CLER. Schémas Régionaux du Climat, de l Air et de l Energie. Note de position pompes à chaleur (PAC) La pompe à chaleur, une piste à creuser

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1 CLER Note de position pompes à chaleur (PAC) Schémas Régionaux du Climat, de l Air et de l Energie La pompe à chaleur, une piste à creuser Association CLER 2-Bât-B rue Jules Ferry Montreuil Tél : Fax : Web : Courriel : info@cler.org

2 Le CLER rappelle le rôle important de la technologie pompe à chaleur pour atteindre les objectifs énergétiques de La construction d une politique énergétique ambitieuse, reposant sur une maîtrise des impacts négatifs sur l'environnement et basée sur des stratégies territoriales cohérentes, est indispensable dans la définition d un monde plus durable. La première exigence réside dans une meilleure utilisation de l énergie aujourd hui disponible, autrement dit dans l engagement pour la sobriété et l efficacité énergétiques. Il s agit donc d introduire un changement de comportement et une optimisation du système énergétique qui permettront de lutter contre le gaspillage d énergie. Le développement des énergies renouvelables, couplé à ces évolutions, conduira à des solutions énergétiques durables. Le marché des pompes à chaleur, encore balbutiant il y a quelques années, s est aujourd hui beaucoup développé au point de concurrencer les solutions gaz, fioul et chauffage électrique direct. Ce secteur représente un élément essentiel à mobiliser afin de remplir l objectif d'au moins 23% d énergies renouvelables dans la consommation énergétique finale française d ici à 2020 (sa contribution devrait alors dépasser 5%) Production EnR (transport inclus) EMHV (biodiesel) Ethanol / ETBE Mobilité par élec EnR Solaire thermique Collectif Solaire thermique Individuel Géothermie chaleur Pompes à chaleur Géothermiques Pompes à chaleur Aérothermiques Biogaz chaleur Biomasse chaleur Biogaz électricité Biomasse électricité Eolien En mer Eolien Terrestre Energies marines Solaire Thermodynamique Solaire PV Géothermie électrique Hydraulique > 10 MW Hydraulique 1 MW 10 MW Hydraulique < 1 MW Elle devra compter de manière croissante dans le bouquet énergétique français, audelà des objectifs

3 Une pompe à chaleur n est pas directement une source d énergie renouvelable, mais un outil permettant l usage de certaines énergies renouvelables. Dans leur principe, les PAC rendent possible la valorisation d une très grande quantité d énergie de type renouvelable, présente de manière diffuse dans l environnement, notamment l eau et le sol, mais dont l inconvénient majeur est d être à une température insuffisante pour être utilisée telle quelle. L intérêt de la pompe à chaleur est de rehausser le niveau de température de cette grande quantité d énergie grâce à un apport énergétique (gaz ou électricité) relativement faible. Il faut cependant garder à l esprit deux éléments fondamentaux pour juger la pertinence de la mise en œuvre de la technologie au cas par cas : - le coefficient de performance (CoP) d une PAC est d autant plus élevé que les températures des sources chaude et froide sont proches. Une PAC sur air extérieur à 0 C chauffant un circuit de radiateurs à 60 C a un CoP de 1,5 (très mauvais) tandis qu une PAC sur nappe à 12 C chauffant de l eau à 25 C pour un plancher chauffant peut atteindre un CoP de 7 ou 8. - pour fonctionner une PAC a besoin d auxiliaires spécifiques (pompes, ventilateurs, ), indépendants de ceux qui servent à la distribution à l intérieur du bâtiment - circuit hydraulique ou ventilation -, nécessaires quelle que soit la source d énergie. La Directive européenne «Energies renouvelables» 2009/28 intègre d ailleurs ces aspects : - le Considérant 31 indique que «Les pompes à chaleur permettant l usage de la chaleur (aérothermique, géothermique ou hydrothermique) à un niveau de température utile ont besoin d électricité ou d une autre énergie auxiliaire pour fonctionner. L énergie utilisée pour faire fonctionner des pompes à chaleur devrait dès lors être décomptée de la chaleur utilisable totale. Seules devraient être prises en compte les pompes à chaleur dont le rendement dépasse significativement l énergie primaire requise pour leur fonctionnement. - l annexe 7, qui permet de calculer l apport en énergie renouvelable d une PAC, prend en compte le Facteur de Performance Saisonnier (aussi appelé coefficient moyen annuel d exploitation ou CoE). Ce dernier reflète le rendement réel du système tout au long de l année contrairement au coefficient de performance (CoP), souvent utilisé comme argument commercial, mais qui n indique qu une performance théorique mesurée en laboratoire dans des conditions favorables. 3

4 Du fait de leur alimentation en énergie électrique (les PAC gaz étant encore fortement minoritaires), cela signifie que les PAC doivent avoir un CoE (incluant la consommation du compresseur et des auxiliaires extérieurs au bâtiment) supérieur à 2,9 (valeur retenue dans la Directive européenne) pour engendrer une économie d énergie primaire (et donc produire de l énergie renouvelable) par rapport à une chaudière à gaz à condensation. Les PAC utilisant comme source d énergie l air extérieur sont à ce titre peu performantes. Une étude récente du CEREN souligne d ailleurs cet état de fait : la consommation des logements neufs (construits après 2000) équipés de PAC aérothermiques (air/air et air/eau) s établit à 51 kwh/m 2 /an en énergie finale contre 60 kwh/m 2 /an pour les logements équipés de convecteurs électriques à climat normal et correction de surface. On est loin de la division par 2,9 des consommations que devrait entraîner une PAC de CoP 2,9. Ici, le CoP annuel moyen est de 1,17 pour la PAC aérothermique : il n y a donc pas production d énergie renouvelable. Figure 1 : unité extérieure d'une PAC air / air Il ne faut pas négliger non plus les risques périphériques liés à cette technologie. Certains problèmes peuvent en effet émerger à terme : - Le coût du renforcement des réseaux électriques lié au développement des PAC. Le SyDEV (Syndicat départemental d'énergie et d'équipement de la Vendée) a estimé à le coût annuel de renforcements de ses réseaux liés aux chutes de tensions et perturbations induites par les PAC, dans le département de la Vendée ; - les risques de fuite de fluides frigorigènes, nécessaires aux fonctionnement d une PAC. Possédant un pouvoir de réchauffement global (PRG) parfois plusieurs milliers de fois supérieurs au CO 2, les fuites peuvent, en analyse de cycle de vie, représenter près de la moitié des émissions de gaz à effet de serre (et font donc jeu égal avec les consommations directes d énergie). 4

5 - l utilisation de la PAC en mode refroidissement. Effet «rebond» de l installation d une PAC air/air (et dans certains cas particulier l air/eau), cette fonction peut permettre à l utilisateur de climatiser son habitation l été. On peut donc observer une augmentation parasite des consommations d énergie, réduisant à néant les économies précédemment réalisées sur le chauffage. Il est donc essentiel de conduire le marché vers plus de qualitatif (haut rendement, faible parasitage de réseau électrique, démarrage progressif, systèmes utilisant des fluides frigorigènes «naturels», etc.) et d assurer, tout au long de l exploitation, une réelle maintenance (par ailleurs obligatoire). Il faut également faire preuve de pédagogie tant au niveau des utilisateurs que des prescripteurs (architectes, bureaux d études, artisans, etc.) pour que les meilleures solutions soient retenues. Utilisée de manière adéquate, la technologie PAC présente néanmoins de nombreux avantages. À ce titre, il convient de considérer cette solution avec attention. Pompes à chaleur air/air et air/eau Dans certains cas, les pompes à chaleur puisant leur énergie de l air extérieur (PAC air / air et air / eau) s avèrent intéressantes, et ce malgré le fait qu elles présentent encore un trop faible CoE : - pour la production d eau chaude (ballon thermodynamique) dans le cas où aucune autre technologie que celle du ballon électrique n est envisageable. Cette solution, fortement encouragée par un crédit d impôt et la future RT 2012, devra faire l objet d un suivi attentif pour éviter les écueils rencontrés par la filière à la fin des années 2000 (l explosion du marché des PAC, grâce à un crédit d impôt important, a entraîné un coût élevé pour la collectivité. La quantité de produits de médiocre qualité a également écorné l image du secteur auprès des consommateurs) ; - le remplacement du chauffage électrique direct lors de rénovations thermiques de bâtiments. Il convient évidemment d étudier en amont toutes les autres possibilités (pose de système de chauffage par eau, PAC eau/air, etc.) et d accorder une attention particulière aux performances des solutions PAC air/air éventuellement retenues. Les PAC sur air extrait (prélevant l énergie de l air intérieur vicié à évacuer) sont également une technologie air/air (ou air/eau) intéressante à considérer (car l air extrait est généralement à une température supérieure à 19 C) et à encourager, tant dans le neuf qu en rénovation. 5

6 Géothermie assistée par pompes à chaleur La chaleur du sol présente un potentiel énergétique très important mais qui est encore trop peu valorisé aujourd hui. Contrairement à l air extérieur, le sol (et les aquifères qu il contient) possède une température relativement élevée (une dizaine de degrés) et quasiment constante toute l année. Figure 2 : variation de température du sol en fonction du mois de l'année La géothermie très basse énergie, «GéTBE» (profondeur, de 1 m à 500 m environ) concerne l exploitation des aquifères peu profonds et l exploitation de l énergie naturellement présente dans le proche sous-sol. Sauf cas exceptionnels d utilisation directe de la chaleur, cette géothermie utilise des PAC : - la géothermie avec PAC sur aquifère : ces aquifères peu profonds, d une température inférieure à 30 C, sont largement répandus sur l ensemble du territoire. Il s agit soit de nappes alluviales qui accompagnent les cours d eau, soit d aquifères présents à différentes profondeurs dans les bassins sédimentaires et dans les régions de socle qui peuvent présenter en surface une zone altérée contenant de l eau (Bretagne, Massif central) ; - la géothermie avec PAC sur champ de sondes verticales ou sur capteurs horizontaux. Les sondes verticales peuvent être des pieux ou fondations géothermiques. En France, la température moyenne au niveau du sol est en général de 10 à 14 C Au fur et à mesure que l on s enfonce dans le sous-sol, elle augmente en moyenne de 3 C par 100 m (gradient géothermique). La chaleur emmagasinée dans le sol est accessible en tout point du territoire. Les techniques de capture de cette énergie sont adaptées en fonction des besoins thermiques et des types de terrains rencontrés. Le système de production de chaleur est composé d une ou plusieurs sondes géothermiques verticales, de 30 à 150 mètres de profondeur (parfois plus), ou de capteurs horizontaux à profondeur de un à quelques mètres. Un fluide circule dans les sondes, permettant de prélever les calories du sous-sol pour les amener à la pompe à chaleur. 6

7 Figure 3 : principe de fonctionnement d'une PAC sur sonde géothermique Ces températures relativement élevées et stables permettent, si le système est correctement dimensionné, d obtenir de très bons CoE (généralement supérieurs à 4). Quelques recommandations : Les pompes à chaleur performantes, et en particulier la Géothermie Très Basse Energie, peuvent être utilisées dans les mêmes conditions au sein toutes les régions de métropole et d outre-mer. Il est donc souhaitable que tous les SRCAE prévoient des objectifs 2020 au moins proportionnels à l objectif national en fonction de la population régionale. Pour développer les filières, il conviendra, à l échelle régionale, de : - faire connaître largement les installations existantes par la diffusion de guides régionaux permettant ainsi de montrer la possibilité et l intérêt d employer les pompes à chaleur les plus performantes sur l ensemble du territoire régional - organiser, avec les différents réseaux régionaux de formation initiale ou professionnelle, un ensemble de formations adapté aux différents métiers et aux différents niveaux concernés - réserver les dispositifs d aides aux équipements les plus performants Pour l élaboration de leur schéma régional, les responsables de l Etat et des Régions peuvent consulter le Comité National de la Géothermie qui s efforcera de les conseiller dans leur démarche en les orientant vers les services ou les organismes compétents. 7