La plus grande chaufferie à agropellets de France alimente la quartier de La Défense

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Article paru dans le Bioénergie International n°95 de février 2025

La Défense en bordure de Paris est le plus grand quartier d’affaires de l’Union européenne. Son chauffage est assuré par un réseau de chaleur en eau surchauffée qui présente une densité de consommation qui approche les 10 MWh/ml. Ce réseau de 26 km relie 125 immeubles, dont 70 tours, représentant plus de 3,7 millions m² de bureaux, 60 immeubles totalisant 11 250 logements et 245 000 m² de commerces. Son chauffage est assuré par un réseau de chaleur en eau surchauffée de 26 km alimenté par deux chaufferies, situées à Nanterre (180 MW) et Courbevoie (162 MW), et délivrant environ 250 GWh par an, ce qui le positionne dans le top 10 des réseaux de chaleur en France. Par ailleurs, des projets d’extensions et de livraison de chaleur à hauteur de 70 GWh supplémentaires sur des réseaux voisins non encore décarbonés sont prévus à l’horizon 2027. Le doublement du taux d’EnR&R du réseau, impulsé par Generia son maître d’ouvrage, et le recours à la biomasse dans cet environnement urbain extrêmement contraint, fut un défi de taille pour Idex.

Objectif décarbonation

Generia est le syndicat mixte qui gère la production et la distribution de la chaleur et du froid aux entreprises et habitants du quartier de La Défense. Il est constitué des villes de Courbevoie, Nanterre et Puteaux, ainsi que par le département des Hauts-de-Seine. L’importance de cette mission donne à Generia un devoir d’exemplarité. La performance énergétique et environnementale de ses réseaux de chaleur et de froid est donc au cœur de son engagement. Le 1er septembre 2002, il a confié à la société Idex La Défense, pour une durée de 25 ans, le soin de conduire ses réseaux de chaleur et de froid. En 2017, Generia a élaboré son schéma directeur des réseaux de chaleur et de froid, ce qui a constitué le préalable au dimensionnement du projet de verdissement du réseau. Les gisements et les potentiels des énergies renouvelables et de récupération disponibles sur le territoire ont été recensés en vue de sélectionner la source d’énergie privilégiée pour atteindre le minimum de 50 % d’énergies renouvelables dans le mix énergétique du réseau. Pour la mise en œuvre de cet objectif, le syndicat a signé un avenant au contrat de concession d’Idex La Défense le 9 janvier 2018, avec prolongation du contrat de 5 ans. Cet avenant, qui induit un investissement de près de 35 M€ soutenu financièrement par l’Ademe, la Région et Generia, a confié au concessionnaire la charge de convertir à la biomasse deux de ses anciennes chaudières à fioul lourd. Ces chaudières sont domiciliées à la chaufferie de la Rue d’Alençon à Courbevoie, à quelques centaines de mètres de la Grande Arche et du stade Paris La Défense Arena.

À ce stade du projet, en 2021, le taux d’EnR&R du réseau s’élevait à 35 %, pour moitié assurée par la récupération de chaleur sur une thermo-frigo-pompe générant 7,3 MW de froid et 11,7 MW de chaleur, fonctionnant en base toute l’année, et pour moitié par du biofioul issu de la distillation du Tall Oil brut, sur deux chaudières équipées de brûleurs adaptés, pour la gestion des pointes hivernales. Le reste de la production thermique étant assurée par une turbine à gaz fonctionnant en cogénération et un ensemble de chaudières gaz situés sur la centrale Noël Pons à Nanterre.

Si la décision d’utiliser des agropellets pour chauffer un ensemble urbain de cette taille n’a été prise qu’en 2018, l’idée de cette solution avait commencé à germer dès 2013 dans l’esprit du responsable biomasse d’Idex de l’époque, Xavier Collin, qui travailla sur le projet tout au long d’une décennie. Ingénieur agricole de formation, expérimenté dans le domaine des chaufferies biomasse, il avait connaissance de ces chaufferies urbaines alimentées au granulé en Europe, en plein cœur de villes, et notamment en Suède. Mais la particularité du projet mis en œuvre à la Défense, c’est d’avoir choisi, non pas du granulé de bois comme dans la plupart des projets européens du même type, mais du granulé d’origine agricole, ce qui est pleinement une innovation. Alors, si bien entendu il a fallu valider que cette option était la plus judicieuse, par étude et élimination de toutes les autres solutions de décarbonation, aujourd’hui, la concrétisation de ce projet montre que cette vision précoce et inédite a su convaincre.

En 2018, la volonté du maître d’ouvrage fut donc de porter le taux d’EnR du réseau de chaleur à 64 %. Dans la pratique, c’est la pompe à chaleur qui reste l’énergie de base à la Défense, et le granulé est sollicité en deuxième position, sachant qu’il n’est utilisé que durant la saison de chauffe. En termes de mix, c’est néanmoins le granulé qui prendra la première place en volume à l’horizon 2027, à hauteur de 45 % sur une production estimée à 270 GWh, soit une consommation annuelle d’environ 30 000 tonnes. La chaleur du groupe froid devrait alors assurer 13 % du mix et le recours au biofioul, plus onéreux, serait réduit à 6 % des besoins.

Le choix innovant d’une biomasse locale

Les disponibilités de chaleur fatale en provenance des trois UVE de la région ont montré d’insuffisantes perspectives au vu des nombreux autres projets d’utilisation dans et autour de Paris, et s’est aussi heurté à l’incompatibilité d’utiliser cette chaleur fatale en même temps que celle de la pompe à chaleur. L’étude menée en 2017 des ressources géothermiques en basses températures comme en forages profonds, a conclu que les ressources ne permettraient pas de disposer à cet endroit des températures compatibles avec la loi d’eau du réseau, ni de disposer de puissances valorisables à la hauteur des besoins dans un cadre de coûts et d’emprise foncière raisonnables. Et le passage du réseau en basse température aurait généré un investissement tel que le coût de la chaleur n’aurait pas été supportable par les abonnés. Différents biocombustibles liquides ont également été écartés soit par disponibilité insuffisante, soit par des coûts là aussi non compatibles avec l’économie du projet.

L’étude du gisement de bois-énergie (plaquette forestière, de recyclage, d’élagage, déchets verts…) a été conduite dans un rayon de 100 km autour de la chaufferie pour garantir le meilleur bilan carbone possible. Elle a montré l’existence de quantités suffisantes, de l’ordre du million de tonnes, pour un besoin correspondant de 60 000 tonnes, mais avec une possible tension dans le temps à cause du nombre important de projets dans la région. Par ailleurs, le choix du bois déchiqueté, le combustible de très loin le moins cher, aurait d’une part demandé une logistique et des volumes de stockage peu compatibles avec l’exiguïté du site, et d’autre part n’était pas compatible avec la réutilisation des chaudières à fioul. À côté de cela, la pression exercée par le secteur de l’énergie sur la ressource agricole, évaluée également à environ un million de tonnes, était marginale voire inexistante. C’est donc la filière des sous-produits agricoles secs qui s’est naturellement imposée comme la source renouvelable la plus avantageuse.

Ensuite, il fallait déterminer sous quelle forme devait être utilisée cette biomasse, au regard notamment des questions de transport, de stockage mais aussi de combustion dans des chaudières non prévues pour cela à l’origine, ce qui était le principal défi technique. Après examen de toutes les options possibles, Idex s’est tournée vers la technologie de la combustion de poudre de biomasse. Celle-ci permet, via un brûleur spécial, de générer une flamme dans une chaudière à gaz ou à fioul. Cette technologie est fréquemment utilisée en Suède depuis des dizaines d’années, notamment pour passer à la biomasse sans changer de chaudière, une solution qui peut s’avérer économiquement avantageuse. En Suède, cette adaptation requiert l’usage de poudre de bois ou de granulés de bois broyés très finement. C’est ce second choix qui a été retenu par Idex, mais avec une base de granulés d’origine agricole. Et comme ce choix ne pouvait s’appuyer sur aucune référence préalable, Idex a décidé de faire réaliser des essais en grandeur nature. Des agropellets ont ainsi été produits dans une usine de granulation du Groupe RAGT dans l’Aveyron et ont été testés avec succès en décembre 2019 dans la chaufferie finlandaise de Harjavalta, équipée des mêmes brûleurs que ceux pressentis pour la Défense.

Car brûler des agropellets n’est pas aussi simple que de brûler des granulés de bois. Leur composition chimique est en effet assez différente de celle des granulés de bois. La nature des matières agricoles est très variable et peut induire des comportements au feu problématiques notamment de par leur taux de minéraux très important, de l’ordre de 6 à 10 % au lieu de 0,5 pour les granulés de bois ; de par les relatives faibles températures de déformation de ces minéraux à cause de la présence d’engrais comme le potassium, de l’ordre de 650 à 1000°C, contre 1200°C pour le bois, avec formation consécutive de mâchefer ; de par la présence d’azote provenant également des engrais, à même de produire des oxydes d’azote et de l’acide nitrique ; et enfin de par la production d’autres composés acides et corrosifs à base de soufre ou de chlore qui peuvent endommager les équipements de combustion, à cause de la présence de résidus de produits phytosanitaires ou de matières organiques naturellement présentes comme des protéines et des graisses.

Alors, pour solutionner ces épineux problèmes, que la filière connaît depuis le premier choc pétrolier en 1974 et les premiers essais de combustion de paille, un laboratoire privé, spécialisé en chimie de la combustion, a travaillé la question durant de nombreuses années. C’est le laboratoire RAGT Énergie basé à Albi, une société du Groupe RAGT, semencier français et formulateur d’aliments pour le bétail sous forme de granulés notamment. Et c’est grâce à la connaissance de la formulation de ces matières agricoles pour nourrir au mieux le bétail, que l’idée est née de formuler telle ou telle biomasse afin qu’elle brûle sans souci. C’est tout le travail de l’équipe de RAGT Énergie, sous la conduite de son directeur Matthieu Campargue, et qui a été sollicité par Idex pour réaliser la recette des agropellets Calys® destinés à la chaufferie de La Défense, sur la base des biomasses identifiées dans la région.

À ces défis techniques, se sont également ajoutés des défis réglementaires car, ce combustible n’ayant jamais été utilisé en France à ce niveau, il a fallu coconstruire avec les autorités administratives le cadre réglementaire pour l’usage de ce combustible.

Des granulés produits à 60 km de La Défense

RAGT Énergie a développé et breveté depuis plusieurs années une méthode de production de granulés additivés de composants minéraux, et produit sous licence sous la marque Calys. Idex a donc cherché dans les environs de La Défense, les entreprises productrices de granulés combustibles capable de réaliser ces agropellets Calys. Et l’entreprise la plus proche, et qui ne sera peut-être pas la seule à intervenir à l’avenir, est la société Sodem, implantée à Marchezais près de Dreux, à 60 km à vol d’oiseau de La Défense. La Sodem est, parmi les producteurs identifiés par Idex, celui dont le bilan carbone était le plus performant au vu de sa proximité géographique, avec seulement 5,6 kg de CO₂ émis par tonne de granulés livrée.

La Sodem a pour cela souscrit une licence Calys, a réalisé des essais de production en 2022 sur la base d’une seule biomasse pour commencer, la coque de tournesol, et des premiers essais de combustion ont pu avoir lieu à la Défense en mars 2023. Pour compléter les tests et affiner les réglages sur les chaudières, la Sodem a livré 15 000 tonnes de ces granulés en 2023 et le même volume en 2024. Par la suite, d’autres biomasses seront testées en fonction de leur disponibilité, et mélangées entre elles si cela apporte un intérêt à la chimie de la combustion.

Une logistique nécessairement ferroviaire et bas carbone

La chaufferie consommera à terme 30 000 tonnes de granulés, et l’idée était d’amener les granulés à la chaufferie par le rail pour éviter d’ajouter du trafic aux embouteillages parisiens. Generia souhaitait également que la logistique présente le meilleur bilan carbone possible. Il a donc été décidé de réhabiliter le terminal embranché du site au réseau ferroviaire, des voies avec quai de dépotage où arrivait jadis le charbon puis le fioul.

Ensuite, pour résoudre le décalage saisonnier entre la production des agropellets et la saison de chauffe, il a fallu mettre en place un site de stockage de grande capacité qui soit à la fois proche de la production agricole et connecté au rail. Ce site se situe à Gellainville, près de Chartes, à 90 km de La Défense. Idex y a acheté une plateforme de stockage de forte capacité, initialement utilisée pour le stockage de grains, et bien entendu embranchée sur le rail. Deux à trois rotations sont ainsi réalisées chaque semaine entre Chartres et Nanterre. Chaque convoi compte entre 8 et 12 wagons, contenant chacun 90 m³ d’agropellets par wagon, soit une soixantaine de tonnes.

La plus grande difficulté, pour la mise en place de ces rotations, a été de trouver des créneaux horaires libres sur une ligne parmi les plus utilisées du pays ! Des créneaux de 15 minutes ont finalement pu être dégagés, en décalant d’autres trains après négociations, trois fois par semaine et en pleine nuit. Le premier train en test est arrivé à la chaufferie le 24 mars 2023. Cela faisait des années qu’un train de fret n’avait pas traversé la gare souterraine de La Défense Grande-Arche !

C’est la société Captrain qui assure l’acheminement des trains. Idex a par ailleurs loué des wagons à l’année pour en garantir la disponibilité mais aussi pour pouvoir les garder à quai à la chaufferie, durant le temps de déchargement qui est long, une heure par wagon.

Des installations en grande partie enterrées

Le dépotage des wagons s’effectue par des manœuvres réalisées au moyen d’un engin rail route électrique. Les granulés sont déchargés sous la voie via des trémies amovibles, avec système de dépoussiérage et reprise par convoyeur pneumatique jusqu’au silo de stockage. En cas de limitation ou d’interdiction momentanée de la circulation des trains, une zone de dépotage par camions est prévue avec un quai de déchargement, également avec dépoussiérage et reprise par convoyeur pneumatique. Le silo de stockage, d’un volume de 1 500 m³ pour 900 tonnes de granulés, est positionné à l’emplacement des anciennes cuves à fioul dont l’espace sert également à héberger les équipements de préparation de la poudre. La capacité du silo garantit une autonomie de plus de 3 jours à pleine charge. Le désilage des agropellets s’effectue par deux vis en fond de silo avec reprise par un convoyeur à disques jusqu’au stock tampon en amont du broyeur.

Les équipements de préparation de la poudre se déploient sur 5 niveaux de plateformes sur 14 mètres de hauteur. En sortie de silo, les granulés sont débarrassés des corps étrangers (cailloux, métaux) et passent dans un broyeur à marteaux. Les particules produites sont ensuite filtrées par une bluterie telle qu’on en trouve dans les minoteries pour séparer la farine du son. Une canne de prélèvement en sortie permet de conduire les analyses granulométriques pour vérifier le respect des spécifications des brûleurs. Un convoyeur pneumatique les emmène ensuite vers les brûleurs depuis une trémie tampon de 7 m³.

Des dispositifs de sécurité pour prévenir les risques d’incendie et d’explosion ont été mis en place sur l’ensemble des chaînes de dépotage des trains et des camions, de remplissage et extraction du silo, de préparation de la poudre et d’alimentation des brûleurs. Toutes ces installations ont été réalisées pour des conditions de fonctionnement AtEx et sont protégées par des systèmes d’extinction automatiques fournis par la société GreCon. Des évents sont également positionnés en de nombreux points pour canaliser le souffle d’éventuelles explosions. Enfin, des caméras thermiques surveillent la température aux endroits critiques, et une mesure du CO est effectuée en continu dans le silo.

La réalisation de cet ensemble de travaux, dans un contexte de densité urbaine maximale, de travaux adjacents, de période Covid, de situation économique inflationniste, et sans interruption du fonctionnement de la chaufferie, a représenté un véritable tour de force. Malgré cela, les travaux ont commencé en juillet 2021 et la première mise à feu des chaudières a été réalisée le 24 février 2023 et les optimisations de combustion se feront encore sur la saison de chauffe 2024/2025.

Une chaufferie biomasse innovante

La poudre des agropellets est pulvérisée dans la chambre de combustion des deux chaudières Babcock Wanson par des brûleurs adaptés. Ces chaudières, initialement d’une puissance unitaire de 45 MW au fioul lourd, ont été rétrogradées à 22,5 MW au vu du pouvoir calorifique des agropellets. Pour accueillir la poudre de biomasse, chaque chaudière a subi des modifications : ajout d’un convoyeur pneumatique, installation d’un brûleur, modification de la distribution des airs de combustion, ajout de nouveaux réfractaires dans le foyer, recirculation des fumées et intégration d’un système automatique de décendrage sur la sole avec refroidissement à l’eau et adaptation du système de ramonage à de la vapeur surchauffée.

Les brûleurs sont produits par la société WTS, filiale de BKTech, basée à Nyköping en Suède. Ils fonctionnent avec des poudres qui doivent faire moins de 10 % d’humidité et dont 100 % des particules sont inférieures à 1 mm et à 85 % inférieures à 0,625 mm.

Les gaz de combustion sont traités par injection de bicarbonate de sodium et épurée dans un filtre à manches avant un traitement des oxydes d’azote par réduction catalytique utilisant de l’eau ammoniacale. Ces systèmes permettent de respecter des valeurs limites d’émissions prévues à l’arrêté préfectoral, plus contraignant que l’arrêté du 3 août 2018 relatif aux installations de combustion relevant de la directive sur les émissions industrielles (IED) : 5 mg/Nm³ pour les poussières, 50 mg/Nm³ pour les SOx et 140 mg/Nm³ pour les NOx. Un économiseur permet enfin d’accroître le rendement de l’installation de 4 % et d’atteindre les 88 %. Les cendres sous foyer et les cendres volantes sont transportées pneumatiquement vers deux silos de 50 m³ d’où elles sont extraites pour être évacuées en décharge contrôlée.

Contacts :

• Le maître d’ouvrage : www.generia.fr
• Le concessionnaire : developpement@idex.fr – www.idex.fr
• Le fournisseur des agropellets : Ets Marchais – 02 37 62 03 30 – contact@sodem28.com – www.sodem-marchais.fr
• La formulation des agropellets : 05 63 36 91 46 – ragt.energie@ragt.fr – www.ragt-energie.fr
• Le transporteur des agropellets : www.captrain.fr
• Convoyage et stockage : www.geldof.com
• Broyage et bluterie : www.stolz.fr/fr
• Traitement d’air de transport : www.lysair.com/fr
• Les brûleurs à poudre : www.wtsab.com
• Protection AtEx : Guillaume Prabel – 03 88 50 90 27 – guillaume.prabel@grecon.fr
- www.fagus-grecon.com/fr

• Vannes anti-explosions : www.adixatex.com/fr/
• Aspiration centralisée des poussières : 
www.nilfisk.com/fr
• Traitement de fumée : François Gallic
- 06 13 99 43 06 – f.gallic@scheuch.com
- www.scheuch-industrial-solutions.com
• Mesure des émissions atmosphériques : www.fr.envea.global
• Évents anti explosion : www.rembe.de
• Transport pneumatique : www.mactenn.com
• Manches de chargement des cendres : www.tripette.fr
• Locomotive électrique : www.zagro-group.com

Frédéric Douard, en reportage à la Défense – Courbevoie

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