Micro-cogénération pour un bâtiment public performant – Chateauneuf (06)

Au coeur de la commune de 3 200 habitants, Le Plantier, complexe multifonction, accueille des publics très divers. Il intègre un réfectoire d’une capacité de 286 places, une cuisine professionnelle assurant jusqu’à 500 couverts par jour, ainsi que deux salles réservées aux activités d’associations sportives (un dojo de 400 m² et une salle de yoga de 130 m²). Enfin, l’office de tourisme de Châteauneuf occupe une salle de 70 m². Plusieurs locaux techniques (sanitaires, douches pour le dojo et la salle de yoga, etc.) et administratifs (bureaux des associations résidentes) ont été prévus pour répondre aux servitudes de ces différentes salles. Une partie de ces locaux techniques constituent l’aile annexe du Plantier.

Ingénieur de formation, Emmanuel Delmotte, maire de Châteauneuf, s’est montré soucieux de la performance environnementale du futur édifice, lors de son élaboration en 2014 : « Notre politique communale consiste à densifier au mieux, afin d’économiser le foncier, en évitant au maximum de minéraliser (par des travaux d’aménagement, type goudronnage, NDR), tout en tâchant de développer une activité tertiaire au sein de la commune. En associant dans une même enceinte une cantine scolaire centrale et des équipements sportifs, la question de la production d’énergie s’est naturellement posée... »

Sur le plan réglementaire, l‘objectif de l‘opération était d‘atteindre le niveau RT 2012 affecté d’une décote de 20 % sur la quantité d’énergie primaire consommée. Ce qui a induit un travail sur la conception architecturale du bâti qui privilégie la compacité et l’architecture bioclimatique. Bénéficiant d'une forte inertie grâce à ses voiles en béton épais, le bâtiment principal a fait l’objet d’une isolation thermique par l’extérieur en sa partie haute (rez-de-chaussée et rez-de-jardin), obtenue à l’aide de 10 cm de mousse résolique. Mais c’est le souci de récupérer au maximum l’énergie consommée qui constitue la marque de fabrique du projet : récupérer la chaleur émise par les groupes frigorifiques affectés à la cuisine afin de faire de la préparation d‘ECS pour les douches, récupérer la chaleur sur l‘air extrait des différents espaces pour assurer la préparation d‘air neuf, récupérer une partie de la chaleur des eaux usées au niveau des douches... La conception globale de l'installation technique a été conçue dans le but d‘éviter le gaspillage, comme le souligne Kléber Daudin, gérant du BET du même nom : « Les kWh consommés, ce sont des euros que l’on paie. Je suis aussi un ancien élu ; l’argent public ne peut être gaspillé. »

Une autre volonté de la municipalité était de recourir aux énergies renouvelables. Plusieurs d’entres elles ont été passées en revue, mais ont dû être abandonnées au moment des arbitrages : « Nous voulions sortir des énergies carbonées, indique en préambule Emmanuel Delmotte. Dès lors, nous avons étudié deux options : le solaire et le bois-énergie. Nous avons dû abandonner le solaire, car le site d’implantation du bâtiment est en périmètre classé au titre de la préservation du patrimoine. Nous avons également écarté l’option bois, car l’acheminement du combustible aurait généré un surcroît de trafic, notamment devant les écoles. »

En définitive, c’est le gaz naturel qui a été retenu en tant qu'énergie principale, étant entendu que son utilisation devait s’inscrire dans une solution répondant au souci d’optimisation énergétique. La future installation ne devra pas se « contenter » de produire de l’énergie thermique, elle fournira également de l’électricité qui sera quasi intégralement utilisée sur site. Ces prérequis mis bout à bout ont confirmé la pertinence de la micro-cogénération proposée par le BET Kléber Daudin : une solution à rendement élevé (30 % supérieur à celui de deux unités de production séparées : une production locale de chaleur et une production centralisée d'électricité), qui permettra d’intégrer le biométhane, et ainsi de « décarboner » encore plus le bilan énergétique du bâtiment. De plus, l’autoconsommation de l’électricité résolvait de facto la question du raccordement et des formalités administratives d’un contrat de vente de l’électricité produite, une procédure parfois coûteuse et complexe.

Une installation de ce type se compose de trois éléments incontournables : le module de cogénération, une unité d’appoint, et un réservoir tampon. « Une unité de micro-cogénération est toujours assortie d’une chaudière d’appoint afin d’assurer les pointes en besoins de chauffage », rappelle Youness Hssaini, ingénieur Efficacité énergétique chez GRDF. Le ballon tampon a quant à lui pour rôle de stocker la production de chaleur générée par le module de micro-cogénération. Si la règle de dimensionnement du volume tampon prescrit un ratio minimal de 23 l/kW thermiques, le ballon tampon du Plantier a été dimensionné sur un ratio de 60 l/kW thermiques, afin d’optimiser le régime de fonctionnement de la micro-cogénération. Celle-ci développe à puissance nominale 14,7 kW thermiques et 5,5 kW électriques. Le ballon tampon qui lui est associé a une capacité de 900 l. Il est chargé d’alimenter en priorité les réseaux de chauffage : planchers chauffants du restaurant et de la cuisine, batteries chaudes des centrales de traitement d’air pour l’office de tourisme, le dojo et la salle de yoga (cinq CTA au total, toutes à double flux avec récupération d’énergie, aux débits nominaux compris entre 1 000 et 4 200 m³/h), radiateurs pour les circulations, le hall, les vestiaires et les sanitaires. La chaudière d’appoint développe 179 kW à puissance nominale. Elle est mise à contribution pour compléter, si besoin, la production de chauffage (qui bénéficie également de la récupération de chaleur sur l’air extrait) et/ou d’ECS.

Pour l’eau chaude, la conception mise principalement sur la récupération d’énergie fournie en partie grâce à la récupération de chaleur sur les groupes frigorifiques dévolus à la cuisine : un groupe de production de froid positif de 16,9 kW et un groupe de froid négatif de 2,2 kW. Deux modules de récupération de chaleur de 10 et 45 kW y pourvoient. S’ajoute à cela la récupération d’énergie sur les eaux des douches, grâce à un autre récupérateur ad hoc. Les groupes frigorifiques tout comme les CTA sont alimentés en électricité par la production de la micro-cogénération, qui fonctionne 3 500 heures par an.

L’ensemble des équipements (micro-cogénération, CTA, groupes froid) fonctionnant de manière interdépendante, la question du dimensionnement de la micro-cogénération revêtait une importance cruciale. Les simulations thermiques dynamiques ainsi que l’estimation du profil de consommation électrique du futur bâtiment ont permis de ne pas la surdimensionner, afin notamment que la totalité de sa production électrique soit absorbée par les autres équipements. En témoignent les premiers retours issus de l’instrumentation du site, effectués dans le cadre d’un commissionnement confié au BET Kléber Daudin. De septembre 2017 (date de l’exploitation complète du bâtiment) à mai 2018, la micro-cogénération aurait ainsi assuré 30 % des besoins énergétiques totaux du bâtiment, à la fois électriques et thermiques. Par ailleurs, la totalité de l‘électricité produite par l‘unité de cogénération a bien été autoconsommée.

Une mission de commissionnement a été commanditée en phase d’exploitation du bâtiment. Pour Kléber Daudin, celle-ci devrait faire partie des fondamentaux : « J’invite les maîtres d’ouvrage à confier les missions de commissionnement aux BET. Celles-ci devraient être systématiquement greffées sur les missions de l’équipe de maîtrise d’oeuvre. Le commissionnement a eu un double intérêt : il nous a permis de mettre en évidence des erreurs de mise en oeuvre (par exemple, un mauvais positionnement de sondes de température sur le module de cogénération). Il nous a également renseigné sur la possibilité de récupérer encore plus d’énergie... »

Le commissionnement s’appuie sur le déploiement d’une gestion technique des bâtiments (GTB) déployée sur l’ensemble du site, permettant un suivi en temps réel des consommations, des températures et des paramètres de fonctionnement des différents équipements. Cette GTB rapatrie l’ensemble des données sur une plate-forme web pour les mettre à la disposition des services municipaux et de la société de maintenance, qui peuvent ou non intervenir selon le degré d’urgence et de gravité des éventuelles alertes.