FICHE CONSEIL POMPES À CHALEUR aérothermie - aquathermie - géothermie questions réponses La question de la consommation d énergie est au cœur des réflexions, en particulier dans le bâtiment qui participe pour 43% de l énergie consommée en France. Ainsi avant d opter pour un système de chauffage performant pour son logement, il convient de s assurer que la priorité de l investissement est orientée vers la performance énergétique globale du logement (cf. guide des 7 clés disponible sur www.energivie.info). Concernant le marché des pompes à chaleur (PAC), des particuliers et professionnels se plaignent parfois de problèmes liés à la qualité de l installation, au choix de la solution technique ou au matériel qui n atteint pas toujours les performances escomptées. Voici un panorama des principales questions fréquemment entendues ou à se poser lorsque l on envisage l installation d une pompe à chaleur afin de faire les bons choix et d éviter les mauvaises surprises.
Une pompe à chaleur, qu est-ce que c est? Une pompe à chaleur sert à : Récupérer de l énergie dans le milieu extérieur d un bâtiment (sol, eau ou air) grâce à un évaporateur, Remonter le niveau de température de cette énergie récupérée via un compresseur, Transférer cette énergie au bon niveau de température au milieu intérieur du bâtiment que l on souhaite chauffer. C est pour effectuer ces opérations (remontée du niveau de température de la chaleur captée et transfert de la chaleur d un milieu vers un autre) qu a lieu une consommation d énergie électrique. L atout majeur des pompes à chaleur réside dans leur faible consommation d énergie électrique au regard de l énergie thermique restituée : pour 1 kwh d énergie électrique consommée, ce sont 1,6 à 5 kwh d énergie thermique qui sont produits par la PAC. Ces chiffres sont théoriques et varient suivant le matériel, la source d énergie extérieure air, eau ou sol les températures d usage et les conditions de fonctionnement. Une PAC est donc une forme de chauffage utilisant l électricité. L énergie nécessaire pour couvrir les besoins de chauffage provient de 30 à 50 % de l énergie électrique, le reste étant puisé dans l environnement (ces chiffres peuvent varier suivant le matériel, la source d énergie extérieure air, eau ou sol les températures d usage et les conditions de fonctionnement). Comment ça marche? Le cycle de fonctionnement de la pompe à chaleur se décline de la façon suivante : Récupération de la chaleur de l environnement par l évaporateur : le fluide frigorigène, froid et à l état liquide, va traverser un deuxième échangeur (appelé évaporateur) dans lequel circule le fluide extérieur (air extérieur, eau de nappe ou eau échangeant avec un capteur enterré dans le sol) qui est plus chaud que le fluide frigorigène. Ce dernier va donc récupérer l énergie (les calories) de ce fluide extérieur. En récupérant cette énergie, le fluide frigorigène va entrer en ébullition et donc se transformer en gaz (évaporation) d où le nom d évaporateur. La compression : le compresseur va aspirer ce fluide frigorigène qui est sous forme de gaz à basse température. En comprimant le gaz, sa température va s élever en même temps que sa pression. Il y aura donc à la sortie du compresseur un gaz chaud à une pression élevée. La diffusion de la chaleur au condenseur : le gaz chaud va être dirigé vers un échangeur (appelé condenseur) dans lequel circule un fluide à réchauffer (eau du réseau de chauffage par exemple ou air intérieur). Le gaz chaud va donc transmettre une partie de son énergie au fluide à chauffer dont la température va augmenter. Ce faisant, le gaz frigorigène va se refroidir et condenser, c est-à-dire qu il va passer de l état gazeux à l état liquide (d où le nom de condenseur). La détente : le fluide frigorigène à l état liquide, qui est toujours à pression élevée, va être ensuite détendu au travers du détendeur. C est-à-dire que la pression va chuter, abaissant ainsi la température du fluide frigorigène qui reste à l état liquide et va traverser l évaporateur pour un nouveau cycle. Le principe est exactement le même que celui du réfrigérateur qui pompe les calories à l intérieur du compartiment pour les rejeter à l extérieur, mais en sens inverse. Quels sont les principaux avantages et inconvénients des PAC? AVANTAGES La part d énergie gratuite utilisée, puisée dans le sol, dans l eau ou dans l air La consommation électrique pour le chauffage potentiellement divisée en moyenne par 2 à 3 par rapport à un chauffage électrique de base à effet joule (convecteurs, panneaux rayonnants ) INCONVÉNIENTS Risque de problèmes de gel précoce avec les systèmes basés sur l air extérieur ou avec certains types de terrain pour des capteurs enterrés à faible profondeur Risque d assèchements estivaux du sol si la fonction rafraîchissement est utilisée avec des capteurs horizontaux Le mode de diffusion de la chaleur lorsqu elle est diffusée par plancher chauffant basse température (confort et économie) Les fluides frigorigènes nécessaires au fonctionnement des PAC sont de très puissants gaz à effet de serre Le coût d installation, les frais de maintenance et la consommation d énergie électrique peuvent parfois limiter l intérêt économique bien que l énergie prélevée soit gratuite Risque d anéantir les économies hivernales en été avec les PAC réversibles utilisées en climatisation ou refroidissement Risque d augmentation du coût de l électricité à partir de 2009 (libéralisation totale du marché de l électricité. Le prix de l électricité pour les particuliers est aujourd hui 25% moins élevé en France que la moyenne européenne.) Abonnement électrique plus coûteux (triphasé parfois nécessaire) 2
Qu est ce que le COP? Le Coefficient de Performance (ou COP) d une machine correspond au rapport entre l énergie thermique utile restituée pour le chauffage et l énergie électrique nécessaire pour faire fonctionner la pompe à chaleur. C est l équivalent d un rendement mais appliqué à une pompe à chaleur. Plus il est élevé, plus le système est performant. Un COP égal à 3 signifie que l énergie thermique utile restituée pour le chauffage est 3 fois supérieure à l énergie électrique consommée.. Seules certaines PAC, qui disposent d un COP théorique d au moins 3,4, peuvent prétendre au crédit d impôt* ou 3,3 pour l éco-ptz (sous réserve de réaliser au minimum 2 types de travaux parmi les 6 possibles). Il faut cependant distinguer différents types de COP : Le COP de la pompe à chaleur (COP machine dit COP théorique) C est la quantité de chaleur fournie par la PAC divisée par la quantité d énergie électrique consommée. Cette valeur est définie dans des conditions de référence de fonctionnement de la machine (pour un couple donné de températures, celle du milieu extérieur et celle fournie au système de chauffage). Attention : c est souvent uniquement cette valeur qui est communiquée, mais elle ne reflète pas l efficacité énergétique de l ensemble de l installation sur une durée de fonctionnement normale. Une pompe à chaleur fonctionne-t-elle avec de l énergie renouvelable? Une PAC est un système qui valorise l énergie disponible puisée dans l environnement immédiat (sol, air, eau) ; cette énergie est renouvelable et provient en majorité du flux thermique solaire (la chaleur provenant du centre de la terre est en général bien trop lointaine pour être exploitée en surface). Les quantités d énergie renouvelable susceptibles d être mobilisées par les PAC sont importantes mais la contre-partie reste l utilisation d électricité, indispensable au fonctionnement de la machine. Si celle-ci est d origine renouvelable (solaire, éolien, hydraulique ), on peut considérer la PAC comme un mode de chauffage utilisant exclusivement des énergies renouvelables, mais ce n est pas le cas en France où les énergies renouvelables n assurent qu environ 12% de la production d électricité nationale. Cependant, l impact de l utilisation de l électricité peut-être minimisé à condition d avoir réduit à la source les besoins en énergie (guide des 7 clés) et d utiliser des PAC performantes limitant de ce fait leur consommation d énergie électrique et d avoir recours aux énergies renouvelables pour produire de l électricité par exemple par les bouquets d électricité verte. Les PAC contribuent-elles à l effet de serre? Le COP de l installation (COP système) C est la chaleur fournie par la PAC divisée par la quantité d énergie électrique consommée par l ensemble du dispositif (incluant généralement les pompes de circulation de l eau dans le système de distribution de chauffage et de circulation du fluide dans le système d échange extérieur), dans les conditions nominales de fonctionnement. Ce COP indique une performance plus proche de celle rencontrée en conditions réelles d utilisation. Le COP annuel de l installation (COP moyen annuel) C est le bilan global de l énergie thermique fournie divisé par l énergie consommée, calculé sur une année complète de fonctionnement. Pour cela, on compare la consommation électrique annuelle de la PAC et l énergie totale fournie par l installation au logement. C est le COP qui intéresse le consommateur car il prend en compte le fonctionnement réel de la PAC en intégrant les périodes où son fonctionnement n est pas optimal. Le COP au regard de la production française d électricité Au niveau national, il faut brûler 3,1 kwh de combustible fossile (uranium, fioul, gaz, charbon) pour fournir 1 kwh électrique au compteur des consommateurs (source DGEMP 2007). On distingue ainsi l énergie prélevée dans l environnement, dite «énergie primaire», de l énergie facturée à l utilisateur après transformation et acheminement, dite «énergie finale». Une PAC n a donc d intérêt au regard des ressources énergétiques que si elle possède un COP annuel supérieur à 3,1. Prélèvement de calories (évaporation) Circuit primaire Principe de fonctionnement d une pompe a chaleur sur sonde géothermique Compresseur Détendeur Prélèvement des calories des terrains Production de calories (condensation) Circuit secondaire Ces appareils peuvent être à l origine de trois types d émissions de gaz à effet de serre : lors d opérations de maintenance mal maîtrisées, en fin de vie ou en cas de problème d étanchéité à cause des fluides frigorigènes qu elles renferment : ces gaz, les HFC, sont entre 140 et 11.700 fois plus puissants que le CO2 pour l effet de serre Par exemple, une PAC qui renferme 2 Kg de fluide frigorigène représente l équivalent de 20 tonnes de CO2, soit le total des émissions de CO2 de 13 voitures qui parcourent 10 000 km. Certains fabricants cherchent à utiliser des fluides moins impactants lors de leur fabrication et de leur transport, comme toute activité pendant leur fonctionnement, comme tout appareil consommant de l électricité, d autant plus durant les périodes de pointe de consommation électrique qui sont absorbées par des centrales thermiques (charbon, fioul, gaz) particulièrement émissives en gaz à effet de serre D où l importance : d une installation et d un appareil de bonne qualité qui ne fuira ni durant toute sa période d utilisation ni lors de son démontage du choix du professionnel qualifié qui assurera l installation, la maintenance ou le démontage de l installation d une réduction des besoins en énergie (voir guide des 7 clés) * Sous réserve de modification du dispositif par l État. 3
Pompe à chaleur et géothermie, c est pareil? Tout d abord, cela dépend de la source dans laquelle on puise l énergie : pour l air, on parle d «érothermie», pour la nappe, un plan d eau ou une rivière d «aquathermie» et pour le sol (sondes horizontales ou verticales) de «géothermie». Mais le terme géothermie peut être abusif ici puisqu aux profondeurs considérées, les principaux fournisseurs de chaleur sont le soleil et les précipitations. Le flux géothermique (chaleur provenant du centre de la Terre) y est négligeable. Aussi, on parle parfois de pompe à chaleur géosolaire. En Alsace, ce n est qu à des profondeurs de l ordre de 2000 m que l on peut parler de géothermie. La «géothermie» très basse température Il s agit de la «géothermie» la plus courante, utilisée chez les particuliers ou pour les logements collectifs. Des capteurs enterrés sont constitués d un réseau de tubes dans lequel circule un fluide caloporteur, que ce soit un fluide frigorigène ou de l eau glycolée. La source est donc le sol ou l eau de la nappe phréatique. Pour restituer cette chaleur dans le plancher chauffant de la maison on utilise ainsi une pompe à chaleur, qui fonctionne grâce à de l électricité. Station géothermique Soultz-sous-Forêts La «géothermie» basse température La «géothermie» basse énergie (températures comprises entre 30 C et 100 C) permet de couvrir une large gamme d usages : chauffage urbain, chauffage de serres, utilisation de chaleur dans les process industriels, thermalisme... À titre d exemple, l aquifère du Dogger dans le sous-sol de la région parisienne, situé à 2 000 m de profondeur renferme une eau géothermale à 60-80 C. Il n y a pas encore d installation de ce type en Alsace. La géothermie de moyenne température et de haute température La géothermie de haute énergie ( 180 C) et moyenne énergie (température comprise entre 100 C et 180 C) valorisent les ressources géothermales sous forme d électricité ou de chaleur. Un pilote pour la production d électricité a fait l objet d explorations approfondies en Alsace du Nord à Soultz-sous- Forêts où une étape décisive a été franchie le 13 juin 2008, avec la mise en service de la centrale pilote de production d électricité. Géothermie Soultz est ainsi, à ce jour, le programme de recherche scientifique le plus avancé au monde dans le domaine de la géothermie profonde. Depuis cette mise en service, le site a pour fonctions principales l observation et l expérimentation grandeur nature, indispensables pour continuer à mieux connaître les phénomènes en jeu et maîtriser l exploitation (pour aller plus loin : www.geothermie-soultz.fr). Pompe à chaleur et climatiseur, c est pareil? Non, ce n est pas la même chose. Si la technique est la même, les puissances et durées de fonctionnement sont différentes. Un climatiseur, au sens usuel du terme, est un système permettant le rafraîchissement en période chaude. Une PAC se doit de fonctionner sur l ensemble de la saison de chauffage. Ainsi, à puissance équivalente, son compresseur est généralement plus petit et les surfaces d échange plus importantes. Elle doit supporter une durée de fonctionnement de 2 000 à 4 000 heures par an contre seulement 600 pour un climatiseur. Enfin, certains équipements techniques peuvent figurer dans une PAC, notamment si elle est réversible (système de dégivrage, vannes d inversion, détendeurs ), mais pas dans un climatiseur. Dans quels cas choisir une pompe à chaleur? Le cas idéal est un logement neuf dans lequel un plancher chauffant peut être installé et où l isolation renforcée diminue les besoins en consommation. En rénovation, nous vous conseillons de diminuer au maximum les besoins en chaleur du logement et de vous équiper d un système de diffusion de la chaleur à basse température pour utiliser efficacement une pompe à chaleur. Si le choix se porte sur une PAC, attention aux différences de technologies : ainsi l aérothermique (air/air ou air/eau) n est pas adaptée aux régions dont les hivers sont rigoureux. En Alsace, il est conseillé de privilégier la géothermie (sol/sol ou eau/eau) avec capteurs horizontaux ou verticaux, ou les puits sur la nappe phréatique lorsqu elle est accessible. 4
Simulation «pompe à chaleur ou isolation?» Maison de 100m 2 située à Colmar consommant 294kWh/m.an pour le chauffage et l eau chaude sanitaire (ECS) kwh 30 000 25 000 20 000 10 500 10 000 5 000 0 CONSOMMATION 3692 25 732 2970 5810 3692 12 114 7720 A- fioul B- fioul+pac C- isolation 2000 1500 1000 500 0 coûts de fonctionnement total 2063 total 150 1691 240 total 130 300 1177 1 673 202 557 502 150 240 787 A- fioul B- fioul+pac C- isolation Abonnement électrique Entretien Eau Chaude Sanitaire Chauffage appoint Chauffage A- Situation initiale : fioul (Chaudière ancienne) Consommation de 2950l de fioul/an sur radiateurs traditionnels et production eau chaude sanitaire B- fioul+pac (Ajout PAC air/eau) COP annuel de 2,17 Production d Eau Chaude Sanitaire par ballon électrique - surcoût de l abonnement électrique - la chaudière fioul d appoint couvre 30% des besoins en chauffage C- isolation (sans changement de la chaudière fioul) - 20 cm sur le plancher des combles - 7cm d isolant sur les murs - installation d une ventilation simple flux hygro B - consommation ramenée à 158kWh/m 2.an Comment optimiser le fonctionnement d une PAC? Il est important de réunir les conditions nécessaires au bon fonctionnement d une PAC et au maintien d un COP élevé : La source dans laquelle on puise l énergie doit être à la température la plus élevée possible. L avantage va donc aux PAC puisant leur énergie dans un milieu à température constante comme la nappe phréatique, le sol ou l air extrait d une ventilation. La température de restitution de la chaleur doit être la plus basse possible : avantage aux planchers chauffants basse température qui procurent une grande surface d échange. De plus, le confort thermique est meilleur avec un chauffage par rayonnement plutôt qu à air pulsé. La mise en place d un ballon tampon alimenté par la PAC permet d optimiser les performances en limitant la fréquence de mise en route, donc l usure de la machine. Quels sont les différents types de pompes à chaleur? Peut-on raccorder une pompe à chaleur à un circuit de radiateurs haute température? Oui mais cela fonctionne moins bien. Il existe quelques appareils qui permettent d élever suffisamment la température du fluide pour un raccordement sur des radiateurs classiques (environ 60 C). Il faut donc s assurer que la pompe à chaleur est adaptée à cet usage. Cependant, le rendement est forcément moindre qu avec un émetteur basse température (plancher chauffant ou radiateur basse-température à environ 35 C) puisqu il faut plus d énergie électrique afin d élever la température du circuit de chauffage. Les pompes à chaleur géothermiques 1 par capteurs horizontaux Ce sont des tubes de polyéthylène ou de cuivre gainés de polyéthylène. Ils sont installés en boucles enterrées horizontalement à faible profondeur (de 0,60 m à 1,20m). Dans ces boucles circule en circuit fermé de l eau additionnée d antigel ou le fluide frigorigène de la pompe à chaleur (selon la technologie employée). 2 par capteurs verticaux Ils sont constitués de deux tubes de polyéthylène formant un U installés dans un forage (jusqu à 80 m de profondeur) et scellés dans celui-ci par du ciment. On y fait circuler en circuit fermé de l eau additionnée de liquide antigel. 5
1 par capteur horizontal Un réseau de tubes est enterré (de 0,8 m à 1,2 m de profondeur) sur le terrain jouxtant le bâtiment. Il s agit de tuyaux (en polyéthylène généralement) dans lesquels circule un fluide caloporteur. Selon les fabricants, la surface de captage préconisée varie entre 1,5 et 3,5 fois la surface chauffée de l habitation. Certains principes de pose sont préconisés, notamment en ce qui concerne les profondeurs d enfouissement et d espacement entre tubes. Le capteur doit être au moins à : 2 m des arbres, 1,5 m des réseaux enterrés non hydrauliques, 3 m des fondations, des puits, des fosses septiques et des évacuations. Il ne faut pas descendre trop profondément (au delà de 1,5 m) car l inertie du sol est telle que les calories pompées seront récupérées trop lentement, mais assez profondément pour s éloigner des risques de gel en surface par temps froid. Un sol constitué de terre végétale humide sera mieux adapté qu un sol en remblais rocheux. Dans tous les cas, la pose d un grillage avertisseur 30 cm au dessus des tubes est nécessaire afin d indiquer la présence des capteurs lors d un terrassement ultérieur. 2 par capteur vertical Un ou plusieurs forages (selon les besoins de chauffage) sont réalisés dans le sol afin d y insérer des tubes. Dans ce cas, on parle aussi de sondes géothermiques. Dans le forage, on place le capteur (tube en U, ou double U en polyéthylène) contenant un fluide caloporteur. Il est ensuite scellé par du ciment et de la bentonite. La profondeur du forage peut atteindre jusqu à 200 m. À 10 m de profondeur, la température du sol est pratiquement constante toute l année et voisine de 12 C. En descendant en profondeur, la température s élève de 2 à 3 C tous les 100 m. La puissance linéaire des capteurs verticaux est d environ 50 W/m mais cela dépend de la conductivité thermique du terrain. La quantité d énergie récupérable par une sonde géothermique profonde dépend de plusieurs paramètres : de la température atteinte dans le sous-sol, de la profondeur et de la longueur de la sonde, des caractéristiques thermiques du sous-sol, notamment sa conductibilité thermique, du type de construction de la sonde et de la colonne de production. Avantage Les capteurs horizontaux sont faciles d installation et ont des coûts initiaux plus bas que les capteurs verticaux. INCONVÉNIENTS Il faut avoir un terrain de taille suffisante. Il n est pas possible de planter des arbres à proximité de ce réseau. À la profondeur à laquelle les capteurs sont installés, l incidence du flux géothermal est inexistante. Les apports de chaleur sont effectués par l énergie solaire et les infiltrations de pluie. C est pourquoi le terrain doit être adapté : - il doit être bien exposé au soleil, - il ne peut être recouvert d un revêtement en dur (terrasse, piscine,...), - s il est rocheux et peu favorable aux échanges thermiques, il faudra un lit de sable, - s il est trop pentu, il faudra envisager un remblaiement. Avantages L installation peut être réalisée même dans un jardin de petite taille. C est le type de pompe à chaleur présentant le meilleur rendement sur une année. INCONVÉNIENTS Le coût d installation est très élevé (10 000 à 20 000 euros pour 100 mètres carrés chauffés) essentiellement à cause du forage. Il faut prévoir un espacement suffisant entre chaque forage (plus de 10 m) lorsque plusieurs sondes sont nécessaires. Les forages doivent être adaptés au sous-sol. On connaît quelques cas où des forages trop profonds ont provoqué des remontées d eau artésiennes qui ont causé des désordres sur le bâti. En cas de présence d une nappe phréatique, le système en U pourra mettre en contact -en cas d accident- le fluide caloporteur directement avec la nappe et engendrer une pollution de celle-ci. Cette technologie n est pas adaptée pour cette configuration. Les pompes à chaleur sur eau de nappe (PAC aquathermiques) La chaleur prélevée est celle contenue dans l eau de nappes peu profondes (moins de 100 m) captée par forage. Après avoir prélevé les calories nécessaires, l eau de nappe est idéalement rejetée dans un second forage en aval du sens d écoulement de la nappe. Il est toutefois possible, dans les systèmes à un seul forage, de rejeter l eau dans une rivière, un plan d eau ou un réseau d eaux pluviales. Dans tous les cas une déclaration en mairie est obligatoire. Il faudra cependant s assurer de la qualité physico-chimique de l eau et sélectionner une PAC avec évaporateur coaxial ou immergé (les systèmes à plaques sont déconseillés en raison de leur plus faible résistance au gel et de leur encrassement plus rapide). AvantageS / INCONVÉNIENTS Le système à forage unique (soumis à autorisation cf. page 9) est intéressant du point de vue coût, mais l eau est rejetée dans le réseau d eau pluviale, dans un plan d eau ou une rivière, après qu on y ait prélevé les calories nécessaires. Ce rejet fait l objet d une déclaration ou d une autorisation au titre de la loi sur l eau et des milieux aquatiques du 30/12/2006 (renseignements auprès de la Direction Départementale des Territoires (DDT) de votre département). Le système à deux forages (soumis à autorisation cf. page 9) ou à doublet est plus coûteux mais davantage utilisé : l eau est aspirée par un premier forage puis réinjectée dans la nappe en sous-sol via le second forage. Plus respectueux de l environnement, ce système est à privilégier moyennant quelques précautions consistant à respecter une différence de profondeur entre le point de prélèvement et le point de rejet et de s assurer de la compatibilité du prélèvement par rapport aux autres installations pouvant impacter le rendement projeté de l installation ou celles déjà existantes. Recommandations Il est nécessaire de s informer précisément de la nature du sous-sol et des caractéristiques de la nappe d eau souterraine. Pour des installations nécessitant plusieurs forages, il faut tenir compte du sens d écoulement de la nappe pour décider du lieu précis où forer. Des précautions doivent être prises pour éliminer tout risque de pollution de la nappe, notamment s il faut procéder à des nettoyages de l échangeur (utilisation de produits biodégradables). Le rejet d eau fait varier le potentiel redox favorable à la précipitation d éléments tels que le fer, le manganèse ou le calcium, entraînant une prolifération bactérienne et la corrosion du puits. Il existe des puits protégés contre la corrosion. Nous rappelons que le rejet en nappe d eau contaminée par des produits toxiques est interdit par la réglementation du SAGE Ill-nappe-Rhin. Les recommandations sont importantes en plaine d Alsace où la nappe constitue l essentiel de l alimentation en eau potable. 6
Région Alsace Potentiel d utilisation de pompes à chaleur (PAC) Domaine de la nappe phréatique d Alsace permettant les PAC sur eau de nappe. Alluvions rhénanes épaisses permettant de fort débits Alluvions rhénanes ou vosgiennes dont l épaisseur limite le débit Alluvions peu accessibles (sous couverture de loess épais) Domaines peu aquifères où les PAC géothermales sont recommandées. Alluvions argileuses et aquifères à productivité réduite Terrains à ressources en eau aléatoires Terrain très peu perméable Comment connaître le potentiel de son sous-sol? Les zones où une PAC sur nappe est exploitable dépendent de la profondeur de la nappe de son niveau, de son évolution Les informations sur la piézométrie de la nappe d Alsace sont tenues à jour par l APRONA. Lorsqu on se trouve en bordure de plaine et dans le Piémont des Vosges, il est recommandé de consulter le Service géologique régional du BRGM qui collecte les données sur le sous-sol et permettra d éviter des erreurs d appréciation ou des conséquences fâcheuses comme les remontées de nappe qui peuvent survenir dans les zones artésiennes. Pour consulter les informations disponibles sur les sous-sols de sa commune et les points d accès à la nappe, voir : http : //brar.region-alsace.eu Les pompes à chaleur sur air extérieur Les calories nécessaires au chauffage de la maison sont puisées dans l air extérieur. Cette source de chaleur est facilement exploitable, sans capteur important ou coûteux à installer et sans autorisation spéciale. Il est plutôt conseillé de les installer dans des zones à climat doux, comme les zones côtières par exemple, et non dans les régions au climat plus rude, comme l Alsace. Le chauffage est assuré soit par de l air chaud pulsé (pompe à chaleur air / air), soit par le biais d un circuit hydraulique alimentant un plancher chauffant, des radiateurs ou des ventilo- convecteurs (pompe à chaleur air / eau). Avantage Ces pompes à chaleur sont réversibles et peuvent rafraîchir la maison en été. Inconvénients Lorsque le chauffage est assuré par de l air chaud pulsé, des sensations d inconfort peuvent survenir, dues aux mouvements d air et à sa mauvaise répartition dans la pièce (chaud en haut et froid aux pieds). Contrairement à la température du sous sol qui reste stable tout au long de l année entre +10 et +15 C, celle de l air extérieur fluctue et peut devenir très basse, notamment en Alsace. Or la performance d une PAC est directement proportionnelle à la différence entre la température du milieu où l on prélève la chaleur et la température des émetteurs de chaleur. Plus cet écart est important, moins bonne est la performance. C est pourquoi les PAC sur air sont moins performantes que les PAC géothermiques. Il est plutôt conseillé de les installer dans des zones à climat doux, comme les zones côtières par exemple. Quand il fait froid (en dessous de 5 C), l évaporateur situé en contact avec l air extérieur peut givrer, ce qui diminue aussi l efficacité de la PAC. C est pourquoi ces pompes sont équipées d une régulation qui inverse périodiquement et pour un court moment leur fonctionnement : ceci assure le dégivrage de l évaporateur mais engendre une consommation d électricité supplémentaire. De plus, pendant le dégivrage, la chaleur est prélevée à l intérieur de la maison ce qui pourrait entraîner une sensation de froid mais qui est compensée par la mise en marche d une résistance électrique servant d appoint. Dans la plupart des régions et notamment en Alsace, il est nécessaire de prévoir un chauffage d appoint indépendant qui prend le relais de la PAC lorsque la température extérieure devient trop basse. Les chauffe eau thermodynamiques (CET) sont des équipements de production d eau chaude sanitaire associant une PAC aérothermique à un ballon de stockage. Il existe principalement 3 modes d installation : Sur air extérieur puisant les calories dans l air extérieur, ce principe d installation est à proscrire en Alsace, comme pour les PAC aérothermiques du fait des températures de l air extérieur trop basses. En dessous d une certaine température de l air (variable entre -5 et + 8 C selon les modèles), les CET fonctionnent alors uniquement grâce à une résistance électrique, comme un ballon électrique classique. Sur air ambiant dans ce cas le CET puise les calories dans l air ambiant du bâtiment. Le choix de l emplacement du système est alors primordial, car s il doit être placé dans un volume suffisamment important (plus de 20 m 3 ) et tempéré (au minimum 15 C) pour fonctionner, il participera en revanche au refroidissement du volume chauffé. Si les COP théoriques annoncés sont autour de 3, les conditions réelles d utilisation journalière engendrent plutôt des COP voisins de 1,6-1,9. (source campagne d évaluation Costic-ADEME-FFB, 2010). Le choix de l emplacement est également à considérer car ce type d installation peut-être une source de nuisances sonores. Sur air extrait ce type d installation puise les calories dans l air extrait par la ventilation mécanique, qu elle soit simple ou double flux. Sous réserve d une installation correctement dimensionnée et soignée, la température de la source est alors relativement stable (autour de 19 C) et le CET ne participe pas au refroidissement du volume chauffé. C est le principe d installation des CET le plus pertinent. Les pompes à chaleur sur air extrait Cette version de pompes à chaleur, déjà bien diffusée en Allemagne, Autriche ou Suisse, arrive progressivement sur le marché français. On l appelle aussi VMC double flux thermodynamique. Il s agit d associer une ventilation double flux (VMC) avec récupération de chaleur à une pompe à chaleur et un ballon d eau chaude. La source d énergie est ici l air chaud vicié prélevé par la VMC dans les pièces humides de la maison. Dans ce cas, la pompe à chaleur prélève les calories avant le rejet de l air à l extérieur pour chauffer l eau sanitaire. Certains modèles sont aussi capables de réchauffer l air neuf si le récupérateur de chaleur n a pas restitué suffisamment de calories, notamment en cas d air extérieur très froid. De faible puissance (1 à 2 kw), ces systèmes sont particulièrement bien adaptés aux maisons très économes en énergie, n ayant quasiment aucun besoin de chauffage. Parmi les différents systèmes de PAC, la solution sur air extrait est une des plus efficaces parce que la source d énergie est aux environs de 19 C pendant tout l hiver. 7
Combien ça coûte? Le coût dépend du type de PAC considéré (données 2006). Ces coûts sont plutôt stables. Type de pompe à chaleur Performances en Alsace conseillé - déconseillé À ne pas oublier Coût moyen national des installations pour une maison de 120 m², données 2010 Air / Air (Aérothermique) non adaptée au climat Vous devez augmenter la puissance de votre abonnement électrique et souscrire un contrat d entretien. 10 302 HT (dont 1 525 HT de pose) Air / Eau (Aérothermique) sur émetteurs hautes températures sur émetteurs basses températures (plancher chauffant ) Vous devez augmenter la puissance de votre abonnement électrique et souscrire un contrat d entretien. 10 975 HT (dont 1 470 HT de pose) Eau/ Eau Géothermale (Aquathermique) sur émetteurs hautes températures sur émetteurs basses températures (plancher chauffant ) - Vous devez augmenter la puissance de votre abonnement électrique. - Obtenir les autorisations au titre du forage -code minier et code de l environnement (cf. faut-il des autorisations pour faire un forage en page 9) 10 765 HT (dont 1 615 HT de pose) Géothermique sondes horizontales sol / sol ou sol / eau Géothermique sondes verticales sol / eau sur émetteurs hautes températures sur émetteurs basses températures (plancher chauffant ) sur émetteurs hautes températures sur émetteurs basses températures (plancher chauffant ) Vous devez augmenter la puissance de votre abonnement électrique et souscrire un contrat d entretien. Vous devez augmenter la puissance de votre abonnement électrique et souscrire un contrat d entretien. 12 986 HT (dont 1 850 HT de pose) Sur air extrait - adapté aux maisons économes en énergie (faible puissance) - système très efficace, ne nécessitant pas de circuit de chauffage spécifique - particulièrement bien adapté en cas de VMC double flux Vous devez souscrire un contrat d entretien. Pas d informations Une pompe à chaleur réversible, c est mieux? Non ce n est pas mieux. On dit d une PAC qu elle est réversible lorsqu elle peut produire indifféremment de la chaleur ou du rafraîchissement. Cette possibilité est souvent proposée par les vendeurs de matériels mais ceci est en contradiction avec les arguments écologiques souvent avancés. Avant de penser rafraîchissement (et donc consommation d énergie), il vaut mieux adopter des mesures évitant tout besoin de climatisation (protections solaires extérieures, végétalisation de façades, apport d inertie dans les bâtiments, rafraîchissement nocturne par ventilation, réduction des émissions de chaleur des appareils électriques, etc.). De plus, cette utilisation des PAC en été anéantit les économies réalisées en hiver. Par ailleurs, cela contribue à renforcer les pics de consommation électrique survenant en période de forte chaleur l été, ce qui pose des problèmes de pollution et d effet de serre (usage des centrales au gaz ou fioul, difficultés de refroidissement des centrales nucléaires, réchauffement des cours d eau ). Une PAC réversible n est pas la solution idéale car elle est performante soit en chauffage, soit en rafraîchissement, pas les deux. Quelles précautions prendre au sujet des fluides de la machine? Un des paradoxes de la pompe à chaleur est que, pour puiser une énergie renouvelable et non polluante, elle utilise (en grande quantité) un fluide à l impact négatif sur l environnement. Afin d éviter au maximum les risques de fuite, il faut que les appareils soient brasés en usine sans raccord mécanique. De plus, une vérification régulière de l étanchéité du circuit frigorifique est indispensable. Jusqu à ces dernières années, le fluide le plus employé était le R22, plus connu sous le nom de Fréon. Il s agit d un chloro-fluoro-carbone (CFC), particulièrement nocif pour l environnement. Il contient du chlore, dont les effets sont destructeurs pour la couche d ozone. C est de plus un gaz à effet de serre puissant (plusieurs milliers de fois plus puissant que le CO2). Le R22 est désormais interdit et remplacé par des fluides sans chlore et donc inoffensifs pour la couche d ozone, comme le R407 C et le R134 A, mais contenant du fluor, qui restent des gaz à effet de serre et contribuent donc au réchauffement climatique. 8
Est-ce bruyant? Oui comme tout équipement avec un compresseur. En effet, une pompe à chaleur comprend un compresseur intégré dans un module que l on appelle un générateur. Il est impératif de bien désolidariser le générateur des murs et de le monter sur silent-block. Les problèmes acoustiques sont, pour les pompes à chaleur, essentiellement dus au fonctionnement du ventilateur et du compresseur. En général, les modèles les moins bruyants sont les plus efficaces et les plus chers. Mais dans tous les cas, pour limiter les nuisances sonores, la machine doit être installée soit à l extérieur en prenant garde au Faut-il un branchement électrique spécial? Oui, les pompes à chaleur nécessitent un apport important en électricité pour fonctionner et la plupart des modèles demandent une alimentation électrique triphasée plutôt que monophasée, ce qui implique la nécessité de modifier son abonnement électrique lorsque c est possible et, si besoin est, de modifier l installation électrique (attention au surcoût). Les PAC air/eau ou air/air qui intègrent une résistance électrique peuvent nécessiter le renforcement de la puissance souscrite et engendrer un surcoût annuel. Quels matériels sont homologués? C est NF PAC qui est la marque de reconnaissance des produits qui répondent aux exigences qualitatives. La marque «NF PAC» est une marque volontaire, délivrée par l AFAQ-AFNOR Certification, permettant de vérifier la conformité des pompes à chaleur aux différentes normes en vigueur, françaises, européennes et internationales ainsi que le respect des performances minimales fixées par les membres du Comité particulier de la marque NF-PAC au travers d un référentiel. Elle couvre les différentes pompes à chaleur aérothermiques et géothermiques de puissance calorifique inférieure ou égale à 50 kw. voisinage, soit dans un local adapté pour éviter la propagation du bruit au logement ou à l environnement (local obligatoirement ventilé). L utilisation des PAC aérothermiques en été, en mode climatisation, peut être une source importante de nuisances sonores nocturnes pour les riverains, d autant plus si leurs fenêtres sont ouvertes. Pour éviter les troubles de voisinage mieux vaut investir dans du matériel très silencieux. Il est déconseillé d installer ce type de matériel en bout de ligne électrique (ou sinon, il faut penser à son renforcement). L appel de puissance étant important lors du démarrage du compresseur, on peut constater une baisse de tension dans le réseau électrique de la maison (fortement déconseillé pour les lampes basse consommation). Pour ces différents produits, elle certifie les paramètres suivants : Les coefficients de performance (COP) avec un seuil minimum pour différents points de fonctionnement, La puissance thermique, Le niveau de puissance acoustique. Faut-il des autorisations pour faire un forage? La réglementation concernant la réalisation d un forage est compliquée : elle est encadrée par différents codes, en particulier par le Code Minier et le Code de l environnement (Loi sur l eau). Pour résumer, le code minier implique la déclaration de tout forage supérieur à 10 m de profondeur et exige une autorisation (donc enquête publique avec établissement d un document d incidence) pour tout ouvrage géothermal supérieur à 100 m de profondeur. Cependant, il est conseillé de faire une déclaration quelle que soit la profondeur du forage et le type de sonde thermique. Pour délivrer la marque NF PAC, l AFAQ-AFNOR Certification fait procéder (lors de la demande puis régulièrement) à des essais sur différents produits de la gamme et à un audit des unités de fabrication afin de contrôler la mise en place par le fabricant d un ensemble de dispositions permettant de maîtriser la conformité aux normes et aux spécifications complémentaires du référentiel. Quant à la procédure à mener pour les forages sur nappe d eau souterraine, le plus simple est de s adresser à la MISEN (Mission Inter Service de l Eau et de la Nature, www.eaufrance.fr) située à la préfecture du département. La MISEN est une structure de coordination départementale des services de l État (ARS, DDT...) qui vise à améliorer la lisibilité, l efficacité et la cohérence de l action administrative, principalement de l exercice de la police de l eau en matière de gestion de l eau et des milieux aquatiques. Cela permettra notamment de détecter si le forage se trouve dans un périmètre de protection rapprochée. Ce sont les DREAL (Direction Régionale de l Environnement, de l Aménagement et du Logement) qui gèrent le Code minier. Le Code de l environnement (loi sur l eau) s applique en cas de prélèvement d eau (donc dans le cas des PAC aquathermiques) et nécessite une déclaration si le prélèvement est «supérieur à 1 000 m 3 /an mais inférieur ou égal à 80 m 3 /h». Sont soumis à autorisation «tous prélèvements situés à l intérieur du périmètre de protection rapproché d un captage en eau potable» et / ou «si le débit prélevé est supérieur à 80 m 3 /h». Les professionnels (foreurs, bureaux d études sous-sol) se doivent de connaître ces démarches. À noter qu il existe en Alsace le Schéma d Aménagement et de Gestion des Eaux (SAGE) Ill-Nappe-Rhin définissant des règles à respecter plus stricte que la règlementation nationale. D autres SAGE (Moder, Giessen-Liepvrette, ) sont en cours d élaboration. Il convient également de contacter l Agence de l eau pour les taxes de prélèvement et/ou de rejet. Dans la mesure où les forages réalisés pour la mise en place de sondes géothermiques ne prélèvent pas d eau, ils échappent pour une large part aux applications de la Loi sur l eau qui se fondent principalement sur les notions de débit prélevé (ou rejeté). 9
Cependant, il convient de garder à l esprit les principes généraux de «protection de la ressource en eau», traduits dans les trois premiers articles de la loi et les seuils de profondeurs au-delà desquels l opération est soumise à la procédure d autorisation. Des précautions particulières sont à prendre pour la protection des eaux souterraines lors de la réalisation d un forage pour sonde géothermique : à proximité des installations d assainissement collectif et individuel, dans les zones humides, dans les zones karstiques et les roches très solubles (sel, gypse ), en bordure du littoral marin ou à proximité des eaux salées, à proximité des ouvrages souterrains et sur les tracés des infrastructures souterraines (câbles, canalisations, tunnels ), à proximité des digues et barrages, dans les anciennes carrières ou mines à ciel ouvert remblayées et au droit des anciennes carrières et mines souterraines, à proximité des anciennes décharges et autres sites ou sols pollués, dans les zones à risques de mouvement de terrain et les zones volcaniques à proximité des circulations d eau ou de gaz exceptionnellement chauds ou chargés en éléments, dans des périmètres de protection et partout en plaine d Alsace. Que faire à la fin de l utilisation d un forage? Si une installation n est plus en service, il ne faut pas laisser le puits inutilisé et à l abandon. Des risques de pollution ou de refoulement sont réels et doivent être évités en rebouchant soigneusement le puits pour protéger la nappe qui constitue souvent une ressource importante pour l alimentation en eau potable. Quelles sont les garanties en termes de forage? Les entreprises de forage de sondes géothermiques sont soumises à la garantie décennale au sens de l article 1792 du Code Civil. Elles peuvent adhérer à une charte qualité nationale publiée sur le site Internet BRGM-Ademe: www.geothermie-perspectives.fr L assurance dite décennale bâtiment est obligatoire pour toute personne liée au maître d ouvrage par contrat : conseil ou assistant à maître d ouvrage, maître d oeuvre, entreprises. Nappes d eau souterraine : des ressources à préserver En Alsace, la plus grande nappe d eau souterraine disponible, à faible profondeur, est la nappe phréatique de la plaine rhénane. Elle fait l objet d une protection de la ressource sous couvert d un SAGE. D un volume important et de bonne qualité à l origine, celle-ci constitue la ressource la plus importante pour l alimentation en eau potable. Située à faible profondeur, elle est très vulnérable et sa qualité se dégrade du fait d une intense activité humaine. D une température constante comprise entre 10 et 12 C tout au long de l année, l eau de cette nappe peut être utilisée par une pompe à chaleur pour alimenter un circuit de chauffage. Afin de préserver au mieux cette ressource, et éviter tout risque de pollution, il convient de rester très vigilant et de respecter les diverses prescriptions de la règlementation et du SAGE à chacune des étapes d installation, de mise en fonction, de nettoyage ou de remplacement du système mis en place. La garantie Qualiforage L ADEME, le BRGM et EDF ont mis en place une charte de qualité destinée aux entreprises de forage de sondes géothermiques. Celles-ci s engagent, en adhérant à Qualiforage, à réaliser des ouvrages selon les règles de l art, à souscrire une garantie décennale (avec mention sonde géothermique), à se former et à déclarer les forages à la DREAL. 10
Quelles étapes pour réussir une installation? Un diagnostic énergétique du bâtiment doit être effectué au préalable par un prestataire indépendant que ce soit pour une construction neuve ou une rénovation (Renseignez-vous auprès de votre Espace Info->Energie). Cela permettra tout d abord de déterminer si la PAC est la solution adaptée et ensuite de bien la dimensionner. Une installation mal dimensionnée posera des problèmes de confort thermique ou de surconsommations électriques. Dans le cas d une PAC comme dans tous les cas de remplacement d un système de chauffage en vue de réaliser des économies d énergie, il convient d abord de prendre des mesures qui réduisent les consommations. Des travaux d isolation peuvent, par exemple, s avérer moins coûteux et tout aussi efficaces que le remplacement d un système de chauffage. Une fois le choix de la solution technique arrêtée parmi les systèmes les plus performants, il faut procéder au choix de l installateur (voir ciaprès). N hésitez-pas à comparer plusieurs devis avec des matériels de marques différentes. Demandez des références quitte à rendre visite à l un des clients déjà équipés qui donnera son avis et vous montrera l installation en situation réelle. Lorsque l installateur est choisi, vérifiez qu il entreprend bien les démarches réglementaires nécessaires, par exemple en cas de forage. Afin de disposer d un contrôle précis de la consommation de la PAC, faites installer un compteur électrique dédié ou un compteur de chaleur. Il permettra de détecter facilement des écarts anormaux par rapport aux résultats attendus. À la réception des travaux, vérifiez que les documents utiles à la garantie de l appareil vous ont été remis. Faites procéder à une visite annuelle de l installation par l installateur pour en vérifier le bon fonctionnement. Qui est compétent pour installer une pompe à chaleur? QualiPAC est la nouvelle reconnaissance nationale d un installateur spécialiste de la pompe à chaleur. C est une appellation créée par l AFPAC (Association Française pour les Pompes À Chaleur) en 2007 avec le soutien de l ADEME et d EDF. Elle a pour but de faciliter la mise en relation des particuliers intéressés par un chauffage par PAC avec des installateurs spécialistes de la pompe à chaleur. L AFPAC, propriétaire de l appellation «QUALIPAC» accorde le droit d utilisation de cette appellation aux entreprises d installation suivant des critères fixés dans un règlement d usage de la marque. Parmi ces critères, l entreprise d installation adhérente à la marque s engage à : Disposer de personnels ayant suivi le cursus de formation élaboré par l AFPAC et le COSTIC (Centre d Etudes et de Formation Génie Climatique Equipement Technique du Bâtiment) ; Accepter le contrôle de certaines de ses installations par un organisme indépendant ; Respecter une Charte Qualité en 10 points résumés ci-dessous : 1 Donner suite à l appel client sous 2 jours ouvrables ; 2 Conseiller et assister le client dans le choix des solutions les mieux adaptées à ses besoins ; 3 Remettre un devis gratuit et détaillé avec du matériel NF PAC - ou respectant les mêmes exigences - dans le délai convenu avec le client ; 4 Informer le client sur l existence des incitations fiscales et des offres de financement en vigueur ; 5 Définir les besoins du bâtiment à l aide d une étude thermique (selon la norme NF EN 12831) et réaliser l installation dans les règles de l art ; 6 Procéder à une mise en service, puis une réception de l installation, en présence du client ; 7 Procéder à une mise en main personnalisée de l installation, avec remise de documentation et proposition systématique de contrat d entretien ; 8 Remettre une facture détaillée de la prestation, conforme au devis ; 9 Proposer une garantie de deux ans ; 10 Remettre au client les documents permettant le suivi de sa satisfaction (Carte T). Quel est l entretien nécessaire? Comme pour toute installation de chauffage, il est recommandé de souscrire un contrat d entretien, qui comportera notamment une vérification périodique (en général annuelle) des performances de l ensemble de l installation, incluant les éléments auxiliaires de la pompe à chaleur. La fréquence des contrôles d étanchéité des éléments assurant le confinement des fluides frigorigènes dans les équipements frigorifiques et climatiques est fixée par décret. Elle est d une fois tous les douze mois si la charge en fluide frigorigène de l équipement est supérieure à deux kilogrammes. Une maintenance régulière (par le biais d un contrat dédié) permet d assurer un parfait état de fonctionnement à votre installation et de garantir des performances optimales. En particulier, le contrôle de la pression dans les circuits est indispensable pour détecter des fuites de fluide frigorigène. En fin de vie d une installation, il faut que le fluide soit récupéré par un spécialiste, puis recyclé ou détruit. Les pompes à chaleur anciennes contiennent des fluides dont l usage est maintenant interdit. Une entreprise habilitée doit les récupérer pour les traiter ou les détruire. 11
Contacts utiles Installateurs Qualipac : www.afpac.org ADEME et BRGM (informations générales, liste d entreprises de forage) www.geothermie-perspectives.fr Guichet Unique de Certification du Génie climatique : www.certita.org Eurovent Certification : www.eurovent-certification.com Télédéclaration d un forage sur le site de la DREAL : www.declaration-sondage-alsace.fr Banque Régionale de l Aquifère Rhénan (cartes et points d accès à la nappe de la plaine d Alsace) : http://brar.region-alsace.eu APRONA (Association pour la protection de la nappe phréatique de la plaine d Alsace) : http://www.aprona.net Agence de l eau : www.lesagencesdeleau.fr Energivie : www.energivie.info Nos documentations Les fiches "Aides financières" Les fiches techniques Les fiches exemples Programme energivie.info Reportez-vous aux fiches téléchargeables sur energievie.info ou appelez un conseiller Espace INFO ÉNERGIE au 0 800 60 60 44 Juin 2012 Crédits photos : Région Alsace - Hauesser ADEME / O.Perrenoud Alter Alsace Energies Fotolia.com / Florian Villesèche / Alex Novikov/ arkna Istockphoto.com / Jonathan Ling / Barry Crossley BRGM Imprimé sur papier recyclé avec un imprimeur Imprim Vert