Study of the coupling between electricity and heat with the aim of decarbonising the French energy system

Pour répondre à ses besoins en chaleur, la France, comme la plupart des pays européens, consomme majoritairement des énergies fossiles. La chaleur consommée dans les secteurs résidentiel et tertiaire possède un potentiel important de décarbonation grâce à l’électrification du chauffage. Étant donné la forte saisonnalité associée au besoin de chaleur, cette électrification induira un besoin de flexibilité à l’échelle saisonnière pour le système électrique. Dans le contexte actuel de développement des énergies intermittentes en complément et à la place des centrales pilotables thermiques, ce besoin de flexibilité sera d’autant plus marqué. La chaleur ne peut pas être déplacée sur de longues distances mais représente une solution peu coûteuse et low-tech pour stocker de l’énergie. Fort de ce constat, ce travail a pour objectif d’évaluer les avantages que le couplage entre l’électricité et la chaleur pourrait apporter au système énergétique français. La modélisation des systèmes énergétiques est l’approche privilégiée pour traiter cette question de recherche. Étant donné que le couplage entre l’électricité et la chaleur est rarement étudié à l’échelle nationale, les approches méthodologiques de modélisation sont insuffisantes, particulièrement celles concernant la partie thermique. De ce fait, deux nouvelles méthodologies ont été mises en place dans le but d’assurer une représentation réaliste de la partie thermique du modèle. La première introduit un jeu d’équations (les contraintes de non-dilution) qui empêche l’optimisation de mutualiser librement tous les mix thermiques et technologies individuelles de chauffage pour répondre à la demande de chaleur totale. La deuxième méthodologie permet de cartographier et de regrouper en cluster les coûts des infrastructures de réseau de chaleur sur l’ensemble du territoire. Ces deux approches sont reproductibles et compatibles avec différentes architectures de modèle. Enfin, à partir des deux travaux méthodologiques préalablement réalisés, il a été possible de mettre en place un modèle d’optimisation (du dimensionnement et de l’opération) du système électrique et thermique français. L’analyse approfondie des sorties du modèle permet de conclure quant à l’intérêt du couplage pour décarboner la chaleur et apporter une flexibilité long terme au système énergétique français, sans augmenter le coût total.