La boucle énergétique, une solution d’avenir

Afin d’assurer le chauffage et la climatisation des locaux, bon nombre de bâtiments existants ou de nouvelles constructions utilisent un système de distribution de chaleur et refroidissement à l’eau. Jusqu’à tout récemment, ces boucles d’eau ainsi que la production d’énergie (climatisation et chauffage) étaient individualisées à l’échelle d’un bâtiment. Aujourd’hui, elles s’étendent à plusieurs bâtiments. On parle alors de boucles énergétiques.L’urbanisme pousse à innover
Les changements dans l’urbanisme actuel, soit la densification urbaine croissante et la mixité des usages d’un même bâtiment, ont favorisé l’émergence de nouvelles idées concernant la résilience énergétique, du point de vue de la production et de la distribution.
En complément aux changements urbains, l’arrivée de technologies plus efficaces et l’utilisation d’énergies renouvelables ont favorisé l’émergence des réseaux de distribution d’énergie étendus à plusieurs bâtiments, appelés les boucles énergétiques.Qu’est-ce qu’une boucle énergétique?
Une boucle énergétique peut être observée :

à l’intérieur même d’un bâtiment afin de relier plusieurs sections de vocations diverses;
entre quelques bâtiments d’un même lot cadastral;
ou parfois être étendue à plusieurs bâtiments d’un quartier, qui s’alimentent entre eux via la boucle énergétique :
- Celui qui a besoin de chaleur va la prélever dans la boucle, la refroidissant;
- Celui qui a besoin de froid évacue sa chaleur dans la boucle, la réchauffant.

Ainsi, en hiver, on profitera par exemple de la chaleur dégagée par un bâtiment commercial, industriel ou d’un centre de données, pour chauffer un bâtiment multirésidentiel qui a besoin de cette chaleur. Le rejet de chaleur d’une zone devient l’intrant pour le voisin. La mixité des usages joue un rôle important dans la planification, qui devra être effectuée très tôt et de manière étroite avec tous les intervenants du projet.
Bien que plusieurs éléments techniques et économiques les distinguent, qu’on parle de boucle énergétique, de système énergétique de quartier (DES²) ou de réseau de chaleur urbain³, ces concepts s’appuient sur des bases communes : le recours à des systèmes efficaces, la récupération de chaleur, une diversité accrue des usages et des charges, et surtout, une planification minutieuse. Avantages de la boucle énergétique
Cette solution présente plusieurs avantages, et ce, pour plusieurs des parties prenantes impliquées dans ce type de projet⁴. Le tableau ci-dessous dresse la liste de ces avantages (liste non exhaustive) :

Intervenants dans le projet	Avantages
Promoteurs	Performance énergétique accrue du projet Perception plus positive du projet
Clients (résidents et commerces)	Simplicité de gestion et d’entretien Coûts énergétiques compétitifs
Institutions (gouvernement, municipalités)	Objectifs énergétiques et environnementaux atteints Meilleure planification du développement urbain
Constructeurs, exploitants et partenaires financiers	Émergence de nouveaux modèles d’affaires Meilleure répartition des risques financiers

Intérêt grandissant, marché en croissance
De plus en plus de projets considèrent avec intérêt cette solution. D’ailleurs, selon les données provenant de l’International district energy association, cette tendance est en constante évolution depuis plusieurs années.
Également, le Programme des Nations Unies pour l’environnement⁵ reconnaît l’importance des boucles et réseaux dans la transition vers l’énergie durable et en encourage le développement. Tout en étant en harmonie avec les stratégies environnementales et durables, ils profitent à l’ensemble des acteurs dans la création d’un projet. C’est un exemple d’économie verte et de résilience. Vision à long terme et concept évolutif
Évidemment, la conception de ce système est complexe, mais elle est faisable, surtout lorsqu’on sait sur quels éléments se concentrer.
En effet, la revue d’un grand nombre de projets permet rapidement d’observer qu’il existe une panoplie de stratégies et de solutions et qu’il n’y a pas de solution unique à adopter. Plusieurs facteurs externes favorisent différentes solutions, dont le contexte énergétique, législatif et réglementaire, régional, etc. D’un point de vue interne propre au projet, le groupe de partenaires de la boucle et la vitesse de construction viendront influer sur le modèle du projet.
Certains concepts semblent toutefois avoir des fondements communs :

Une vision à long terme : l’analyse et la prévision des besoins énergétiques doivent se faire sur une très longue période. Les paramètres énergétiques, démographiques, immobilières et autres doivent généralement se faire au-delà du cycle de vie du système. Il n’est pas rare que le plan de projet s’étende sur 40 à 50 ans et dépasse l’horizon de 2050.
La boucle énergétique doit être évolutive : elle doit pouvoir intégrer de nouvelles technologies performantes. En effet, le projet devra respecter un équilibre en maximisant les besoins énergétiques évolutifs et en bénéficiant de toute nouvelle technologie utilisant l’énergie renouvelable. On prendra ainsi le meilleur de chaque source énergétique, sur l’ensemble du cycle de vie du projet.

La boucle énergétique : un réseau centralisé évolutif, multisources et multiusages

Résilience, performance et combinaison énergétique : La robustesse et la résilience d’un système énergétique urbain reposeront sur des sources énergétiques diverses, intégrées et modulées tout au long de la vie du système énergétique. De plus, la génération de chaleur (ou de froid) à partir d’une chaufferie urbaine permet généralement l’implantation de technologies plus robustes et l’application de pratiques d’exploitation et d’entretien meilleures qu’il ne serait possible d’obtenir en investissant dans des systèmes, à plus petite échelle, de bâtiments individuels. La génération de chaleur décentralisée est généralement plus efficace et performante que celle d’équipements installés dans des bâtiments isolés, ce qui en réduit l’impact environnemental⁶.
Diversité et récupération de chaleur : une boucle permettra généralement de tirer le meilleur de chaque source d’énergie. À titre d’exemple, au Québec, il ne serait pas surprenant d’avoir une stratégie profitant de la robustesse et de la puissance de chauffage offerte par le gaz naturel, tout en utilisant aussi la performance des technologies de thermopompage. Si ces deux sources d’approvisionnement sont les bases du concept, on devrait tout de même s’attendre à ce que le plan d’opération vise l’intégration de sources renouvelables en temps venu, qui auront chacune leurs forces diverses (biomasse, solaire, récupération de chaleur de centres de données ou des eaux usées, etc.).

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Contrairement aux premiers réseaux de chaleur, les nouvelles générations comme les boucles énergétiques tirent parti d’un concept qui s’apparente à l’économie de partage : la récupération de chaleur et la diversité des charges. Leur conception est plus complexe que celle des réseaux de chaleur traditionnels. Les concepteurs doivent connaître leurs particularités pour les concevoir correctement.

Nathalie Bouchard, ing.
Conseillère DATECH, Technologies et efficacité énergétique chez Énergir
2. Système énergétique de quartier: traduction libre pour « District energy system » ou DES.
3. Nomenclature arbitraire pour les fins de l’article.
4. Répartition arbitraire des rôles : plusieurs modèles de division des rôles sont possibles en fonction du type, de la taille, du secteur de projet.
5. RÉSEAUX URBAINS DE CHALEUR ET DE FROID, Libérer le potentiel de l’efficacité énergétique et des énergies renouvelables, Programme des Nations Unies pour l’environnement, 2015
6. Source : 2015 ASHRAE Handbook – HVAC Applications, Chapter 12 District heating and cooling « Generating thermal energy from a central plan is normally more efficient than using in-building equipment (i.e. a decentralized approach) and thus reduces environmental impacts. The greater efficiencies arise because of larger, more efficient equipment and ability to stage that equipment […]”