Vu du m\u00e9tro, le b\u00e2timent surprend. Cet ensemble de parall\u00e9l\u00e9pip\u00e8des rouges, aux fa\u00e7ades enti\u00e8rement recouvertes de panneaux photovolta\u00efques, est la partie \u00e9merg\u00e9e d\u2019un vaste r\u00e9seau souterrain allant du lac L\u00e9man au Quartier de l\u2019innovation. Depuis cette ann\u00e9e, la nouvelle centrale de chauffe par thermopompes (CCT) brille par son \u00e9clat esth\u00e9tique, son c\u00f4t\u00e9 novateur et sa performance \u00e9cologique. Elle sera pr\u00e9sent\u00e9e dans le cadre de la CISBAT 2021, conf\u00e9rence sur l\u2019efficacit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique et environnementale du b\u00e2ti, h\u00e9berg\u00e9e par l\u2019EPFL du 8 au 10 septembre.<\/p>\n
Accol\u00e9es \u00e0 l\u2019\u00e9difice, deux chemin\u00e9es raccord\u00e9es \u00e0 des chaudi\u00e8res \u00e0 gaz ont permis de chauffer le campus pendant les deux ans de travaux. Elles ne serviront plus dor\u00e9navant qu\u2019en cas de panne du syst\u00e8me. \u00ab\u00a0Cette ann\u00e9e en f\u00e9vrier, nous avons eu un week-end glacial qui a permis de d\u00e9montrer le bon fonctionnement de la nouvelle centrale de chauffe\u00a0\u00bb, rel\u00e8ve Pascal Gebhard. Ce collaborateur du groupe Infrastructure, au sein de la Vice-pr\u00e9sidence pour les Op\u00e9rations (VPO), a suivi avec ses coll\u00e8gues des services Construction et Exploitation le projet depuis son d\u00e9marrage en 2014, et surtout depuis 2019, moment o\u00f9 l\u2019ancienne centrale de chauffe a \u00e9t\u00e9 d\u00e9mantel\u00e9e.<\/p>\n
Nous avons beaucoup de demandes pour des visites, car cette installation suscite un certain int\u00e9r\u00eat. La technologie des thermopompes se d\u00e9veloppe autour du L\u00e9man. De plus, la revalorisation des rejets thermiques permet de fermer la boucle et d\u2019utiliser l\u2019eau plusieurs fois. On la capte moins, l\u2019\u00e9nergie \u00e9lectrique utilis\u00e9e pour le pompage est moins importante et cela fait moins de rejets d\u2019eau dans la rivi\u00e8re.<\/p>\n
Pascal Gebhard, ing\u00e9nieur \u00e9lectricien, sp\u00e9cialis\u00e9 en \u00e9nerg\u00e9tique<\/p>\n
Avant travaux et depuis 1985, le campus des hautes \u00e9coles lausannoises se chauffait d\u00e9j\u00e0 gr\u00e2ce \u00e0 l\u2019eau du lac. Depuis la fin des ann\u00e9es 70, l\u2019EPFL \u00e9tait m\u00eame pionni\u00e8re en la mati\u00e8re, avec une premi\u00e8re station de pompage pour les besoins en refroidissement. Mais pendant toutes ces ann\u00e9es, deux turbines \u00e0 mazout compl\u00e9taient la production de chauffage, surtout avec l\u2019augmentation du nombre de constructions sur le site.<\/p>\n
Solution novatrice<\/p>\n
Quand est venu le moment de r\u00e9nover la centrale de chauffe devenue obsol\u00e8te, l\u2019unit\u00e9 Durabilit\u00e9 \u2013 et notamment son ancien responsable Philippe Vollichard, maintenant parti \u00e0 la retraite \u2013 a fortement milit\u00e9 pour d\u00e9velopper une solution novatrice\u00a0: au lieu de privil\u00e9gier le gaz, solution plus \u00e9conomique \u00e0 court terme mais \u00e9mettrice de CO2, le choix s\u2019est port\u00e9 sur un syst\u00e8me int\u00e9gr\u00e9 cumulant diff\u00e9rentes sources d\u2019\u00e9nergies renouvelables.<\/p>\n
La nouvelle station de pompage offre l\u2019avantage d\u2019aller puiser l\u2019eau du lac plus profond\u00e9ment \u00e0 une temp\u00e9rature constante de 7\u00b0. Elle est reli\u00e9e \u00e0 des pompes \u00e0 chaleur de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration qui permettent d\u2019amener l\u2019eau \u00e0 50\u00b0 gr\u00e2ce au processus thermodynamique de compression, condensation, d\u00e9tente et \u00e9vaporation avec une performance \u00e9nerg\u00e9tique nettement renforc\u00e9e.<\/p>\n
L\u2019autre grand progr\u00e8s, c\u2019est le couplage du syst\u00e8me avec la valorisation des rejets thermiques d\u2019un data center pr\u00e9vu juste au-dessus, avec des racks \u00e0 serveurs dont les portes sont con\u00e7ues pour faire circuler une eau industrielle filtr\u00e9e, refroidie par l\u2019eau du lac, une solution \u00e9conome en \u00e9nergie mais techniquement audacieuse. En effet, on \u00e9vite g\u00e9n\u00e9ralement d\u2019amener de l\u2019eau pr\u00e8s de l\u2019\u00e9lectronique.<\/p>\n
En refroidissant les serveurs pour chauffer le reste de l\u2019EPFL, le gain en \u00e9lectricit\u00e9 est appr\u00e9ciable, surtout si on le compare \u00e0 l\u2019approche classique qui consiste \u00e0 refroidir les serveurs avec une machine frigorifique. Dans un syst\u00e8me conventionnel, 3.3 unit\u00e9s d\u2019\u00e9lectricit\u00e9 sont n\u00e9cessaires pour d\u00e9livrer une unit\u00e9 d\u2019\u00e9lectricit\u00e9 aux serveurs. Ici, en comptant le gain sur le chauffage, cela fera 1.3 unit\u00e9, soit une r\u00e9duction de 60%.<\/p>\n
Et les d\u00e9chets v\u00e9g\u00e9taux ?<\/p>\n
L\u2019innovation ne s\u2019arr\u00eate pas l\u00e0. Avec des panneaux solaires recouvrant l\u2019ensemble du b\u00e2timent, murs et toit inclus, et une vaste zone pilote pour des essais scientifiques restant \u00e0 am\u00e9nager, la CCT pourrait un jour \u00e9galement exploiter la composti\u00e8re situ\u00e9e juste \u00e0 c\u00f4t\u00e9, o\u00f9 sont d\u00e9vers\u00e9s les d\u00e9chets v\u00e9g\u00e9taux des parcs et jardins du campus voisin. Un digesteur pour les restes alimentaires des caf\u00e9t\u00e9rias serait l\u2019\u00e9tape de plus vers une petite production locale de biogaz.<\/p>\n
Chef de projet Energies au sein de la VPO, David Gremaud souligne cependant que cette production de biogaz ne permettrait pas d\u2019alimenter l\u2019entier de l\u2019EPFL, vu les tr\u00e8s faibles quantit\u00e9s produites.<\/p>\n
L’objectif de cette installation est surtout de supprimer les trajets en camion pour le transport des d\u00e9chets alimentaires hors du site et de traiter ceux-ci localement. Cette installation pourra aussi servir au milieu acad\u00e9mique dans le cadre de travaux d\u2019enseignement et de recherche.<\/p>\n
David Gremaud, chef de projet Energies au sein de la VPO<\/p>\n
Gains d\u2019\u00e9nergie<\/p>\n
L\u2019arr\u00eat total du recours au mazout permet d\u00e9j\u00e0 de r\u00e9duire de 1800 tonnes les \u00e9missions annuelles de CO2 de l\u2019EPFL. Le gain apport\u00e9 par le photovolta\u00efque est par contre marginal, puisque l\u2019ensemble de la surface n\u2019a qu\u2019une puissance de 160 kW, alors qu\u2019une seule des quatre pompes \u00e0 chaleur de l\u2019installation en n\u00e9cessite 2000. Mais l\u2019int\u00e9gration des panneaux \u00e0 la structure-m\u00eame de la fa\u00e7ade n\u2019en reste pas moins un exemple rare et instructif en mati\u00e8re de BiPV (building integrated photovoltaics), l\u2019un des sujets de la CISBAT, mentionne Gianluca Paglia, charg\u00e9 de projets Constructions, \u00e9nergies et d\u00e9veloppement au sein de l\u2019unit\u00e9 Durabilit\u00e9.<\/p>\n
L\u2019ensemble du projet a connu plusieurs al\u00e9as, entre retards dus au Covid et une invasion de moules quagga. Vivant dans les profondeurs du L\u00e9man, ces cr\u00e9atures ont colonis\u00e9 les installations et n\u00e9cessit\u00e9 un nettoyage en profondeur et l\u2019installation d\u2019une nouvelle cr\u00e9pine d\u00e9montable afin de pouvoir la nettoyer en surface. De nouveau filtres compl\u00e8tent le dispositif.<\/p>\n
Il a fallu g\u00e9rer \u00e9galement un autre volet en lien avec les rejets d\u2019eau industrielle dans la rivi\u00e8re, le dossier ayant finalement \u00e9t\u00e9 conclu par une notice d\u2019impact environnemental accept\u00e9e par le canton, puisque le syst\u00e8me permet de r\u00e9guler les \u00e9clus\u00e9es afin de ne pas nuire au biotope.<\/p>\n
Data center bient\u00f4t op\u00e9rationnel<\/p>\n
Les retards ont aussi impact\u00e9 la mise en place du data center, encore en travaux et qui attend la livraison des racks \u00e0 serveurs. \u00ab\u00a0Nous sommes \u00e0 flux tendu\u00a0\u00bb, indique Aristide Boisseau, responsable de l\u2019exploitation et de la gestion des centres de donn\u00e9es de l\u2019EPFL. A la CCT, pr\u00e8s de 1000 m2 au sol accueilleront \u00e0 terme douze all\u00e9es de serveurs, dont une r\u00e9serv\u00e9e \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Lausanne. L\u00e9g\u00e8rement plus haut que les racks traditionnels, le mod\u00e8le avec porte r\u00e9frig\u00e9rante est d\u00e9j\u00e0 utilis\u00e9 dans d\u2019autres b\u00e2timents, mais jusqu\u2019\u00e0 pr\u00e9sent uniquement pour le refroidissement. La revalorisation des \u00e9missions de chaleur dans la nouvelle CCT devrait \u00eatre op\u00e9rationnelle d\u00e8s cet hiver. L\u2019augmentation de la capacit\u00e9 de stockage et de calcul du campus montera alors crescendo, d\u2019abord \u00e0 moiti\u00e9 de charge \u00e0 2 m\u00e9gawatts, puis \u00e0 4 MW.<\/p>\n
Le but n\u2019est pas de mettre tous nos \u0153ufs dans le m\u00eame panier. Nous allons r\u00e9duire un peu le nombre de petits data centers, qui sont actuellement pr\u00e8s d\u2019une trentaine sur le campus, mais conserver les deux autres gros situ\u00e9s dans les b\u00e2timents MA et INJ.<\/p>\n
Aristide Boisseau, responsable des data centers<\/p>\n
Une zone pilote \u00e0 investir<\/p>\n
Le dernier gros atout, et non des moindres, de la nouvelle centrale de chauffe, c\u2019est la zone pilote pour essais scientifiques \u00e9lev\u00e9e sur un pan entier du b\u00e2timent. Grande comme six terrains de badminton, elle pourrait accueillir toutes sortes d\u2019exp\u00e9riences ou d\u00e9monstrations. \u00ab\u00a0Avant le d\u00e9part de Philippe Vollichard, nous avions identifi\u00e9 une collection de projets possibles, que ce soit dans l\u2019enseignement ou la recherche\u00a0\u00bb, d\u00e9clare Fran\u00e7ois Mar\u00e9chal, ing\u00e9nieur chimiste et professeur en g\u00e9nie m\u00e9canique.<\/p>\n
Design et comparaison de syst\u00e8mes, suivi de performances, r\u00e9conciliations de mesures, pilotage et contr\u00f4le optimal, pr\u00e9dictions\u00a0: les pistes pour l\u2019enseignement ne manquent pas. Les potentiels de synergies entre laboratoires non plus, surtout \u00e0 la Facult\u00e9 des sciences et techniques de l\u2019ing\u00e9nieur. Par exemple, son coll\u00e8gue Jan van Herle, ma\u00eetre d\u2019enseignement et de recherche au Group of Energy Materials (GEM) de Sion, propose l\u2019int\u00e9gration d\u2019une pile \u00e0 combustible pour convertir en \u00e9lectricit\u00e9 et en chaleur le biogaz produit \u00e0 partir des d\u00e9chets verts. J\u00fcrg Schiffmann, professeur associ\u00e9 au Laboratoire de conception m\u00e9canique appliqu\u00e9e, propose quant \u00e0 lui un nouveau type de compresseur pour les pompes \u00e0 chaleur, et le professeur Mario Paolone, du Laboratoire des syst\u00e8mes \u00e9lectriques distribu\u00e9s, d\u2019int\u00e9grer la CCT au syst\u00e8me intelligent de gestion de l\u2019\u00e9lectricit\u00e9 du campus.<\/p>\n
Le domaine est riche en promesses d\u2019avenir, et Fran\u00e7ois Mar\u00e9chal salue la mani\u00e8re dont la centrale de chauffe de l\u2019EPFL a \u00e9volu\u00e9 au fil des ans.<\/p>\n
Les technologies de la CCT en elles-m\u00eames ne sont pas tr\u00e8s compliqu\u00e9es, mais l\u2019int\u00e9gration entre elles est tr\u00e8s innovante. Ce qui \u00e9tait exemplaire au d\u00e9but il y a 50 ans l\u2019est toujours, et fait du campus de l\u2019EPFL un mod\u00e8le de d\u00e9veloppement durable.<\/p>\n
Fran\u00e7ois Mar\u00e9chal, professeur \u00e0 la Facult\u00e9 des STI<\/p>\n
Autre promesse d\u2019avenir, dans son cours \u00ab\u00a0Optimisation des syst\u00e8mes \u00e9nerg\u00e9tiques \u00bb, o\u00f9 il utilise la CCT de l\u2019EPFL comme \u00e9tude de cas, le nombre d\u2019\u00e9tudiants de Fran\u00e7ois Mar\u00e9chal est pass\u00e9 de 15 \u00e0 60 en quelques ann\u00e9es. \u00ab\u00a0Dans le domaine de l\u2019\u00e9nergie, tous nos ing\u00e9nieurs seront responsables de la transition \u00e9nerg\u00e9tique. C\u2019est un sujet d\u2019importance qui les motive \u00e9norm\u00e9ment. M\u00eame si cela leur demande beaucoup de travail, ils d\u00e9couvrent l\u2019importance de l\u2019analyse syst\u00e9mique pour l\u2019int\u00e9gration des \u00e9nergies renouvelables et sont tr\u00e8s fiers de leurs r\u00e9sultats.\u00a0\u00bb<\/p>\n
Source: EPFL<\/p>\n<\/div>\n
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