Plateforme pour l’eau, le gaz et la chaleur
Article technique
27. janvier 2022

Chaleur à distance

Valorisation thermique de l’eau du lac de Bienne

Les travaux du réseau énergétique du lac de Bienne ont débuté le printemps dernier. D’ici cinq ans, l’objectif est d’approvisionner les quartiers situés à l’ouest de la gare de Bienne et de grandes parties de la ville de Nidau en chaleur et en froid renouvelables en provenance du lac. Le projet bénéficie du soutien financier du Programme pour réseaux de chaleur de la Fondation pour la protection du climat et la compensation de CO2 KliK. Le réseau de chaleur devrait devenir l’un des plus grands de Suisse à valoriser les eaux lacustres.
Michèle Vogelsanger 

Avec son potentiel d’utilisation d’environ 10'000 térajoules (TJ) pour le chauffage et environ 2300 TJ pour le refroidissement, le lac de Bienne constitue une source d’énergie importante pour Bienne [1]. La valorisation de nos eaux en temps que source de chaleur et de froid est intéressante du point de vue des objectifs de la politique énergétique, c’est-à-dire d’un approvisionnement en énergie durable.

Le potentiel des eaux lacustres en Suisse

Selon une étude de l’Eawag, le potentiel des lacs et des rivières suisses est considérable (fig. 1). Pouvoir associer même seulement la moitié de la demande estimée à un lac ou un cours d’eau situé à proximité équivaut déjà à environ 40% des besoins de refroidissement et de chauffage de la Suisse [2]. Les ressources de chaleur que recèlent les lacs et les rivières suisses dépassent largement la demande – à l’exception des zones à forte densité de population situées autour des lacs de Zurich et de Bienne. Les répercussions écologiques sur les eaux ont été étudiées pour le cas du lac de Constance. Les chercheurs estiment qu’un refroidissement de l’ordre de 0,5 degré Celsius ou un réchauffement de 0,2 degré Celsius ne devraient pas entraîner de conséquences négatives pour les écosystèmes [3].

Le lac de Bienne – source d’énergie
Arrière-plan

Dans le cadre de la Stratégie climatique de la Suisse et en tant que Cités de l’énergie depuis plus de dix ans, les Villes de Bienne et de Nidau ambitionnent de réduire à zéro les émissions nettes de gaz à effet de serre sur leur territoire d’ici 2050. Le Plan directeur intercommunal de l’énergie de l’agglomération biennoise sert d’instrument de planification et définit des mesures concrètes pour le passage aux énergies renouvelables. En 2015, un projet a été lancé pour valoriser les eaux du lac de Bienne en tant que source d’énergie régionale majeure afin d’approvisionner les villes de Bienne et de Nidau en chaleur et en froid durables; ce projet fait l’objet d’un développement continu. Une fois finalisé, le réseau énergétique du lac de Bienne appartiendra aux réseaux thermiques les plus importants de Suisse à utiliser des eaux lacustres en tant que source d’énergie (fig. 2).

Périmètre prévu

Le réseau approvisionnera en chaleur et en froid de grandes parties de la ville de Nidau ainsi que le secteur de Bienne situé à l’ouest de la gare (fig. 3). Selon la stratégie de propriétaire de la Ville de Bienne, Energie Service Biel/Bienne (ESB) doit assurer un approvisionnement en énergie économique et respectueux de l'environnement via le réseau thermique. Dans le cadre de ce projet, ESB a donc renforcé sa collaboration avec la Ville de Nidau. À l’automne 2020, la société Energieverbund Bielersee AG (EVB) a été constituée spécifiquement pour la réalisation et l’exploitation future du réseau thermique. EVB se compose actuellement de représentantes et de représentants d’Energie Service Biel/Bienne (propriété de la Ville de Bienne) et de la municipalité de Nidau. À l’avenir, il est envisagé d’intégrer par le biais de participations des partenaires du projet comme par exemple la Bourgeoisie de Nidau, avec laquelle les discussions sont déjà engagées.

Mise en place du réseau de chaleur

L’utilisation des eaux lacustres pour le prélèvement et le déversement de chaleur constitue une énergie renouvelable, qu’il s’agit d’encourager en vue d’un développement durable et dans le cadre des stratégies énergétiques fédérale et cantonale (canton de Berne). Le projet du réseau énergétique du lac de Bienne est la première valorisation d’eaux lacustres de cette envergure dans le canton de Berne. Le projet s’inscrit dans les planifications globales et l’approvisionnement du territoire avec des énergies renouvelables constitue un intérêt général majeur. En novembre 2019, le Conseil exécutif a octroyé à ESB la concession d'utilisation des eaux publiques sollicitée [4].

Redimensionnement au profit de l’archéologie souterraine

Sur le site prévu de la station de pompage (rue du Dr Schneider à Nidau), il a cependant fallu tenir compte de strates culturelles archéologiques. Afin de les impacter le moins possible et d’économiser temps et argent, EVB a décidé de réduire les dimensions de la station de pompage (fig. 4). Cette décision a entraîné divers petits ajustements techniques concernant les prises d’eau de lac, entre autres le remplacement de l’ouvrage à écoulement libre initialement prévu pour le captage de l’eau du lac par des pompes. Comme les pompes atteindraient leur limite d’utilisation physique en raison de la longueur des conduites et de la profondeur d’aspiration, il fallait minimiser la perte de pression de la conduite d’eau lacustre. La conduite prévue de 800 mm de diamètre intérieur est donc remplacée par deux conduites de 500 mm de diamètre intérieur, et la prise d’eau à 30 m de profondeur est complétée par une deuxième prise d’eau à 20 m de profondeur. Les pompes sont équipées de variateurs de fréquence afin de pouvoir adapter en continu la puissance de pompage aux besoins. Sur la base des mesures de débit, les pompes sont plombées de telle manière que la quantité d’eau lacustre couverte par la concession accordée pour le chauffage et le refroidissement ne soit pas dépassée. Grâce aux vannes de réglage situées derrière les échangeurs thermiques, il est possible en cas de besoin d’ajuster la courbe de puissance de manière à ce que les pompes atteignent un point de fonctionnement optimal [6].

Lancement des travaux

EVB a lancé la construction du réseau thermique au printemps 2021. Les travaux actuellement en cours portent sur le réseau de conduites et les installations centrales. Les premières fournitures d’énergie sont prévues à partir de l’automne 2022. Les principaux consommateurs raccordés seront les bâtiments du Switzerland Innovation Park Biel/Bienne SIPBB et du futur Campus Biel/Bienne de la Haute école spécialisée bernoise BFH.
La transmission de l’énergie au circuit intermédiaire se fait au moyen de grands échangeurs de chaleur à plaques. Le froid est distribué aux utilisateurs finaux à partir du circuit intermédiaire. Pour obtenir de l’énergie de chauffage, le circuit intermédiaire passe dans la centrale thermique du bâtiment Alpha. Trois pompes à chaleur d’une puissance d’environ 1400 kW chacune y sont installées. Elles injectent dans le réseau de chauffage à distance d’une part directement la chaleur de l’eau du lac et d’autre part les rejets thermiques du réseau de froid. Afin d’assurer un brassage suffisant lors de la restitution de l’eau utilisée et de respecter les exigences écologiques, le déversement se fait directement dans le cours d’eau récepteur, la Thièle. Si l’on constate en aval du point de déversement un changement de température dans la Thièle de plus de 0,5 °C, le concessionnaire doit procéder en concertation avec l’Office cantonal des eaux et des déchets aux examens nécessaires afin de vérifier les répercussions sur l’hydroécologie [4].
Des chaudières modernes et efficientes sont utilisées dans la centrale thermique pour couvrir les charges de pointe lors de températures très basses et comme mesure de sécurité lors des procédures de maintenance. Grâce à ce concept, l’utilisation d’énergie primaire dans les zones alimentées par le réseau thermique devrait pouvoir être réduite de moitié. Les émissions de CO2 devraient baisser de 80% par rapport à leur niveau actuel, équivalant à une réduction annuelle d’environ 4800 t CO2 une fois que le réseau aura atteint son extension finale (tab. 1):

CHIFFRES CLÉ DU RÉSEAU DE CHAUFFAGE                                                                                                  
Volume d’eau autorisé Concession: 30'000 l/min (chauffage hivernal) resp. 8000 l/min (refroidissement estival) et réchauffement maximal de 6 Kelvin. La puissance thermique maximale prélevée ne doit pas dépasser 3360 kW [4].
Profondeur de captage 20 m et 30 m
Puissance thermique / frigorifique 12 MW / 2,5 MW
Réduction de CO2 annuelle 4856 t (80% par rapport au niveau actuel)
Degré de couverture des pompes à chaleur 80% des besoins annuels en chaleur
Couverture des charges de pointe et redondances Chaudières gaz/mazout
Longueur de réseau prévue 10'700 m
Nombre prévu de raccordements à Bienne et Nidau 185
Subsides de la Fondation KliK 100 francs par tonne de CO2

Tab. 1 Chiffres clé du réseau énergétique. Approvisionnement en froid à partir des eaux du lac: réfrigération supplémentaire en cas de température des eaux lacustres >14 °C; les rejets thermiques de la réfrigération sont utilisés pour le chauffage.

Financement et programme de soutien

Dans une étude de projet, les coûts prévisionnels du réseau de chaleur sont ventilés comme suit (voir tab. 2) et devraient s’élever au total à environ 47 millions de francs:

Poste Montant de l’investissement en francs
Captage de l’eau du lac 6'278'351
Station de pompage 3'196'077
Circuit intermédiaire et réseau de froid 2'290'685
Centrale thermique site Alpha 8'424'769
Réseau de chaleur y compris stations de transfert aux utilisateurs 20'245'590
Honoraires, frais annexes liés à la construction 6'415'141
Total 46'850'613

Tab. 2 Ventilation des coûts du réseau énergétique prévu. (Source: [1])

La société a été dotée de fonds propres de 13 millions de francs (ESB: 10 millions; Municipalité de Nidau: 3 millions). La société se procure le solde sur les marchés financiers sous forme de capitaux étrangers [1].

Pour le consommateur, le prix de la chaleur se compose de trois éléments, avec un prix échelonné suivant la puissance de raccordement (Tous les prix indiqués hors TVA; pro rata de la taxe sur le CO2 due sur la charge de pointe fossile inclue dans le prix de consommation de chaleur):

  • Contribution au raccordement à versement unique de 200–800 Fr./kW
  • Prix de base de la chaleur de 130–151.50 Fr./kW
  • Prix de consommation variable de 8.25 ct./kWh

ESB s’engage pour la promotion des énergies renouvelables. Dans le cadre du développement de projet, différentes possibilités de soutien ont été étudiées. Au final, le choix s’est porté sur une collaboration avec la Fondation pour la protection du climat et la compensation de CO2 KliK parce que la réduction des émissions de CO2 est un objectif prioritaire du projet et que les bâtiments alimentés sont majoritairement des bâtiments existants chauffés de manière fossile. Jusqu’à au moins 2030, les réductions de CO2 sont vendues à la Fondation KliK dans le cadre de son Programme pour réseaux de chaleur (voir encadré) au prix de 100 francs par tonne de CO2 évitée [7].
Actuellement, le Programme pour réseaux de chaleur de la Fondation KliK a environ 70 projets sous contrat, et environ 50 projets supplémentaires sont déjà inscrits. Le programme finance des réseaux de toutes tailles. Les projets les plus importants permettent de réductions d'émissions de plus de 10'000 t CO2 par année. La figure 5 offre un aperçu des projets sous contrat dans le Programme pour réseaux de chaleur.

 

Martin Kamber, Directeur marketing & vente ESB, Directeur EVB

«Le réseau énergétique du lac de Bienne est à ce jour le projet le plus important dans la transformation vers un approvisionnement en chaleur renouvelable dans la région de Bienne. Nous pouvons le mettre en œuvre entre autres grâce à la Fondation KliK.»

Bibliographie

[1] Gemeinde Nidau (2020): Sitzungsprotokoll des Stadtrates, Punkt 6. Energieverbund Bielersee AG – Beteiligung. file:///C:/Users/michele/Desktop/06%20Energieverbund%20Bielersee%20AG%20-%20Beteiligung.pdf
[2] Gaudard, A. et al. (2018): Utilisation thermique des eaux superficielles – Potentiel des lacs et rivières suisses. Aqua & Gas 6/2018: 74–81
[3] Gaudard, A. et al. (2017): Utilisation thermique des eaux superficielles – Aperçu des éventuels impacts physiques et écologiques. Aqua & Gas 3/2017: 44–49
[4] Gemeinde Nidau (2019): Regierungsratsbeschluss, Erteilung der Gebrauchswasserkonzession Nr. 18 – Gesamtentscheid inklusive Bau-, Ausnahme- und Nebenbewilligungen. BVE.11760
[5] Office fédéral de l’environnement OFEV (2021): Recommandation urgente pour prévenir la propagation des moules quagga envahissantes. Courrier à la Conférence des chefs des services de la protection de l’environnement (CCE), la Conférence des services de la faune, de la chasse et de la pêche de Suisse et de la Principauté du Liechtenstein (CSF) et l’Association des services de la navigation (vks)
[6] Hunziker, R. et al. (2020): Seewassernutzung. Technischer Bericht Projektänderungen, Emch+
Berger AG Bern, Niederlassung Biel. 200608_TB_Konzession_Projektänderungen_V5.0.pdf
[7] Müller, E.A.; Fumeaux, G. (2020): Förderbeiträge zeigen Wirkung auf die Fernwärmebranche, Aqua & Gas 1/2020: 14-19

 

La moule quagga est aussi présente dans le lac de Bienne

La moule quagga (Dreissena rostriformis bugensis) est une moule d’eau douce originaire de la région de la mer Noire dont la présence en Suisse a été constatée pour la première fois en 2015. Elle colonise aussi bien les lacs que les cours d’eau. Actuellement, sa présence est confirmée en Suisse dans le lac de Constance, le lac Léman, le lac de Neuchâtel et le lac de Bienne. Contrairement à la moule zébrée (Dreissena polymorpha), espèce tout aussi invasive, la moule quagga atteint également des eaux plus profondes, dans lesquelles se trouvent des conduites et des filtres nécessaires entre autres à l’approvisionnement en eau potable ou à l’exploitation thermique. Capable de se reproduire dans une eau à basse température (dès 5 °C) et même avec un apport en nutriments limité, elle peut donc proliférer tout au long de l’année et possiblement aussi dans des eaux situées en altitude. Des exemples à l’étranger indiquent qu’elle possède un potentiel de nuisance aux retombées écologiques et financières considérables [5].

 

La moule quagga, espèce invasive, prolifère jusque dans le lac de Bienne. L’ampleur de son développement n’est pas encore connue. (© L. Haltiner/Eawag)

Mesures de protection

Actuellement, ni l’ampleur ni la vitesse de propagation de l’atteinte du lac de Bienne ne sont connues. Il faut donc s’attendre à la présence de la moule quagga dans l’ensemble du circuit d’eau de lac, et des mesures de protection sont prévues. Étant donné l’emplacement dans le lac, l’utilisation de produits chimiques n’est pas une option. Il est donc prévu d’incorporer un système de raclage afin de procéder de manière mécanique à l’élimination des moules dans les sections des conduites d’acheminement et de déversement des eaux. La solution envisagée prévoit que tous les composants puissent être soit nettoyés avec le racleur soit démontés pour nettoyage (tubage interne) [6].

Nettoyage des conduites du lac

L’eau est aspirée par les pompes par l’une des prises d’eau. Dans la station de pompage, le racleur est poussé dans la conduite menant à la deuxième prise d’eau à l’aide du courant de 1 m/s avant de retourner à la première prise d’eau. Le faible diamètre du coude de conduite évite que le racleur n’atteigne la crépine. Le racleur est récupéré dans un réceptacle monté sur la crépine et régulièrement recouvré par bateau. Le processus est accompagné par un plongeur qui ouvre et ferme le rabat d’extrémité et répartit le cas échéant les moules sur le fond du lac. La crépine et le coude peuvent être démontés pour être nettoyés en atelier. Une fois démontés, on procède immédiatement au montage de la crépine de remplacement propre.

Nettoyage de la conduite de restitution

Cette conduite est également nettoyée par un racleur poussé par le courant induit par la pompe. Il est recueilli dans l’ouvrage de restitution des eaux. Pour un bon brassage avec les eaux de la Thièle (différentiel de température), l’ouvrage de restitution des eaux a été positionné à un emplacement disposant d’un courant important.

La Fondation KliK

Jusqu’en 2030 inclus, la Fondation KliK encourage les exploitants de réseaux de chaleur fonctionnant à base d’agents énergétiques issus de sources renouvelables avec 100 francs par tonne de CO2 réduite imputable. Il faut pour cela que la construction, l’extension ou la conversion du réseau de chaleur n’aient pas encore été lancées et que les agents énergétiques proviennent de l’une des sources suivantes:

  • Rejets thermiques des eaux (nappe phréatique, eau de lac ou de rivière, eau potable)
  • Rejets thermiques des eaux usées
  • Rejets thermiques industriels
  • Usines d’incinération des ordures ménagères (UIOM)
  • Biomasse
Procédure de demande simple avec dépôt en ligne
  • Examen de la demande: 2–3 semaines
  • Gratuit: validation et vérification
  • Subsides prévisionnels: à déterminer grâce au calculateur de subsides
Contact et informations

Gaelle Fumeaux, co-responsable Suisse: gaelle.fumeaux@klik.ch
www.reseauxdechaleur.klik.ch
www.reseauxdechaleur.klik.ch/calculateur-de-subsides

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