La plus grande pompe à chaleur du monde se trouve au Danemark ; de tels systèmes n’ont pas encore été installés en Allemagne. Ils pourraient approvisionner des quartiers entiers de la ville en chauffage urbain neutre pour le climat. Au cours d’une conversation, deux chercheurs expliquent quels plans d’eau sont adaptés à cela et où se posent des problèmes.
Selon l’Agence fédérale de l’environnement, le secteur du bâtiment est responsable d’environ 30 pour cent des émissions de CO2 en Allemagne. Si nous voulons réduire les énormes émissions de gaz à effet de serre causées par le chauffage, nous devons utiliser des pompes à chaleur : elles constituent une technologie clé dans la transition énergétique. Pendant de nombreuses années, les pompes à chaleur ont été considérées avant tout comme une solution pour chauffer les maisons individuelles.
Cependant, les grandes pompes à chaleur ont un énorme potentiel pour approvisionner des quartiers entiers de la ville en chauffage urbain neutre pour le climat. D’autres pays l’ont reconnu depuis longtemps. La plus grande pompe à chaleur du monde se trouve au Danemark. Une pompe à eau de mer à Esbjerg approvisionne 100 000 personnes en énergie climatiquement neutre ; après sa mise en service, une centrale électrique au charbon entière a été fermée. L’Allemagne dispose également de nombreuses opportunités pour construire des pompes à chaleur sur les lacs, les rivières et la mer. Où en sommes-nous, quelles opportunités offrent les eaux de surface et que devons-nous prendre en compte ? Carolin Peters et Bärbel Koppe de l’Université de Wismar effectuent des recherches dans ce domaine et répondent aux questions.
Pourquoi les grandes surfaces d’eau conviennent-elles aux pompes à chaleur ?
Carolin Peters : Les grandes étendues d’eau de surface représentent de grandes réserves d’énergie car l’eau a une capacité thermique très élevée, c’est-à-dire la capacité de stocker de l’énergie thermique. Les eaux de surface absorbent l’énergie thermique du soleil, la stockent et la restituent avec un certain retard en hiver. Ils rafraîchissent en hiver et libèrent le froid en été. C’est pourquoi il fait toujours plus frais en été près des plans d’eau que dans les environs. Et les températures sont relativement constantes par rapport à l’air ambiant. Cela les rend également intéressants pour les pompes à chaleur.
Quelles masses d’eau sont particulièrement adaptées et dans quels domaines les grandes pompes à chaleur sont-elles judicieuses ?
Bärbel Koppe : En principe, n’importe quel plan d’eau peut être utilisé. Pour les lacs, cela dépend de la taille et du comportement de la température de l’eau en hiver. Un lac peu profond comme le Steinhuder Meer est défavorable. En moyenne, il n’a qu’un mètre et demi de profondeur et se refroidit rapidement en hiver. Même les ruisseaux de montagne peu profonds et froids ne peuvent pas être utilisés thermiquement. En revanche, les trous résiduels d’exploitation à ciel ouvert peuvent certainement être utilisés à des fins thermiques. Il existe déjà une étude sur l’utilisation du lac Zwenkauer près de Leipzig. Les trous de résidus de mines à ciel ouvert ont l’avantage d’être très profonds – jusqu’à 50 ou 60 mètres. Contrairement à un lac peu profond, un tel lac ne gèle pas jusqu’au fond. L’eau douce a sa densité la plus élevée à 4 degrés Celsius. Pour cette raison, les lacs profonds ont une eau au fond de 4 degrés Celsius, même pendant les hivers rigoureux. En raison des phénomènes de stratification, il est important de prêter attention à la profondeur à laquelle l’eau est prélevée pour un usage thermique dans les lacs à eau calme et à quelle profondeur elle est restituée. Dans la rivière, en revanche, nous avons un profil de température plus uniforme dans toute la profondeur en raison du courant.
Peters : Et le deuxième point est qu’il doit y avoir des colonies à proximité immédiate. Un lac qui n’est utilisé qu’à des fins touristiques n’a pas de sens. Sinon, le système de canalisations est trop long et compliqué. La question est également de savoir à quelle distance les systèmes doivent être éloignés les uns des autres pour qu’ils ne s’influencent pas mutuellement. Citons par exemple l’« Aide à la planification pour l’utilisation de la chaleur et du froid du lac de Constance » de l’Office de l’eau et de l’énergie de Saint-Gall. D’une part, les aspects structurels y sont expliqués et, d’autre part, des informations sont fournies sur les possibilités de financement et les frais applicables.
Il y a un autre avantage, non ?
Koppe : Nous constatons que la mer Baltique se réchauffe trop rapidement en raison du réchauffement climatique. Par exemple, des bactéries telles que les vibrions peuvent se multiplier dans une eau plus chaude et présenter ainsi un risque pour la santé. L’utilisation thermique de la mer Baltique pourrait réduire le problème du réchauffement. En hiver, la température pourrait être réduite en introduisant de l’eau plus fraîche, ce qui signifierait que l’eau mettrait plus de temps à revenir à des températures élevées en été. Cela irait dans la bonne direction. Mais au niveau local, nous devons examiner cela de plus près sur le plan écologique.
Quels projets sont prévus en Allemagne ?
Koppe : La ville de Wismar envisage d’examiner si elle utilisera la baie de Wismar comme source de chaleur pour un quartier. Il s’agit de Wendorf, un quartier qui a été construit à l’époque de la RDA pour les ouvriers des chantiers navals et qui est aujourd’hui le quartier le plus peuplé de Wismar avec des bâtiments préfabriqués de différentes générations directement sur la baie de Wismar. Les immeubles d’habitation appartiennent à plusieurs associations de logement et il existe déjà un réseau de chauffage urbain. À cet égard, le district de Wendorf constitue une zone pilote idéale pour l’utilisation de l’énergie thermique de la mer Baltique.
Quelle est l’importance de la coopération avec le chauffage urbain ?
Koppe : Là où il existe un réseau de chauffage urbain, vous pouvez bien sûr l’utiliser. Il s’agit de la décarbonisation du chauffage urbain. Le quartier Wismar-Wendorf offre de très bonnes conditions grâce à sa situation au bord de l’eau et aux courts trajets de canalisations associés ainsi qu’au réseau de chauffage urbain existant.
Où sont les dangers et les incertitudes ?
Peters : Nous devons savoir comment les plans d’eau sont structurés et quelles sont les caractéristiques de la flore et de la faune aquatiques tout au long de l’année afin de déterminer où nous prenons l’eau et la restituons. Est-ce que je l’obtiens des eaux de surface ou des couches plus profondes et dans quelle couche d’eau dois-je le rejeter ? Ceci est important car le prélèvement et l’apport d’eau à température variable ont une influence sur les eaux et représentent une intervention écologique. Pour le déterminer, nous devons effectuer des mesures de température sur une certaine période de temps et jusqu’au fond de l’eau. le plan d’eau, qui peut ensuite être utilisé pour réaliser d’éventuelles analyses, devient. Outre la température, d’autres points jouent également un rôle. Par exemple, dans l’eau salée, j’ai besoin d’une protection contre la corrosion. Et j’ai besoin de savoir quelle matière organique contient l’eau ? Quelle est l’ampleur de la charge sédimentaire ? Ce sont ces choses-là qu’il faut considérer.
Il existe également un danger si l’eau est très froide, car de la glace peut se former sur l’évaporateur de la pompe à chaleur. Cependant, vous pouvez travailler avec un circuit intermédiaire qui se connecte entre le circuit pompe à chaleur et le circuit d’eau. Il n’y a alors aucun problème de contamination par des moules ou des algues sur la pompe à chaleur.
Quels sont les autres problèmes ?
Koppe : D’abord et avant tout dans la bureaucratie : en Allemagne, les processus d’approbation sont relativement compliqués. De nombreuses municipalités ne savent pas comment approuver l’utilisation thermique de l’eau. Il n’existe toujours pas de réglementation sensée en Allemagne pour l’utilisation thermique, c’est-à-dire l’extraction de chaleur. Il y a une grande incertitude de la part de l’administration. Il y a un manque de preuves scientifiques.
Peters : En Allemagne, l’approbation et la planification des exigences prennent généralement plus de cinq ans. Si nous n’obtenons pas une loi d’accélération de l’utilisation de la chaleur comme pour le GNL, les délais de planification seront certainement longs et quelques années peuvent vite s’écouler. Ensuite, nous devons faire une évaluation de l’impact environnemental un an. Le financement doit également être en place. Cela fait certainement quelques années qui se sont écoulées. Bien entendu, nous ne souhaitons rien installer qui pourrait nuire à l’eau. Cependant, il faut désormais se dépêcher, car les services publics municipaux doivent actuellement réfléchir à la manière dont ils peuvent atteindre leurs objectifs d’ici 2030 dans le cadre de la planification municipale du chauffage.
Alors d’autres pays sont en avance sur nous ?
Peters : La plus grande pompe à chaleur à eau de mer au monde se trouve actuellement au Danemark. Là-bas, à Esbjerg, l’énergie marine est produite pour 100 000 personnes. L’énergie électrique d’entraînement provient d’un parc éolien situé juste à côté en mer. Cela signifie que l’électricité nécessaire est écologique et renouvelable. La pompe à eau de mer dispose également d’un système de secours ; vous pouvez utiliser des copeaux de bois pour la chauffer s’il n’y a pas assez d’énergie. À Esbjerg, une centrale électrique au charbon a été complètement retirée du réseau.
Koppe : En Allemagne, nous pouvons nous inspirer des expériences vécues dans d’autres pays. C’est assez effrayant quand on regarde la situation à l’échelle internationale. Nous ne sommes pas en bonne position à cet égard : tout ce que nous faisons repose sur des combustibles fossiles et le thème de l’utilisation thermique de l’eau a été exclu.
Oliver Scheel s’est entretenu avec Carolin Peters et Bärbel Koppe.