Les pompes à chaleur à grande échelle et la transition thermique municipale : comment les villes décarbonisent leur approvisionnement en chaleur

Pourquoi les réseaux de chauffage urbain doivent-ils être transformés de toute urgence ?

Les réseaux de chauffage constituent l’épine dorsale de l’approvisionnement en chaleur urbain — pourtant, leur dépendance aux combustibles fossiles reste élevée. Le secteur du bâtiment représente environ 35 % de la consommation finale totale d’énergie en Allemagne, mais seulement 20 % de celle-ci est couverte par des sources d’énergie renouvelables. La loi de 2024 sur la planification du chauffage stipule qu’un plan de chauffage doit être élaboré au plus tard le 30 juin 2026 pour toutes les communes de plus de 100 000 habitants (au 1er janvier 2024). Les Länder peuvent ensuite déléguer cette obligation aux collectivités locales ou à d’autres organismes chargés de la planification par le biais d’une législation régionale, ce qui signifie concrètement que les villes et les communes doivent réaliser (ou faire réaliser) la planification du chauffage — un cadre réglementaire qui oblige désormais les services municipaux et les responsables de la planification énergétique à passer à l’action.

Les réseaux de chauffage urbain offrent des avantages décisifs par rapport à l’approvisionnement décentralisé :

• Équilibrer les excédents et la demande énergétiques locaux
• Intégration de sources de chaleur renouvelables à grande échelle
• Possibilité de stockage saisonnier de la chaleur
• Pas besoin pour les consommateurs d’exploiter leurs propres systèmes de chauffage
• Évolutivité pour les zones à forte densité de population

Selon une étude de l’Institut Fraunhofer pour l’économie de l’énergie et les technologies des systèmes énergétiques (IEE), la part de l’énergie finale fournie par les réseaux de chauffage urbain doit passer de 10 à 15 % à environ 35 % d’ici 2030 afin d’atteindre les objectifs climatiques. Les pompes à chaleur à grande échelle jouent un rôle central à cet égard.

Quelles sources de chaleur une pompe à chaleur à grande échelle peut-elle exploiter ?

Les pompes à chaleur à grande échelle exploitent un large éventail de sources de chaleur, dont beaucoup sont techniquement et économiquement inaccessibles aux systèmes individuels décentralisés. Comme l’explique le ministère fédéral de l’Économie et de l’Énergie, les pompes à chaleur à grande échelle peuvent transformer l’eau des rivières et des lacs, les eaux usées, la chaleur résiduelle industrielle, l’énergie géothermique et l’air ambiant en chaleur neutre sur le plan climatique.

Le tableau suivant évalue les sources de chaleur selon des critères pertinents pour la planification :

Le choix de la source de chaleur a un impact significatif sur le rendement du système, les coûts d’investissement et les formalités administratives liées à l’obtention d’un permis de construire. Les pompes à chaleur fluviales sont particulièrement rentables lorsque les infrastructures existantes peuvent être utilisées — comme l’a démontré le BMWE à l’aide de l’exemple de la pompe à chaleur fluviale sur le Rhin, dont la capacité est estimée à environ 3 500 foyers. Comme l’explique enercity, le montage en cascade de plusieurs grandes pompes à chaleur peut permettre d’obtenir des systèmes de l’ordre de deux à trois chiffres en mégawatts — un avantage d’échelle que les systèmes décentralisés n’offrent pas.

Point d’intérêt particulier pour les services publics municipaux et les collectivités locales : la chaleur résiduelle des centres de données devient une source de chaleur de plus en plus pertinente, y compris dans les bâtiments municipaux. Sa température se situe généralement entre 20 et 40 °C et convient parfaitement à une utilisation avec une pompe à chaleur à grande échelle raccordée à un réseau de chauffage urbain.

Combien coûte une pompe à chaleur à grande échelle — et quelles sont les aides financières disponibles ?

Les coûts d’investissement dépendent fortement de la puissance, de la source de chaleur et de l’intégration du système. Selon la configuration, les systèmes d’une puissance comprise entre 350 kW et 3 MW coûtent généralement entre plusieurs centaines de milliers et plusieurs millions d’euros. Comme l’explique l’Association allemande des pompes à chaleur (BWP), à partir d’environ 2 MW, toutes les pompes à chaleur à grande échelle sont fabriquées sur mesure — et les coûts varient donc considérablement.

Une analyse coûts-bénéfices individuelle est recommandée, car les prix de l’électricité, la source de chaleur et les heures de fonctionnement ont un impact significatif sur le délai de rentabilité. Toute personne souhaitant bénéficier de la subvention BEW pour les coûts d’exploitation doit s’assurer dès le début que la conception du système répond aux critères d’éligibilité — les ajustements ultérieurs prennent souvent beaucoup de temps.

Quand une pompe à chaleur à grande échelle est-elle le bon choix ?

La décision d’opter pour une pompe à chaleur à grande échelle peut être évaluée de manière systématique à l’aide de cinq paramètres :

Étape 1 — Besoins en chaleur : les besoins sont-ils inférieurs à 200 kW ? → Envisagez plutôt une pompe à chaleur décentralisée. À partir de 200 kW, une pompe à chaleur à grande échelle est généralement judicieuse.

Étape 2 — Réseau de chauffage urbain : un réseau de chauffage urbain est-il en place ou en cours de développement ? → Oui : passez à l’étape 3. Non : vérifiez si la planification du réseau est une condition préalable.

Étape 3 — Source de chaleur : une source de chaleur appropriée peut-elle être exploitée à une distance raisonnable ? → Oui : passez à l’étape 4. Non : envisagez une variante air-eau ou une solution hybride (évaluez la faisabilité technique et économique au cas par cas).

Étape 4 — Température de départ : la température de départ requise est-elle supérieure à 75 °C ? → Prévoyez une pompe à chaleur à haute température (par exemple, thermeco2 jusqu’à 90 °C).

Étape 5 — Financement : une demande de subvention BEW est-elle prévue ? → Adaptez la conception du système dès le début afin de garantir son éligibilité au financement.

Moins adapté si :

• il n’y a pas de réseau de chauffage urbain et aucune extension n’est prévue
• il n’existe aucune source de chaleur appropriée à proximité
• la demande de chaleur est nettement inférieure à 200 kW

Au sein d’un réseau de chauffage urbain, une pompe à chaleur à grande échelle peut fonctionner en mode monovalent ou multivalent dans le cadre d’une solution intégrée de cogénération. Selon Bosch, si elle est également raccordée au réseau électrique et exploitée pour soutenir ce dernier, cela contribue à rendre le réseau électrique plus flexible et plus stable – un aspect clé du couplage sectoriel.

Quel rôle les pompes à chaleur à grande échelle jouent-elles dans la décarbonisation des réseaux de chauffage ?

« À l’heure actuelle, les réseaux de chauffage sont principalement alimentés par des combustibles fossiles. “Environ 70 % de l’approvisionnement concerné provient encore du gaz naturel et du charbon”, explique Andreas Kuhn, responsable grands comptes pour le chauffage industriel et commercial chez ENGIE Refrigeration. “Les pompes à chaleur à grande échelle jouent un rôle central à cet égard.”

Lorsque les pompes à chaleur à grande échelle sont exploitées de manière compatible avec le réseau, elles gagnent en importance en tant qu’élément de flexibilité pour le secteur de l’électricité. Si les énergies renouvelables produisent temporairement plus d’électricité qu’il n’en est consommé, cet excédent d’électricité peut être injecté dans le réseau de chauffage urbain sous forme de chaleur via des pompes à chaleur à grande échelle – reliant ainsi spécifiquement les secteurs de l’électricité et du chauffage, conformément au principe du couplage sectoriel. L’Institut Fraunhofer pour les infrastructures énergétiques et les géotechnologies (IEG) et Agora Energiewende estiment qu’à l’avenir, jusqu’à 70 % de la chaleur des réseaux de chauffage urbain allemands pourrait provenir de pompes à chaleur à grande échelle. Cet avantage en termes de flexibilité peut être encore renforcé par l’intégration de systèmes de stockage de chaleur.

Exemples concrets : les pompes à chaleur à grande échelle dans des projets municipaux

Bordeaux, France : dans un nouveau lotissement résidentiel de 40 000 mètres carrés, une pompe à chaleur SPECTRUM Water d’une puissance thermique d’un mégawatt assure l’approvisionnement en chauffage. Le système utilise des sources de chaleur renouvelables dont la température est d’environ 12 °C.

Braunschweig, Allemagne : Dans le quartier « Heinrich der Löwe », qui compte 600 logements, BS Energy utilise une pompe à chaleur haute température thermeco2. Ce projet pilote financé par l’UE démontre l’utilisation efficace de la chaleur résiduelle dans un quartier urbain existant et fournit des températures de départ pouvant atteindre 90 °C — un niveau que les pompes à chaleur conventionnelles ne peuvent pas atteindre.

Ludwigsburg, Allemagne : La sous-préfecture de Ludwigsburg utilise une pompe à chaleur thermeco2 pour récupérer la chaleur de son centre de données interne. La chaleur résiduelle du centre de données est exploitée comme source de chaleur — un exemple d’utilisation économique de la chaleur industrielle résiduelle dans les bâtiments municipaux.

Solutions pour les réseaux de chauffage municipaux

Pour les villes et les collectivités locales souhaitant intégrer une pompe à chaleur à grande échelle dans leur réseau de chauffage, ENGIE Refrigeration propose deux gammes de produits.

SPECTRUM Water est disponible en douze modèles de base, avec une puissance thermique nominale allant de 350 à 3 100 kW. Le système offre des températures de sortie du fluide caloporteur pouvant atteindre 65 °C, une conception sans huile avec des turbocompresseurs à lévitation magnétique, ainsi qu’une interface « smart grid » en option pour un fonctionnement respectueux du réseau.

thermeco2 est la pompe à chaleur haute température conçue pour des températures de départ allant jusqu’à 90 °C, utilisant le fluide frigorigène naturel CO₂. Disponible dans des plages de puissance allant de 90 à 1 000 kW, elle est particulièrement adaptée aux réseaux existants nécessitant des températures élevées ainsi qu’aux projets de valorisation de la chaleur résiduelle dans les quartiers et les collectivités locales.

La transformation de l’approvisionnement en chauffage nécessite une planification minutieuse — de l’analyse des sources de chaleur et de la conception du système à la stratégie de financement. Nos experts accompagnent les villes, les collectivités locales et les fournisseurs d’énergie à chaque étape de ce processus.

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