Fiche de révision : Réseaux énergétiques et services de l’eau

📋 Plan du Cours

1. Fondements de l’énergétique urbaine
2. Sources et réseaux énergétiques
3. Centralisation et production locale
4. Énergie à l’échelle du bâtiment
5. Énergie urbaine et conception bioclimatique
6. Qualités sanitaire et écologique de l’eau
7. Captage et distribution de l’eau potable
8. Assainissement et réseaux d’eaux usées
9. Gestion des services de l’eau
10. Économie et enjeux mondiaux de l’eau
11. Outils internationaux pour l’eau
12. Planification territoriale de l’eau
13. Gestion décentralisée de l’eau urbaine
14. Accès à l’eau dans les villes africaines
15. Tarification et services d’eau
16. Résilience des voiries à Djibouti

📖 1. Fondements de l’énergétique urbaine

🔑 Notions clés & Définitions

• Énergétique urbaine : Étude de la production, de la distribution, de la consommation et de l’optimisation de l’énergie dans les villes et les quartiers.
• Métabolisme urbain : Description des flux de matière et d’énergie qui entrent dans la ville, y sont utilisés et en ressortent, par analogie avec le fonctionnement d’un organisme.

💡 Astuce mémo

La ville comme un organisme qui reçoit, transforme et rejette des flux.

📖 2. Sources et réseaux énergétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Énergie pilotable : Source dont la production peut être démarrée, arrêtée, augmentée ou diminuée à la demande pour répondre aux variations de consommation électrique.
• Vecteur énergétique : Substance ou support qui transporte, stocke et distribue l’énergie en la faisant passer d’une énergie primaire à une énergie finale utilisable.
• Réseau intelligent : Réseau utilisant des outils numériques et des capteurs pour piloter les réseaux, ajuster la production et la consommation et limiter les pics de demande.
• Chaleur fatale : Énergie thermique produite par une activité dont l’objectif principal n’est pas de produire de la chaleur et qui est normalement rejetée dans l’atmosphère ou dans l’eau.

★ À maîtriser

• 🔄 Le parcours énergétique suit ces étapes :
  1. Captation d’une énergie primaire.
  2. Conversion en vecteur énergétique.
  3. Conversion en une forme utile.
  4. Transport dans un réseau.
  5. Transformation en service pour le consommateur.

Compléments

📌 Les réseaux électriques transportent l’électricité à plusieurs niveaux : haute tension pour les grands réseaux interconnectés, moyenne tension à l’échelle territoriale et basse tension pour les usages courants, notamment l’éclairage.

• Un réseau de chaleur distribue de la chaleur produite en centrale par des canalisations à plusieurs quartiers et son dimensionnement nécessite des calculs.

• La densité massique de l’énergie correspond au rapport entre l’énergie et la masse de matière, soit $E/m$.

💡 Astuce mémo

Source → vecteur → conversion → flux → service.

📖 3. Centralisation et production locale

🔑 Notions clés & Définitions

• Communauté énergétique : Regroupement d’habitants, de collectivités ou d’acteurs locaux qui peuvent produire, partager et parfois vendre de l’énergie.

★ À maîtriser

📌 Le modèle centralisé concentre la production dans de grandes installations, tandis que le modèle décentralisé répartit les installations près des consommateurs.

📌 La production locale ne supprime pas nécessairement le réseau électrique, qui permet d’échanger de l’électricité lorsque la production ne correspond pas à la consommation.

Compléments

📌 Le modèle universel envisage chaque point du territoire comme un point possible de production et de consommation, tandis que le modèle réseau relie des installations dont la production est plus ou moins concentrée.

• Une centrale de 20 MW peut bénéficier d’économies d’échelle par rapport à deux centrales de 10 MW, grâce à la mutualisation des équipements, de la maintenance et des coûts de fonctionnement.

• La production centralisée peut entraîner des coûts d’infrastructure et des pertes lorsque l’électricité doit être transportée sur une longue distance.

• Une production totalement décentralisée peut nécessiter de nombreuses installations, des équipements supplémentaires et une coordination complexe.

💡 Astuce mémo

Grande centrale : mutualisation ; production locale : proximité.

📖 4. Énergie à l’échelle du bâtiment

🔑 Notions clés & Définitions

• Sobriété énergétique : Diminution des besoins énergétiques avant de chercher à y répondre.
• Efficacité énergétique : Réponse aux besoins en consommant moins d’énergie.

★ À maîtriser

• 🔄 La démarche de réduction suit cet ordre :
  1. Réduire les besoins par la sobriété.
  2. Améliorer l’efficacité énergétique.
  3. Mobiliser des moyens de production adaptés.

Compléments

• Les réglementations RT 2012 et RE2020 imposent aux bâtiments neufs des exigences visant à réduire leur consommation d’énergie.

• La réduction des déperditions par la toiture ou les terrasses est une action de sobriété énergétique dans le bâtiment.

• Les solutions de production énergétique citées comprennent :

  • Les panneaux solaires thermiques.
  • Les panneaux solaires photovoltaïques.
  • La cogénération.
  • La trigénération.
  • La géothermie.
  • L’éolien vertical ou horizontal.

💡 Astuce mémo

Sobriété d’abord, efficacité ensuite, production renouvelable enfin.

📖 5. Énergie urbaine et conception bioclimatique

🔑 Notions clés & Définitions

• Conception bioclimatique : Utilisation des caractéristiques naturelles du site et du climat pour concevoir des bâtiments, notamment par l’exposition, les ouvertures et la circulation de l’air.
• Compacité urbaine : Rapport entre le volume bâti et la surface en contact avec l’air extérieur.
• Îlot de chaleur urbain : Zone urbaine où les activités humaines, la morphologie et les matériaux contribuent à retenir ou à produire de la chaleur.

📝 Points essentiels

• La baisse de la température intérieure de 1 °C est associée à une réduction de la consommation énergétique de 7 %.

• À Kronsberg, le projet urbain a associé des actions d’économie de chauffage et d’électricité à une réduction annoncée de 60 % de l’énergie.

• L’albédo, l’inertie des matériaux, la topographie et la morphologie urbaine influencent les échanges et la rétention de chaleur en ville.

💡 Astuce mémo

Compacité et végétalisation → besoins énergétiques et chaleur urbaine réduits.

📖 6. Qualités sanitaire et écologique de l’eau

🔑 Notions clés & Définitions

• Bon état écologique : Faible écart entre l’état observé et les conditions de référence d’un milieu presque sans influence humaine.

★ À maîtriser

📌 La qualité sanitaire de l’eau concerne son aptitude à la consommation humaine, tandis que la qualité écologique évalue la santé et le fonctionnement de l’écosystème aquatique.

• Les indicateurs microbiologiques cités sont :
  • Escherichia coli.
  • Les entérocoques.
  • Les bactéries coliformes.

Compléments

• Les paramètres physico-chimiques cités comprennent :

  • Le pH, généralement compris entre 6,5 et 9.
  • La dureté.
  • La conductivité électrique.
  • Le goût.
  • L’odeur.
  • La couleur.

• Les substances surveillées comprennent :

  • Le chlore résiduel.
  • Les nitrates et nitrites.
  • Le plomb, le cadmium et le mercure.
  • Les pesticides et leurs métabolites.
  • Les PFAS.
  • Les hydrocarbures, les solvants et les résidus médicamenteux.

• En France, l’ARS contrôle la qualité sanitaire de l’eau par des prélèvements et des arrêtés.

• L’évaluation repose sur trois critères :

  • La biologie.
  • La physico-chimie.
  • L’hydromorphologie.

📖 7. Captage et distribution de l’eau potable

★ À maîtriser

• La chaîne technique de l’eau potable comprend le captage et l’amenée, le traitement, le stockage, puis la distribution.

📌 Un réseau d’eau ramifié est moins coûteux à construire mais une rupture peut couper toute la partie située en aval, tandis qu’un réseau maillé offre plusieurs chemins d’alimentation mais coûte davantage et est plus complexe à exploiter.

Compléments

• La prise d’eau prélève l’eau dans une nappe souterraine, une source, une rivière ou une retenue de barrage.

• Les stations de pompage donnent à l’eau l’énergie nécessaire pour remonter vers les unités de traitement ou les réservoirs en hauteur.

• Les étapes de traitement citées comprennent :

  • Le dégrillage.
  • La coagulation-floculation.
  • La décantation.
  • La filtration sur sable ou charbon actif.

• La désinfection finale utilise notamment le chlore, le dioxyde de chlore, les UV ou l’ozone pour détruire les micro-organismes et protéger l’eau dans les canalisations.

• Les réservoirs compensent les variations de consommation, constituent une réserve de sécurité et assurent une charge hydrostatique au réseau.

💡 Astuce mémo

Captage → traitement → stockage → distribution.

📖 8. Assainissement et réseaux d’eaux usées

🔑 Notions clés & Définitions

• Assainissement non collectif : Installation individuelle destinée aux habitations non raccordées au réseau public, qui collecte, prétraite et traite les eaux avant leur évacuation sur la parcelle.

★ À maîtriser

• L’assainissement collecte les eaux, les transporte par gravité ou pompage, les traite en station d’épuration, puis les rejette dans le milieu naturel ou les réutilise.

📌 Un réseau séparatif utilise deux canalisations, l’une pour les eaux usées et l’autre pour les eaux pluviales, tandis qu’un réseau unitaire transporte les deux dans une seule canalisation.

Compléments

• Le branchement privé-public comprend une boîte de raccordement située sous le domaine public, qui marque la limite de responsabilité entre la propriété privée et le réseau public.

• En cas de fortes pluies, les déversoirs d’orage d’un réseau unitaire évacuent le trop-plein directement dans le milieu naturel.

💡 Astuce mémo

Collecter, transporter, traiter, puis rejeter ou réutiliser.

📖 9. Gestion des services de l’eau

🔑 Notions clés & Définitions

• Régie : Mode de gestion directe dans lequel le service de l’eau est intégré à l’administration de la collectivité.
• Délégation de service public : Confie l’exploitation d’un service à un opérateur tiers pour une durée limitée, tandis que la collectivité reste propriétaire des infrastructures.

★ À maîtriser

📌 Dans l’affermage, la collectivité finance et construit les ouvrages puis confie l’exploitation à un fermier qui facture les usagers et lui reverse une redevance, tandis que dans la concession l’opérateur finance ou renouvelle aussi les infrastructures et se rémunère sur leur exploitation.

Compléments

• La régie simple est dépourvue de personnalité morale et d’autonomie financière, tandis que la régie à autonomie financière dispose d’un budget propre et d’un conseil d’exploitation.

• La régie personnalisée dispose de la personnalité morale et de l’autonomie financière, ainsi que de son propre conseil d’administration.

• Une délégation de service public pour l’eau dure généralement de 10 à 30 ans et le délégataire se rémunère par l’exploitation ou les redevances des usagers.

• Dans la gérance, la collectivité finance les ouvrages et encaisse les factures des usagers, puis rémunère l’opérateur par un prix forfaitaire pour faire fonctionner le service.

💡 Astuce mémo

Régie : gestion par la collectivité ; DSP : exploitation confiée à un tiers.

📖 10. Économie et enjeux mondiaux de l’eau

🔑 Notions clés & Définitions

• Stress hydrique : Situation où la quantité d’eau disponible est faible au regard des consommations et où la capacité de restockage de l’eau douce est limitée.

★ À maîtriser

📌 Le prix de l’eau facturé à l’usager se distingue du coût du service, qui comprend les dépenses nécessaires au fonctionnement et aux investissements du réseau.

• En France, le prix moyen de l’eau est de 4,69 € TTC par m³, réparti en moyenne entre 2,32 € pour l’eau potable et 2,37 € pour l’assainissement collectif.

Compléments

• La facture annuelle moyenne est d’environ 562,80 € pour un ménage consommant 120 m³, soit environ 46,90 € par mois.

• La consommation domestique moyenne en France est d’environ 53 m³ par habitant et par an.

📌 Le principe « l’eau paye l’eau » signifie que la facture finance l’exploitation, les investissements et les taxes et redevances écologiques, les investissements représentant environ 6 milliards d’euros par an en France.

• Le cours présente l’eau comme un bien d’État juridiquement construit dans les pays du Nord et comme un bien commun dont la reconnaissance juridique reste à construire.

• L’ODD 6 des Nations Unies concerne l’eau et l’assainissement.

• Le Plan Bleu applique les enjeux de l’eau au pourtour méditerranéen et s’inscrit dans des dispositifs de coordination et d’action politique.

• ONU-Eau coordonne le travail de plus de 30 entités de l’ONU sur la gestion de l’eau douce et les catastrophes hydriques.

• La Décennie d’action sur l’eau 2018-2028 vise à mobiliser les investissements, la coopération transfrontalière et la protection des écosystèmes aquatiques.

• Le Rapport mondial sur le développement des ressources en eau est publié chaque année sous l’égide de l’UNESCO et du WWAP afin de fournir des données sur l’état des ressources en eau.

📖 11. Outils internationaux pour l’eau

📝 Points essentiels

• Le PNUE recommande le déploiement urgent de données satellitaires mondiales pour cartographier en temps réel la dégradation des écosystèmes d’eau douce et guider l’aide humanitaire.

• Le Pacte Mondial de l’ONU propose aux entreprises des cadres pour évaluer leurs risques hydriques, réduire leur empreinte eau industrielle et encourager la sobriété.

📖 12. Planification territoriale de l’eau

🔑 Notions clés & Définitions

• Bassin versant : Portion de territoire délimitée par des frontières naturelles où les eaux de pluie, de ruissellement et souterraines convergent par gravité vers un exutoire unique.

★ À maîtriser

📌 En France, le SDAGE fixe les orientations fondamentales à l’échelle du grand bassin hydrographique, tandis que le SAGE en constitue la déclinaison à l’échelle d’un sous-bassin ou d’une nappe locale.

📌 Le SDAGE définit les orientations visant le bon état des eaux et l’adaptation au changement climatique, et s’impose aux décisions administratives.

Compléments

• Un sous-bassin versant est une subdivision topographique où la quantité et les flux d’eau dépendent fortement de l’échelle locale, avant de rejoindre le réseau du bassin versant.

📌 Le SAGE est géré par une Commission locale de l’eau et comprend un PAGD et un règlement à forte valeur juridique opposable aux tiers.

📌 En Italie, le PGA planifie la gestion des eaux et le PGRA planifie et cartographie spécifiquement les risques d’inondations et de crues à l’échelle du district hydrographique.

• En Italie, le Piano di Tutela delle Acque (PTA) définit à l’échelle régionale les actions d’assainissement, les normes de rejets et la surveillance des eaux, et fournit une base opérationnelle au PGA du district.

📌 En France, les Contrats de milieu programment des travaux de restauration sur 3 à 5 ans, tandis que les PTGE organisent la gestion quantitative de l’eau face aux sécheresses.

💡 Astuce mémo

SDAGE fixe les orientations du grand bassin ; SAGE les décline localement.

📖 13. Gestion décentralisée de l’eau urbaine

🔑 Notions clés & Définitions

• Noues paysagères : Petites dépressions aménagées qui collectent et stockent temporairement les eaux pluviales, puis facilitent leur infiltration progressive dans le sol.
• Eutrophisation : Développement excessif d’algues dans l’eau, favorisé notamment par la combinaison de nutriments, de lumière et de conditions favorables.

★ À maîtriser

• 🔄 La gestion de l’eau suit quatre étapes :
  1. Réduire les consommations
  2. Mobiliser des ressources autres que l’eau potable
  3. Favoriser l’infiltration dans les sols
  4. Créer des corridors hydrauliques et écologiques

📌 Les eaux grises proviennent des douches, lavabos, baignoires et machines à laver et sont relativement peu polluées, tandis que les eaux noires proviennent des toilettes et contiennent des matières fécales et de l’urine.

📌 La gestion intégrée et décentralisée adapte les ouvrages aux caractéristiques locales et favorise leur multifonctionnalité, contrairement au modèle du tout-réseau fondé sur des canalisations spécialisées pour chaque fonction.

Compléments

• Le programme de Kronsberg, à Hanovre, concerne environ 6 000 logements et vise à réduire la consommation d’eau potable et à diversifier les ressources utilisées.

• À Kronsberg, les eaux pluviales sont collectées, stockées et drainées selon les besoins, en tenant compte des précipitations, du rythme d’utilisation et des capacités de stockage et d’infiltration.

• La réutilisation des eaux usées permet de réduire l’usage d’eau potable pour des besoins qui n’exigent pas cette qualité, notamment l’arrosage et les chasses d’eau.

💡 Astuce mémo

Réduire → substituer → infiltrer → relier

📖 14. Accès à l’eau dans les villes africaines

★ À maîtriser

• À la fin du XIXe siècle et au début du XXe siècle, les réseaux coloniaux modernes ciblaient prioritairement les quartiers européens et les centres administratifs, tandis que les quartiers indigènes étaient souvent exclus de l’eau courante et des égouts.

• Dans les années 1990, sous la pression de la Banque mondiale et du FMI, des réformes institutionnelles et des privatisations des services d’eau ont été engagées.

Compléments

• Avant la colonisation, la cité swahilie de Gedi, au Kenya actuel, disposait dès le XIIIe siècle de maisons en pierre équipées de plomberie intérieure et de toilettes à chasse d’eau fonctionnelles.

• Après les indépendances, les États africains ont nationalisé les infrastructures et tenté d’universaliser l’accès à l’eau, mais l’exode rural et la croissance urbaine ont dépassé les capacités des réseaux sous-financés.

• Dans les années 1990, les taux de connexion étaient de 50 % à Bombay, 43 % à Ho Chi Minh-Ville, 35 % à Madras, 13 % à Port-au-Prince, 60 % à Dakar et 70 % à Abidjan.

• À Windhoek, les ménages blancs aisés consommaient entre 600 et 800 litres par habitant et par jour, les ménages noirs raccordés moins de 70 litres et les squatters environ 20 litres.

• Les modes d’accès à l’eau hors réseau universel comprennent :

  • les bornes-fontaines
  • l’eau en bouteille
  • les camions-citernes
  • les forages ou puits
  • les branchements partagés
  • les branchements domestiques

📖 15. Tarification et services d’eau

★ À maîtriser

• Les politiques de tarifs sociaux mobilisent trois leviers :
  • Subventionner le branchement initial
  • Appliquer des tarifs sociaux aux consommations
  • Garantir un volume social de base à prix réduit ou gratuit

📌 La part fixe de la facture d’eau correspond généralement à l’abonnement et ne dépend pas du volume consommé, tandis que la part variable est calculée selon le volume d’eau potable utilisé.

Compléments

• À Ouagadougou, l’ONEA fournit l’eau jusqu’à un point de comptage à la limite des zones informelles, puis des opérateurs locaux desservent les habitants ; l’ONEA fournit des équipements, rembourse les frais d’installation et contrôle les tarifs pour limiter les monopoles locaux.

• Les clients des circuits de revente paient le mètre cube d’eau 20 à 30 fois plus cher qu’un abonné à Lima et Jakarta, et 5 à 6 fois plus cher à Ouagadougou et Port-au-Prince.

• À Ho Chi Minh-Ville, les dépenses d’eau représentaient à la fin des années 1990 1,8 % des revenus des ménages raccordés, 3,9 % de ceux des familles du vieux centre approvisionnées par des revendeurs et 6,4 % de ceux des habitants des périphéries non desservies.

• La part d’assainissement de la facture est généralement calculée à partir du volume d’eau potable consommé, supposé proportionnel au volume d’eaux usées rejeté.

📖 16. Résilience des voiries à Djibouti

🔑 Notions clés & Définitions

• Vulnérabilité : Susceptibilité des infrastructures à subir des dommages face à des aléas, des crises économiques ou des conflits sociaux.
• Résilience des infrastructures : Capacité à prévenir, absorber, récupérer et se transformer après des perturbations causées par un aléa, de manière rapide et efficace.

★ À maîtriser

• Les infrastructures urbaines sont interdépendantes : l’arrêt de fonctionnement ou la baisse de service de l’une peut entraîner l’arrêt ou la dégradation des services d’autres infrastructures.

📌 Dans les termes utilisés pour l’analyse du risque, l’aléa désigne le phénomène naturel, les enjeux correspondent à l’exposition de la population et le risque résulte de leur combinaison.

Compléments

• Le programme de résilience des voiries de Djibouti, soutenu par la Banque africaine de développement, dépasse 50 millions de dollars et vise notamment à améliorer les routes exposées aux inondations.

• Les voiries urbaines comprennent la chaussée et ses couches, mais aussi des éléments de stabilité, de séparation des usages et de sécurité, ainsi que les autres réseaux et infrastructures qui partagent un espace urbain contraint.

• En 2019, une inondation centennale à Djibouti a entraîné la coupure totale de la RN1 en aval de la digue droite et l’inondation de 60 à 70 % du centre-ville, supprimant les liaisons routières entre les deux rives.

• Les atteintes aux routes lors des inondations comprennent : la submersion, le décollement du revêtement, la fissuration, l’érosion du fond de forme, l’affaissement, le sapement des chaussées ou des talus, l’obstruction des fossés et avaloirs par les boues

• Les mécanismes d’atteinte directe aux réseaux comprennent :

  • la submersion
  • l’infiltration et l’humidité
  • l’action mécanique de l’eau
  • les embâcles et l’alluvionnement

• La résilience servicielle privilégie le maintien d’un niveau minimal de service et la restauration progressive des fonctions après un choc, plutôt que la seule résistance matérielle à l’aléa.

💡 Astuce mémo

Inondation → dégradations en chaîne → baisse des services

📊 Tableaux de synthèse

Modes de gestion des services de l’eau

Outils de planification de l’eau