[Focus Green Solutions #3] Tour d'horizon des enjeux des énergies renouvelables pour nos villes et nos bâtiments

Le contexte politique international, avec le conflit en Ukraine, a révélé la fragilité de certains pays concernant leur approvisionnement en énergie, relançant par la même occasion le débat sur l'autonomie énergétique des États. Les solutions sont complexes, mais une chose est claire : moins onéreuses et mieux maîtrisées, les énergies renouvelables ont une carte à jouer pour diminuer notre dépendance aux énergies fossiles. Cet article panorama vous présente quelques-uns des enjeux clés de la transition énergétique du secteur de la construction durable, illustrés d'études de cas proposées par des porteurs de projets. 

Intégrer des énergies renouvelables pour anticiper la règlementation environnementale 

La nouvelle règlementation environnementale pose des exigences contraignantes en termes de consommations énergétiques des bâtiments. Cette réglementation ayant vocation à graduellement monter en puissance, elle pousse entreprises et particuliers à anticiper afin de ne pas voir leur usage de leur bien affecté. Dans cette optique, les énergies renouvelables sont un levier efficace. 

Pour anticiper au mieux, certains porteurs de projets dépassent ces ambitions en concevant des bâtiments à énergie positive (ou passifs) – qui produisent plus d’énergie qu’ils n’en consomment. Dans ce cas, l’intégration d’une ou plusieurs énergies renouvelables est nécessaire. Par exemple, l’Eco-Rénovation du siège de KTR France expérimente avec divers types d'énergies renouvelables. Le bâtiment est équipé d'un procédé qui permet de stocker l'énergie thermique solaire dans la roche à 150 m de profondeur via une batterie de 4 sondes. Il est également producteur d'énergie électrique grâce à une centrale photovoltaïque dont une partie est en autoconsommation. Les panneaux photovoltaïques (PV) en autoconsommation assurent en priorité le fonctionnement du process thermique (alimentation des pompes), alimentent une batterie de stockage (plus de coupure de courant et d'onduleur) et les prises de chargement des véhicules électriques. Les résultats sont clairs : une production de 42 MWh pour une consommation de 26 MWh. L'ensemble est équipé d'un monitoring qui confirme que, tout usage, le bâtiment reste positif.

Derrière ces bâtiments passifs, on retrouve aussi la problématique de l’autoconsommation qui pose d’autre avantages tels que la résilience face aux aléas climatiques dans certaines zones. Le projet "Maldyves : logements à énergie positive en Guadeloupe" permet d'illustrer ce point. Ces logements collectifs en Guadeloupe, zone sismique et cyclonique, offrent une nouvelle manière de vivre. C'est le premier immeuble collectif autonome non raccordé de France, grâce à l'installation d'une centrale photovoltaïque et de batteries qui peuvent fournir de l'électricité pendant une catastrophe naturelle, alors que préventivement EDF coupe l'électricité ou que des chutes d'arbres sur les lignes peuvent affecter le réseau. Les énergies renouvelables deviennent alors synonyme de résilience. 

Ces dernières années, on a même vu fleurir des bâtiments publics à énergie positive, réelle avancée en vue des difficultés accrues de déploiement des moyens nécessaires à l’installation de systèmes énergétiques renouvelables et de prédictions des consommations réelles. L’Ecocampus Provence en est l'exemple, un Centre de Formation et d'Apprentissage Energies Nouvelles et Renouvelables qui met directement en pratique les enseignements délivrés sur son site. Néanmoins, en éneergie réelle le bâtiment n'est pas exactement passif, les consommations électriques dépassant les prévisions. En effet, comment imposer des consommations énergétiques aux occupants, qui changent de jour en jour et d'année en année ? Pour cela, le passif ne devrait pas forcément devenir une panacée : le but est de créer et de rénover des bâtiments de manière à minimiser les consommations énergétiques, tout en prenant en compte le contexte du bâtiment, son histoire, sa localisation, son climat (…). 

Eco-Rénovation siège de KTR France - crédits photo : Marc Campesi

Projets illustrant ce paragraphe :

• Eco-Rénovation du siège de KTR France
• Maldyves : logements à énergie positive en Guadeloupe
• ECOCAMPUS Provence

Ressources supplémentaires :

• Bâtiments démonstrateurs à basse consommation d’énergie : Enseignements opérationnels du programme PREBAT
• [Replay] Analyse du cycle de vie et énergies renouvelables
• Des tuiles transparentes génératrices d’énergie

Mixer les énergies renouvelables pour maximiser les performances

La diversité des sources d'énergies renouvelables disponibles en France offre de plus en plus d'opportunités d'en inclure plusieurs dans un même projet. Cela permet d'exploiter leur complémentarité pour pallier les manques éventuels, mais également de mettre en place des unités de production plus importantes qui minimisent ainsi les coûts de maintenance. 

Ce cas de figure se retrouve notamment au travers de projets de bâtiments tertiaires, qui sont généralement plus énergivores. Le Siège de la Fédération du Bâtiment Drôme-Ardèche, par exemple, met à profit une installation conséquente de panneaux photovoltaïques associée à une pompe à chaleur géothermique sur nappe. Avec une production d'énergies renouvelables couvrant 103% des besoins du bâtiment, les objectifs de la rénovation ont bien été atteints. De plus, dès la fin du chantier, les usagers ont été sensibilisés à la sobriété dans le fonctionnement quotidien du bâtiment et celui-ci a fait l'objet d'un suivi énergétique pour mise au point et optimisation des équipements : deux ans après sa livraison, la mesure confirmait que le bâtiment était bien à énergie positive sur tous les usages. Pour le Collège De Gaulle-Anthonioz : Bâtiment durable méditerranéen niveau Or, l’énergie solaire a été utilisée pour les besoins importants de production d’eau chaude sanitaire des cuisines. Dans une démarche de favorisation de matériaux locaux, une chaudière/poële bois est utilisée pour couvrir une partie des besoins de chauffage. Autre exemple, BORD'HA, un immeuble mixte bureaux logements en mode participatif, est raccordé sur le réseau de chaleur 100% énergie renouvelable de la ville et comprend également des panneaux photovoltaïque intégrés à la façade et raccordés en auto-consommation collective.

Solution efficace dans les contextes où certaines sources d'énergies renouvelables ne peuvent être exploitées dû à des facteurs géographiques ou d'espace, le projet Botanica - La Chapelle sur Erdre associe chaudières gaz à condensation avec récupération d'énergie fatale et 60m² de panneaux solaires. Cela a permis de réduire la consommation d'énergie primaire à 27kWhep/m².an et de diminuer les charges pour les locataires. 

Au-delà du bâtiment, la mutualisation des énergies renouvelables est un levier de plus en plus exploité à l'échelle des quartiers. A ce niveau, place aux innovations et aux expérimentations. La ZAC Paul Bourget, dans le 13ème arrondissement parisien, a été désignée comme zone d'expérimentation au niveau énergétique par un partenariat entre la Ville de Paris, GRDF et la SEMAPA. Depuis 2019, deux solutions énergétiques différentes ont déjà été mises en service afin de les comparer à une troisième plus classique : le solaire thermique, les pompes à chaleur aérothermiques et les pompes à chaleur géothermiques. Les premières estimations de GRDF évaluent que la consommation énergétique sera 30 à 50% inférieure aux exigences réglementaires de la RT2012 pour les lots déjà livrés. L’objectif étant en 2024 d'obtenir huit solutions installées dans différents lots de la ZAC pour effectuer des points de comparaison.

Botanica - La Chapelle sur Erdre : chaudières numériques - crédits photo : Aiguillon Construction ; GRDF

Projets illustrant ce paragraphe :

• Le Siège de la Fédération du Bâtiment Drôme-Ardèche
• Collège De Gaulle-Anthonioz : Bâtiment durable méditerranéen niveau Or
• BORD'HA
• Botanica - La Chapelle sur Erdre
• ZAC Paul Bourget

Ressources supplémentaires :

• Energies renouvelables et bâtiment neuf : vers l'hybridation et la diversité.
• [Dossier énergies renouvelables] #19 - Les solutions hybrides thermiques- électriques : la bonne combinaison en termes d’énergie pour les bâtiments ?
• Bois-énergie : un levier contre la précarité énergétique ?

Collectivités et énergies renouvelables : redonner du pouvoir au territoire

Alors que les énergies renouvelables sont souvent louées pour leurs résultats en termes de performances énergétiques, elles sont également un levier crucial pour concevoir des territoires plus autonomes et plus résilients. En effet, le levier énergétique est un moyen d'instaurer l'indépendance des territoires pour un meilleur bilan carbone. Sur le plan économique, la production d'énergie locale constitue une source solide d'emploi local, et permet d'économiser, par exemple pour chauffer les bâtiments publics, et donc d'utiliser leur budget pour d'autres dépenses. Dans cette partie, nous allons explorer quelques exemples de collectivités qui ont pris les devants, avec l'aide d'acteurs privés, et ont mis à profit leurs espaces publics pour produire des énergies renouvelables. 

Dans ce sens, Saint-Etienne a entrepris depuis quelques temps une démarche de transition énergétique en investissant massivement dans l'énergie solaire. La ville a notamment installé des panneaux solaires sur les toits de 150 bâtiments. Ces 20 hectares de panneaux solaires vont alors permettre à Saint-Etienne Métropole de produire 33 gigawatts.heure par an d'électricité, soit la consommation électrique (hors chauffage) de 12 000 logements. Plusieurs bâtiments sont ainsi alimentés en électricité : le stade Geoffroy-Guichard, le Musée d’art moderne, l’Opéra ou encore des bâtiments scolaires et sportifs (...) ; mais également les tramways traversant la ville ! A l'échelle d'un quartier, Bouyygues Immobilier a accompagné la municipalité de Bordeaux pour concevoir Ginko, le premier écoquartier en France chauffé à 80 % par des énergies locales et renouvelables. Pour cela, le système de climatisation est une boucle d’eau tempérée alimentée par une chaufferie biomasse mutualisée avec le chauffage du quartier.

De même, collectivités locales et entreprises peuvent s'allier pour mettre en place des infrastructures d'énergies renouvelables. En région lyonnaise, la Station BioGNV des Monts du Lyonnais nous offre un exemple de gouvernance atypique. En effet, ce projet associe un groupement d’agriculteurs gérants (Méthamoly) à un équipementier spécialisé dans le traitement et valorisation du biogaz (société Prodéval). Ensemble, ils administrent le site au travers de la SAS Biogaz des Monts. Par conséquent, la station BioGNV est un projet emblématique de décentralisation et de production d’énergie en cycle ultra court ; car les pompes à carburant sont situées à quelques dizaines de mètres des méthaniseurs. De telles infrastructures d'énergies renouvelables ont ainsi un intérêt en termes de résilience des territoires : si une source d'énergie est touchée au niveau national, alors la collectivité peut quand même subvenir à une partie de ses besoins. 

Enfin, les collectivités peuvent investir dans des projets d'énergies renouvelables car elles ont les moyens de développer une offre publique, notamment pour certains secteurs dans lesquels les acteurs privés ou les particuliers peuvent plus difficilement se mobiliser. Par exemple, la métropole de Lyon s’est associée au groupement de Demeter (un fonds d'investissement) et d'IZIVIA (la filiale d'EDF spécialisée dans la mobilité électrique) pour co-construire avec les 59 communes du territoire, le réseau de bornes de recharge pour véhicules électriques IZIVIA Grand Lyon alimenté à 100% par de l'électricité verte. Ce réseau de bornes de recharge permet à tous de charger sa voiture électrique : plus besoin d'avoir un parking privé pour profiter d'une mobilité silencieuse et non émettrice de C02. 

Réseau de bornes de recharge pour une mobilité électrique 100% verte - crédits photo : IZIVIA - Eric Soudan

Projets illustrant ce paragraphe :

• Solarisation de la métropole de Saint-Etienne
• Ginko
• Station BioGNV des Monts du Lyonnais
• Réseau de bornes de recharge pour une mobilité électrique 100% verte

Ressources supplémentaires :

• [Webinar – Compte-rendu] Méthanisation : quand le tri à la source des biodéchets produit une énergie verte locale
• Seedia : l'énergie solaire pour des villes plus intelligentes et plus vertes
• [Dossier énergies renouvelables] #37 - L’autoconsommation collective, des premières opérations de partage de l’énergie à l’échelle du quartier
• Autoconsommation collective et communautés d’énergie : Projet d’ordonnance en consultation publique du 12 janvier au 02 février 2021
• [Podcast] « Le chantier de la ville durable » #2 : le chantier de la route à énergie positive

Réseaux urbain d'énergies renouvelables et solutions circulaires

Une solution technologique particulièrement efficace et holistique consiste à mettre en place des réseaux urbains d'énergies renouvelables. Ces réseaux, basés sur l'économie circulaire, permettent de déployer l'autoconsommation à une échelle plus importante, pour un impact conséquent. Ces systèmes centralisés permettent de valoriser des énergies renouvelables et de récupération peu utilisées.

Le réseau de Chauffage Urbain de Grenoble-Alpes Métropole produit et distribue de la chaleur et de l’eau chaude sanitaire à des bâtiments publics comme privés, à partir d’un système collectif, au sein de 7 villes de la Métropole. Il permet de mobiliser d’importants gisements d’énergies renouvelables difficiles d’accès ou d’exploitation, notamment en ville (bois, biocombustibles, ordures ménagères, farines animales, chaleur de récupération...). Ainsi, les différentes sources d'énergies renouvelables et de récupération permettent à la métropole de proposer un mix énergétique toujours plus vert, tout en couvrant tous les besoins, même en hiver. Autre exemple, Le double Smart Grid de Nanterre Coeur Université valorise 5 sources d'énergies renouvelables locales et déploie une intelligence artificielle afin d'optimiser au maximum les consommations énergétiques des bâtiments. La géothermie, les panneaux photovoltaïques, les cogénérations biomasse, la récupération de chaleur sur les eaux usées et l'aérothermie. permettent ainsi d'atteindre 100% d'autoconsommation d'électricité pour 27 ans de garantie de résultats.

Ces réseaux de chaleur se développent de plus en plus en France, dans les grandes villes comme dans des plus petites communes. Certains projets vont maintenant plus loin, et expérimentent des solutions qui permettraient d'impulser encore plus le déploiement des réseaux. C'est le cas du Réseau de chaleur autonome dans le quartier du Boulevard Suchet dans le 16ème arrondissement parisien. Quatre immeubles d'habitation et une crèche sont désormais chauffés grâce à une installation sur-mesure du réseau de chaleur de la ville : une boucle d'eau chaude indépendante, alimentée en énergie 50% renouvelable produite localement. Pour faciliter le fonctionnement, l'entreprise livre une fois par semaine des granulés de bois qui sont utilisés comme combustible, via un conduit soufflant depuis le boulevard Suchet jusque dans l'ancien local à fioul du bâtiment. 
 

Le Chauffage Urbain de Grenoble-Alpes Métropole - crédits photo : David RICHALET ; Mathieu BERENGER

Projets illustrant ce paragraphe :

• Le réseau de Chauffage Urbain de Grenoble-Alpes Métropole
• Le double Smart Grid de Nanterre Coeur Université
• Réseau de chaleur autonome dans le quartier du Boulevard Suchet

Ressources supplémentaires :

• [Dossier énergies renouvelables] #40 - Le circuit-court de l’énergie au service des territoires
• Le projet D2GRIDS

En bref

Ces exemples variés nous montrent bien que les énergies renouvelables sont synonymes de résilience à plusieurs échelles et constituent ainsi un levier politique stratégique. Leurs formes et leurs sources se multiplient et montent en ambition, ouvrant une voie d'espoir pour des territoires plus durables et autonomes. Pourtant, un bilan énergétique publié par le ministère de la Transition écologique (source) a indiqué que la consommation d'énergie des bâtiments résidentiels et tertiaires et France a augmenté de 9,7% l'année dernière. Même dans l'optique où cette hausse est constituée entièrement d'énergies renouvelables, cette trajectoire est très éloignée de celle préconisée par les scientifiques pour lutter contre la crise climatique. En effet, sur le sujet de l’énergie se pose une autre question, qui n’a pas été évoquée dans cet article qui a pour vocation de montrer des solutions pratiques en termes d’énergies renouvelables pour la ville et le bâtiment, mais qui est tout aussi cruciale : la sobriété énergétique. Car le moyen le plus direct de réduire l’impact environnemental de l’énergie n’est pas de consommer mieux, mais de consommer moins. Nos contributeurs en parlent mieux, suivez ce lien pour consulter tous les articles liés à la sobriété. 

Article rédigé par Mariette Guermonprez - Construction21, La rédaction

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