p4a : apport des sig aux énergies renouvelables dans...

Mastère ASIG / Energies Renouvelables : Analyse fonctionnelle

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P4a : Apport des SIG aux énergies renouvelables

Dans le cadre du Mastère ASIG

Analyse Fonctionnelle

Reformulation de la demande

Mastère ASIG

8 Avril 2008


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Table des matières

1 REFORMULATION DE LA DEMANDE : GENERALITES 4

2 LES PANNEAUX PHOTOVOLTAIQUES 5

2.1 DESCRIPTIF EXHAUSTIF 5 2.2 REFORMULATION DE LA DEMANDE : SPECIFICITES 6 2.3 CONTRAINTES LIEES AUX INSTALLATIONS 6 2.4 METHODOLOGIE SUIVIE 7 2.5 BESOINS SIG CORRESPONDANTS 9 2.6 DONNEES NECESSAIRES ET PARTENARIATS 9 2.7 LIMITES DU SIG DANS CE DOMAINE 10

3 LES PARCS EOLIENS 11

3.1 DESCRIPTIF EXHAUSTIF 11 3.2 REFORMULATION DE LA DEMANDE : SPECIFICITES 13 3.3 CONTRAINTES LIEES AUX INSTALLATIONS 13 3.4 METHODOLOGIE SUIVIE 15 3.5 DONNEES NECESSAIRES ET PARTENARIATS 21 3.6 BESOINS SIG CORRESPONDANTS 23 3.7 LIMITES DU SIG DANS CE DOMAINE 24

4 LA GEOTHERMIE 25

4.1 DESCRIPTIF EXHAUSTIF 25 4.2 REFORMULATION DE LA DEMANDE : SPECIFICITES 26 4.3 CONTRAINTES LIEES AUX INSTALLATIONS 27 4.4 METHODOLOGIE SUIVIE 28 4.5 BESOINS SIG CORRESPONDANTS 29 4.6 DONNEES NECESSAIRES ET PARTENARIATS 30 4.7 LIMITES DU SIG DANS CE DOMAINE 30

5 CONCLUSION 31

6 ANNEXE 32

6.1 DEFINITION DE L’EQUIVALENT CARBONE 32


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TABLE DES ILLUSTRATIONS

FIGURE1 : CENTRALE SOLAIRE, CHAMPS DE PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES ET PANNEAUX SUR

HABITATION............................................................................................................................................. 5 FIGURE 2 : EXEMPLE DE RECHERCHE SUR UN MNE DE TERRITOIRES UTILISABLES ............................... 8 FIGURE 3 : ROTOR DE DARRIEUS, AXE VERTICAL (WWW.ENPC.FR) ...................................................... 11 FIGURE 4 : SCHEMAS D’ENSEMBLE D’UNE EOLIENNE (WWW.TOTAL.COM) .......................................... 12 FIGURE 5 : PARTS DU MARCHE DE L’EOLIEN DANS LE MONDE. ............................................................. 12 FIGURE 6 : PUISSANCE MOYENNE DU VENT SELON LES ZONES, EN W POUR UN M2 DE SECTION

VERTICALE PRISE A 50 M DU SOL. (ADEME) ........................................................................................ 14 FIGURE 7 : EOLIENNES ET COULOIRS MIGRATOIRES.............................................................................. 15 FIGURE 8 : BUFFERS POUR IDENTIFIER LES ZONES INTERDITES (WWW.ESRIFRANCE.FR)...................... 16 FIGURE 9 : LES ZONES INTERDITES DE LA DROME................................................................................. 17 FIGURE 10 : EXTRAIT DU CADASTRE (WWW.ESRIFRANCE.FR) ............................................................... 18 FIGURE 11 : SOLUTION DE CONFIGURATION ADOPTEE (WWW.ESRIFRANCE.FR) ................................... 19 FIGURE 12 : DIAGRAMME DE PROFIL ET LIGNE DE VISEE (WWW.ESRIFRANCE.FR)................................ 19 FIGURE 13 : ETUDE DES CO-VISIBILITES (WWW.ESRIFRANCE.FR) ......................................................... 20 FIGURE 14 : MODELISATION 3D (WWW.ESRIFRANCE.FR) ..................................................................... 21 FIGURE 15 : PHASES D’ELABORATION DE L’ATLAS DU GISEMENT EOLIEN............................................ 23 FIGURE 16 : SYSTEME A BOUCLE DE SOL HORIZONTAL ......................................................................... 25 FIGURE 17 : SYSTEME A BOUCLE DE SOL VERTICAL.............................................................................. 25 FIGURE 18 : SYSTEME GEOTHERMIQUE A CAPTAGE SUR NAPPE............................................................ 26 FIGURE 19 : CARTE DES POTENTIELS GEOTHERMIQUES DE SURFACE (SIG PROTOTYPE REALISE PAR

L’ADEME, LE BRGM, EDF ET L’ARENE) .......................................................................................... 27 FIGURE 20 : RECAPITULATIF DE L’EQUIVALENT CARBONE POUR LES GAZ A EFFET DE SERRE ............. 32


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1 REFORMULATION DE LA DEMANDE : GENERALITES

Une énergie renouvelable est une source d'énergie se renouvelant assez rapidement pour être considérée comme inépuisable à échelle humaine de vie et de temps. Les énergies renouvelables sont issues de phénomènes naturels réguliers ou constants provoqués par les astres, principalement le Soleil (rayonnement, etc.). Seule la géothermie et les marées échappent à cette règle. De plus, ces énergies renouvelables vont permettre de se substituer à d’autres moyens électriques en diminuant les rejets en « équivalent carbone » (voir définition en annexe). De ce fait, l’utilisation de ces énergies diminue la pollution. De plus, la plupart des installations d’énergies renouvelables sont aujourd’hui subventionnées par l’Etat ce qui diminue les coûts d’installation. Dans ce projet, nous considérerons un SIG dédié aux énergies renouvelables et appliqué à une communauté de communes.

De ce fait les objectifs du futur SIG seront :

• L’évaluation du potentiel écologique du territoire selon les trois thèmes abordés lors de ce projet : la géothermie, les panneaux photovoltaïques et les parcs éoliens.

• L’évaluation de l’apport écologique au regard de ce potentiel, i.e. la comparaison de l’existant à ce qui pourrait être fait.

• La proposition de scenarii d’amélioration de cet apport en considérant les critères propres à la communauté de communes (budget, temps, priorités, compétences) et la nature intrinsèque du territoire (ensoleillement, aménagement, …).

• Le rôle d’observatoire et de suivi de plans d’actions par le biais de tableaux de bord, statistiques ou cartographies du territoire (selon le profil du territoire considéré, le degré écologique, le potentiel écologique et les efforts engagés). On pourra ainsi cartographier les résultats en termes de gain « équivalent carbone » et d’optimisation financière.

En ce qui concerne l’optimisation financière et le gain équivalent carbone, il

faudra bien prendre en considération les frais liés aux installations des dits matériels et à l’énergie dépensée pour leur installation, leur fonctionnement ainsi que leur recyclage.

Il va donc falloir définir des critères géographiques et techniques selon ces trois

composantes, mais aussi établir des besoins en termes de données à recueillir et à exploiter, et enfin en termes de fonctionnalités SIG.

Il sera donc important de traiter les aspects utilisateur (qui ?), financier (budget) et déploiement (architecture logicielle) également. Tous ces aspects devront être considérés tant d’un point de vue de la collectivité que d’un point de vue du particulier. L’interface devra donc être conviviale, d’utilisation fluide avec un accès simple aux données.

Voyons dès lors les spécificités liées à chacun des trois thèmes retenus pour ce

SIG dédié aux énergies renouvelables.


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2 LES PANNEAUX PHOTOVOLTAIQUES 2.1 DESCRIPTIF EXHAUSTIF

Il existe différents types d’installations qui exploitent l’énergie solaire :

� La centrale solaire qui utilise des miroirs pour concentrer le rayonnement et

récolter la chaleur produite ;

� Les champs de panneaux photovoltaïques qui produisent de l’électricité ;

� Et les panneaux sur les habitations ou autres « surfaces perdues » qui

peuvent produire de l’électricité ou de la chaleur.

Notre étude d’implantation sera ici restreinte aux panneaux photovoltaïques installés sur des « surfaces perdues » (toits d’immeubles, panneaux publicitaires, complexes industriels…) et produisant de l’électricité.

Figure1 : centrale solaire, champs de panneaux photovoltaïques et panneaux sur

habitation

Les panneaux photovoltaïques ont généralement un rendement de 15 %, soit 160 kWh par an et par m². Le rendement se définit comme l’énergie incidente sur l’énergie réellement transformée en électricité. Le rapport entre le rendement et le prix est important car des panneaux plus performants existent, cependant ils sont réservés à l’alimentation des satellites au vu de leur prix. Nous considérons donc seulement les panneaux photovoltaïques utilisables par les particuliers pour leur habitation.


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2.2 REFORMULATION DE LA DEMANDE : SPECIFICITES

Le but du SIG est de mettre en valeur le potentiel énergétique de la communauté de communes. Il faudra donc déterminer les endroits où pourront s’implanter les installations photovoltaïques (habitations, industries…). Le SIG devra également permettre de mettre en évidence :

• le coût des installations, • les gains écologiques par la diminution des rejets de gaz en

« équivalent carbone », • les avantages au niveau financier pour les riverains.

En effet, l’électricité produite par les installations est soit consommée par le foyer soit revendue à EDF qui a obligation de racheter l’électricité pendant 20 ans au prix de 0.30 € au kWh (en 2007) + 0.25 € si les panneaux sont intégrés à la structure. Le prix de rachat est quant à lui réévalué annuellement, en fonction du coût de la vie.

2.3 CONTRAINTES LIEES AUX INSTALLATIONS

Il existe peu de contraintes pour l’implantation des panneaux photovoltaïques. De telles installations nécessitent une déclaration de travaux auprès de la mairie concernée. De plus, une autorisation de la collectivité concernée est indispensable si l’architecture du site est protégée. On peut avoir cette information auprès des services départementaux de l’architecture et du patrimoine (SDAP). Pour que l’installation soit rentable, il faut que les conditions d’ensoleillement soient optimales (inclinaison des rayons incidents, durée d’exposition, intensité des rayons lumineux…). La surface de panneaux est également importante car l’énergie produite en dépend. Afin de répondre au mieux à ces exigences, il est nécessaire de calculer les zones dites « de cache » c'est-à-dire les zones qui ne sont pas suffisamment exposées au soleil. Les zones protégées devront aussi être connues afin d’éviter une éventuelle dégradation du paysage. Celles-ci pouvant abriter des bâtiments classés monuments historiques ou avoir un intérêt culturel, architectural ou stratégique particulier. Ces bâtiments ne sauraient accueillir des installations modifiant leur aspect. L’inclinaison optimale des panneaux photovoltaïques est de 30 à 40 degrés par rapport à l’horizontale avec une orientation plein sud. Il faudra donc éliminer les pans de toit orientés au nord (qui seront probablement dans la zone de cache).


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2.4 METHODOLOGIE SUIVIE

Afin d’obtenir des données exploitables pour la prise de décision concernant l’implantation des structures photovoltaïques, un croisement de données s’avère nécessaire. Dans notre étude nous estimerons que la première information intéressante, du point de vue du client (la communauté de communes), est de connaitre tous les bâtiments susceptibles de pouvoir recevoir des panneaux photovoltaïques. Pour cela nous proposons une chaîne de traitements possibles de l’information, décrite ci-dessous. Etape 1 : Le point de départ est une couche de données contenant l’ensemble des constructions de la zone étudiée. Ces constructions (maisons, bâtiments, usines, écoles…) sont renseignées par leurs adresses et si possible par leurs propriétaires. Etape 2 : A partir de cette couche de données ainsi que des données sur la variation de la position du soleil (échelle : jour, saison, année), on établit une zone de cache. La zone de cache correspond à la surface géographique du site étudié ne recevant pas de lumière naturelle ou bien que son taux d’ensoleillement (ex annuels) est en dessous d’un certain seuil fixé. Suite à ce calcul, on supprime de la liste tous les bâtiments dont le toit ne satisfait pas les conditions d’ensoleillement nécessaires. Etape 3 : De ces bâtiments sélectionnés il faudra supprimer tous ceux sur lesquels la pose de panneaux est interdite (ex : bâtiments historiques). Ainsi, nous affinons de plus en plus la sélection des constructions utiles à notre étude. Etape 4 : De cette sélection nous n’allons garder que les bâtiments dont les toits sont orientés vers le sud. Enfin, nous pourrons collecter les adresses des constructions restantes ainsi que les noms des propriétaires à contacter. Etape 5 : Une première estimation financière peut être dressée en croisant la surface des toits disponibles, le prix d’un panneau photovoltaïque et sa surface. Un bilan carbone peut alors être calculé en fonction des données recueillies.

Cette méthodologie est l’une des chaînes de traitements possibles pour le filtrage des informations. Nous précisons par la suite les différentes données nécessaires à


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une telle étude, ainsi que les fonctionnalités SIG requises pour accomplir les étapes mentionnées précédemment.

Figure 2 : Exemple de recherche sur un MNE de territoires utilisables


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2.5 BESOINS SIG CORRESPONDANTS Les besoins SIG sont issus de la méthodologie définie préalablement. Le SIG devra donc être capable :

� D’effectuer des calculs de surfaces pour définir la zone de cache, la surface

utile des toits…

� De gérer des MNT et MNE pour extraire des données sur le relief et les

bâtiments et ainsi en déduire la zone de cache.

� D’effectuer des jointures spatiales entre les données météorologiques et les

données du cadastre…

� De gérer les intersections de couches pour les zones « protégées », …

� De calculer des attributs selon des expressions mathématiques pour l’énergie

produite, le rejet en équivalent carbone…

� De produire des rapports

� De se coupler à un logiciel de traitements d’images pour le calcul de la zone

de cache

2.6 DONNEES NECESSAIRES ET PARTENARIATS Les données nécessaires à cette étude sont les suivantes :

� Cartes d’ensoleillement qui devront être recueillies auprès de Météo France

� Le MNT pour le relief et le MNE pour la hauteur des bâtiments auprès de

l’IGN par exemple.

� Carte des zones « protégées » ou aussi appelées Zones de Protection du

Patrimoine Architecturale Urbain et Paysager (ZPPAUP) auprès des SDAP

ou de l’IAU (MOS).

� La surface de toit disponible en consultant la BD Parcellaire, le Cadastre.

� Les bâtiments possédant déjà une installation photovoltaïque.


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2.7 LIMITES DU SIG DANS CE DOMAINE

Le SIG présente néanmoins des limites liées à notre étude. Tout d’abord certaines données ne seront pas forcément à l’échelle souhaitée. Par exemple, nous n’aurons pas forcément un MNE suffisamment précis pour connaître les zones de cache de manière satisfaisante. Ensuite les données concernant les habitations déjà équipées pourraient s’avérer difficiles à acquérir. Cependant, il serait possible de mettre à jour cette base de données ultérieurement (renseignement auprès des impôts, enquêtes, etc.). L’état de l’art des SIG dans le domaine d’implantation de panneaux photovoltaïques devrait nous renseigner sur le calcul de la zone de cache, étant donné la faiblesse des SIG actuels dans la gestion de la 3D. C’est pourquoi nous avons envisagé le couplage à un module externe qui effectuerait ces calculs.


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3 LES PARCS EOLIENS Depuis plus d’une dizaine d’années le développement des énergies renouvelables en général et de l’énergie éolienne en particulier est encouragé dans notre pays. La loi de Programmation fixant les Orientations de la Politique Energétique (POPE) du 13 juillet 2005 a confirmé les engagements français en matière de production d’électricité d’origine renouvelable avec un objectif de 21% en 2010 contre 14% en 2005. Le récent arrêté relatif à la Programmation Pluriannuelle des Investissements de production d’électricité (7 juillet 2006) fixe un objectif de 12500 MW éolien sur terre en 2010. La puissance éolienne est aujourd’hui d’environ 1500 MW, en croissance forte car pas moins de 450 MW supplémentaires ont été produit en 2006. Cependant, la production d’énergie par le vent reste en France 15 fois inférieure à celle de l’Allemagne, notre voisin, alors que la France dispose d’un potentiel éolien terrestre parmi les plus importants d’Europe en nombre de sites et en capacité de production. Les raisons favorables à ce développement éolien sont nombreuses : diversification du bouquet énergétique, indépendance énergétique et, surtout, réduction des émissions de gaz à effet de serre. En la matière, l’urgence d’agir est reconnue unanimement ; c’est également un devoir des pays industrialisés. 3.1 DESCRIPTIF EXHAUSTIF

Il existe de nombreux types d’éoliennes : à axe vertical ou horizontal, plus ou moins grandes, plus ou moins puissantes, avec un nombre variable de pales.

Figure 3 : Rotor de Darrieus, axe vertical (www.enpc.fr)

Notre étude se limite ici à la considération de parcs composés d’éoliennes à mât vertical et à trois pales, de grande et moyenne puissances (de 250 KW à 2 MW). Toutefois il ne faut pas négliger l’aspect principal d’une éolienne : ses dimensions ! A titre d’exemple, une éolienne de 120 m de haut possède un mât de 4,5 m de diamètre pour 85 m de haut. Avec des pales de 45 m de long, la hauteur totale


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dépasse les 120 m. Toute cette structure nécessitant donc une fondation de 1 000 tonnes de béton pour en assurer sa stabilité.

Figure 4 : Schémas d’ensemble d’une éolienne (www.total.com)

Voici un aperçu des différents paliers de puissance d’éoliennes existants et ces principaux fabricants sur le marché mondial.

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Figure 5 : Parts du marché de l’éolien dans le monde.

Le principe de fonctionnement d’une éolienne est simple : le vent fait tourner une hélice créant une énergie mécanique. Albert Betz a démontré en 1919 que la puissance théorique maximale fournie par une éolienne est équivalente à 16/27 de la puissance du vent auquel elle est confrontée : Pmax = (16/27) ½ρSV3

Où ½ρSV3 est la puissance incidente de vent à la vitesse V dans un cylindre de section S. L’énergie électrique produite est systématiquement racheté par EDF et au prix fort : (0,0848€ le KWh. Alors qu’EDF revend généralement le KWh aux particuliers 0,0787€ en heures pleines et 0,0463€ en heures creuses.)


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3.2 REFORMULATION DE LA DEMANDE : SPECIFICITES

Une des premières spécificités d’un parc éolien va être son étendue, nécessitant donc de grands espaces disponibles, et si possible de faible pente. La configuration du parc éolien est également à considérer suivant le nombre d’éoliennes possiblement implantables et la nature intrinsèque du territoire étudié. Il faut également préciser que nous gèrerons ici un parc éolien qui concernera donc, de par son importance et son coût élevé, la collectivité plutôt que le particulier. Il faudra également prospecter auprès des différentes communes afin de relever les consommations électriques actuelles et de faire des simulations comprenant l’utilisation des éoliennes. Nous obtiendrons de cette façon un comparatif viable d’un point de vue financier. Nous ferons de même en ce qui concerne l’apport écologique en considérant le rejet « équivalent carbone » émis par la communauté de communes sans, puis avec l’emploi de parcs éoliens. A propos de l’échelle d’étude, le plus souvent, l’élaboration d’un schéma éolien se fait au niveau d’une région ou bien d’une communauté ou agglomération de communes. En effet, les communes se réunissent afin de pouvoir bénéficier d’une plus grande étendue territoriale et d’une enveloppe financière plus conséquente. Ainsi, les échelles des données (les cartes, plans d’étude,…) seront ainsi déterminées par un palier d’échelle qui permettra la meilleure analyse et gestion du territoire. (Exemple : BD CARTO, SCAN 25,…). Par leur dimensionnement, la précision de localisation des gisements de parcs éoliens est peu importante (une précision métrique suffira).


1. Un potentiel éolien suffisant

La faisabilité d’un parc éolien suppose tout d’abord une implantation en un lieu où le vent est suffisant. Il faut en effet que la vitesse moyenne du vent soit au moins de 6 m/s pour que l’éolienne soit rentable. Il faut également que la direction du vent soit régulière, comme elle peut l’être dans des cols, de grandes surfaces planes ou les sommets de collines. Il faut admettre qu’aujourd’hui il reste des imprécisions quant à l’évaluation de la productivité d’un parc éolien (on admet que l’énergie récupérable est proportionnelle au cube de la vitesse du vent). Cependant, une cartographie à l’échelle départementale d’un gisement éolien reste pertinente. Il est bien entendu qu’une campagne de mesures sur site (d’un an minimum) est requise dans le cadre de l’étude de faisabilité d’un parc éolien.


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Figure 6 : Puissance moyenne du vent selon les zones, en W pour un m2 de section

verticale prise à 50 m du sol. (ADEME)

2. Installation et raccordement possible

Une telle installation suppose également un raccordement au réseau électrique techniquement et économiquement possible. En effet, les éoliennes doivent être à proximité d’un poste de raccordement électrique afin qu’EDF puisse récupérer l’électricité fabriquée avec un minimum de perte. Il faut également qu’elles soient installées à proximité d’infrastructures routières afin de pouvoir acheminer aisément les matériaux nécessaires à leur construction.

3. Eviter les couloirs techniques et migratoires

• De la même façon, les servitudes techniques, essentiellement aéronautiques (civiles et militaires) et radioélectriques (dont la présence de radars), peuvent conditionner voire interdire l’implantation et le fonctionnement des éoliennes. En effet, il faut éviter les couloirs aériens de basse altitude pour lesquels il faudra une autorisation de la DGAC (Direction Générale de l’Aviation Civile).

• La construction et le fonctionnement d’un parc éolien doivent être compatibles

avec les enjeux environnementaux (existence de milieux naturels remarquables ou d’intérêt, fréquentation par des chauves-souris ou des oiseaux). Ainsi, toute installation de pareille structure doit tenir compte des couloirs migratoires afin de ne pas interférer dans l’activité faunistique de la région.


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Figure 7 : Eoliennes et couloirs migratoires

4. Pollution sonore à proximité de riverains

Toute éolienne doit se situer à une distance minimale de 500 m des riverains en raison des nuisances sonores en cas de fortes bourrasques.

5. Dégradation du patrimoine naturel

Le patrimoine naturel et paysager bénéficie d’inventaires ou de protections réglementaires qui peuvent limiter l’installation de parcs éoliens. Une éolienne ne doit pas être une « pollution visuelle », elle ne doit donc pas se situer près de sites remarquables (parcs naturels, monuments historiques, etc.) afin de ne causer aucune dégradation paysagère (les zones naturelles protégées : Znieff, Zico, Zps...).

6. Distance réglementaire de fonctionnement

Une éolienne doit être éloignée d’au moins 20 fois la hauteur du bâtiment le plus proche et ne peut être implantée à moins de 6 fois la valeur du diamètre des pales, afin d’éviter toute turbulence.

7. Eviter les zones à risques naturels / technologiques

Il faut éviter d’installer, par exemple, un parc éolien en zones de sismicité importante ou d’inondations. Il faut aussi étudier la nature et la portance du sous-sol (risques d’anciennes carrières ou de mines souterraines,…) pour l’installation de telles infrastructures.

8. Autorisation foncière

Il faut obtenir une autorisation du propriétaire de la parcelle pour y installer tout parc éolien. Cette partie est souvent négligée mais elle est très importante car elle permettra ou non la naissance du projet. 3.4 METHODOLOGIE SUIVIE

Au vu des caractéristiques et des contraintes liées à l’installation de parcs éoliens, nous avons pu proposer la méthodologie suivante :


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Etape 1 : Dans un premier temps, nous allons réaliser des buffers pour mettre en évidence les distances indispensables. En effet, les éoliennes devront être placées :

° 500 m des riverains pour éviter les nuisances sonores ° proximité d’infrastructures routières pour simplifier leur construction ° proximité d’un poste de raccordement à EDF pour éviter de trop

grosses pertes d’énergie.

Figure 8 : Buffers pour identifier les zones interdites (www.esrifrance.fr)

Puis, pour s’assurer que les constructions à proximité des éoliennes ne créent pas de turbulence, il faudra effectuer des requêtes :

° attributaires (sur le champ hauteur de bâti) ° spatiales (couplées à la précédente pour déterminer si on est éloigné

de 20 fois la hauteur des bâtiments. On peut également avoir recourt aux jointures pour faire ce même travail. Etape 2 : Ensuite, pour faire ressortir toutes les zones interdites, nous devrons intersecter des couches :

° une couche indiquant la vitesse moyenne du vent ° les couches issues de l’étape 1 ° les zones comportant un risque naturel (risque géologique, couloirs

migratoires) ° les zones de protection du patrimoine architectural urbain et paysager

(ZPPAUP).


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Exemple : la Drôme Les cartes suivantes ont été réalisées pour le schéma éolien de la Drôme. Le SIG a permis de définir des zones interdites liées aux contraintes des parcs éoliens. Ensuite des cartes thématiques ont été produites, en voici un échantillon :

� synthèse des enjeux liés à l’avifaune migratrice � carte d’information : monuments historiques � carte d’information : Habitat � carte d’information : entités paysagères � carte d’information : axe de communication

Figure 9 : les zones interdites de la Drôme

Au final, en prenant en compte toutes ces cartes et en les superposant, une carte de synthèse peut être définie : gisements éoliens, servitudes, environnement, patrimoine et paysage. C'est-à-dire le schéma éolien de la Drôme.


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Etape 3 : Nous pourrons alors choisir où implanter des parcs éoliens, en favorisant les cols, les sommets de collines et les grandes surfaces planes pour que la direction du vent soit régulière. Afin d’identifier les parcelles susceptibles d’accueillir le parc éolien et ainsi réussir à récupérer les autorisations des différents propriétaires, nous devons nous munir de la BD Parcellaire (IGN) ou nous déplacer au cadastre pour y consulter le plan cadastral.

Figure 10 : extrait du cadastre (www.esrifrance.fr)

Le SIG devra proposer plusieurs variantes de dispositions qui répondront toutes aux critères. Le SIG devra nous indiquer le nombre d’éoliennes pour chaque disposition et une estimation assez précise de la quantité d’énergie électrique produite. Les maires des communes concernées par le projet devront se mettre d’accord pour le choix du meilleur dispositif.


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Figure 11 : Solution de configuration adoptée (www.esrifrance.fr)

Etape 4 : Concernant la dégradation paysagère et la connaissance de la pente du terrain, il va nous falloir connaître de façon précise, le relief de la zone à considérer et l’emplacement de chaque bâtiment, remarquable ou non. Ainsi nous pourrons établir des « lignes de visées » mettant en évidence les endroits où les éoliennes ne seront pas visibles, en d’autres termes, les lieux où les éoliennes n’apporteront pas ou très peu de dégradation visuelle.

Figure 12 : Diagramme de profil et ligne de visée (www.esrifrance.fr)


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Nous pouvons également définir des Co-visibilités.

Figure 13 : Etude des co-visibilités (www.esrifrance.fr)

Etape 5 : A ce stade, nous pourrons créer une couche définitive qui décrira les aires d’accueil potentiel de parcs éoliens. Elle comprendra éventuellement les attributs « surface », « nombre d’éoliennes » (vérifier que les éoliennes sont séparées d’une distance 6D où D est l’envergure de l’éolienne, soit deux fois la longueur d’une pale), « puissance récupérable », « coût de la construction du parc » … Etape 6 : Il serait agréable, afin de faciliter la communication avec les maires, la population, les services de l’Etat ou les associations, de représenter en 3D le futur parc éolien. Cela permettrait d’une part, d’illustrer et de représenter le projet avec le maximum de réalisme et d’autre part, de pouvoir présenter au mieux l’insertion du projet sur les sites. Exemple d’un modèle 3D d’installation d’éoliennes réalisé avec ArcScene et 3D Analyst. (Le Bâti, la végétation : arbres, haies, ont été représentés)


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Figure 14 : Modélisation 3D (www.esrifrance.fr)

Enfin, il faudra pouvoir informer régulièrement la collectivité et également lui fournir des cartes thématiques actualisées. Ce qui implique une capacité à pouvoir créer facilement des rapports fondés sur les données et résultats de SIG. (Exemple précédent sur la Drôme) Cette méthodologie est très complète car elle ne traite pas seulement de l’analyse des zones acceptables à l’installation d’un parc éolien mais également de sa structure et de son installation interne. Le but de ce rapport est avant tout de montrer la méthodologie, les données employées par le SIG pour déterminer ces zones de gisements. Mais nous pouvons aller plus loin comme vous l’avez lu avec de nombreux ajouts de critères. Les fonctionnalités du SIG ne sont pas limitées, elles deviennent une aide et un véritable outil décisionnel aux commanditaires tout au long du projet. Le futur SIG pourrait, suite à un rapport général sur le bilan carbone et la rentabilité, comporter un module sur l’installation concrète d’un parc éolien qui suivrait la méthodologie précédemment expliquée.

3.5 DONNEES NECESSAIRES ET PARTENARIATS

Pour appliquer la méthodologie décrite précédemment, il est nécessaire d’acquérir beaucoup de données et donc de collaborer avec de nombreux organismes. Voici la liste des éventuelles collaborations à faire et leurs données respectives apportées : Pour satisfaire l’étape 1 (buffers et requêtes) :

• Institut d’Aménagement et d’Urbanisme (IAU) de la région Ile de France.

• Institut Géographique National (IGN) • Electricité de France (EDF) • Réseau de transport d’électricité (RTE)

o BD topo

o BD parcellaire


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o MNE

o MOS

o Scan25

o Réseaux électriques

Pour satisfaire l’étape 2 (intersections des couches) : • Institut d’Aménagement et d’Urbanisme (IAU) de la région Ile de France. • Direction Régionale de l’industrie, de la Recherche et de l’Environnement

(DRIRE) • Agence Nationale des Fréquences (ANFR) • EDF, GDF, IGN, IAU • Direction Générale de l’Aviation Civile (DGAC)

o Couloirs aériens

o Risques technologiques

• Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM) o Risques naturels, géologie du sol

• Fédération Régionale des associations de protection de la nature (FRAPNA) • Office National de la Chasse et de la Faune Sauvage (ONCFS) • Un Centre Ornithologique, France Nature Environnement (FNE)

o Information sur la faune

• Direction Régionale des Affaires Culturelles (DRAC) • Service Départemental de l’Architecture et du Patrimoine (SDAP) • Conservatoire Régional des Espaces Naturels • Direction Régionale de l’Environnement (DIREN)

o Zones de protection du patrimoine architectural urbain et paysager

(ZPPAUP)

• Météo-France • Direction Départementale de l’Agriculture et de la Forêt (DDAF), IAU

o Atlas du gisement éolien


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Figure 15 : Phases d’élaboration de l’atlas du gisement éolien

Autres organismes en collaboration :

• Direction Départementale de l’Equipement (DDE)

• Service Départemental d’Incendie et de Secours (SDIS)

• Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie (ADEME)

• Agence régionale de l’énergie et de l’environnement (ARENE)

3.6 BESOINS SIG CORRESPONDANTS

Les besoins du SIG sont nombreux :

o Buffering : établis autour des bâtiments, infrastructures de transport, postes de

raccordement, etc.


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o Gestion de MNT : création de lignes de visée puis de diagrammes de profil.

o Interpolation des données météorologiques dans le cas où elles seraient

ponctuelles.

o Requêtes spatiales et attributaires : notamment sur la hauteur des bâtiments.

o Intersection de couches : création des « zones interdites ».

o Création de couches et calculs d’attributs depuis des expressions : surfaces,

nombre d’éoliennes, puissance récupérable, etc.

o Production de rapports et de cartes thématiques.

Les rapports établiront une comparaison de gains de production (sur plusieurs

échelles de temps), de rentabilités écologiques (« équivalent carbone ») et financiers,

avec et sans parc éolien. Le SIG devra donc afficher de nombreuses statistiques et

analyses.

3.7 LIMITES DU SIG DANS CE DOMAINE Dans le domaine des énergies renouvelables comme l’éolien, le SIG est déjà très

utilisé. En effet, il correspond parfaitement aux besoins d’un maître d’œuvre dans

l’installation d’un parc éolien. On pourrait dire que dans ce domaine de l’éolien, le

SIG n’est pas limité.

Après on pourrait vouloir une analyse sur de la 3D pour un meilleur réalisme mais

nous touchons aux limites techniques du SIG d’aujourd’hui. En effet, le SIG 3D

avance bien mais n’existe pas encore !!! Des modules complémentaires comme

ArcScene ou 3DAnalyst pour ESRI sont amplement suffisants.


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4 LA GEOTHERMIE 4.1 DESCRIPTIF EXHAUSTIF

La géothermie est un système de chauffage de bâtiments en pleine expansion. Elle est basée sur la récupération de l’énergie contenue dans le sol, sous forme de chaleur qui sera distribuée dans les habitats à chauffer. Elle fonctionne sur un système de tuyaux circulant dans le sol et contenant un fluide calorifugé. Par l’intermédiaire d’une pompe à chaleur, l’énergie contenue dans ce fluide est utilisée pour optimiser la température de la zone habitée. On peut tout de même distinguer différents types de géothermie :

• Les systèmes à boucle de sol, qui se découpent en deux techniques distinctes :

o La géothermie à circuit de captage horizontal. Le réseau fermé de tuyaux est placé au niveau d’une zone libre à l’extérieur des habitations. Il est enterré entre 0.60 et 1.20 m de profondeur. L’énergie du sol est régénérée par le soleil et la pluie.

Figure 16 : Système à boucle de sol

horizontal

o La géothermie à captage

vertical. Les capteurs verticaux sont constitués de deux tubes formant un « U » installés dans un forage et scellés dans celui-ci avec du ciment. La profondeur peut aller jusqu’à 80 m. Il est parcouru par de l’eau mélangée à un fluide antigel.

Figure 17 : Système à boucle de sol

vertical


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• Les systèmes à eau souterraine possèdent un très bon rendement, car ils captent de l’eau directement dans des nappes phréatiques. Or, celles–ci ont des températures constantes, proches des 10°C. Dans ce cas, il faut construire un second puits pour réinjecter l’eau dans la nappe, une fois celle-ci passée par la pompe à chaleur.

Figure 18 : Système géothermique à

captage sur nappe

• Les systèmes à eau de surface effectuent leur prélèvement dans une étendue

d’eau située près des bâtiments en question. L’eau, après passage dans la pompe à chaleur, est rejetée à un endroit relativement éloigné de celui de départ.

Le transfert d’énergie entre le fluide frigorifique, qui peut être de l’eau, et l’espace de vie de l’habitation est effectué par l’intermédiaire d’une pompe à chaleur géothermique. Les pompes à chaleur doivent être alimentées par un courant électrique mais fournissent de l’énergie sous forme de chaleur (chauffage) avec un coefficient de conversion valant environ 3.5. Cela signifie que pour 1W d’énergie électrique consommé, 3.5W d’énergie thermique sont créés. Ce coefficient est appelé Coefficient de Performance (COP) de la pompe à chaleur géothermique. Il peut varier suivant le type de géothermie, le modèle de pompe à chaleur, la qualité de l’installation, les températures des sources chaudes et froides, etc. Pour bénéficier des subventions de l’Etat, ce COP doit être supérieur au taux de conversion d’EDF, qui pour fournir 1W à un client doit en produire 3.3. Cette consommation électrique résiduelle est imposée pour faire fonctionner le système géothermique. Mais, cette obligation suggère qu’un système géothermique ne produit pas une énergie entièrement renouvelable. 4.2 REFORMULATION DE LA DEMANDE : SPECIFICITES

Plusieurs actions doivent être entreprises pour démontrer les éventuels avantages de la géothermie dans la communauté de communes étudiée :

• Obtenir des données sur le potentiel géothermique du territoire et en faire des cartes pour le visualiser. Nous devons répondre aux questions suivantes : Quel type de géothermie est possible ? Sur quelle zone ? Pour quel budget ?


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Figure 19 : Carte des potentiels géothermiques de surface (SIG prototype réalisé par

l’ADEME, le BRGM, EDF et l’ARENE)

• Obtenir des données sur le gain apporté par la géothermie et en déduire des cartes l’exprimant clairement. Elles doivent montrer les avantages par rapport aux méthodes dites de chauffage « classiques », telles que celui au fioul, électrique et au gaz. Ces cartes devront présenter les différences en terme de gains financiers éventuels et de bilan carbone.

Le but est que chaque habitant de la communauté de communes puisse se poser les questions suivantes : Et pourquoi pas de la géothermie chez moi ? Est-ce que la géothermie peut m’apporter quelque chose ? Est-ce que j’ai vraiment intérêt à changer de système ?


Les principales contraintes dans le cas de la géothermie à boucle horizontale sont des problèmes de distances entre les tuyaux ou avec un élément extérieur :

• Les capteurs horizontaux doivent être placés entre 60 et 120 cm sous la surface du sol, car au-delà, l’inertie du sol est trop grande et celui-ci ne pourrait se régénérer assez rapidement.

• La distance entre deux capteurs doit être au moins de 40 cm pour éviter des problèmes dus au gel.

• Le jardin où est placé la zone de captage doit avoir une surface comprise entre 1.5 à 2 fois la surface à chauffer.

• Les capteurs doivent être à au moins 2 mètres des arbres, 1.5 mètres des réseaux enterrés non hydrauliques et 3 mètres des fondations, puits, fosses septiques et évacuations.


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• La pente du terrain doit être faible pour faciliter les travaux de terrassement. Pour les systèmes à circuit de captage horizontal, le réchauffement du sol est primordial. Les données météorologiques, telles que l’ensoleillement ou la pluviométrie sont donc indispensables, elles vont beaucoup influer sur le COP. Dans le cas d’un puits vertical, la connaissance géologique du sol et une déclaration à la DRIRE sont bien sûr indispensables. Et dans le cas d’utilisation d’eaux souterraines ou de surface, il faut obtenir des autorisations liées aux éventuelles pollutions et dégradations des sites. La géothermie est chère c’est pourquoi les exigences en sont décuplées. En effet, le COP doit être supérieur à 3.3 pour obtenir une subvention de l’Etat. Pour la géothermie à captage vertical, l’importance de l’installation ne la rend viable que pour des grands ensembles (immeubles de bureaux, grands ensembles d’habitations …) qu’il faut identifier. De plus, pour toute construction géothermique, l’autorisation administrative est obligatoire (permis de construire).

4.4 METHODOLOGIE SUIVIE

Pour obtenir, les secteurs propices au développement de chauffage par géothermie, on pourra effectuer dans l’ordre les opérations suivantes : Etape 1 : Intersection de couches pour retirer les zones interdites (permis de construire, risques naturels…). Etape 2 : Sélection des données géologiques adéquates à la géothermie, par une requête attributaire sur les données du BRGM. Etape 3 : Sélection des données météorologiques adéquates à la géothermie, par une requête attributaire sur les données de Météo France. Etape 4 : Intersection de la BD parcellaire avec les données géologiques et météorologiques pour sélectionner les parcelles favorables aux géothermies à captages horizontal ou vertical.

Pour la géothermie à captage horizontal : Etape 5 :


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Jointure des parcelles sélectionnées avec la BD Topo pour récupérer le bâti, la végétation, les canalisations … Etape 6 : Création de buffers (arbres, canalisations, fondations …) et intersection avec le bâti, on calcule la surface disponible pour la géothermie dans les parcelles (cette surface doit être d’un seul tenant). Etape 7 : Calcul du ratio entre la surface à chauffer (obtenu avec un attribut hauteur du bâtiment, pour avoir le nombre d’étages) et la surface disponible pour la géothermie. On élimine les parcelles n’ayant pas au moins 1,6 à 1,7 fois plus de surface extérieure que celle à chauffer. Etape 8 : Estimation du coût et des performances (rendement attendu) à partir de la surface de captage, de la surface à chauffer, de la chaleur du sol (BRGM), de l’ensoleillement, de la pluviométrie…

Pour la géothermie à captage vertical : Etape 5 : Intersection de la BD Topo avec les parcelles retenues. Etape 6 : Identification des ensembles assez grands pour être alimentés par ce type de géothermie. Etape 7 : Intersection de ces parcelles avec les données géologiques. Etape 8 : Estimation du coût et des performances (rendement attendu) à partir de la surface à chauffer, de la chaleur du sol (BRGM). 4.5 BESOINS SIG CORRESPONDANTS Les besoins SIG correspondants sont donc :

• buffering, pour la gestion de l’éloignement minimal aux arbres du terrain. • gestion de MNT pour le calcul des pentes. • intersection de couches pour les zones non autorisés à la construction

d’éléments de type géothermiques.


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• jointures spatiales, entre bâti et parcelles par exemple. • calculs attributaires.

4.6 DONNEES NECESSAIRES ET PARTENARIATS

Les données nécessaires proviennent de secteurs très variables :

• La géologie du sol : BRGM

• Ensoleillement, Température, Pluviométrie : Météo France • Pente des sols : MNT (IGN)

• Connaissance du bâti : BD Topo, BD Parcellaire • SCOT - PLU : Informations venant des communes

• Etat des risques naturels : PPRI … : DIREN ou éventuellement les communes

• Réseaux souterrains : DRIRE

4.7 LIMITES DU SIG DANS CE DOMAINE

Contrairement à l’éolien ou aux panneaux solaires, la géothermie est censée remplacer un système de chauffage existant. Pour se rendre compte de l’apport de cette méthode, il est donc essentiel de la comparer aux autres systèmes de chauffage. Le but est que chaque habitant de la communauté de communes s’interroge sur l’apport de la géothermie. Mais seul le particulier pourra approfondir la réflexion dans ce domaine. L’outil ne peut pas aller beaucoup plus loin par manque de données (le type de chauffage des habitations par exemple). De plus, cet outil ne peut se substituer aux études de faisabilité (géologiques et autres), indispensables au lancement de l’installation d’un système géothermique. Et bien sûr, dans tous les cas, avant de se demander si vous devez passer à un chauffage par énergie géothermique, regardez toujours si votre maison est bien isolée, car une mauvaise isolation coûte très chère en chauffage. Bien souvent le gain d’une bonne isolation est supérieur au gain dû à la géothermie.


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5 CONCLUSION

Nous pouvons dès lors établir une liste exhaustive des fonctionnalités SIG à implémenter grâce à l’ensemble de ces données. D’autre part, ce SIG devra être complet sans être complexe afin d’optimiser son utilisation au sein de la communauté de communes retenue. Celui-ci devra donc allier maniabilité, intégrité et performance.

La mise en avant du comparatif évolutif est également primordiale dans ce projet.

La comparaison entre les installations énergétiques existantes et celles qui pourraient être envisagées doit apparaître de façon évidente. De plus, des mises à jour et rapports divers doivent être réalisés et diffusés. Le suivi doit se faire tout le long du projet. Les possibilités et les limites du SIG dans chacune des trois composantes énergétiques exposées doivent être explicites et mises à jour.

Ainsi, posséder un tel outil revient à se doter d’un instrument spécifique de

connaissance, d’appui, de suivi et d’évaluation des actions menées en matière d’énergie et de développement des énergies renouvelables. Ce SIG dédié permettra également de rassembler, consolider, traiter et diffuser les données nécessaires à l’élaboration et à la mise en œuvre des bilans énergétiques locaux, voire régionaux.


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6 ANNEXE

6.1 DEFINITION DE L’EQUIVALENT CARBONE La référence est toujours le gaz carbonique :

1 kg de CO2 contient 272,7 g de carbone

Pour les autres gaz, cette quantité est proportionnelle au pouvoir réchauffant global (PRG) dont la référence est aussi le gaz carbonique (valeur = 1)

Équivalent carbone = PRG * 0,2727 (en kilos)

Gaz à effet de serre (GES)

Formule

Pouvoir réchauffant

global (PRG)

Équivalent carbone (kilos)

Dioxyde de carbone CO2 1 0,2727

Méthane CH4 23 6,27

Protoxyde d'azote N2O 298 81,27

Dichlorodifluorocarbone CFC-12 8500 2318

Chlorodifluorocarbone HCFC-22

1700 463,6

Perfluorométhane CF4 6500 1723

Hexafluorure de soufre SF6 23 900 6518,2

Figure 20 : Récapitulatif de l’équivalent carbone pour les gaz à effet de serre

p4a : apport des sig aux énergies renouvelables dans...

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