Pour se chauffer et climatiser sans polluer, la pompe à chaleur est régulièrement plébiscitée. Elle est peu gourmande en énergie, ne rejette rien dans l’atmosphère, fonctionne avec des énergies locales et potentiellement bas-carbone. C’est à priori la solution idéale. Du moins, la pompe à chaleur a de quoi initier un profond changement sur Terre. Voilà pourquoi.

Du point de vue technique, une pompe à chaleur (PAC) est un dispositif capable de prélever la chaleur d’un environnement donné, à basse température, et de la transférer vers un autre milieu. Comme son nom l’indique, une PAC « pompe la chaleur »à un endroit, pour la restituer ailleurs. Pour le chauffage individuel ou collectif, la PAC peut donc paraître magique, puisqu’elle permet bel et bien d’utiliser principalement de l’énergie renouvelable et « gratuite » !

Vraiment gratuite ? En réalité, pas tout à fait, car qui dit pompage des calories, dit utilisation d’une pompe, donc consommation d’énergie, la plupart du temps sous forme électrique [1]. Néanmoins, comme la part d’énergie restituée par une PAC est bien supérieure à la part consommée, ces systèmes s’avèrent plus économes, ce qui suffit à justifier leur intérêt. Le ratio entre l’énergie consommée et celle restituée est d’ailleurs appelée « coefficient de performance » (COP). Un COP de 3 signifie que 3 kWh d’énergie thermique ont été livrées pour 1 kWh d’énergie électrique consommée, par exemple.

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Le cycle de fonctionnement d’une pompe à chaleur

1 – Évaporation : un évaporateur (le gros ventilateur sur une PAC aérothermique) extrait les calories et les transmet à un fluide caloporteur. Le fluide change d’état et se transforme en gaz.

2 – Compression : le gaz est comprimé, ce qui augmente la pression et la température du fluide.

3 –  Condensation : Le fluide chaud est transféré vers le système de chauffage de la maison. Sa température diminue et il se condense à nouveau.

4 – Détente : le fluide traverse un détendeur, la pression diminue et il repasse à l’état gazeux. Un nouveau cycle peut donc recommencer.

Si l’on fait le bilan, chaque cycle consomme donc de l’électricité, mais n’émet directement ni CO2, ni particules fines, ni polluants ! En plus de présenter un avantage économique certain (en chauffage individuel, le retour sur investissement se fait en une dizaine d’années, voire moins en remplacement d’une chaudière au fioul, selon votre consommation), ce mode de chauffage a donc l’avantage d’être un excellent candidat au remplacement des chaudières à combustible fossile.

Bien qu’il soit difficile de comparer les impacts environnementaux réels de ces systèmes [2], leur efficacité énergétique et le fait qu’ils exploitent des ressources renouvelables et locales sont des arguments qui pèsent de plus en plus lourd. Ce n’est donc pas pour rien que depuis plus de 25 ans l’ADEME, entre autres, soutient le développement de toutes les technologies de PAC permettant d’accéder aux gisements d’énergies renouvelables ou fatales, en privilégiant bien entendu les systèmes dont le coefficient de performance (COP) est le plus élevé.

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Plusieurs technologies de PAC

La définition d’une PAC étant assez large, on distingue plusieurs types de systèmes, selon les milieux dans lesquels les calories sont prélevées et restituées, mais aussi en fonction des technologies et des usages. C’est pourquoi vous lisez parfois l’appellation « PAC air/air » ou « air/eau », et plus rarement « eau/eau » ou « sol/eau ». Le premier terme désigne le milieu dans lequel l’énergie est puisée et le second le milieu ou elle est restituée (l’eau du circuit de chauffage ou l’air chaud directement insufflé dans le logement).

Le terme PAC peut aussi bien désigner un mode de chauffage individuel ou collectif (aérothermie, géothermie) qu’un système de chauffe-eau thermodynamique, de climatisation (PAC reversible) ou tout autre moyen permettant l’exploitation des calories présentes dans l’air, l’eau ou le sol.

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La pompe à chaleur, une solution plébiscitée par l’Europe pour réduire notre dépendance au gaz

La crise liée au gaz et la guerre en Ukraine ont considérablement accentué les préoccupations en matière de sécurité énergétique. Cette prise de conscience de notre dépendance aux énergies fossiles (et notamment au gaz russe) a poussé les dirigeants de l’UE à prendre des mesures concrètes et rapides. Le plan REPowerEU a ainsi été adopté le 18 mai 2022, avec pour double objectif de permettre à l’Union européenne de renforcer son indépendance énergétique, tout en accélérant sa transition vers les énergies bas-carbone.

Or, la généralisation des pompes à chaleur fait partie des mesures annoncées par le plan, puisque celui-ci propose de doubler le taux de déploiement actuel des pompes à chaleur individuelles en renforçant les politiques actuelles et les tendances du marché. D’après les chiffres de la Commission européenne, cela se traduirait par l’installation de 10 millions de PAC entre 2022 et 2027 et 30 millions de nouvelles unités d’ici 2030.

Les objectifs annoncés par quelques pays européens concernant le déploiement des pompes à chaleur / Tableau traduit automatiquement de l’anglais via Google Traduction.

Dans un récent rapport sur l’avenir des pompes à chaleur, l’Agence Internationale de l’Énergie informe de son côté que, selon les engagements annoncés [3], les ventes annuelles de pompes à chaleur dans l’UE atteindront 4 millions d’unités d’ici à 2025 et près de 7 millions d’ici à 2030, alors qu’elles ne dépassaient pas 2 millions en 2021.

Installations annuelles de pompes à chaleur dans l’Union européenne, 2021-2030 (extrait du rapport de l’AIE “Future Of Heat Pumps”)

Cette croissance rapide pourrait ainsi réduire la consommation de gaz de 7 milliards de mètres cubes en 2025 et 21 milliards de mètres cubes en 2030, ce qui représente tout de même environ 15 % des importations en provenance de Russie en 2021.

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De nombreux brevets et des investissements massifs

Toujours selon l’AIE, le montant des dépenses publiques consacrées à la recherche sur les pompes à chaleur et les refroidisseurs a considérablement augmenté ces dernières années. Il s’élève à environ 30 millions de dollars par an, soit près de quatre fois plus qu’en 2010.

Mais l’indicateur le plus parlant, en matière d’innovation, est probablement celui des brevets. Sur la période 2015-2019, le nombre de brevets déposés a plus que doublé, par rapport à la période 2005-2009. Dans ce domaine, la Chine et le Japon sont les plus en avance, ces deux pays étant à l’origine de la moitié des inventions. Enfin, selon la Commission européenne, les investissements dans les start-up travaillant dans ce domaine ont été multipliés par six entre 2016 et 2021, ce qui est colossal.

Depuis 2010, la Chine et le Japon totalisent la moitié des nouveaux brevets sur les pompes à chaleur / Graphique : IEA.

Les PAC : des applications qui vont bouleverser le monde

Engouement des pouvoirs publics, forte capacité d’innovation, intérêt environnemental certain : les technologies de pompe à chaleur semblent promises à un bel avenir et pas uniquement pour les usages connus du grand public, comme le chauffage résidentiel individuel.

Les applications industrielles, tertiaires et le chauffage urbain présentent également un fort potentiel. À ce titre, le plan REPowerEU prévoit de soutenir « la fabrication de technologies propres innovantes » et notamment les PAC à usage industriel, afin d’accélérer l’électrification dans les secteurs industriels. Le plan vise également à accélérer le déploiement des pompes à chaleur à grande échelle en les intégrant dans les systèmes de chauffage urbain et collectif.

Enfin, les technologies de géothermie, particulièrement de surface, présentent aussi un fort intérêt et sont amenées à se développer, alors que la géothermie profonde est considérée par l’ADEME comme une source d’énergie décarbonée d’avenir.

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Notes

[1] Des systèmes de pompes à chaleur au gaz existent, principalement en chauffage collectif, mais ils sont moins répandus, car plus coûteux et associés à des contraintes liées à l’approvisionnement en gaz.

[2] De l’aveu même de l’ADEME, l’étude basée sur la méthodologie ACV ne permet pas de conclure de façon claire sur les impacts des technologies de PAC géothermiques de grande puissance

[3] Le scénario des engagements annoncés, introduit en 2021, vise à montrer dans quelle mesure les ambitions et les objectifs annoncés, y compris les plus récents, sont sur la voie des réductions d’émissions nécessaires pour parvenir à des émissions nettes nulles d’ici à 2050.