Quel rôle pour les pompes à chaleur ?

Les pompes à chaleur valorisent la chaleur disponible naturellement dans l’environnement. Elles figurent donc parmi les solutions les plus pertinentes permettant d’augmenter la part d’énergie renouvelable ainsi que l’efficacité énergétique dans toutes les applications qui ont besoin de chaleur. À ce titre, elles vont jouer un rôle de plus en plus important pour le chauffage des bâtiments et dans les processus industriels.

Une pompe à chaleur, en abrégé « PAC », est un dispositif qui permet de transférer de la chaleur d’un environnement froid vers un environnement chaud, par exemple du sous-sol à 11°C ou d’un lac à 5°C vers un bâtiment à 20°C. Suite à ce transfert de chaleur, le sous-sol ou le lac vont se refroidir un peu plus, tandis que le bâtiment va se réchauffer. Les réfrigérateurs sont des pompes à chaleur qui extraient en permanence de la chaleur du compartiment intérieur pour le maintenir froid. Cette chaleur est évacuée vers l’extérieur, d’où le flux d’air tiède généralement situé à l’arrière du réfrigérateur.

De manière naturelle, les flux de chaleur vont toujours du chaud vers le froid (le feu réchauffe la pièce, et pas le contraire). Pour forcer la chaleur à aller dans le sens contraire – c’est-à-dire du froid vers le chaud – la pompe à chaleur a besoin d’un apport en énergie. Il s’agit généralement d’électricité (comme pour le réfrigérateur qui est branché au réseau), mais ce peut également être de la chaleur à haute température (typiquement supérieure à 150°C) comme celle fournie par des brûleurs ou des rejets thermiques. L’efficacité d’une PAC est mesurée par son coefficient de performance (COP), qui exprime le rapport entre la quantité de chaleur qu’elle peut fournir, et la quantité d’énergie consommée pour faire fonctionner le système. Plus le COP est grand, plus la pompe à chaleur sera performante. Par exemple, un COP de 3 d’une PAC électrique indique qu’elle fournira 3 kWh de chaleur pour 1 kWh d’électricité consommée. Plus la différence entre la source froide et l’environnement à chauffer est faible, plus le COP est élevé [→ Q60].

Les pompes à chaleur valorisent la chaleur naturellement présente dans l’environnement, aussi bien dans le sol, l’air extérieur, que l’eau. La plupart des grandes villes de Suisse se trouvant à proximité d’un lac ou d’une rivière, le développement de réseaux de chauffage urbain alimentés par pompe à chaleur devrait contribuer à réduire substantiellement la consommation d’énergie de chauffage et les émissions en milieu citadin. Par ailleurs, tous les bâtiments ont des fondations dans le sol, et peuvent ainsi extraire de la chaleur du sol, voire y stocker de la chaleur excédentaire [→ Q77]. Cela s’applique également aux parkings, tunnels ou à tout autre ouvrage en contact avec le sol.

Les PAC peuvent également utiliser des rejets thermiques, c’est-à-dire récupérer la chaleur présente dans de l’air vicié, dans l’eau des égouts, etc. En outre, grâce à leur versatilité, elles peuvent se combiner facilement à d’autres dispositifs énergétiques, ce qui permet d’augmenter l’efficacité globale du système. Trois exemples :

• En combinaison avec des unités de cogénération de chaleur et d’électricité [→ Q27], les pompes à chaleur permettent de réduire la consommation de combustible de l’ordre de 40 % à 60 %.
• Les pompes à chaleur alimentées en électricité par des panneaux photovoltaïques peuvent concurrencer énergétiquement et économiquement les installations de solaire thermique [→ Q50].
• Les PAC peuvent servir à élever la température de rejets thermiques industriels jusqu’à les rendre utilisables dans le procédé de fabrication. On peut ainsi réduire la taille de la chaudière destinée à fournir la chaleur nécessaire au procédé.

Compte tenu de leurs nombreux avantages, on comprend bien que les pompes à chaleur vont jouer un rôle de premier plan dans la transition énergétique, en Suisse comme ailleurs.