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Une utilisation de l’eau de lac au potentiel immense
Utiliser les énergies renouvelables locales
Il y a beaucoup d’énergie stockée dans les lacs suisses. Energie 360° l’utilise pour chauffer et refroidir des résidences et des quartiers dans les villes et les communes de manière respectueuse de l’environnement. Les économies de CO2 sont considérables.
La source d’énergie du futur: l’utilisation thermique de l’eau de lac
Les lacs suisses recèlent un immense potentiel pour la production d’une énergie respectueuse du climat. Pour une fois, on ne parle pas ici des lacs de barrage qui ont été construits loin des grandes villes, dans les régions alpines, spécialement pour la production d’électricité. Non, les fournisseurs d’énergie du futur sont les lacs du Plateau et des Alpes, sur les rives desquels se trouvent de nombreuses grandes villes suisses. Ils constituent un réservoir inépuisable pour l’approvisionnement de dizaines de milliers de ménages et d’entreprises en énergie pour le chauffage et le refroidissement grâce à des pompes à chaleur. Le tout de manière propre, renouvelable et pratiquement inépuisable.
Première au lac de Wohlen
Le maire de la commune de Hinterkappelen, près de Berne, est fier: l’eau du lac de Wohlen est utilisée pour produire de l’énergie pour le chauffage. Pour la première fois, nous avons documenté l’utilisation de l’eau du lac, de la source au consommateur.
Comment obtenir de l’énergie à partir de l’eau de lac
Et voici comment fonctionne cette façon prometteuse d’utiliser l’eau des lacs: l’eau est pompée du lac vers la rive à une profondeur de 20 à 40 mètres. Via un échangeur de chaleur, l’énergie thermique de cette eau, dont la température est comprise entre 4 et 10 degrés à cette profondeur, est transférée à un réfrigérant dans un circuit séparé. Après son passage dans le circuit, l’eau est rejetée dans le lac, propre et intacte.
Bon à savoir: le réfrigérant circule dans un circuit fermé. Il n’entre jamais en contact avec l’eau du lac ou l’eau de chauffage et l’eau chaude sanitaire.
Le réfrigérant chauffé dans l’échangeur de chaleur s’évapore et augmente sa température en passant dans un compresseur, de la même manière que l’air se réchauffe lorsqu’il est comprimé dans une pompe à vélo.
Dans un autre échangeur de chaleur, le réfrigérant transfère à son tour l’énergie thermique à l’eau de chauffage et à l’eau chaude sanitaire. Cette eau est chauffée à la température désirée puis distribuée aux ménages raccordés. Le même principe est utilisé – mais en sens inverse – pour le refroidissement.
Un réseau énergétique de ménages privés et de propriétés commerciales est connecté à un tel circuit. Energie 360° développe et met en œuvre plusieurs grands projets de ce type, par exemple à Meilen, Wohlen bei Bern, Tolochenazet Zurich Tiefenbrunnen. Le dernier en date est créé à Thalwil. Le début de la construction est prévu pour le printemps 2021. Le réseau énergétique fournira à une centaine de propriétés 13 millions de kilowattheures de chauffage et 500 000 kilowattheures de refroidissement. Les habitants de Thalwil économiseront ainsi 2800 tonnes d’émissions de CO2 par an.
Perçage avec injection d’eau: technique pour entrer les conduites dans le sol
Des tuyaux de plusieurs mètres de long, du liquide et des têtes de fraisage sont nécessaires pour faire entrer les conduites d’eau dans le sol. Dans le cas d’un perçage avec injection d’eau, un embout appelé «trépan» permet de dégager le passage. Ce premier perçage transversal de plus petit diamètre marque le tracé de la future conduite principale. Ensuite, les ouvriers de la construction élargissent le mince tunnel à l’aide d’un alésoir et y font passer les tuyaux. C’est ainsi qu’apparaît la future conduite.
Un mélange d’eau et de bentonite, une substance fixante, chasse la matière restée dans le tunnel après le perçage vers l’entrée et stabilise en même temps la cavité. Car le tunnel ne doit pas s’effondrer.
Les travaux sont un peu plus compliqués si l’extrémité d’une conduite se trouve sous l’eau. Les experts et expertes en plongée soutiennent les ouvriers de la construction sur les chantiers en mer.
Faits et chiffres sur l’énergie de l’eau de lac
Combien de lacs y a-t-il en Suisse?
La Suisse compte 79 lacs d’une superficie de plus de 0,5 km² et 6668 petits lacs d’une superficie comprise entre 500 et 500 000 m².
Combien d’eau contiennent les dix plus grands lacs naturels?
221,3 kilomètres cubes
Combien d’énergie pourrait-on en tirer?
Un à deux gigawatts, soit l’énergie de chauffage et de refroidissement pour deux millions de personnes.
Combien y a-t-il de captages d’eau thermiques au bord du lac de Zurich?
A Meilen, Horgen, Rapperswil et dans la ville de Zurich, une cinquantaine de réseaux de chauffage basés sur la chaleur de l’eau du lac sont actuellement en service ou en projet.
Combien de ménages peuvent être raccordés à un captage d’eau de lac thermique?
Les grands projets prévoient d’approvisionner jusqu’à 6800 foyers.
Voici l’impact de l’utilisation thermique de l’eau de lac sur l’environnement
Quels sont les avantages de l'utilisation thermique de l’eau de lac et comment cela affecte-t-il l’équilibre écologique des lacs suisses?
Alfred Wüest, physicien aquatique à l’Institut de recherche sur l’eau du domaine des EPF (Eawag), connaît les réponses.
Quel est le potentiel d’utilisation de l’eau de lac via des échangeurs de chaleur en Suisse?
J’estime que dans les villes suisses situées sur les plus grands lacs, un à deux millions de personnes pourraient chauffer ou refroidir leur maison grâce à la chaleur ou au froid d’un lac. Si la technologie était introduite à l’échelle nationale dans les communes adaptées, nous pourrions théoriquement extraire jusqu’à deux gigawatts d’énergie des lacs. Cela correspondrait à la production de deux centrales nucléaires.
Vous dites que cette puissance pourrait théoriquement être générée. Quels sont les facteurs contraignants?
D’une part, la distance jusqu’au lac et la densité de population. Pour amener la chaleur dans les maisons, il faut poser des tuyaux. Plus les propriétés sont éloignées du lac et plus elles sont parsemées, plus les conduites seront longues. D’autre part, l’altitude des clients joue également un rôle lorsque les lotissements d’une ville sont construits sur une pente. Certes, des pompes peuvent être utilisées pour gravir les pentes. Mais cela accroît bien sûr la complexité de l’installation et influence sa rentabilité.
Cette forme de production d’énergie de chauffage et de refroidissement n’est-elle pas extrêmement coûteuse?
Il va sans dire que la pose d'un réseau de canalisations dans des zones densément peuplées coûte cher. Une planification à long terme et la sécurité financière des préinvestissements coûteux sont donc indispensables. Cependant, l’exploitation économique d’un grand projet est tout à fait réaliste si le plus grand nombre possible de foyers sont connectés dans sa zone d’approvisionnement. L’idéal serait donc de raccorder des zones résidentielles entières lors de leur construction. Il est donc logique de préparer cette forme d’utilisation de l’eau de lac en termes d’aménagement du territoire.
Comment l’extraction de la chaleur de l’eau affecte-t-elle l’écologie dans les lacs?
Tout est une question de proportion. Il faut veiller à ce que l’extraction de la chaleur se fasse dans des limites raisonnables. Mais même si la réalisation de grands projets devait entraîner une réduction de la température des lacs d’un demi-degré, cela serait sans danger pour l’environnement. En raison du réchauffement climatique, la température de surface de nos lacs a augmenté d’environ deux degrés au cours des 40 dernières années. L’extraction de la chaleur pourrait donc même contribuer à freiner cette évolution.
Et à l’inverse, qu’en est-il de l’utilisation de l'eau de lac pour le refroidissement?
De manière générale, l’extraction de la chaleur du lac est effectivement moins problématique que l’apport de chaleur. Le refroidissement avec l’eau de lac mérite donc certainement une plus grande attention. Nous préconisons de renvoyer l’eau dans le lac dans ce que l’on appelle la thermocline, à une profondeur de 15 à 40 mètres. Dans cette zone, les températures naturelles de l’eau fluctuent continuellement et parfois même très fortement en peu de temps. Les poissons et autres créatures sont donc habitués aux fluctuations de température. Nos exemples de calculs montrent également que le réchauffement des lacs en raison de l’apport de chaleur à long terme n’est pas illimité. En hiver, ils diffusent cette chaleur et remettent ainsi le compteur à zéro.
Préservation de la flore et la faune
Martin Schmid, du département Eaux de surface de l’Eawag, explique dans quelle mesure les réseaux énergétiques utilisant les eaux lacustres peuvent influencer la flore et la faune d’un plan d’eau ou d’une région.
Les réseaux énergétiques utilisant les eaux lacustres ont-ils une influence sur les organismes vivants dans et autour du lac?
À peine. Les animaux et les plantes sont habitués aux fluctuations de température. Les eaux ne sont généralement refroidies que d’un dixième de degré lorsqu’elles sont utilisées pour le chauffage; un refroidissement aussi léger ne pose donc aucun problème aux organismes vivants. C’est plus délicat, lorsque l’on a besoin de l’eau pour le refroidissement. Cette eau réinjectée dans le lac ou la rivière est plus chaude, alors que ce lac ou cette rivière est déjà globalement réchauffé(e) en raison du réchauffement climatique. En la matière, il existe donc des directives juridiques claires: par exemple, on ne peut plus libérer de chaleur dans les cours d’eau s’ils affichent une température supérieure à 25 degrés.
L’eau est aspirée à une profondeur pouvant atteindre 40 mètres. Comment s’assure-t-on qu’aucun poisson n’entre dans les tuyaux?
Le dispositif d’aspiration est conçu de manière à ce que les poissons ne puissent pas pénétrer dans les tuyaux. En outre, l’eau n’est pas aspirée trop rapidement de sorte qu’il n’y ait pas ou peu de courant.
Quels sont les autres aspects à prendre en compte lors de la planification d’une installation en vue de protéger les êtres vivants?
Dans les lacs, il est important que les couches de densité et les flux de nutriments ne soient pas trop fortement impactés. Cela pourrait se produire si, par exemple, l’eau est prélevée dans la zone profonde d’un lac et réinjectée à la surface après son utilisation. L’injection d’eau profonde riche en nutriments à la surface pourrait alors entraîner une prolifération indésirable d’algues. La construction des conduites pour l’extraction et la réinjection de l’eau est par ailleurs une intrusion au niveau local dans le plan d’eau. Dans ce cas, il faut veiller à ce que les sites qui représentent une valeur écologique tels que les zones protégées, les roselières ou les frayères de poissons ne soient pas endommagées.