Vers une approche intégrée d’aide à la planification énergétique territoriale

La transition énergétique territoriale

Contexte environnemental et énergétique

L’Homme, de par ses activités, a toujours eu un impact sur son environnement : prélèvement des ressources, fabrication de biens, transport, agriculture et élevage, urbanisation ou encore production et consommation d’énergie. Si cet impact a longtemps été mineur, du fait de la faible population de la planète et d’un mode de vie rudimentaire, celui-ci a explosé suite à un événement majeur. La révolution industrielle, aux alentours du XIXe siècle, a en effet fait basculer une société à dominante agraire et artisanale vers une société commerciale et industrielle et a ainsi engendré de nombreux effets : exode rural et urbanisation, développement des transports, mécanisation ou encore augmentation de la productivité. Si cette mutation sociétale profonde a radicalement transformé et considérablement amélioré les conditions de vie, elle exerce désormais une forte pression sur l’environnement. Le nombre croissant d’habitants sur Terre, couplé avec ces nouveaux modes de vie, induit des problématiques majeures : épuisement des ressources, pollution et destruction des habitats. Ces trois impacts sont, à des degrés divers, à l’origine de nombreuses crises environnementales parmi lesquelles :

• L’érosion de la biodiversité
• L’évolution de la disponibilité et de la qualité de l’eau
• La production de déchets
• La désertification
• La dégradation des océans
• Le changement climatique

Le changement climatique, également appelé dérèglement ou réchauffement climatique, a depuis des années concentré la majorité de l’attention publique. On appelle changement climatique la modification durable du climat de la Terre et à l’augmentation des températures océanique et de l’air. S’il y eut un temps où certaines voix s’élevaient encore pour remettre en cause le rôle de l’Homme dans ce changement, voire son existence même, force est de constater qu’elles sont désormais bien moins nombreuses. L’origine anthropique de ce dérèglement est maintenant considérée comme “extrêmement probable” par le Groupe Intergouvernemental d’Experts sur l’évolution du Climat (GIEC) [1] chargé d’étudier les causes et les conséquences du réchauffement climatique, affirmant qu’il est induit par l’augmentation des Gaz à Effet de Serre (GES) liés aux activités humaines. Ce dérèglement climatique a de nombreux effets, en plus de l’augmentation des températures en elle-même, comme la montée des eaux et l’augmentation de phénomènes météorologiques extrêmes (ouragans, inondations, sécheresses) et est devenu une thématique centrale dans le débat public.

Face à ce constat, un large mouvement dit de transition écologique voit le jour pour construire un monde plus durable, visant à réduire l’impact des activités humaines sur son environnement.

Parmi les activités à fort impact environnemental, nombreuses sont celles qui sont en lien avec le domaine de l’énergie. Les Hommes ont des besoins énergétiques pour de nombreux usages personnels (chauffage, éclairage, transport…) ou professionnels (industrie…). Ces besoins entraînent une certaine consommation d’énergie et la fourniture (production) correspondante. L’observation des données relatives à la fourniture d’énergie révèle d’ailleurs une croissance quasi ininterrompue au niveau mondial, reflétant l’augmentation des besoins énergétiques (voir Fig. 1.1). Le constat est différent aux niveaux européens et français où, après avoir observé une augmentation similaire, la tendance semble être à une légère baisse sur les 10 dernières années. Une seconde observation concerne les sources d’énergie. Au niveau mondial et européen, les sources employées sont en majorité des sources dites fossiles (pétrole, charbon, gaz). Les sources d’énergie fossiles possèdent des ressources limitées et les stocks disponibles s’amenuisent. De plus, leur exploitation est productrice de GES. La France présente quant à elle une situation particulière du fait de la forte utilisation de l’énergie nucléaire pour produire de l’électricité, mais demeure consommatrice de produits pétroliers et de gaz en particulier. Si le nucléaire présente un bilan carbone limité en comparaison avec les autres sources fossiles, il n’en demeure pas moins issu d’un combustible présent en quantité limité sur notre planète et le traitement des déchets issus de la fission est un problème non résolu à ce jour et sujet à controverses.

Planification énergétique territoriale

La délégation de la mise en œuvre de la transition énergétique aux territoires est décrite dans les différentes lois précédemment citées, qui définissent notamment l’obligation des régions administratives à rédiger un Schéma Régional d’Aménagement, de Développement Durable et d’Égalité des Territoires (SRADDET), anciennement Schéma Régional Climat Air Énergie (SRCAE), qui définit les objectifs environnementaux de la région et les plans d’action prévus pour les atteindre. Un Schéma Régional de l’Éolien (SRE) y est attaché pour définir les zones favorables au développement de l’énergie éolienne [7]. Le Gestionnaire du Réseau de Transport (GRT) et le Gestionnaire du Réseau de Distribution (GRD) d’électricité, RTE et généralement Enedis, doivent alors établir le Schéma régional de raccordement au réseau des énergies renouvelables (S3REnR), qui établit les capacités réservées aux Énergies Renouvelables (EnR) pour chaque poste de transformation haute-tension/moyenne tension (aussi appelé poste source), ainsi que les investissements qui seront nécessaires pour que le réseau supporte les nouveaux moyens de production prévus dans le SRADDET. Une quote-part à payer par les producteurs EnR y est ainsi définie, afin de répartir les coûts de renforcement du réseau entre tous les producteurs entrants.

De manière similaire, des documents-cadres sur la transition énergétique doivent être rédigés à une échelle plus fine : le Plan Climat Air Énergie Territorial (PCAET) pour toutes les intercommunalités de plus de 20 000 habitants, ainsi que le Plan Local d’Urbanisme (PLU) et le Schéma de Cohérence Territoriale (SCoT) qui doivent être ajusté pour être cohérents avec tous les précédents documents [7].

Il est important de noter que certains territoires vont même plus loin que les obligations imposées par l’état, en adhérant à des programmes ambitieux tels que les programmes “Territoires à énergie positive” (TEPOS)  , ou encore en rejoignant l’initiative européenne qu’est la convention des maires  .

Cependant, le pilotage de la transition énergétique et l’établissement d’une planification énergétique propre comportent un certain nombre de difficultés pour les collectivités. Il s’agit en effet pour elles d’avancer de manière pondérée sur plusieurs leviers d’action très variés (rénovation thermique, systèmes énergétiques, production renouvelable, transports…), liés les uns aux autres et qui doivent être considérés comme faisant partie d’un même problème global. Tout comme une bonne solution ne doit pas faire l’impasse sur l’un des leviers cités précédemment, il faut également que les spécificités d’un territoire soient prises en compte (politique, géographie, structure foncière, climat…). Tous les territoires ne peuvent pas nécessairement se doter d’une expertise technique sur l’ensemble de ces domaines, pour des raisons financières ou de ressources humaines notamment.

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Table des matières

1 Introduction
1.1 Contexte de la thèse
1.2 État de l’art et positionnement
1.3 Quelle optimisation pour l’aide à la décision territoriale ?
1.4 Objectifs de la thèse et enjeux associés
1.5 Structure du manuscrit
1.6 Publications issues de la thèse
2 Modélisation énergétique à l’échelle territoriale
Résumé du chapitre
2.1 Introduction
2.2 Une modélisation du territoire adaptée au contexte énergétique
2.3 Construction d’un modèle de territoire
2.4 Approches pour la modélisation énergétique des bâtiments
2.5 Modélisation énergétique territoriale : état de l’art
2.6 Construction d’un modèle de consommation pour l’optimisation
2.7 Conclusion
3 Modélisation de solutions techniques pour la rénovation énergétique
Résumé du chapitre
3.1 Introduction
3.2 Méthodologie et bases de données
3.3 Rénovation thermique des bâtiments
3.4 Systèmes de chauffage
3.5 Bases finales de solutions techniques
3.6 Conclusion
4 Problème d’optimisation pour la rénovation énergétique
Résumé du chapitre
4.1 Introduction
4.2 Impact de la rénovation sur les indicateurs techniques
4.3 Optimisation adaptée à l’aide à la décision territoriale
4.4 Implémentation et performances
4.5 Modélisations supplémentaires et impact sur les performances
4.6 Conclusion
5 Rénovation énergétique : Résultats et cas d’études
Résumé du chapitre
5.1 Introduction
5.2 Premier cas d’étude : territoire urbain
5.3 Second cas d’étude : Parc hétérogène
5.4 Troisième cas d’étude : territoires variés
5.5 Intégration dans un outil web pour les collectivités territoriales
5.6 Conclusion
6 Conclusions et perspectives
6.1 Conclusions et contributions
6.2 Limites et perspectives
Bibliographie

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