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L’énergie dans un écoquartier : le cas de Clichy-Batignolles à Paris

La conception d’un écoquartier dans le nord-ouest de Paris, celui de Clichy-Batignolles, a commencé au début des années 2010 et les derniers immeubles seront livrés en 2020. C’est donc une affaire de dix ans, pendant lesquels on a planifié la mixité de bureaux, de logements, de commerces, de services publics, d’espaces verts en visant efficacité énergétique et respect de l’environnement.

Quartier Clichy-Batignolles
Vue sur le quartier Clichy-Batignolles depuis le toit d'un des nouveaux immeubles couvert de panneaux phoitovoltaïques. ©AFP PHOTO / Kenzo TRIBOUILLARD

Situé entre le boulevard périphérique, la porte de Clichy et le quartier des Batignolles, l’écoquartier inclut une très grande surface de bureaux. Ils sont à la fois de nature privée (140 000 m2 le long des voies de chemin de fer qui sortent de la gare Saint Lazare) et de nature publique, à savoir les 120 000 m2 du nouveau Palais de justice et de la Direction générale de la Police judiciaire de Paris (l’ancien « quai des orfèvres »). Plus de 30 000 m2 de commerces et de services s’ajoutent à 3 400 logements, dont la moitié de logements sociaux, qui abriteront à terme 7 500 habitants nouveaux dans le 17e arrondissement.

Première condition : la sobriété 

600 mètres : la profondeur de l’Albien, la grande nappe d’eau qui s’étend sous Paris et sa région.

Le nouveau quartier a pour objectif d’assurer 85 % du chauffage et de l’eau chaude sanitaire du quartier à partir d’énergies renouvelablesOn appelle énergie renouvelable une source d'énergie dont le renouvellement naturel est immédiat ou très rapide... , majoritairement la géothermie. Pour que cela soit possible, il faut d’abord des immeubles avec une très grande qualité d’isolation. La Mairie de Paris a fixé dans ce quartier une limite de chauffage à 15 kWh/m2/an (sur la base d’une température intérieure de 18 °C). C’est une norme très ambitieuse : un bâtiment parisien énergivore, comme beaucoup des immeubles de briques rouges construits entre les deux guerres en bordure de la capitale, peut consommer jusqu’à dix fois plus ! Sans compter que les occupants veulent souvent plus de 18° C dans leur lieu d’habitation ou de travail.

La chaleur géothermique

Pour produire cette chaleurAujourd'hui, en thermodynamique statistique, la chaleur désigne un transfert d'agitation thermique des particules composant la matière... , le choix a été celui de la géothermieLe terme géothermie désigne à la fois la science qui étudie les phénomènes thermiques internes au globe terrestre... en utilisant la grande nappe souterraine de l’Albien, qui s’étend à 600 mètres de profondeur sous la région parisienne sur environ 80 000 km2. Très utilisée autrefois pour de multiples usages industriels ou artisanaux, elle est aujourd’hui protégée car elle est la réserve d’eau potable de Paris en cas d’urgence. Cinq forages existent depuis Paris intra-muros. La société publique « Eau de Paris » ayant prévu d’effectuer un sixième forageUn forage consiste à creuser un trou dans le sous-sol grâce à une machine adaptée... , il fut décidé de l’utiliser pour créer un « doublet » géothermique. Pour cela, un deuxième forage distant de 600 mètres du premier a été effectué pour réinjecter dans le sous-sol l’eau arrivée par le forage d’« Eau de Paris ».

Le principe du doublet est en effet de remonter de l’eau chaude à la surface, d’en extraire les calories pour chauffer des bâtiments, puis de la renvoyer dans la nappe. Dans le cas de Clichy-Batignolles (voir le schéma ci-dessous), l’eau de l’Albien est captée à une température de 30° C environ. Via des pompes à chaleur, elle est portée à 65 °C pour alimenter un réseau d’eau chaude sanitaire, et à une température un peu inférieure (entre 50° C et 65 °C) pour le réseau de chauffage.

Schéma simplifié du système géothermique de Clichy-Batignoles

Des échangeurs thermiques assurent une liaison avec le réseau de chaleur général, géré par  la CPCU1, afin de compléter l’apport calorique si besoin. L’une des difficultés des systèmes géothermiques est qu’ils fournissent une production très régulière alors que la consommation est très dépendante des variations de la température extérieure. Après avoir cédé ses calories à chaque bâtiment, via des petits échangeurs, l’eau refroidie repart vers le sous-sol à une température de 12 ou 13 °C. L’intégralité des volumes d’eau est rendue à la nappe d’origine, sans avoir été affectée. La station d’échange a été construite à 10 mètres sous terre afin de préserver l’environnement et ne pas accaparer des mètres carrés, très coûteux dans la capitale.

La production d’électricité photovoltaïque 

La première condition de l’efficacité d’un écoquartier est la bonne isolation de ses bâtiments.

Une autre source de production d’énergie a été prévue : celle de 35 000 m2 de panneaux photovoltaïquesUn panneau solaire photovoltaïque, ou module photovoltaïque, est un assemblage de cellules photovoltaïques reliées entre elles... placés sur les bâtiments du quartier. L’objectif est de produire 4 500 MWh par an, soit 1 000 fois la consommation moyenne d’un foyer français.

Le caractère d’écoquartier est complété par la place accordée aux espaces verts (le parc Martin Luther King occupe le centre de la zone avec 14 entrées et sorties) et l’adaptation de la voirie aux mobilités douces (vélos, trottinettes) et aux transports en commun. Un système original de collecte des déchets ménagers a été mis en place : ils sont déposés par les habitants dans des bornes au pied des immeubles et sont évacués automatiquement via un réseau pneumatique souterrain, ce qui évite les rotations de camions-poubelles.

Le projet numérique Cordées

La gestion énergétique du nouveau quartier est l’objet d’une étude originale qui détaille avec précision les consommations des habitants. Gérée par Mines Paris-Tech, dans le cadre du programme européen Cordées2, une plateforme, Smart-E, enregistre heure par heure les consommations d’énergie des bâtiments selon le type d’équipements : chauffage, éclairage, équipements de la cuisine, lavage du linge, utilisation de consoles et ordinateurs, télévision, etc… L’ensemble est modélisé à l’échelle du quartier. A partir de ce modèle, les habitants du quartier seront sensibilisés aux éco-gestes tandis que seront étudiés les moyens d’accorder au mieux la demande à la production thermique et électrique.

Les chercheurs de Mines Paris-Tech veulent appliquer cette méthode à d’autres territoires, notamment des quartiers parisiens anciens en rénovation.

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(1) Compagnie parisienne de chauffage urbain. Elle gère le réseau de chaleur de l’agglomération parisienne, le 7e en Europe. Il répond aux besoins d’1 million et demi de Parisiens, avec un réseau de 510 km.  En 2017, le mix énergétiqueLe mix énergétique, ou « bouquet énergétique », décrit la répartition des différentes sources d’énergies utilisées pour la consommation énergétique d’un territoire... de CPCU se compose de plus de 50% d’énergies renouvelables et de récupération (essentiellement la valorisation des déchets ménagers, avec l’appoint de bois), de 30% de gaz et 16% de charbon. La géothermie représente encore moins d’1 % du mix.

(2) Voir la vidéo https://www.youtube.com/watch?v=9wQN2zNCRuE