Tracé et dimensionnement optimisé de réseaux de chaleur urbains

Le procédé de planification ou d'extension de réseau de chaleur urbain commence généralement par une analyse des potentiels de besoin de chaleur. S'ensuit le tracé du réseau généralement à la règle le long de rues principales. Ensuite vient le concept de production de chaleur qui couvrira les besoins (avec un confortable facteur de surdimensionnement), pour finir sur l'optimisation du tout et en particulier des coûts.

Ce procédé (quasi)-centenaire est encore très fragmenté, mêlant des outils de calcul très divers, une gestion de données "semi-manuelle", des décisions au doigt mouillé basées sur l'expérience. A celà s'ajoute des inconnues telles que : quelle proportion des foyers se connecteront au réseau ? Quelle proportion des bâtiments seront rénovés (et verront donc leur besoin de chaleur baissé drastiquement) les prochaines années? Est-ce que la demande de chaleur sera toujours assez forte le long du réseau? Du fait de cette complexité, les opérateurs de réseau de chaleur se bornent aux centres villes, si possible proche de bâtiments énergivores, pour être certain d'assurer leur rentabilité. Alors que plusieurs projets ont prouvé leur rentabilité à connecter des quartiers de maisons passives et basse consommation.

Les maquettes numériques de ville représentent une nouvelle génération d'outils de planification, plus automatique et intégrée que la méthode traditionnelle, capable de trouver des solutions quasi-optimales aux problèmes posés.

Les maquettes numériques CityGML regroupent en particulier les modèles de bâtiments, de terrain et sous-terrain, de transport (sinon importable depuis openstreetmap) et bientôt des modèles de réseaux urbains (Thematic Module UtilityNetwork à venir dans la nouvelle version CityGML 3.0). La 3D permet de modéliser précisément le parcours du réseau dans le sous-sol, prenant en compte les autres réseaux souterrains ainsi que la géologie locale.

En combinant les besoins thermiques géo-localisés calculés précisément pour chaque bâtiment, un plan des rues digitalisé et quelques paramètres de coût et contraintes bien senties (pour une tranché le long d'une rue, le parcours d'un terrain privé ou d'une cave etc.),  et en faisant tourner le tout avec un algorithme de théorie des graphes couplé à un logiciel professionel de dimensionnement et simulation de réseaux de chaleur,  il sera possible de génére automatiquement un tracé et dimensionnement de réseau de chaleur optimisé. À partir de là, de nombreuses variantes sont possible : simulation de différents taux de connection, de différents scénarios de rénovation/construction/densification à moyen terme, de critères de connection etc... les possibilités sont infinies.

Prérequis : Maquette numérique de ville 3D LoD1/LoD2, modèle de terrain, données du réseau si existant (plan, niveau de température etc...)