Cette startup invente la pompe à chaleur ultime pour décarboner l’industrie lourde

Le concept de pompe à chaleur industrielle d'Airthium / Image : Airthium, modifiée par RE.

Une jeune entreprise française vient de mettre au point une pompe à chaleur capable de générer des températures dépassant les 500 °C. Outre la décarbonation de nombreuses industries, cette PAC nouvelle génération pourrait également servir à stocker de l’énergie. 

Face à l’immense défi de la transition énergétique, la jeune startup Airthium a choisi de s’attaquer à la décarbonation des procédés industriels nécessitant de grandes quantités de chaleur, et en particulier sous forme de vapeur d’eau. Actuellement, ces entreprises utilisent principalement des chaudières à gaz pour des raisons économiques. Il n’existe, en effet, pas d’équivalent électrique bon marché. Pour relever ce challenge, les équipes d’Airthium sont parvenues à créer une pompe à chaleur capable d’atteindre les 550 °C, offrant un bien meilleur coefficient de performance que des solutions plus classiques basées sur des résistances thermiques.

Après 5 ans de développement, la jeune entreprise vient de lever 3 millions d’euros pour mettre en œuvre un démonstrateur, avant de passer à la phase de commercialisation. Cette solution intéresse notamment des acteurs de l’agroalimentaire dont les besoins en vapeur d’eau sont très importants dans les processus de fabrication des aliments. Le géant McCain Food a d’ailleurs signé un protocole d’accord pour l’installation d’un démonstrateur de 100 kW dans son usine de Béthune.

Une pompe à chaleur très haute température

Les pompes à chaleur sont aujourd’hui largement répandues. On les retrouve dans nos réfrigérateurs, dans les systèmes de chauffage et de climatisation, et même dans les installations géothermiques (voir notre reportage). Toutefois, les principes de la thermodynamique rendent plus compliqué son utilisation pour générer des températures très élevées.

Pour y parvenir, les équipes de Airthium ont créé un prototype dont le principe est proche des moteurs Stirling, et repose sur le cycle thermodynamique d’Ericsson. Il se compose de deux cylindres, l’un chaud, l’autre froid, entre lesquels une certaine quantité d’hélium circule. Pour générer de la chaleur, le gaz subit plusieurs opérations successives comme des modifications de pression à température constante, et des modifications de température à pression constante. Ces modifications engendrées à tour de rôle permettent d’obtenir un cycle lors duquel il est possible de récupérer de la chaleur.

Particulièrement complexe à maîtriser, ce cycle thermodynamique a nécessité, de la part d’Airthium, la mise au point d’une technologie spécifique permettant de maintenir une température quasi constante durant les phases de compression. Celle-ci a fait l’objet d’un dépôt de brevet.

Une solution pour stocker de l’énergie ?

La solution développée par Airthium pourrait aller plus loin que la décarbonation des sites industriels. En effet, comme toute pompe à chaleur, la technologie développée par Airthium est réversible. En d’autres termes, elle permet de produire de l’électricité à partir de chaleur. Grâce à cela, la startup ambitionne d’associer sa pompe à chaleur à une solution de stockage thermique. Cette combinaison permettrait de générer une nouvelle forme de stockage d’énergie journalier pour pallier les intermittences des énergies renouvelables.

Pour permettre du stockage sur le plus long terme, l’entreprise envisage également d’utiliser sa pompe à chaleur pour produire de l’ammoniac liquide. Celui-ci pourrait ensuite être brûlé pour obtenir de l’énergie. Pour rendre cette solution possible, Airthium travaille sur la mise au point d’un brûleur sans flamme pour empêcher les émissions de particules fines généralement associées à la combustion d’ammoniac.