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La pompe à chaleur au cœur des stratégies bas carbone

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La pompe à chaleur (PAC) est l’une des options majeures qui s’offrent aujourd’hui pour progresser en direction de la neutralité carbone. La PAC utilise de l’électricité qui est déjà très largement décarbonée dans notre pays et permet de capturer et de valoriser la chaleur renouvelable disponible dans les milieux environnants. Elle « coche » donc les deux cases essentielles de la transition énergétique : décarbonation et efficacité énergétique.

QUELQUES CHIFFRES CLÉS

En Europe

Le parc total des pompes à chaleur (PAC) avoisine aujourd’hui les 10 millions d’unités, avec une source d’énergie largement dominante : l’air. On notera la montée en puissance de la production d’eau chaude sanitaire (ECS) par PAC avec un parc de chauffeeau thermodynamiques (CET) déjà supérieur à 500 000 unités.

L’ensemble aura généré, en 2016, 135 TWh d’économies d’énergie finale, permis de récupérer 106 TWh d’énergie renouvelable et évité l’émission de 27,1 Mt de CO2.

Il est toutefois à noter que, même si les ventes annuelles de PAC frôlent le million d’unités, les ventes annuelles de chaudières conventionnelles en Europe sont encore de l’ordre de six millions d’unités. Les marges de progression de la PAC sont donc très importantes, particulièrement dans la perspective d’une « éradication » des énergies fossiles à court, moyen terme du domaine du chauffage.

En France

La France reste en volume le premier marché européen de la PAC avec 220 000 pièces tous types confondus… même si, sur un critère per capita, le leader est la Norvège (avec 33,2 PAC pour 1 000 ménages), la France (avec 7,6 PAC pour 1 000 ménages) ne se classant que 7e, ce qui permet d’envisager de fortes perspectives de croissance de son marché.

Le marché français a d’ailleurs progressé en 2017 de 12 % pour les PAC air/eau, de 10 % pour les CET, de 8 % pour les PAC air/air et de 6 % pour les PAC hybrides mais là sur un volume encore très faible. Il régresse malheureusement en géothermie avec un score de -4 %. Ce type de PAC, intrinsèquement très performant, est aujourd’hui pénalisé sur le marché par son coût installé plus élevé que celui des solutions aérothermiques mais mérite un accompagnement spécifique qui fait l’objet de concertations entre les acteurs de la filière (AFPG1, AFPAC2 et SER3) et les pouvoirs publics.

Outre la faiblesse du marché de la géothermie, deux autres marchés sont préoccupants :

  • le marché de la rénovation qui représente le plus gros gisement potentiel et a constitué jusqu’à 60 % et plus du marché de la PAC il y a encore peu d’années. Il n’en représente plus aujourd’hui qu’environ 30 % ;
  • le marché du logement collectif qui reste balbutiant avec deux causes principales :
    • le manque de structuration et de visibilité de l’offre de solutions ;
    • le manque d’incitation à « passer à l’acte », ce marché n’étant pas soumis à une obligation minimale de recours aux EnR à la différence du résidentiel individuel.

Il convient de noter que les PAC constituent la deuxième source de production de chaleur d’origine renouvelable, après la biomasse et loin devant le solaire thermique. À noter que c’est aussi la filière la plus prometteuse en termes d’objectifs de croissance… et probablement la plus fiable en termes d’atteinte potentielle.

DES PERSPECTIVES FRANÇAISES TRÈS OUVERTES

À l’occasion de la parution de la programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE), l’AFPAC, dans son dossier « Ambitions 2030 Perspectives 2050 », a proposé pour 2030 et jusqu’en 2050, des perspectives d’évolution de la filière afin que celle-ci puisse planifier son développement et répondre aux enjeux nationaux. Elle se montre dans ce dossier volontariste mais raisonnablement optimiste sur le développement en France du marché des PAC avec des contributions en termes d’EnR valorisée qui passeraient, en scénario médian, de 2,37 Mtep en 2018 à 3,33 Mtep en 2030 et 7,25 Mtep en 2050.

De son côté, l’ADEME, dans l’actualisation d’octobre 2017 de son scénario « Énergie Climat 2035- 2050 » , publie des chiffres dessinant pour les PAC, sous certaines conditions, un avenir particulièrement dynamique dans tous les domaines du bâtiment, puisque les PAC prendraient en 2050, aussi bien dans le résidentiel que dans le tertiaire, une position dominante devant la biomasse, quant aux apports de chaleur d’origine renouvelable (figure 1).

Il est à noter que l’ADEME, dans ses scénarios, prévoit un développement très important de la climatisation puisque à l’horizon 2050, la moitié des logements neufs pourraient en être équipés contre 4,5 % en 2010, ce qui constitue un effet indirect notable du changement climatique.

Évolution de la répartition de la chaleur d’origine renouvelable selon les sources d’énergie

Source ADEME (2017)

POLITIQUES PUBLIQUES

La ligne d’action des pouvoirs publics, qui s’exprime au travers de la SNBC (Stratégie nationale bas carbone) et de la PPE (Programmation pluriannuelle de l’énergie), toutes deux en cours de révision, marque une inflexion dans un sens de plus en plus favorable au développement des filières EnR et en particulier des PAC. Les PAC semblent enfin être en passe d’être reconnues comme des EnR à part entière, après avoir longtemps été considérées comme une simple solution de maîtrise de la demande d’énergie.

Architecture PAC connectée

source AFPAC

À ce titre, la future prime qui devrait remplacer en 2020 l’actuel CITE pourrait être modulée en fonction de l’efficacité des solutions et du besoin d’accompagnement de celles-ci. Il serait également heureux que le prêt à taux zéro, Eco-PTZ, puisse permettre de financer l’installation d’une PAC sans nécessairement être associée à un bouquet de travaux.

D’une façon générale, la PAC devrait bénéficier du rééquilibrage des aises prévu par les pouvoirs publics au bénéfice des EnR, en comparaison avec les actions de simple efficacité énergétique. Bien évidemment, l’évolution du facteur de conversion de l’électricité en énergie primaire, aujourd’hui fixé à 2,58, est l’une des clés du développement des PAC.

Lire l’article : Énergie primaire : une nouvelle directive européenne amène à reconsidérer le coefficient 2,58

Aujourd’hui, ce coefficient est devenu inapproprié du fait de la priorité donnée aux EnR mais vient, dans un calcul en énergie primaire, réduire dans une large part le gain associé au coefficient de performances des PAC. L’adoption au niveau européen d’un coefficient par défaut de 2,1 est de nature, à la condition qu’il soit repris dans la réglementation française, d’améliorer la reconnaissance des avantages intrinsèques des pompes à chaleur, même si le coefficient de 2,1 résulte d’un arbitrage encore loin de pouvoir être considéré comme satisfaisant.

LES PAC DU FUTUR ET LES AVANCÉES TECHNOLOGIQUES

Les PAC de demain seront plus performantes en termes de SCOP (coefficient de performance saisonnier), même si un équilibre technico-économique devra être trouvé entre SCOP et coût machine… une sorte de compromis entre la PAC Formule 1 et la « VolksPAC ».

Ces PAC du futur intéresseront aussi les procédés industriels et l’agriculture. Elles seront omniprésentes et pourront satisfaire aux besoins à presque tous les niveaux de température usuels, voire même à des températures supérieures à 100 °C. Elles permettront de ne plus avoir à dégrader des énergies fossiles, simplement pour fabriquer de la chaleur et constitueront en cela un instrument précieux dans la lutte contre le réchauffement climatique.

En savoir plus : Une pompe à chaleur industrielle très haute température à eau

Il faut noter à ce propos l’initiative » conjointe de l’AFPAC et de l’Institut national de l’économie circulaire (INEC) visant à faire reconnaître la capacité des PAC à transformer les « déchets » que sont les déperditions des bâtiments en « ressources » permettant de les chauffer. Une boucle courte et performante qui doit tout à la thermodynamique…

LA PAC COMMENT ÇA MARCHE ?

Les pompes à chaleur ne dégradent pas une énergie fossile pour produire de la chaleur. Elles récupèrent les calories disponibles et gratuites dans l’air (air extérieur ou air extrait), le sol ou l’eau, et les transfèrent, après avoir élevé leur niveau de température, vers le système de chauffage d’un bâtiment ou vers une application industrielle. Pour la production d’eau chaude sanitaire, les pompes à chaleur prennent le nom de « chauffe-eau thermodynamiques ».
Il existe plusieurs systèmes de pompes à chaleur : air/air, air/ eau, eau/eau, sol/eau, etc. Le premier terme désigne la source d’énergie utilisée, le deuxième le mode de diffusion de la chaleur. L’un des grands avantages de la PAC est de pouvoir s’associer à une grande diversité d’émetteurs intérieurs : planchers chauffants-rafraîchissants, ventilo-convecteurs, radiateurs, gaines et bouches de diffusion, unités murales et consoles (résidentiel), cassettes et plafonniers (tertiaire).
La pompe à chaleur trouve ses applications dans tous les secteurs du « chauffage-rafraîchissement » et ECS des bâtiments, en neuf comme en rénovation : résidentiel individuel et collectif, tertiaire et industrie. Sans parler des applications industrielles en process et des applications dans le domaine agricole.

Fonctionnement de la pompe à chaleur

Source : AFPAC

Les PAC de demain seront de puissance plus réduite qu’aujourd’hui en raison de la réduction des besoins liée au caractère moins déperditif des bâtiments. Elles seront de plus en plus multifonctions : triple voire quadruple services : chauffage, rafraîchissement, ECS et ventilation. Elles seront en particulier assez majoritairement réversibles pour satisfaire tant les besoins de chauffage que de rafraîchissement. Elles seront connectées, auto-adaptatives et « actrices » de leur propre performance et de leur maintenance.

Elles devront prendre en compte, au-delà du pur aspect esthétique, leur intégration dans l’environnement et devront notamment être encore plus silencieuses qu’aujourd’hui même si de gros progrès ont déjà été faits en ce domaine, avec un gain moyen de près de 7 dB(A) sur les 10 dernières années, soit un niveau de bruit divisé par plus de quatre. Il est à noter que cet objectif de baisse des niveaux de « puissance acoustique à la source » est cohérent avec l’amélioration des performances en termes de SCOP : le bruit, c’est de l’énergie.

Elles devront enfin continuer à tenir compte de l’évolution des réglementations dans le domaine des fluides frigorigènes, en utilisant des fluides naturels et/ou à très faible pouvoir de réchauffement (GWP), en tenant compte de leur inflammabilité. L’utilisation du CO2 comme fluide frigorigène affiche une incontestable performance en termes de réduction des émissions de GES. Il est toutefois à souligner que les caractéristiques de ce fluide le destinent plus aux usages de type ECS, requérant des températures élevées, qu’aux usages de chauffage avec des émetteurs basse, voire très basse température comme les planchers chauffants ou chauffants-rafraîchissants.

L’offre PAC continuera à s’élargir en offrant outre les PAC mues par l’énergie électrique des PAC actionnées par d’autres énergies dont principalement le gaz dont on espère qu’il pourra devenir renouvelable. Les solutions intégreront des PAC hybrides aptes à gérer au mieux des énergies (électrique et gaz par exemple) en fonction de critères variés, qui pourront être à un instant donné, leurs coûts respectifs, leurs niveaux d’émission de GES, leurs performances énergétiques, la charge des réseaux, etc.

EN CONCLUSION

La PAC est incontestablement l’un des outils les plus efficaces pour atteindre les objectifs fixés par la loi de transition énergétique :

  • réduction des émissions de GES ;
  • réduction de la consommation d’énergie, tant primaire que finale ;
  • développement des EnR ;
  • développement de l’économie circulaire.

La PAC, qualifiée de « simple » solution de maîtrise de la demande d’énergie dans une précédente loi sur l’énergie, répond à présent aux quatre objectifs majeurs de la LTECV et s’affirme comme la solution EnR primordiale dans le domaine de la chaleur.

 

1. AFPG : Association française des professionnels de la géothermie.
2. AFPAC : Association française des pompes à chaleur.
3. SER : Syndicat des énergies renouvelables.
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