Afin d’établir une stratégie de gestion et d’exploitation de la ressource géothermique, un observatoire du réchauffement de la nappe Lyonnaise a été mis en place par la Métropole de Lyon, la DREAL Auvergne-Rhône Alpes et l’ADEME à l’initiative du Cerema et du BRGM.
Cet article présente les résultats de la mission confiée au Cerema consistant à déterminer l’état des lieux du réchauffement de la nappe Lyonnaise. Ces travaux s’appuient notamment sur un modèle numérique déterministe du sous-sol Lyonnais développé au Cerema.
Déterminer le flux de chaleur provenant des constructions et aménagements
Ces dernières années, les réseaux de surveillance de GrandLyon Métropole et de la ville de Lyon indiquent un réchauffement de la température des eaux souterraines de l’ordre de 0,2 °C par an en moyenne. Des sources de chaleur diverses expliquent ce réchauffement. Par exemple :
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Les surfaces artificialisées des milieux urbains qui contribuent à augmenter la température de surface des sols,
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Les constructions souterraines telles que les lignes de métro, et les parcs de stationnement souterrains,
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Les réseaux d’assainissement,
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Les installations géothermiques qui fonctionnent en climatisation et qui rejettent de la chaleur.
secteur de Lyon-Villeurbanne (chaque point représente une zone de 4ha. Seuls les secteurs où
le flux anthropique est supérieur à 1W/m² sont représentés). Estimation réalisée selon la
méthodologie proposée par Benz et al. Science of the Total Environment (2015)
Afin de disposer d’un état des lieux du niveau de réchauffement de la nappe Lyonnaise, le Cerema a déterminé la répartition du flux de chaleur anthropique provenant de ces aménagements. Ces résultats sont cartographiés à la Figure 1 et montrent les secteurs qui subissent un plus fort transfert thermique.
Les variables d’influence sont :
- les écarts de températures et les distances qui séparent les sources de chaleur et la nappe d’eau souterraine,
- la conduction thermique du proche sous-sol.
Ces résultats cartographiques permettent d’identifier les secteurs où les activités et aménagements contribuent le plus au réchauffement de la nappe d’eau souterraine.
Ce travail permet d’estimer que l’énergie transférée vers la nappe, par les activités anthropiques et les aménagements, représente environ 250 GWh par an. A titre de comparaison ce flux est équivalent à la consommation en chauffage de plusieurs dizaines de milliers de ménages.
La potentialité énergétique théorique qui découle de cet apport est donc considérable et pourrait répondre, dans les années à venir, à une part significative des besoins énergétiques en chauffage sur le territoire.
Construction d’un modèle numérique pour déterminer le réchauffement de la nappe
Afin de déterminer l’effet de ce transfert thermique sur la nappe d’eau souterraine, un modèle hydrogéologique 3D a été élaboré sur le secteur Lyon-Villeurbanne (environ 50 km² - Figure 2). Ce modèle permet de simuler les écoulements d’eau souterraine et les transferts thermiques dans le sous-sol.
de l’élévation du terrain naturel.
Ce modèle de plus de 13 millions d’éléments repose sur des travaux menés depuis 2013 sur ce sujet par le Cerema et l’ENTPE, et sur des données actualisées du sous-sol recueillies par plusieurs partenaires de l’observatoire du réchauffement de la nappe lyonnaise : le BRGM, l’ADEME, la Métropole de Lyon, la Dreal Auvergne Rhône Alpes, la ville de Lyon et la DDT 69.
Les résultats de ce travail de modélisation permettent d’identifier les secteurs où le réchauffement est le plus fort, notamment autour de la Part-Dieu, sur la Presqu’île, et dans le quartier Gerland, principalement dans les secteurs où la densité d’aménagements souterrains est la plus forte, et où la profondeur de la nappe est la plus faible (Figure 3).
Figure 3 : Réchauffement de la nappe lyonnaise causé par les activités anthropiques et les constructions souterraines.
La suite des travaux du Cerema consistera à élaborer un indicateur relatif au niveau de sollicitation du potentiel géothermique de la nappe, en fonction :
- du réchauffement observé,
- de la productivité des écoulements d’eau souterraine
- de la densité d’installations géothermiques déjà présentes.
Cet indicateur permettra de formuler des préconisations et des règles de gestion du potentiel géothermique basse énergie en concertation avec les partenaires institutionnels afin d’assurer le bon développement de la filière géothermique et ainsi favoriser l’exploitation de cette énergie renouvelable dans les secteurs les plus pertinents .
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