Pompes à chaleur

Qu’est-ce que la géothermie ?

"Appareil prélevant de la chaleur à un milieu à basse température pour en fournir à un milieu à température plus élevée"
Définition du Petit Larousse illustré 2000.

Cet appareil est composé d’un compresseur, un capteur et un émetteur : le compresseur "prend des kWh" sur la source froide (le terrain, une source…) grâce au capteur, et les fournit à l’émetteur (dans le local à chauffer). Le compresseur fonctionne à l’électricité : si pour chaque kWh électrique consommé par le compresseur, le système émet 3 kWh thermiques dans le bâtiment à chauffer, on dit qu’il a un COP de 3 (COP = COefficient de Performance).

Le COP détermine donc directement la facture d’électricité qui sera nécessaire pour chauffer un bâtiment.

Comment fonctionne une pompe à chaleur ?

PAC sur terre à capteurs horizontaux
C’est le système qui se développe le plus à l’heure actuelle.

Géothermie ?
Géothermie : "énergie extraite de l’eau ou de la vapeur chaude présente dans certaines zones à fort gradient géothermique". Définition du Petit Larousse illustré 2000.

 Les "zones à fort gradient géothermiques" sont des zones où la chaleur du centre de la terre remonte assez près de la surface, ce qui permet de sortir de l’eau chaude ou de la vapeur avec un forage de quelques dizaines ou quelques centaines de mètres.
 En dehors de ces zones remarquables, la chaleur des premières dizaines de mètres du sol n’est pas due à la chaleur profonde de la terre, mais à la chaleur solaire : le sol joue le rôle d’un gigantesque accumulateur, et sa chaleur vient de l’énergie solaire accumulée sur des années entières.

La PAC sur terre avec capteur horizontal est donc qualifiée de "géothermique" de manière abusive : il s’agit plus d’un "chauffage solaire différé utilisant l’électricité" que d’un "chauffage géothermique".

Limites de ce système La faisabilité et l’intérêt de ce système dépendent fortement de la nature géologique du sol. Ce paramètre est parfois insuffisamment pris en compte par les installateurs.

En général, les devis n’incluent pas le coût du terrassement et de la remise en état du terrain, ni les frais de l’isolation qui doit être posée sous la chape.
N’oubliez pas de rajouter ces coûts afin d’avoir le vrai coût d’investissement de l’installation.

Les installateurs annoncent couramment des coefficients de performance (COP) de 3,5 ou 4. Il s’agit du COP instantané, mesuré dans des conditions optimales. Le coefficient de performance réel de l’installation, en moyenne sur l’année, dépend de nombreux facteurs susceptibles de diminuer la performance. Il est difficile à apprécier, mais c’est de lui que dépend l’intérêt environnemental et économique du projet.

Le capteur horizontal est souvent posé à 60 ou 80 cm de profondeur, voire moins. En cas d’hiver très rigoureux, dans nos régions, le sol peut parfois être gelé à cette profondeur : dans ce cas, la PAC consomme beaucoup mais chauffe peu ! Comme cela arrive précisément quand il fait très froid, il faut avoir prévu un appoint solide (par exemple une cheminée avec foyer fermé), sous peine d’avoir un chauffage insuffisant. Il semble préférable d’enterrer les capteurs à 1 mètre de profondeur pour qu’ils soient hors-gel. (voir aussi ci-dessous : "Remarques concernant toutes les PAC").

PAC sur terre à capteurs verticaux
Ce système peut être intéressant lorsqu’il n’est pas possible d’utiliser le capteur horizontal (sol rocheux, terrain trop petit, etc.). Le forage coûte cher, de l’ordre de 50 € par mètre linéaire. Cependant, les performances (COP) sont susceptibles d’être plus intéressantes que les PAC sur terre à capteur horizontal. Dans certains cas, L’ADEME peut subventionner ce type d’installation pour des réalisations exemplaires en habitat collectif ou pour des locaux tertiaires.

PAC sur air
Les PAC sur air ont connu un grand succès de 1975 à 1985, à l’époque du pétrole cher. Il y eut de nombreuses déceptions, à cause de problèmes de conception et d’installation.

La PAC ne peut pas faire de miracles : pour fonctionner correctement, elle doit prendre sa chaleur dans une source froide "pas trop froide", et la fournir à une cible chaude "pas trop chaude". Lorsque l’air extérieur est à moins de 3 °C, les capteurs givrent et la performance se dégrade, c’est-à-dire que la PAC consomme beaucoup d’électricité mais chauffe peu.

Pour ces raisons, les PAC sur l’air doivent être évitées, sauf dans certains cas bien précis.

PAC sur eau
La température d’une source est assez élevée, et relativement constante : 7 à 8 °C environ en hiver. La source froide n’est "pas trop froide" et presque constante. Une PAC sur eau de source est un système performant et peu coûteux à l’usage.

De même une PAC fonctionnant sur le captage de la nappe phréatique est un système performant. Mais son intérêt est limité par le coût du forage. De plus l’utilisation de la nappe phréatique est soumise à autorisation. L’eau d’une rivière ou d’un lac peut devenir très froide en hiver : l’intérêt d’une PAC fonctionnant sur l’eau d’une rivière ou d’un lac doit être étudié au cas par cas.

Remarques concernant toutes les PAC
Particulièrement efficace dans une maison bien isolée avec un plancher chauffant, la PAC est donc destinée aux maisons neuves, mais elle s’adapte difficilement à une maison existante.

Entretien et durée de vie…
Certains constructeurs annoncent 0 Euros d’entretien annuel : cela ne semble pas réaliste, aussi convient-il de leur demander le prix d’un contrat d’entretien, ou d’une visite annuelle. La vérification et l’entretien régulier du compresseur prolonge sa durée de vie, surtout, un compresseur non entretenu risque de voir sa performance chuter et donc la facture d’électricité augmenter !

Quelle est la durée de vie d’un compresseur ? En considérant qu’une chaudière dure 15 ans, voire 20 ans, il peut en être de même pour un compresseur s’il est de bonne qualité.

… performances
Les fiches techniques des fabricants indiquent un COP instantané mesuré en usine dans des conditions idéales. Une campagne de mesure des performances in situ a donné des résultats inférieurs de 1 point à 1 ½ point. Les valeurs proposées sont donc peu instructives pour un calcul de rentabilité.

Il paraît indispensable de pouvoir contrôler la consommation électrique annuelle de la pompe à chaleur : il suffit de demander à l’installateur de mettre un compteur électrique à cet usage. Dans l’idéal, il faudrait aussi un compteur de chaleur, afin de mesurer le COP en temps réel.

et environnement
Certes, on utilise de 2 à 4 fois moins d’électricité qu’avec un chauffage électrique classique. Cette électricité provient néanmoins des centrales nucléaires, ainsi que des centrales au charbon lors des pointes de consommations hivernales.

De plus, le rendement de la production et de la distribution de l’électricité est d’environ 30 %. Une PAC avec un COP de 2,5 ou 3 utilise donc le combustible primaire avec une efficacité de 75 à 90%, ce qui est comparable à une chaudière moderne au fioul ou au gaz.

Par ailleurs, certains fluides frigorigènes utilisés par les PAC peuvent présenter des inconvénients importants (effet de serre, couche d’ozone).