Une étude de cas locale

Exercice supplémentaire · niveau 2 · enseignement scientifique (terminale), chapitre 6 — Énergie, choix de développement et futur climatique

Énoncé

Une commune rurale de $4000$ habitants doit remplacer la chaufferie au fioul de son réseau de chaleur, qui alimente l'école, la mairie, le gymnase et $120$ logements, et consomme $3000$ MWh de chaleur par an. Trois projets sont sur la table.

A — chaudière à granulés de bois : ressource locale, rendement $0, 85$ , émissions de $CO_{2}$ comptées comme quasi nulles si la forêt est gérée durablement, mais émissions de particules fines.

B — géothermie de surface avec pompes à chaleur : coefficient de performance $3, 5$ (une unité d'électricité pour $3, 5$ unités de chaleur), électricité à $60$ g $\cdot$ kWh $^{- 1}$ , investissement élevé, forages.

C — maintien du fioul avec isolation des bâtiments, réduisant le besoin de $30 %$ ; le fioul émet $270$ g de $CO_{2}$ par kWh de chaleur.

1. Calculer les émissions annuelles de $CO_{2}$ de chaque projet. 2. Classer les projets sur ce seul critère. 3. Reprendre le classement en tenant compte de la qualité de l'air. 4. Quels critères le calcul ne prend-il pas en compte ? 5. Rédiger trois lignes de conclusion à destination du conseil municipal.

Corrigé

1. A : les émissions de combustion du bois ne sont pas comptées si la forêt se reconstitue ; il reste les émissions d'exploitation et de transport, que l'on peut estimer à quelques dizaines de tonnes. Ordre de grandeur : quelques dizaines de tonnes. B : il faut $3 000/3, 5 \approx 860$ MWh d'électricité, soit $8, 6 \times 1 0^{5} \times 0, 060 \approx 5, 1 \times 1 0^{4}$ kg, environ $51$ t. C : le besoin tombe à $3000 \times 0, 70 = 2100$ MWh, d'où $2, 1 \times 1 0^{6} \times 0, 270 \approx 5, 7 \times 1 0^{5}$ kg, environ $570$ t.

2. A et B sont du même ordre, dix fois moins émetteurs que C. Le maintien du fioul, même avec une isolation ambitieuse, reste très loin derrière : l'isolation seule ne suffit pas à décarboner une chaufferie fossile.

3. La combustion du bois émet des particules fines, en quantité bien supérieure à celle du fioul par unité d'énergie, sauf filtration performante. Sur le critère sanitaire local, B passe donc devant A. On voit ici deux critères environnementaux s'opposer : c'est le cas général, non l'exception.

4. Le coût d'investissement et son financement ; le prix de la chaleur pour les habitants ; la disponibilité réelle de la ressource bois à proximité et la gestion de la forêt ; l'emploi local ; la robustesse en cas de panne ; la possibilité de raccorder d'autres bâtiments plus tard ; l'artificialisation liée aux forages ; et la durée des travaux.

5. « Sur le seul critère du dioxyde de carbone, les projets A et B sont équivalents et divisent les émissions par dix par rapport au maintien du fioul. La géothermie est préférable pour la qualité de l'air, la chaudière à bois pour le coût d'investissement et l'emploi local. L'isolation, quel que soit le projet retenu, réduit la facture et doit être menée en parallèle : elle n'est pas une alternative aux deux autres, mais leur complément. »

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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.