Comment fonctionne une pompe à chaleur solaire thermique (solarothermique) ?

Les panneaux solaires sont un excellent moyen de produire une énergie décarbonée et les pompes à chaleur aussi. Alors pourquoi ne pas associer les deux ? C’est, à peu près, le principe des pompes à chaleur solarothermiques, qui utilisent le meilleur de ces deux modes de production d’énergie. Explications.

Le succès de la transition énergétique passera nécessairement par une optimisation de tous les instants. Cette manière de penser s’applique particulièrement aux logements et à leur rénovation énergétique. C’est notamment pour cette raison que l’isolation est si souvent mise en avant. Du côté du chauffage, les solutions se multiplient : pompes à chaleur, panneaux solaires, recours à la biomasse… Mais pour aller plus loin, pourquoi ne pas combiner plusieurs de ces solutions en une seule ? C’est un peu le principe de la pompe à chaleur solarothermique : cette solution de chauffage repose sur le fonctionnement d’une pompe à chaleur, pour laquelle on vient préchauffer l’eau à l’aide de panneaux solaires thermiques.

Des panneaux solaires thermiques associés à une pompe à chaleur

Le principe de la pompe à chaleur solarothermique est particulièrement simple. Il s’agit d’une pompe à chaleur traditionnelle air/eau. Pour en limiter la consommation, on y adjoint des panneaux solaires thermiques à eau. Ces derniers ont vocation à préchauffer l’eau grâce à l’énergie du soleil, ce qui permet de « mâcher le travail » de la pompe à chaleur qui n’aura plus qu’à réaliser le complément de chauffage. Par ce moyen, lorsque les conditions météorologiques sont favorables, la pompe à chaleur ne sert quasiment pas. En cas de mauvais temps ou pendant la nuit, la production de chauffage ou d’eau chaude reste constante, puisque la pompe à chaleur prend le relais.

Les différents types de panneaux

Il y a principalement deux types de panneaux solaires qui peuvent être associés à une pompe à chaleur. Le plus courant est appelé capteur plan. Il est composé d’un cadre en aluminium, dont l’intérieur est noir, et d’une sous-face isolée. L’ensemble est recouvert par un vitrage. À l’intérieur, on retrouve des serpentins dans lesquels un fluide caloporteur circule. En circulant dans les serpentins, le fluide caloporteur est progressivement réchauffé. Ensuite, ce fluide caloporteur permet de réchauffer l’eau via un échangeur thermique. Ce type de panneau a cependant l’inconvénient de générer pas mal de déperditions.

Les capteurs solaires les plus performants sont les capteurs à tube sous-vide. Derrière ce terme se cachent différents types de capteurs qui ont pour principal intérêt une meilleure isolation thermique vis-à-vis de l’air ambiant grâce à une partie sous vide. Sur certains modèles, les capteurs en verre sont semblables à une ampoule sous vide, à l’intérieur de laquelle on retrouve des tuyaux en cuivre contenant le liquide caloporteur. Dans d’autres modèles, le tube en verre est, en réalité, composé de deux couches de verre entre lesquelles on retrouve du vide.

Un chauffe-eau solaire à tubes sous vide / Image : Ivan Smuk.

Pompe à chaleur classique ou géothermique ?

Ces panneaux solaires thermiques sont parfois suffisants pour assurer la production d’eau chaude dans des conditions idéales, souvent en été et en journée. Mais c’est quand les conditions sont moins optimales que réside tout l’intérêt des pompes à chaleur solarothermiques. Dans les conditions les plus courantes, l’eau est préchauffée grâce aux panneaux solaires thermiques. Ensuite, la pompe à chaleur vient assurer le complément de chauffage pour atteindre la température de consigne de l’eau.

Selon l’environnement et les besoins, cette pompe à chaleur peut être un modèle classique air/eau. Les pompes à chaleur air/eau ont cependant un inconvénient : plus la température descend, moins elles sont efficaces. Au-delà de – 7°C, il faudra opter pour un modèle « grand froid ».

Quand la température a tendance à beaucoup baisser, la pompe à chaleur géothermique peut constituer la solution idéale. Si elle coûte généralement plus cher, la pompe à chaleur géothermique affiche généralement d’excellentes performances, car le sol (ou l’eau d’une nappe phréatique) est peu sensible aux variations climatiques.

En résumé, il est possible d’obtenir une installation presque sur-mesure, en fonction des caractéristiques du bâtiment à chauffer, de son environnement et du climat local.

Un équipement qui multiplie les avantages, mais qui a quelques inconvénients

Si, sur le papier, les pompes à chaleur solarothermiques ont tout pour plaire, elles ont tout de même quelques inconvénients qui freinent leur déploiement. En premier lieu, ce type d’installation prend de la place, puisqu’il faut pouvoir installer les deux modules (intérieur et extérieur) de la pompe à chaleur ainsi que les panneaux solaires. Si ce système s’intègre relativement facilement dans les constructions neuves, la tâche se complique lors d’une rénovation. Il faut pouvoir intégrer la mise en place des différents équipements, ainsi que l’ensemble de la tuyauterie associée.

Le rendement de l’installation peut également être un problème, car il sera nécessairement plus faible dans les régions les moins ensoleillées, ce qui pourrait rallonger le retour sur investissement.

Un tarif élevé, mais des aides disponibles

Pour finir, l’un des principaux défauts de ce type d’équipement concerne son prix. Il est nettement plus élevé que la moyenne, du fait d’un plus grand nombre d’équipements, mais également de travaux d’installation plus complexes, en particulier dans le cadre d’une rénovation. Pour cette raison, il sera privilégié dans les régions ensoleillées, où le retour sur investissement sera plus court.

Heureusement, certaines aides de l’État, parfois cumulables, peuvent aider à franchir le pas. On peut citer le programme FranceRenov’, qui comprend MaPrimeRenov’ et MaPrimeRenov’ Sérénité. On retrouve également les Chèques d’économie d’énergie (CEE), les aides locales ou encore les Prêts à taux zéro (PTZ). Pour bénéficier de ce type de financements, il faut systématiquement passer par un technicien certifié RGE.