Pour atteindre la neutralité carbone d'ici 2035, le Swarthmore College remplace ses systèmes de chauffage et de refroidissement au gaz naturel par une géothermie de pointe alimentée par des énergies renouvelables.
SWARTHMORE, Pennsylvanie—Au sous-sol de la salle à manger du Swarthmore College, une transformation est en cours. Alors que les élèves déjeunent à l'étage, sous leurs pieds, le passé de l'école en matière de combustibles fossiles est remplacé par son avenir en matière d'énergie propre.
Au large d'un espace caverneux et animé qui abritera éventuellement l'usine au cœur d'un nouveau système géothermique pour chauffer et refroidir le collège, de vieux tuyaux poussiéreux, installés pour la première fois il y a plus d'un siècle dans le cadre d'un système de vapeur alimenté au gaz naturel, se trouvent aux côtés de tuyaux de remplacement brillants, qui transporteront bientôt de l'eau chaude et réfrigérée à travers le campus.
Le système géothermique fonctionne en stockant la chaleur dans la terre pendant l’été et en l’extrayant en hiver. Dans la première phase du projet de 12 ans, 350 puits de 800 pieds de profondeur et 6 pouces de largeur, forés dans l'une des vastes pelouses de l'école au cours de la dernière année, stockeront la chaleur. Le système de Swarthmore sera alimenté par une énergie renouvelable hors site et ils prévoient de commencer à connecter les bâtiments plus tard cette année.
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Debout sur le pas de la porte, Andy Feick, vice-président associé pour l'exploitation des installations durables et la planification des investissements, a indiqué un long tunnel éclairé par des fluorescents. De ce côté, plusieurs séries de tuyaux encombraient l'ouverture du sol au plafond, laissant un espace étroit. entre. « Il faut être assez maigre pour s'intégrer là-dedans maintenant », a-t-il déclaré, tandis qu'un ouvrier lui faisait signe de l'autre côté.
D’une certaine manière, les anciennes canalisations ont contribué à rendre possibles les nouvelles. Lorsque Feick a parlé au conseil d'administration de Swarthmore du remplacement de l'ancien système par la géothermie, il a expliqué que lorsque le système à vapeur a été construit en 1911, il s'agissait également d'une mise à niveau technologique coûteuse. « Aujourd'hui, nous sommes un siècle plus tard et il est temps de penser à positionner l'institution pour le prochain siècle énergétique plutôt que de se tourner vers les systèmes énergétiques du siècle dernier », a déclaré Feick.
Swarthmore est l'un des nombreux collèges et universités des États-Unis qui ont déjà construit ou sont en train de construire des systèmes géothermiques sur leurs campus afin de réduire leurs émissions de gaz à effet de serre. La liste comprend le Smith College, le Carleton College, la Ball State University et l'Université de Princeton, qui construit l'un des plus grands systèmes, à environ 60 miles de Swarthmore, sur son campus du New Jersey.
Dans un rapport de 2021 sur le marché américain de la production d’énergie géothermique et du chauffage urbain, le National Renewable Energy Laboratory a écrit que l’enseignement supérieur « mène la charge » dans la construction de ce type de systèmes ici.
Cette tendance est l'une des conséquences de l'engagement climatique des présidents des collèges et universités américains, qui oblige les écoles à élaborer un plan d'action climatique et à fixer une date cible pour la neutralité carbone. Swarthmore a signé l'accord en 2010 et a choisi en 2012 2035 comme calendrier pour atteindre cet objectif.
Sur les campus de banlieue comme celui de Swarthmore, les systèmes géothermiques offrent une voie idéale pour atteindre ces objectifs énergétiques ambitieux. En 2022, la centrale à vapeur représentait 36 % des émissions totales du collège, ce qui en fait la catégorie la plus importante dans l'inventaire des gaz à effet de serre de l'école et un obstacle essentiel à franchir pour réduire l'empreinte carbone du campus. « Toutes ces émissions directes de combustibles fossiles associées au chauffage et au refroidissement disparaîtront grâce à ce projet », a déclaré Elizabeth Drake, directrice du développement durable chez Swarthmore.
Les 425 acres de campus bucolique de Swarthmore rendent le remplacement de conduites de vapeur plus compactes par des conduites géothermiques plus grandes beaucoup plus réalisables qu'en milieu urbain, a déclaré Bill Braham, professeur d'architecture et directeur du Center for Environmental Building + Design à l'Université de Pennsylvanie.
« Je ne sais pas si vous avez déjà regardé un trou lorsqu'ils creusent des objets dans les rues de Philadelphie. Dans les villes modernes, il n’y a tout simplement pas de place là-bas. Ce n'est tout simplement pas possible », a-t-il déclaré. Pour Swarthmore, qui dispose de l'espace nécessaire, « il n'y a pas de meilleure option » pour décarboniser qu'un système de chauffage urbain géothermique comme celui qu'ils sont en train de construire.
Le climat de Pennsylvanie est idéal pour l'échange géothermique, a déclaré Braham, car les changements de saisons signifient que le système fonctionne selon un cycle annuel, le sol se refroidissant lorsque la chaleur est pompée pour chauffer le campus en hiver, puis inversant ce processus en été. extraire la chaleur des bâtiments pour les climatiser, pousser cette chaleur dans la terre et réchauffer à nouveau le sol.
Swarthmore dispose également des ressources financières nécessaires pour se permettre un projet d'infrastructure complexe à long terme. En 2022, Swarthmore s'est classé septième sur la liste de la National Association of College and University Business Officers des valeurs de dotation les plus élevées par étudiant à temps plein, à 1,6 million de dollars. En 2021, le conseil d'administration a approuvé 69 millions de dollars pour le plan directeur énergétique de l'école, qui comprend la construction du système géothermique.
« Ce sont toutes de bonnes décisions commerciales pour eux. Ils ne perdent pas d'argent en faisant cela, mais cela nécessite un investissement initial », a déclaré Braham. « Cela les remboursera au fil du temps et cela rendra également leur campus résilient. »
Le passage à la géothermie réduira les émissions de carbone de Swarthmore même si elle n'était pas alimentée par des énergies renouvelables « parce que le nouveau système est tout simplement beaucoup plus efficace que notre système à vapeur », a déclaré Drake. «On estime que jusqu'à un tiers de l'énergie consommée par le système à vapeur est perdue.»
En entreprenant ce type de projet pionnier, Swarthmore sert de modèle à d'autres à suivre à l'avenir. « Ce que nous faisons ici est important, mais nous sommes aussi un très petit campus », a déclaré Drake. « Mais nous pouvons modéliser des solutions et partager les leçons apprises avec d'autres personnes. »
Feick a déclaré que Swarthmore avait fait visiter le campus à des invités d'autres écoles, entreprises et organisations intéressés à en savoir plus sur le système et sur la manière dont il est construit.
Pour avoir une meilleure vue sur la pelouse où ont été forés les premiers puits, nous avons grimpé les escaliers d'un dortoir situé en bordure du site, en nous arrêtant devant une fenêtre qui donne sur le champ. Parrish Hall, le bâtiment du XIXe siècle situé au centre du campus, était visible au loin.
Entouré de clôtures, de dortoirs et d'arbres, le champ de captage était pratiquement vide, à l'exception de quelques équipements épars. Même à la fin de l'hiver, le campus herbeux de Swarthmore est vert et la terre sèche et tassée du champ de captage ressemblait à une grande calvitie.
« C'est une fois que tout est terminé, mais au plus fort de cela, il y avait cinq plates-formes de forage ici, toutes fonctionnant en même temps », a déclaré Feick. « Et c'est de la boue. Je veux dire, un site de forage n’est que de la boue pendant huit mois. Pour cette raison, le contrôle de l’eau était une question importante à prendre en compte lors de la construction.
Le bruit en était un autre. « Comme vous pouvez le constater en étant ici, ces résidences universitaires sont très proches de ce champ de captage », a déclaré Drake en désignant les dortoirs. « Nous étions préoccupés par le bruit et l'impact acoustique du forage. » Un membre du corps professoral de Swarthmore du département d'ingénierie dont l'expertise est en acoustique a aidé le collège à concevoir et à mettre en œuvre des barrières acoustiques temporaires pour étouffer les bruits du forage.
« Je pense que parce que cela a pris tellement de temps et qu'il y avait tellement de bruit de fond, les gens s'y sont habitués », a déclaré Feick. « Et puis j’ai été étonné lorsque la dernière plate-forme de forage est partie. Je pensais, mon Dieu, c'est si calme.
Il y a eu quelques plaintes concernant les perturbations causées par le forage. Mais Feick et Drake ont tous deux estimé que les efforts de sensibilisation visant à expliquer le but de la construction à la communauté avaient grandement contribué à rendre les 1 600 étudiants de Swarthmore plus tolérants face aux bouleversements.
« Un chantier de construction de cette taille a obligé les étudiants à parcourir un itinéraire très détourné pour accéder aux objets ainsi qu'aux autres obstacles que nous rencontrons lors de la pose de l'infrastructure de canalisation », a déclaré Feick. «Mais ils ne s'en plaignent pas beaucoup parce que nos étudiants sont d'une génération où ils disent que c'est absolument nécessaire. Et oui, ce n'est pas pratique, mais cela doit arriver.
Pour Drake, la chance de vivre ce qu’elle appelle un tournant majeur dans l’histoire du collège l’emportait sur les perturbations causées par la construction. « Cent cinquante ans de combustion de combustibles fossiles – et maintenant nous allons arrêter », a-t-elle déclaré.
Nous avons examiné la bande de champ dénudée en attente de nivellement et de semis de gazon. « Nous allons probablement installer cette clôture jusqu'en août ou septembre pour permettre à la pelouse de devenir plus solide et que les gens puissent y marcher », a déclaré Feick. « Et puis nous démonterons la clôture et elle sera remise » dans son état d'origine.
À l'extérieur, nous nous sommes arrêtés pour examiner l'extérieur brillant et moderne du centre de restauration, qui a ouvert ses portes en 2022. Le bâtiment dispose d'une cuisine entièrement électrique et est fait de verre, de pierre et de bois massif. Les merles voltigeaient autour des arbres du campus et des plaques de neige étaient encore visibles au sol.
Parallèlement à la planification initiale du système géothermique, le collège était également en train de concevoir la nouvelle salle à manger, a déclaré Drake, créant une « belle synergie » entre les deux projets et faisant du nouveau bâtiment l'espace idéal pour abriter l'usine centrale.
Le projet géothermique a également changé la façon dont le collège a abordé la conception du bâtiment lui-même. « Le projet énergétique nous a élevé à un tout autre niveau dans la façon dont nous envisageons la conception et la construction et dans le respect des nouvelles normes », a déclaré Feick, soulignant que la salle à manger a déjà dépassé ses objectifs en matière d'efficacité.
L'orientation du centre de restauration et la forme de son toit, recouvert de plus de 800 panneaux solaires, ont été conçus pour « maximiser l'apport solaire », et les panneaux répondront à environ 40 % des besoins énergétiques du bâtiment. Jusque dans des détails comme une politique éliminant l'utilisation de plateaux pour les convives afin d'économiser l'eau, le bâtiment était censé « faire une déclaration forte en matière de durabilité », a déclaré Feick.
« C'est tellement ironique qu'il y ait une cheminée à l'arrière », a déclaré Cara Anderson, qui travaille au département des communications de Swarthmore, alors que nous visitions la scène. Derrière la ligne de toit en pente de la salle à manger, alors que la lumière du soleil brillait sur les panneaux solaires, se profilait la tour de l'ancienne centrale à vapeur. Des volutes de fumée s’élevaient de sa bouche.
« Nous allons réutiliser le [steam plant] bâtiment. Ce sera une réutilisation adaptative, mais nous supprimerons la cheminée », a déclaré Feick, semblant excité. «Je ne peux pas attendre ce jour. Ce sera le signe de progrès le plus visible.
