Innovations potentielles dans le domaine des réseaux de froid : le regard d’une experte scientifique
Les réseaux de froid - c'est quoi?
Pendant des décennies, la transition énergétique s’est concentrée sur la chaleur : mieux chauffer les bâtiments, remplacer les chaudières fossiles, développer la biomasse, la géothermie ou la chaleur de récupération. Mais avec le réchauffement climatique, une nouvelle question s’impose : comment rafraîchir les villes sans aggraver la consommation électrique ni amplifier les îlots de chaleur ?
La réponse ne peut pas être simplement l’installation massive de climatiseurs individuels. Cette solution, rapide à mettre en place, déplace souvent le problème : elle consomme beaucoup d’électricité pendant les pics de chaleur, rejette de l’air chaud dans l’espace urbain, multiplie les équipements en façade ou en toiture, et repose sur des fluides frigorigènes dont la gestion doit être rigoureuse.
Les réseaux de froid offrent une alternative collective. Comme les réseaux de chaleur, ils reposent sur une production centralisée et une distribution par canalisations enterrées, généralement sous forme d’eau glacée. Les bâtiments raccordés n’ont plus besoin de produire eux-mêmes tout leur froid : ils reçoivent une énergie frigorifique produite à l’échelle du quartier ou de la ville.
Mais le vrai potentiel d’innovation ne se limite pas à remplacer des climatiseurs individuels par une centrale plus grande. L’enjeu est plus ambitieux : inventer des systèmes de froid sobres, intelligents, intégrés au territoire et capables de valoriser les ressources locales.
(Ref: https://france-chaleur-urbaine.beta.gouv.fr/ressources/reseau-de-froid)
Produire du froid à partir de ressources naturelles locales
La première piste consiste à utiliser davantage les sources de froid naturelles. C’est le principe du « free cooling ». Lorsque le territoire le permet, l’eau d’un lac, d’une rivière, de la mer, d’une nappe ou du sous-sol peut contribuer au refroidissement du fluide caloporteur. Cette approche permet de réduire l’usage des groupes frigorifiques électriques et donc de limiter la consommation d’énergie.
Mais le free cooling n’est pas une solution universelle. Il doit être étudié finement : température disponible, débit, distance au réseau, impacts environnementaux, contraintes réglementaires, évolution de la ressource en période de canicule. La recherche a ici un rôle essentiel : cartographier les ressources, modéliser leur disponibilité future et évaluer les impacts.
Le froid durable ne se décrète pas. Il se démontre territoire par territoire.
(Ref: https://www.cerema.fr/fr/actualites/enrezo-cartographie-ligne-identifier-potentiel-developpement)
Utiliser la chaleur fatale pour produire du froid
Cela peut sembler paradoxal, mais on peut produire du froid à partir de chaleur. Les technologies d’absorption ou d’adsorption permettent d’utiliser une source chaude - chaleur industrielle perdue, chaleur d’incinération, solaire thermique, chaleur résiduelle d’un procédé - pour générer du froid.
C’est une piste très intéressante pour les territoires industriels, les hôpitaux, les campus, les stations d’épuration, les zones d’activité ou les data centers. Aujourd’hui, une partie importante de l’énergie thermique disponible localement est rejetée dans l’environnement. Demain, elle pourrait alimenter des machines thermiques de production de froid.
Dans ce domaine, les matériaux jouent un rôle central. Les procédés d’adsorption reposent sur des solides poreux capables de fixer puis de libérer un fluide, par exemple de la vapeur d’eau. Zéolithes, silices, charbons activés, biochars, composites hybrides : ces matériaux peuvent devenir le cœur de nouvelles générations de systèmes frigorifiques thermiquement activés.
Développer des matériaux bas carbone pour le froid
Un regard d'expert en matériaux et en énergie remonte les réseaux de froid sous un angle souvent oublié : quels matériaux utilise-t-on pour produire, stocker et piloter le froid ?
Les matériaux poreux biosourcés ou issus de déchets peuvent ouvrir de nouvelles perspectives. Des biochars activés, des zéolithes produites à partir de ressources minérales secondaires, ou encore des composites biochar-zéolithe pourraient être étudiés pour des applications de déshumidification, d’adsorption ou de stockage thermique.
Cette approche permettrait de relier deux enjeux : l’adaptation aux canicules et l’économie circulaire. Autrement dit, utiliser des ressources locales ou des déchets pour fabriquer des matériaux capables de contribuer au confort d’été.
C’est une question scientifique très actuelle : peut-on concevoir des matériaux de froid performants, stables en cycles, régénérables à basse température, peu coûteux et avec une faible empreinte carbone ?
Stocker le froid pour éviter les pics électriques
Le principal défi du froid est sa temporalité. La demande augmente fortement pendant les épisodes de chaleur, souvent en fin de journée, lorsque les bâtiments sont chauds et que les réseaux électriques sont déjà sollicités.
Le stockage de froid est donc une brique stratégique. Il peut prendre plusieurs formes : eau glacée, glace, matériaux à changement de phase, stockage dans le sol ou dans des volumes tampons. L’idée est simple : produire du froid quand l’énergie est disponible ou moins chère, puis l’utiliser au moment où la demande est maximale.
À l’échelle d’un réseau urbain, ce stockage peut éviter de surdimensionner les centrales frigorifiques et réduire la pression sur le système électrique. À l’échelle de la recherche, il ouvre un champ d’innovation sur les matériaux de stockage, les cycles de charge-décharge, la durabilité et l’intégration dans les bâtiments.
Demain, un réseau de froid performant ne sera pas seulement un réseau qui produit beaucoup. Ce sera un réseau qui sait produire au bon moment, stocker intelligemment et restituer efficacement.
(Ref: https://www.iea.org/energy-system/buildings/space-cooling)
Piloter le froid avec des données
Un réseau de froid moderne devra être un système numérique. Il faudra anticiper la demande, prévoir les pics de chaleur, modéliser le comportement des bâtiments, ajuster les températures de départ et de retour, optimiser les pompes, éviter les pertes, détecter les dérives et intégrer les signaux du réseau électrique.
Les données météo, les usages des bâtiments, les calendriers d’occupation, les consommations historiques et les scénarios climatiques devront être combinés pour piloter le système en temps réel.
Cette intelligence de réseau est essentielle. Sans pilotage, même une bonne infrastructure peut fonctionner de manière sous-optimale. Avec un pilotage avancé, un réseau de froid peut devenir un outil de flexibilité énergétique, capable de réduire les pointes électriques et de mieux intégrer les énergies renouvelables.
Penser ensemble chaleur et froid
L’une des grandes erreurs serait de traiter le froid comme un sujet isolé. Dans une ville, les besoins de chaleur, de froid, d’eau chaude sanitaire, de ventilation, de récupération d’énergie et de stockage sont liés.
Certains bâtiments ont besoin de froid alors que d’autres rejettent de la chaleur. Certains procédés produisent de la chaleur fatale en été, alors que les bâtiments tertiaires demandent du rafraîchissement. Les data centers, par exemple, produisent de la chaleur toute l’année, qui peut être valorisée dans certains contextes. Les réseaux de chaleur et de froid de demain devront donc être pensés comme des systèmes thermiques intégrés.
L’innovation consiste à passer d’une logique de production séparée à une logique d’écosystème énergétique local.
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