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Source d’énergie du futur: l’utilisation thermique de l’eau des lacs
Les lacs suisses recèlent un immense potentiel pour la production d’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 permettant d’approvisionner des dizaines de milliers de ménages et d’entreprises avec l’énergie de l’eau des lacs pour le chauffage et le refroidissement au moyen de pompes à chaleur. Le tout de manière propre, renouvelable et pratiquement inépuisable.
Comment obtenir de l’énergie à partir de l’eau de lac
Voici comment fonctionne cette forme prometteuse de chauffage par l’eau des lacs: à une profondeur de 20 à 40 mètres, l’eau du lac est pompée en direction de la rive. 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. Une fois l’énergie extraite, l’eau est rejetée dans le lac, propre et intacte.
Il est important de savoir que le liquide de refroidissement 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, notamment à Meilen, Wohlen bei Bern, Tolochenaz, Zurich Tiefenbrunnen et Thalwil. Le réseau énergétique du centre de Thalwil fournit 13 millions de kilowattheures de chaleur et 500 000 kilowattheures de froid à une centaine d’immeubles. Les habitant·e·s de Thalwil économisent ainsi 2800 tonnes d’émissions de CO2 par an. (sites liés en allemand: Meilen,Tiefenbrunnen,Thalwil)
Forage dirigé: la technique pour entrer les conduites dans le sol
Des tuyaux de plusieurs mètres de long, du liquide en grande quantité et des têtes de fraisage sont nécessaires pour faire entrer les conduites d’eau dans le sol. Lors d’un forage dirigé, un embout appelé trépan permet de dégager le passage. Ce premier forage de petit diamètre marque le tracé de la future conduite principale. Ensuite, les personnes chargées 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 vers l’entrée la matière restée dans le tunnel après le forage 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. Des spécialistes de la plongée assistent les personnes chargées de la construction lors de missions dans le lac.
Faits et chiffres sur l’énergie de l’eau de lac
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.
221,3 kilomètres cubes
Tout autour du lac et de la ville de Zurich, une cinquantaine de réseaux de chaleur sont actuellement en service ou en projet, basés sur l'énergie de l'eau du lac.
Il est possible de produire de l'énergie de chauffage et de refroidissement pour un à deux millions de personnes. Le potentiel peut s'élever jusqu'à deux gigawatts, ce qui représente la puissance de deux centrales nucléaires.
Les grands projets envisagent d'alimenter jusqu'à 6800 foyers.
Entretien: l’impact de l’utilisation thermique de l’eau des lacs sur l’environnement
Quels sont les avantages de l’utilisation thermique de l’eau des lacs 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 au bord des 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 en théorie extraire jusqu’à deux gigawatts d’énergie des lacs. Cela correspondrait à la production de deux centrales nucléaires.
Vous dites que cette puissance pourrait être générée en théorie. Quels sont les facteurs limitants?
Il y a d’une part la distance jusqu’au lac et la densité de population. Pour amener la chaleur dans les maisons, il faut poser des conduites. Plus les bâtiments sont éloignés du lac et plus ils sont parsemés, plus les conduites seront longues. D’autre part, l’altitude de la clientèle 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 conduites 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 rentable d’un grand projet est tout à fait réaliste si un maximum de ménages sont raccordés 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 dans le cadre de l’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 en fait 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 comprise entre 15 et 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 les lacs ne se réchauffent pas indéfiniment en raison de l’apport de chaleur. En hiver, ils diffusent cette chaleur et remettent ainsi le compteur à zéro.
Entretien: protection de la flore et de la faune
Martin Schmid, du département Eaux de surface de l’Eawag, explique dans quelle mesure les réseaux énergétiques utilisant l’eau de lac peuvent influencer la flore et la faune d’un plan d’eau ou d’une région.
Les réseaux énergétiques utilisant l’eau de lac ont-ils une influence sur les organismes vivants dans et autour du lac?
Elle est très faible. 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 aucun problème aux organismes vivants. Les choses sont plus délicates lorsqu’on a besoin de l’eau pour le refroidissement. Cette eau réinjectée dans le lac ou la rivière est plus chaude et ces derniers sont déjà réchauffés en raison du changement climatique. Il existe donc des directives légales claires: il est par exemple interdit de diffuser de la chaleur dans les cours d’eau lorsque leur température dépasse 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 ne doit pas être aspirée trop rapidement, de sorte qu’il n’y ait pas ou peu de courant.
Lors de la planification d’une installation, quels sont les autres aspects à prendre en compte pour 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 dans le plan d’eau au niveau local. Il faut donc veiller à ce que les sites à forte valeur écologique tels que les zones protégées, les roselières ou les frayères de poissons ne soient pas endommagées.
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Vous souhaitez en savoir plus sur l’eau des lacs en tant que source d’énergie? Ou raccorder votre foyer à un réseau de chauffage? Prenez rendez-vous pour un entretien. Nous serons ravis de vous aider.021 213 05 90 <email-pii>
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