennes et des volontés politiques locales a largement dynamisé la production énergétique locale. Aujourd’hui, la collectivité propose des projets ambitieux dans le but de rendre son territoire le plus autonome et vertueux possible. Par exemple, la collectivité dispose à ce jour de quatre réseaux de chaleur, de plateforme de stockage et séchage collectif, de panneaux photovoltaïques sur certains de ses bâtiments publics et d’une usine de méthanisation.
Selon les chiffres de l’ADEME, en 2015 la France comptait 165 projets participatifs favorisant le déploiement des énergies renouvelables sur le territoire. L’initiative de ces projets provenait du secteur privé à 12% et du secteur public à 78%. Le nombre de projets publics souligne l’intérêt des collectivités à être soutenues et aidées par ses acteurs locaux. Aujourd’hui, le mouvement citoyen national « Énergie partagée » soutient 277 projets participatifs pour le déploiement des énergies. La répartition de ces projets est visible sur la figure 6.

Conclusion de l’état des lieux

La France intègre la nécessité de changer ses habitudes au niveau de la production et de la distribution de l’énergie, ne serait-ce que dans l’optique de répondre aux exigences européennes dans le déploiement du développement durable et de l’utilisation des sources locales d’énergie. Elle peut s’inspirer des procédures et des innovations techniques des pays européens « nordiques » leaders dans ce domaine. Par exemple, 80% des habitations au Danemark sont raccordées à des énergies renouvelables depuis les années 1980-1990. Le Danemark s’est doté d’un système de taxation favorisant le déploiement des sources d’énergie renouvelable et interdisant l’usage de chauffage électrique pour les habitations individuelles.
Afin de nous aider à comprendre les diverses approches vertueuses, notre réflexion s’est largement appuyée sur l’ouvrage de l’OGE (2020), Comment concilier urbanisme et performance énergétique, dont l’objet est de partager la « culture de l’énergie » de manière pédagogique et d’en démontrer son importance dans les politiques locales. L’ouvrage invite les concepteurs à être attentifs à la thématique de la sobriété énergétique en amont de la réalisation des opérations d’aménagement. Il présente les différentes règlementations et certifications de ce domaine. À partir de l’analyse de la prise en compte de la problématique énergétique dans des opérations de différentes tailles, il propose une approche méthodologique de la conception des opérations d’aménagement, quelle que soit leur typologie ou leur ampleur.
L’ensemble de ces informations nous incite à bien prendre en compte la communication et le partage des informations entre les divers acteurs d’une opération d’aménagement. La réussite de nos voisins européens dans le domaine des performances énergétiques, l’évolution des règlementations thermiques, particulièrement la loi relative à la transition énergétique (LTECV), nous encourage à prendre plus régulièrement en compte des solutions alternatives dans la production et la distribution énergétiques, notamment vis-à-vis du chauffage et de l’électricité. La réussite de ces projets est possible en s’interrogeant en amont du projet sur les sources d’alimentation et les solutions alternatives possibles.
Notre réflexion a pour but de rechercher des solutions permettant la mutualisation et la généralisation des aménagements nécessités par la sobriété énergétique. Ce cadre rejoint nos deux axes de recherche : le réseau de chaleur et la boucle énergétique.

Les réseaux de chaleur

Pour rappel, un réseau de chaleur est un système centralisé produisant de l’énergie calorifique, eau chaude ou vapeur, permettant de distribuer à plusieurs usagers de la chaleur afin de répondre aux besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire. Ce réseau est fréquemment appelé « chauffage urbain », en raison de son fort développement dans les centres urbains.
Ces réalisations sont un point de rencontre entre le souhait de la politique locale et l’urbanisation du territoire. En effet, leur mise en place dépend de l’orientation politique de la collectivité, notamment vis-à-vis de l’augmentation de l’utilisation « des énergies vertes ». De plus, la présence de ces réseaux aura un impact direct sur la densité des constructions et sur l’architecture des villes. Leur déploiement est un outil puissant pour généraliser l’utilisation des énergies renouvelables et répondre aux objectifs fixés par la législation, notamment ceux de la Loi relative à Transition Énergétique pour la Croissance Verte (LTECV).
Afin de comprendre comment la présence d’un tel système influence les performances énergétiques et participe à la mutualisation du transport de chaleur, il est essentiel de comprendre son fonctionnement et les outils administratifs facilitant sa mise en place.

Les énergies renouvelables et de récupération

Le critère favorisant la mise en place d’un réseau de chaleur est son utilisation préférentielle des énergies renouvelables et de récupération. Lorsque le taux d’énergie renouvelable ou de récupération atteint plus de 50%, le réseau est considéré comme « vertueux ». Contrairement aux idées reçues, l’utilisation exclusive des énergies positives n’est pas forcément la solution la plus viable économiquement et écologiquement. Le mix énergétique du réseau peut provenir de diverses sources comme l’illustre l’exemple de la figure 9. Dans cet exemple, le réseau fonctionne grâce à diverses sources de chaleur. Il est alimenté à 89,3% par différentes énergies renouvelables et à 10.7% par le système d’appoint, généralement, alimenté par une source d’énergie fossile.

Solaire

Ce système fonctionne en utilisation des panneaux solaires thermiques captant la chaleur du soleil pour préchauffer l’eau chaude. L’eau est récoltée a une température comprise entre 50 et 250°C et alimente le système de chauffe-eau sanitaire ou de chauffage. Il existe également des panneaux solaires hybrides remplissant les fonctions de production d’électricité et de chaleur.
L’avantage des systèmes solaires est qu’ils font appel à une ressource pérenne, gratuite, et sans nuisance. Les panneaux peuvent être positionnés sur des bâtiments ou dans des parcs solaires. Ils n’ont pas besoin d’être directement placés sur la chaufferie pour l’alimenter. Cette possibilité réduit les problèmes d’orientation des bâtiments.
Cependant, l’installation de ces panneaux est onéreuse. De plus, la production de chaleur résultant de ce système soumet le réseau à un régime de température. Le principal inconvénient de ce système est sa production optimum en période estivale alors que les besoins sont principalement hivernaux. Ce décalage oblige à trouver un moyen de stockage saisonnier.

La biomasse

La biomasse regroupe l’ensemble des matières organiques, animales ou végétales. Il existe trois types de biomasses pouvant être utilisées comme source d’énergie : le bois, la biomasse agricole et les déchets organiques. La fabrication de la chaleur est réalisée par la combustion de biomasse dans la chaufferie.
Ce système est le plus utilisé pour alimenter les réseaux de chaleur. En 2017, 503 réseaux utilisaient de la biomasse dans leur mix énergétique. Cette ressource est qualifiée de « Ressource locale et abondante sur le territoire national, renouvelable, avec un bilan GES favorable » avec un tarif stable et compétitif selon l’ADEME . Sa mise en place crée et pérennise des emplois locaux.
Malgré ses avantages locaux, la filière d’approvisionnement demande à être structurée et organisée sur le long terme. La chaufferie biomasse demande un système complémentaire afin de garantir un soutien lors de problèmes techniques ou d’approvisionnement. Ce système d’appoint est généralement alimenté par des énergies fossiles. Un autre inconvénient de ce système est lié au dimensionnement physique de la chaudière. En effet, la structure doit être dimensionnée afin de pouvoir contenir une chaufferie, un silo de stockage et parfois un silo de séchage. En complément de ces structures, un moyen de stockage peut être prévu dans la structure d’une chaufferie biomasse afin de pouvoir gérer les pics de consommation et ainsi améliorer le rendement. Ces éléments supplémentaires demandent une surface foncière et une possibilité d’accès pour les véhicules de maintenance et d’approvisionnement.

Le biométhane

Le biométhane est un gaz naturel 100% renouvelable, il est également appelé biogaz.
Sa fabrication provient des déchets organiques des industries agroalimentaires, de l’agriculture, des restaurants ou des boues de stations d’épuration. Ces sources organiques sont ensuite déposées dans un méthaniseur , dans le but de produire du biogaz à partir de la fermentation de la matière organique.
L’avantage de cette ressource est qu’elle possède les mêmes propriétés que le gaz naturel. Cette ressemblance facilite l’injection de biogaz dans les systèmes de transport de gaz classique. Un des autres avantages est sa valorisation des déchets organiques permettant la production d’une énergie renouvelable. L’usage du biogaz est avantageux, car l’utilisation desdéchets de la fermentation produit des engrais organiques pouvant remplacer les engrais chimiques. L’usage des engrais organiques participe à la préservation de la qualité des sols et des nappes phréatiques. La réalisation du biogaz est un atout pour l’économie circulaire.
Cependant, le lieu de méthanisation doit être alimenté et être inséré à proximité d’un système de distribution. En outre, il faut s’assurer de la pérennité de la ressource. Le biogaz doit subir des traitements adaptés selon la valorisation et l’utilisation souhaitées. Enfin, le coût financier peut être un obstacle à l’installation de ce système.

Table des matières
Remerciements
Liste des abréviations 
Glossaire 
Sommaire 
Introduction 
I Mise en contexte 
I.1 Compréhension du sujet
I.1.1 Notre secteur d’étude : les réseaux de chauffage
I.1.2 La terminologie de la problématique
I.2 Contexte français
I.2.1 Chronologie de la législation
I.2.2 L’énergie et les outils de l’urbanisme
I.2.2.1 Plan Climat-Air-Énergie Territorial
I.2.2.2 Plan Local d’Urbanisme
I.2.2.3 Schéma Directeur des Énergies
I.2.3 L’approbation de la population
I.2.3.1 Concertation des habitants
I.2.3.2 Les coopératives citoyennes
I.3 Conclusion de l’état des lieux
II Les réseaux de chaleur 
II.1 Partie opérationnelle
II.1.1 Principe général d’un réseau de chaleur
II.1.2 La chaleur
II.1.2.1 Les énergies renouvelables et de récupération
II.1.2.2 Les moyens de stockage
II.1.3 Viabilité d’un réseau
II.2 Les aides administratives
II.2.1 Outils législatifs
II.2.1.1 La règlementation thermique et les réseaux de chaleur
II.2.1.2 Les lois relatives aux réseaux de chaleur
II.2.2 Les aides
II.2.2.1 Fonds de chaleur
II.2.2.2 La TVA à taux réduit
II.2.2.3 Les aides des collectivités territoriales
II.2.2.4 Aides aux usagers
II.3 Étude des réseaux de chaleur dans des projets de faible ampleur
II.3.1 Analyse pondérée
II.3.2 Le mix énergétique d’un réseau de chaleur
II.3.3 Hypothèses de projet de faible ampleur
II.3.3.1 Mise en place d’un réseau de chaleur à proximité d’un réseau de gaz
II.3.3.2 Mise en place d’un réseau de chaleur à proximité d’une usine produisant de l’énergie de récupération
II.3.3.3 Mise en place d’un réseau de chaleur dont un des utilisateurs est un « gros consommateur »
II.3.3.4 Mise en place d’un réseau de chaleur dans un quartier résidentiel
II.3.4 Conclusion des scénarios
Conclusion
Bibliographie 
Table des annexes 
Liste des figures 
Liste des tableaux

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