Favoriser la sobriété énergétique
La sobriété énergétique constitue un enjeu majeur en ouvrages souterrains. Une consommation énergétique élevée peut avoir des implications financières significatives en impactant à la fois la construction et l’exploitation des ouvrages souterrains. La consommation énergétique peut également avoir un impact considérable sur l’environnement, directement ou indirectement selon les modes et lieux de production (de l’électricité par exemple), ou bien encore selon les émissions des combustibles fossiles. C’est pourquoi à travers la notion de sobriété énergétique, on ne doit pas seulement considérer une simple réduction de la consommation énergétique, mais également une réduction des impacts de cette dernière sur l’environnement.
Les actions en faveur d’une sobriété énergétique doivent être mises en place à toutes les étapes de la vie d’un ouvrage souterrain : conception, construction et exploitation.
Utiliser des engins et modes de transports moins énergivores et émissifs
En phase de conception et de construction, il est important de favoriser le recours à des engins de chantier et véhicules moins énergivores et plus « propres ». Cela sous-entend une certaine maîtrise des méthodes constructives (avec une optimisation des déplacements), un entretien adapté, voire un renouvellement anticipé du parc afin de favoriser le recours à des engins et véhicules plus récents, moins consommateurs d’énergies fossiles ou utilisant des modes de propulsion alternatifs.
Ces considérations concernent également le transport pour l’approvisionnement du chantier et l’évacuation des déchets, dont les matériaux excavés.
Choisir des équipements plus sobres en énergie et optimiser leur maintenance
Bien que les tunnels ne soient pas tous éclairés ni ventilés, ces familles d’équipements sont les plus consommatrices en énergie, surtout en tunnel routier.
Indépendamment de la famille d’équipements considérée, que ce soit pour les équipements initiaux ou ceux renouvelés en phase d’exploitation, une réflexion doit être menée sur leur choix. Ce dernier ne doit pas dépendre que d’un seul critère mais de plusieurs : coût, maintenance allégée (d’autant plus sensible s’il existe potentiellement une forte gêne à l’exploitation), recyclabilité, peu énergivore… La sobriété énergétique fait donc partie des critères de sélection mais elle ne saurait être le seul.
On soulignera également que des pistes d’économies d’énergie peuvent être trouvées dans la conception et le fonctionnement des installations, ainsi que dans l’optimisation des opérations de maintenance et de renouvellement. Cependant, ces pistes doivent permettre de garantir un niveau de sécurité constant et de rester conformes à la réglementation.
Récupérer l’énergie du sous-sol et produire une énergie renouvelable
S’il est possible de choisir une offre d’énergie dite « verte » pour approvisionner un ouvrage en phase d’exploitation, avec une proportion plus élevée d’énergies renouvelables que dans une offre classique, la question de récupérer de l’énergie en souterrain ou d’en produire, se pose également.
Des études et des expérimentations ont été menées ces dernières années sur l’intégration de capteurs géothermiques dans des voussoirs de tunnels. Cependant, à l’heure actuelle, des interrogations subsistent sur l’équilibre économique, l’efficacité énergétique, la fiabilité des installations, le risque d’une maintenance accrue et d’une gêne à l’exploitation.
D’autres pistes sont explorées comme la récupération des eaux d’exhaure dont la température peut également être exploitée, ou bien encore la pose de capteurs solaires au-dessus de l’ouvrage lorsque cela est possible. L’énergie produite peut alors servir à l’alimentation d’équipements de l’ouvrage ou bien d’installations à proximité.
Actions de recherche du CETU
Le développement, l’adoption et l’intégration d’innovations technologiques sont un moteur essentiel d’amélioration de la performance énergétique en tunnel. Le CETU contribue lui-même au développement de certaines solutions, dans le cadre de son programme de recherche.
En matière d’éclairage, le CETU est partenaire par exemple du projet DELTA qui a pour objectif d’évaluer les gains que peuvent apporter les sources de type LED. Cette expérimentation, qui a lieu dans un tunnel existant, non exploité, de la DIR Île-de-France, et associe de nombreux partenaires, devrait permettre de faire avancer collectivement le sujet et de consolider la doctrine de l’éclairage des tunnels routiers.
Le CETU a également prévu de réaliser une étude d’évaluation des impacts économiques et environnementaux du choix du type de chaussée – sombre, éclaircie ou claire – à travers l’influence de ce choix sur le dimensionnement de l’éclairage. Il existe en effet une forte attente de la part des maîtres d’ouvrage et exploitants quant à l’intérêt d’une chaussée claire dans le cas d’un éclairage LED.
Le CETU réalise aussi des tests sur la fiabilité de la détection des véhicules dans les tunnels, afin de vérifier la faisabilité technique de l’activation d’une installation d’éclairage uniquement en cas de présence d’usagers. Cette disposition pourrait être appliquée uniquement dans les tunnels à très faible trafic.
Les derniers travaux en matière d’Analyse de Cycle de Vie (ACV) appliquée aux équipements d’éclairage et de ventilation en tunnels routiers ont permis de quantifier leurs impacts sur l’environnement. Les résultats montrent la contribution significative de l’utilisation de l’énergie. Ils ont également permis de souligner l’importance de veiller au bon recyclage des équipements afin de préserver les ressources.
La poursuite de ces travaux de recherche du CETU doit permettre d’étendre la démarche à d’autres familles d’équipements, d’intégrer de nouvelles technologies d’équipements, d’aller vers le développement et la mise à disposition de la profession d’outils d’évaluation des impacts, afin d’accompagner les différents acteurs dans leurs choix. Il s’agit de sensibiliser la profession aux principaux enjeux environnementaux des équipements (consommation des ressources et utilisation de l’énergie, gestion des déchets. Ces travaux mèneront à la production d’un document d’information.
Une réflexion pourra également être menée sur la production d’énergie en tunnel, ainsi que sur la consommation énergétique réelle des équipements de tunnel par rapport à une consommation théorique établie sur la base de scénarios de fonctionnement.
Publications CETU
Le CETU a publié fin 2023 un document d’information sur la sobriété énergétique en tunnel routier, avec un focus sur les équipements d’exploitation et de sécurité.
Ce document s’adresse principalement aux exploitants de tunnels routiers, mais il peut également servir de référence aux maîtres d’ouvrage et bureaux d’études chargés de la conception de tunnels neufs ou de l’étude de grosses opérations de renouvellement des équipements.
Il propose une liste de mesures de réduction de la consommation énergétique pour l’éclairage et la ventilation, mais aussi des pistes de réduction pour d’autres équipements dont la consommation n’est pas négligeable. L’objectif est de donner aux exploitants les moyens d’engager à court terme des actions permettant de minimiser l’impact environnemental de l’exploitation des tunnels, tout en leur faisant réaliser des économies, à niveaux de sécurité et de fonctionnalités équivalents.
Pour aller plus loin, le document propose une démarche générale à suivre pour engager à moyen ou long terme un processus complet de réduction de la consommation d’énergie d’un tunnel. Une telle démarche demande une analyse préalable permettant d’identifier les postes de consommation à enjeux afin de prioriser les actions à mettre en œuvre. Cette vision d’ensemble des postes à enjeux est indispensable afin d’anticiper autant que possible les mesures à engager pour minimiser les consommations énergétiques et ainsi conduire sur le long terme une véritable politique de sobriété énergétique.
Certaines des mesures présentées dans ce document sont applicables immédiatement, et d’autres en sont encore au stade de la recherche. Ces dernières sont toutefois mentionnées, au moins à titre informatif, car elles peuvent orienter les exploitants qui souhaiteraient s’engager dans l’expérimentation de nouvelles dispositions techniques.
Articles de congrès en lien avec la sobriété énergétique
« Analyse de Cycle de Vie des équipements de ventilation et d’éclairage en tunnel routier : Modélisation, résultats, pistes de réduction des impacts environnementaux et des consommations d’énergie », E. CHARLES, M. YAGHZAR, L. D’ALOIA SHWARTZENTRUBER, S. BESSON, J.F. BURKHART (CETU), 22e Congrès de Maîtrise des Risques et Sûreté de Fonctionnement, 2020
« LED lighting in road tunnels : Simulation of energy-efficient adaptive lighting scenarios”, D. TALON, S. BESSON (CETU), D. DUMORTIER (ENTPE), 30th Quadriennal Session of the CIE, Ljubljana (Slovénie), septembre 2023
Publications dans des revues
« Analyse de cycle de vie de l’éclairage et de la ventilation en tunnel routier », E. CHARLES, M. YAGHZAR, L. D’ALOIA (CETU), revue Tunnels et Espace Souterrain N° 278, 2021