«Le thème de la récupération de la chaleur des sols avait été abordé dans le numéro 5/14 (page 12) du magazine energeia. Le professeur Lyesse Laloui présentait alors son programme de recherche. Cet article de l’EPFL présente l’évolution de cette technologie depuis celui paru dans energeia.»

Des chercheurs de l’EPFL sont parvenus à quantifier avec précision les échanges de chaleur dans un tunnel. En appliquant leurs calculs à la future ligne de métro M3 de Lausanne, ils ont estimé l’économie d’énergie que ferait la ville en équipant le tunnel d’un système géothermique. Il s’agirait d’une première mondiale.

Dans un tunnel abritant un train ou un métro, les échanges de chaleur sont nombreux. Lorsque le métro freine et accélère, par exemple, le tunnel connaît un pic de chaleur. Cet air chaud se mélange à l’air naturellement présent dans le tunnel et à la chaleur émanant du sol.

Le calcul de la chaleur provenant de l’air était jusqu’ici effectué de manière imprécise par les ingénieurs. Les chercheurs du Laboratoire de mécaniques des sols (LMS) de l’EPFL viennent de corriger ceci dans une étude parue dans la revue Applied Thermal Engineering. Les ingénieurs sont en effet parvenus à donner une estimation précise de ce coefficient-clé, appelé le coefficient de convection thermique.

Cette découverte ouvre la voie à l’exploitation d’un tunnel géothermique au bénéfice des bâtiments situés en surface. Les chercheurs ont d’ailleurs testé leurs calculs sur le cas du tunnel du futur métro lausannois, le M3, amené à relier la gare centrale au nord de la ville (quartier de la Blécherette).

Alimentation de 1500 appartements
«Nos recherches montrent qu’en utilisant 50 à 60% du tracé planifié, 60’000 m2 du tunnel pourraient être activés avec ce système géothermique et alimenter en chaleur 1500 appartements standards d’une taille moyenne de 80m2 et 4000 appartements Minergie», explique Margaux Peltier, assistante scientifique au LMS dont le projet de Master est à l’origine de la publication. Ce système a l’avantage de pouvoir stocker de la chaleur et la diffuser en temps voulu dans les logements. «La ville éviterait l’émission de 2 millions de tonnes de CO2 par an, comparé à un système de chauffage au gaz», ajoute la chercheuse dont le calcul n’a pas tenu compte des gares du métro ni du dépôt des rames, prévu au nord de la ville, qui pourraient aussi bénéficier de cette énergie.

Dans les infrastructures souterraines, la température de l’air tend à retrouver sa stabilité et à rejetter en surface la chaleur et la fraîcheur excédentaires. Ce rejet se traduit par des mouvements d’air chaud que l’on ressent parfois en passant près d’une bouche de métro. C’est ce phénomène physique que comptent exploiter les ingénieurs, en complément de la chaleur naturellement présente dans le terrain.

Concrètement, les chercheurs proposent d’introduire des tubes de plastique dans la structure en béton du tunnel du métro à intervalles réguliers et de les relier à une pompe à chaleur. Un fluide calorifique ou, tout simplement, de l’eau, serait ensuite introduit dans les tubes, à l’image d’un frigo. En introduisant de l’eau froide dans les tubes du tunnel durant l’hiver, c’est de l’eau chaude que le système rejettera en surface, et inversément durant l’été. L’équipement géothermique du tunnel présenterait un investissement et une énergie grise négligeables, précisent les chercheurs, pour une durée de vie allant de 50 à 100 ans. Seules les pompes à chaleur devraient être remplacées toutes les 25 ans.

Chauffage et climatisation
Une fois équipé, le tunnel aurait l’avantage de chauffer les appartements alentours en hiver, en assurant jusqu’à 80% des besoins énergétiques. Les besoins restants seraient complétés, idéalement, par une autre énergie renouvelable. En été, et c’est là la singularité de ces géostructures, les appartements pourraient aussi être refroidis par le système géothermique: «Le tunnel offrirait un système de chauffage et de climatisation très fiable toute l’année», indique Margaux Peltier, qui souligne que le cas lausannois offre un grand potentiel de climatisation. Le système pourrait notamment servir à refroidir la patinoire prévue dans le futur écoquartier «Métamorphose».

«Cette publication montre que la technologie des tunnels énergétiques est mature et que nous pourrions l’exploiter au niveau d’un quartier», précise Lyesse Laloui, directeur du LMS. «Reste à savoir si l’industrie suisse est prête à jouer le rôle de pionnière en la matière car seuls des tronçons-tests ont été exploités à ce jour dans le monde.» A noter que les chercheurs ont présenté les résultats de leur étude aux Services industriels de Lausanne, aux Transports Lausannois (TL), au Canton de Vaud, le maître d’œuvre du futur métro, et à la Ville de Lausanne.

Sandrine Perroud, Mediacom EPFL
L’article a été publié dans les actualités de l’EPFL en juin 2019

Image: EPFL

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Une installation de biomasse équipée d’une centrale de cogénération convertit 40% de l’énergie du biogaz en électricité et le reste en chaleur. Alors que l’électricité produite est entièrement consommée ou injectée dans le réseau électrique, la chaleur est parfois plus difficile à exploiter, en particulier lorsque l’installation est isolée géographiquement. SuisseEnergie publie aujourd’hui un manuel, qui porte le titre «Guide d’utilisation de la chaleur résiduelle dans les installations de biogaz», destiné aux exploitants et aux porteurs de projet afin d’encourager la valorisation complète des rejets de chaleur dans les installations de biogaz et ainsi d’accroître leur rendement énergétique global.

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La Suisse consomme plus de 240 milliards de kWh chaque année, dont 40% sont imputables au patrimoine bâti. Rien d’étonnant donc à ce que l’Office fédéral de l’énergie (OFEN) ait fait de son assainissement une priorité. Le point avec Benoît Revaz, son directeur.

Benoît Revaz, vous siégez depuis octobre 2016 à la tête de l’OFEN. Vous venez du monde de l’industrie électrique, est-ce que ce nouveau poste a changé votre façon d’aborder les questions énergétiques?
Oui, car les entreprises réfléchissent en trimestres, semestres ou années. A l’OFEN, nous sommes obligés de voir à plus long terme, d’envisager les choses en décennies et même au-delà, de manière à répondre à notre mandat constitutionnel. Celui-ci consiste, d’une part, à assurer un approvisionnement à la fois diversifié, sûr, économique et renouvelable; d’autre part, à veiller à ce que l’énergie soit utilisée de façon efficace.

Quels rôles l’Etat peut-il jouer à ces deux niveaux?
Le système suisse repose sur un principe fondamental: la subsidiarité. Nous l’appliquons de manière très stricte, intervenant uniquement dans les cas où l’économie n’est pas en mesure de réaliser l’une ou l’autre tâche, ou lorsqu’il s’avère nécessaire de poser un cadre.

Aujourd’hui, hélas, les mesures semblent insuffisantes pour atteindre les objectifs dans le domaine de l’efficacité énergétique des bâtiments, particulièrement en rénovation…
Nous visons une réduction de 45% de la consommation d’énergie finale d’ici 2050 sur l’ensemble du parc. Nous avons en outre des engagements internationaux. Pour les respecter, il est vrai qu’il faudra peut-être envisager des mesures supplémentaires. Mais je suis confiant, les innovations vont se poursuivre. Et surtout, nous disposons des compétences nécessaires pour y parvenir.

On est très loin des bâtiments autarciques dont on a tant parlé il y a dix ou quinze ans!
Ces projets ont eu le mérite de démontrer que l’autosuffisance est possible. Mais il est vrai qu’aujourd’hui, nous misons sur l’interconnexion, que ce soit entre les bâtiments, les énergies ou les réseaux. La mobilité pourrait bien donner une nouvelle impulsion. Lorsque les véhicules électriques seront largement déployés sur le marché. Cela pourrait inciter les usagers à revoir leur consommation.

A vous entendre, on a l’impression que les enjeux se cristallisent autour du bâtiment…
Cela va plus loin: il devient une pièce centrale du système énergétique de demain. Ce n’est plus seulement un site qui consomme de l’énergie. Sa consommation peut devenir flexible, il peut interférer avec des réseaux pour l’augmenter ou la diminuer, il peut en produire, en stocker. C’est une évolution phénoménale par rapport à l’approche très statique qui prévalait jusqu’à présent. Sur le plan réglementaire, ce changement de paradigme exige réflexion, car le cadre existant a été développé à un moment où l’on n’envisageait pas les choses ainsi.

Propos recueillis par Sylvie Ulmann pour Swisspor SA

Retrouvez l’interview intégral dans la revue Kickoff 01/19 de Swisspor en français ou en allemand.

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Dès cet été, le paysage dans la région du Grimsel va changer de visage. Des travaux importants en vue de la construction d’un nouveau barrage pour remplacer celui de Spitallamm vont débuter. L’objectif des Forces motrices de l’Oberhasli SA (Kraftwerke Oberhasli AG, KWO) est de continuer d’exploiter le lac de Grimsel, mais en toute sécurité avec un nouveau barrage à son extrémité. L’ancien mur, construit entre 1925 et 1932, ne présentait plus toutes les garanties pour être rénové et tenir encore des décennies. Les responsables ont alors opté pour une nouvelle construction. Celle-ci permet aussi de répondre aux exigences de l’OFEN concernant la sécurité des barrages. Weiterlesen

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