Valorisation thermique de l’eau du lac de Bienne

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):

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.