Agrégation interne SII - 2023 - Épreuve commune d'admissibilité sciences industrielles de l'ingénieur

Agrégation concours interne

Section : Sciences Industrielles de l’Ingénieur

Épreuve d'admissibilité : Analyse et exploitation pédagogique d'un système pluritechnologique.

Options :

    Sciences Industrielles de l’Ingénieur et Ingénierie Mécanique
    Sciences Industrielles de l’Ingénieur et Ingénierie Électrique
    Sciences Industrielles de l’Ingénieur et Ingénierie des Constructions

Support : Réseaux de chaleur urbains (RCU)

Mise en situation

Schéma de transition énergétique et écologique de Clermont Auvergne Métropole 

Clermont Auvergne Métropole a adopté le 30 mars 2018 un schéma de transition énergétique et écologique qui constitue une feuille de route pour la préservation des ressources naturelles et la lutte contre le changement climatique.

Dans ce contexte, le bois-énergie constitue une ressource renouvelable et locale (taux de boisement de la région Auvergne : 28,6%). Afin de limiter la pollution atmosphérique, des chaufferies biomasse couplées à des réseaux de chaleur ont été retenues.

Réseaux de chaleur urbains (RCU) de Clermont Auvergne Métropole

Un réseau de chaleur urbain (figure 1) est un chauffage central à l’échelle d’un territoire, qui comprend :

• une ou plusieurs unités de production de chaleur ;
• un réseau de distribution primaire sous-terrain dans lequel la chaleur est transportée par un fluide caloporteur ;
• un ensemble de sous-stations d’échange, à partir desquelles les bâtiments sont desservis par un réseau de distribution secondaire en eau chaude basse température.

En 2021, il existait deux réseaux de chaleur clermontois :

• le réseau ECLA (figure 2) ;
• le réseau CLERVIA.

Ces deux réseaux profitent à 8 000 « équivalents-logements » avec une production d’environ 80 GWh. L’équivalent-logement est une unité de quantité d’énergie qui caractérise la consommation moyenne d’un logement.

Fin 2022 :

• les réseaux ECLA et CLERVIA sont étendus de 15 km et interconnectés afin de raccorder 12 000 « équivalents logements » ;
• deux sites industriels sont connectés aux réseaux ECLA et CLERVIA.

Des actions sont menées sur les deux réseaux de chaleur pour respecter les exigences synthétisées dans le dossier technique.

La figure ci-dessous (figure 3) synthétise les évolutions sur les réseaux ECLA et CLERVIA.

La chaufferie du réseau de chaleur ECLA

En 2010, une société a été retenue pour créer et exploiter durant vingt-cinq ans le réseau de chaleur bois ECLA qui assure le chauffage des quartiers Croix-de-Neyrat (figure 4 et figure 5), de Champratel et des Vergnes. Le réseau a été mis en service en octobre 2013.

Les caractéristiques du réseau ECLA en 2019 sont présentées dans le dossier technique.

La chaufferie du réseau de chaleur CLERVIA

La chaufferie de la Gauthière (figure 6) est exploitée en délégation de service.

Le dossier technique  présente les caractéristiques du réseau CLERVIA en 2019.

Objectifs de production pour les réseaux ECLA et CLERVIA

L’objectif de production pour ECLA était de 82% d’énergie renouvelable. En 2019, ECLA fournissait 94,4% de son énergie à partir de la biomasse.

À partir de 2023, Clermont Auvergne Métropole ajoute deux objectifs :

• l’interconnexion du réseau ECLA à celui de CLERVIA pour transférer de la chaleur d’origine renouvelable d’ECLA vers CLERVIA ;
• la connexion de deux sites industriels au réseau ECLA durant la période estivale.

Après l’agrandissement et l’interconnexion des réseaux, le taux d’énergie renouvelable devra être à minima de 75 % pour ECLA et de 76,2 % pour CLERVIA.

Étude proposée :

L’étude proposée, articulée en trois parties indépendantes, permet de valider tout ou partie des exigences synthétisées dans le dossier technique pour atteindre les objectifs annoncés.

Partie 1 : analyse énergétique, financière et environnementale des réseaux de chaleur existants et de leur interconnexion.
Partie 2 : vérification du dimensionnement de la distribution de l’énergie thermique de la chaufferie ECLA au regard de l’extension.
Partie 3 : recherche de solutions pour améliorer la disponibilité de la production de chaleur à partir de biomasse.