Garder la Gommeuse au chaud

Si l’on vous demandait ce que New York représente pour vous, la réponse serait différente pour chacun d’entre nous. Si vous la connaissez bien, cette « ville qui ne dort jamais » regorge de souvenirs inoubliables. Son mélange vibrant de cultures et son énergie incessante en font une expérience unique. Mais, même pour ceux qui n’ont jamais mis les pieds à Manhattan, sa ligne d’horizon est instantanément reconnaissable. Dominée par des gratte-ciels s’élevant vers les nuages, elle symbolise l’ambition, l’optimisme et la détermination ; le rêve américain en béton, acier et pierre.

Du sol au ciel : les origines du gratte-ciel

La ligne d’horizon new-yorkaise que nous connaissons aujourd’hui n’a pas toujours été ainsi. Il a fallu une combinaison de facteurs pour pouvoir construire toujours plus haut. Le premier immeuble de grande hauteur en Amérique n’était même pas dans cette ville ; Chicago l’a devancé, avec le Home Insurance Building de 12 étages en 1884. Mais ce sont les avancées technologiques de la fin du XIXe siècle qui ont permis de réaliser les rêves de construction vertigineuse. L’acier Bessemer forgé en sections plus longues a permis des structures plus hautes et plus flexibles que l’ancienne fonte ne le permettait. Les sprinklers pour gérer les risques d’incendie ont entraîné un assouplissement de l’ancienne limite de construction de 23 mètres. Et l’électricité AC a été brevetée, conduisant à des ascenseurs capables d’emmener les gens à de nouvelles hauteurs. Quant à savoir comment maintenir le confort de ces nouveaux édifices colossaux pendant le froid mordant de l’hiver, la réponse a été trouvée avec la vapeur.

L’histoire de Sarco à New York

Lorsque la tour distinctive du Singer Building était presque achevée, s’élevant à 40 étages au-dessus des rues de la ville, New York était un symbole du progrès américain. Alors que Lewis Sanders entrait dans le port en 1907, après presque une semaine de traversée depuis le Royaume-Uni, la tour de style Beaux-Arts en brique rouge et bleu allait bientôt devenir le plus haut bâtiment du monde, ne serait-ce que pour un an. Il n’aurait pas été seul à témoin de l’évolution de la ligne d’horizon de la ville. Ellis Island, où les immigrants d’Amérique étaient recensés, a connu sa plus forte affluence en 1907, avec 1,25 million d’arrivées pleines d’espoir. Cependant, contrairement à la plupart d’entre eux, le voyage de Sanders avait un objectif précis : créer la branche américaine de l’entreprise de son employeur britannique. La même année, la Sarco Fuel Saving and Engineering Company s’installa dans le Lower Manhattan. En quelques années seulement, en 1915, elle devint simplement Sarco Co. Inc. Son en-tête listait ses offres principales, notamment les enregistreurs de CO2, les compteurs de vapeur, les calorimètres à combustible et à gaz, les jauges de tirage, les steam traps et les régulateurs thermostatiques. Les steam traps étaient un pilier de la croissance de l’entreprise, et à mesure que la ville connaissait une croissance rapide, la demande de steam traps de qualité a contribué à établir la réputation de Sarco. Ruth Greenfield, Vice-Présidente pendant ces années fastes, se souviendrait plus tard :

Je peux affirmer sans risque qu’il n’y a pas un seul immeuble d’habitation à New York qui a été construit entre 1921 et 1932… qui ne soit pas équipé de steam traps Sarco pour radiateurs.

Pourquoi New York a adopté la vapeur

La réponse réside dans les propriétés uniques de la vapeur en tant que milieu de transfert d’énergie. Elle transporte bien plus de chaleur que l’eau, et a l’avantage de ne pas nécessiter de pompes de circulation pour l’acheminer là où elle est nécessaire. Cela permet non seulement d’économiser sur le coût des pompes de circulation, mais aussi sur les complications liées au contrôle des pompes et de leur débit pour gérer le transfert de chaleur. Lorsqu’il s’agissait de distribuer la vapeur aux radiateurs dans un immeuble de grande hauteur, les avantages de la vapeur étaient évidents. En introduisant un vide, au lieu que la vapeur pousse l’air hors du système, elle est attirée par le vide à des vitesses pouvant atteindre 240 km/h à travers tout le système de chauffage. Cela garantit un chauffage rapide et uniforme dans tout le bâtiment. Un bon exemple est le système de chauffage de l’Empire State Building. Lorsqu’il fut achevé en 1931, avec ses 102 étages, il devint le plus haut bâtiment du monde. Aujourd’hui, après un important projet d’efficacité énergétique, et 92 ans après son achèvement, il dépend toujours de la vapeur pour maintenir le confort de ceux qui y travaillent. Le tout avec une pression de vapeur de 1,5 psi — et 6 600 steam traps. La rénovation détaillée en matière d’efficacité a réduit la consommation énergétique de plus de 40% et les émissions de carbone de 54%.

La vapeur au-delà du gratte-ciel

L’utilisation de la vapeur pour chauffer les bâtiments n’était pas une découverte nouvelle. Joseph Nason, qui a joué un rôle dans le développement du radiateur en fonte, l’avait fait dans la Maison Blanche du Président Pierce en 1855. En 1882, la New York Steam Company (précurseur de Con Edison) fournissait les bénéfices de la vapeur à près de 1 600 clients, de Battery Park à la 96e rue. Et, bien que la majorité des nouveaux immeubles de grande hauteur aient été construits pour maximiser l’espace et les bénéfices pour un usage commercial, la vapeur s’est également fait chemin jusque dans les foyers résidentiels de New York. Vous pourriez penser que les choses ont évolué. Qu’en dehors de ses avantages évidents pour les plus hauts bâtiments de la ville, elle a été remplacée. Vous auriez tort.

Comme le note Urban Green, l’impact de l’utilisation de la vapeur a été révolutionnaire : « Elle a remplacé les cheminées et les poêles, offrant une meilleure qualité de l’air intérieur, un confort et une efficacité supérieurs. » Lorsque la majeure partie de l’actuelle New York a été construite, dans les premières décennies du XXe siècle, il y avait des préoccupations sanitaires liées au fait d’être à l’intérieur sans ventilation. Les milliers d’immigrants arrivant dans la ville ont entraîné des logements surpeuplés, une crainte de maladies et un « air vicié » (respirer l’air des autres). La peur de maladies comme la tuberculose et de pandémies dévastatrices comme la grippe espagnole de 1918 ont renforcé cette croyance.

La solution ? Garder les fenêtres ouvertes, même au cœur de l’hiver. Ce conseil n’a pas changé depuis un siècle. Rappelez-vous qu’il y a seulement quelques années, pendant la pandémie de COVID-19, la recommandation était de garder les fenêtres ouvertes si l’on partageait une pièce avec d’autres personnes. Cela pouvait être prudent du point de vue de la santé publique, mais cela a directement conduit aux idées reçues concernant la vapeur aujourd’hui.

Trop chaud à gérer ? La place de la vapeur aujourd’hui

Il peut faire terriblement froid à New York en hiver, surtout lorsqu’un vent glacial du nord-est souffle. Pour compenser la politique des fenêtres ouvertes, des boilers et des radiateurs ont été installés capables de chauffer les logements avec les fenêtres ouvertes même les jours les plus froids. Lorsque le combustible générant la vapeur est passé du charbon au pétrole puis au gaz naturel, les équipements de remplacement ont été surdimensionnés, privilégiant la surchauffe plutôt que le sous-chauffage. Des fenêtres double vitrage plus efficaces ont remplacé les anciennes, et l’isolation et l’étanchéité à l’air se sont améliorées, contribuant tous à la nature étouffante des systèmes de chauffage d’origine. Associés à des programmes de maintenance insuffisants, ces systèmes de vapeur surdimensionnés signifient que les gens ouvrent maintenant leurs fenêtres en hiver parce qu’ils ont trop chaud. En ce qui concerne les bâtiments disposant de leur propre système de chauffage, Urban Green est clair sur la voie à suivre : « À mesure que les systèmes de vapeur vieillissent, ils devraient être remplacés par des systèmes hydroniques ou par des pompes à chaleur électriques. » Bien entendu, cela remplace un milieu de transfert d’énergie, la vapeur, par un autre, l’eau chaude. La question de savoir comment cette électricité est générée reste entière. Si ce n’est pas à partir de gaz naturel (prévalant sur le pétrole et le charbon de nos jours), mais à partir de sources d’énergie renouvelable, alors pourquoi ne pas générer de la vapeur à partir de la même source d’énergie ? Même les partisans de l’élimination de la vapeur reconnaissent qu’une entreprise aussi colossale ne suffit pas à court terme. Comme le note Urban Green : « Une autre raison d’investir dans la vapeur maintenant est que, avant que les bâtiments ne passent entièrement à l’électricité, nous pourrions voir le développement de systèmes de chauffage hybrides qui continuent d’utiliser la vapeur pour compléter les pompes à chaleur. » Ils recommandent également un ensemble de mesures immédiates pour équilibrer les systèmes de vapeur, examiner la correction des boilers surdimensionnés, et introduire des facteurs d’isolation et de régulation de la température qui auraient un retour sur investissement de huit ans ou moins. En fin de compte, il est clair que ce n’est pas une question de « l’un ou l’autre » ; c’est un faux dilemme. Correctement installés, bien entretenus, et avec les différentes mises à niveau possibles, les systèmes de vapeur sont certainement viables. Comme le reconnaît Urban Green : « Si les systèmes de vapeur fonctionnent correctement, ils acheminent la vapeur jusqu’à chaque radiateur du bâtiment, et les occupants bénéficient d’une chaleur plus régulière sans être surchauffés. »

Deux domaines où la vapeur est parfaitement adaptée

Quelle que soit la vision positive que vous ayez du potentiel des pompes à chaleur, elles sont insuffisantes lorsqu’il s’agit d’immeubles de grande hauteur. Imaginez la perte de valeur immobilière lorsque vous considérerez que tous les 20 étages devront leur être consacrés pour pouvoir pousser l’eau chaude toujours plus haut. Quand il fait froid dehors, un système de secours sera presque toujours nécessaire pour augmenter leur production. Et n’oubliez pas qu’elles ont besoin d’électricité pour fonctionner, 24 heures sur 24, 365 jours par an. La physique n’a pas changé non plus. Une livre de vapeur condensée transporte plus de chaleur que 25 livres d’eau chaude refroidie dans des radiateurs de 4,4 °C, sans avoir besoin de pompage. Il y a ensuite Con Edison, qui exploite aujourd’hui le plus grand système de vapeur au monde. À travers plus de 160 km de tuyaux, la vapeur est générée de manière centralisée dans six sites avant d’être distribuée dans la moitié inférieure de Manhattan. Certains de ces sites ne servent qu’à la production de vapeur, d’autres produisent également de l’électricité. Et elle n’est pas uniquement utilisée pour le chauffage. Elle alimente les hôpitaux de New York (à des fins de stérilisation), les blanchisseries et les entreprises de transformation alimentaire. Ce n’est pas seulement l’Empire State Building qui dépend de la vapeur. Le réseau de Con Edison fournit de la vapeur pour le chauffage, le refroidissement (grâce à des réfrigérateurs à absorption) et l’eau chaude aux Nations Unies, à Grand Central Terminal et au Chrysler Building. La plus ancienne action cotée à la Bourse de New York, Con Ed voit l’avenir de la vapeur de manière positive, avec un plan à long terme axé sur la « décarbonisation de notre système de vapeur. » Loin de considérer la vapeur comme obsolète, Con Edison reconnaît que la vapeur reste une option viable. Et ils généreront également une grande partie de l’électricité utilisée pour alimenter toute nouvelle installation de pompes à chaleur.

Le conte de deux villes

Les opinions divergent sur l’avenir du chauffage à New York. Certains, comme Urban Green, y voient quelque chose qui devra changer, être remplacé par des systèmes hydroniques ou par des pompes à chaleur électriques. Sans surprise, Con Edison considère la vapeur comme le « nouveau système d’énergie propre le plus chaud » de la ville, avec un avenir radieux devant lui. Que vous la considériez comme la meilleure ou la pire des options, il existe un consensus selon lequel la première étape consiste à améliorer l’efficacité de ce qui est déjà en place. La vapeur a protégé les New-Yorkais du froid depuis plus d’un siècle, et continuera de le faire dans un avenir prévisible. Et pour nous ? Maintenant, en tant que Spirax Sarco, l’utilisation de la vapeur dans les bâtiments représente toujours une petite mais importante partie de notre activité, représentant environ 3% du chiffre d’affaires de notre Groupe. Nous ne sommes plus basés sur Madison Avenue, et nous travaillons dans tous les États-Unis. Nous avons continué d’apprendre et de partager notre expertise en matière de vapeur depuis l’ouverture de ce premier bureau en 1907. La vapeur reste notre métier, et nous continuons d’explorer les nombreuses voies qu’elle offre pour l’avenir.

Sources :

• Patrick Sisson : The curious history of steam heat and pandemics
• Christina Nunez : How Hidden Labyrinths Under Cities Are Becoming Clean Energy Powerhouses
• John Pinching : Empire state building future inside out
• Igor Zhadonovsky : https://www.intechopen.com/online-first/84666
• Con Edison : Steam system as NYCs new clean energy solution
• Urban Green Council : Demystifying steam
• Nigel Watson : Knowledge, Service, Products, 2019.