Que sont les pompes à chaleur et comment fonctionnent-elles?

Les pompes à chaleur sont des installations qui puisent l’énergie dans la nature et la transmettent à l’agent caloporteur du chauffage. L’élément central d’une telle installation est l’échangeur thermique, composé d’un évaporateur, d’un compresseur, d’un condenseur et d’un détendeur. Un agent réfrigérant circule entre ces éléments. Il s’agit d’une substance qui se trouve à l’état gazeux même en cas de températures très basses (y compris par des températures négatives à deux chiffres).

Les pompes à chaleur fonctionnent ainsi: l’énergie thermique captée dans l’air, le sol ou l’eau est transférée dans l’évaporateur au fluide réfrigérant, qui absorbe la chaleur et s’évapore. Cette vapeur est comprimée dans le compresseur, ce qui la réchauffe soudainement. On peut également observer ce phénomène au quotidien: quand on gonfle un pneu de vélo, la valve se réchauffe. Ensuite, l’agent réfrigérant gazeux passe par le condenseur et le détendeur, où il cède sa chaleur à l’eau de chauffage, se refroidit, se libère de la pression et redevient liquide. Et le cycle recommence. Au fait, les réfrigérateurs et les systèmes de climatisation fonctionnent de la même manière, mais dans le sens inverse: ils transportent la chaleur à l’extérieur plutôt qu’à l’intérieur.

Quels sont les différents types de chauffages avec pompe à chaleur?

Il existe quatre types de chauffages avec pompe à chaleur. Ils fonctionnent tous selon le principe décrit ci-dessus, mais utilisent différents agents caloporteurs et sources de chaleur pour diffuser la chaleur dans la maison. La source de chaleur est toujours mentionnée en premier, suivie du terme indiquant l’agent caloporteur. Voici un aperçu: 

• Pompe à chaleur air-eau: ce type de pompe utilise un ventilateur pour puiser la chaleur dans l’air ambiant et la transférer à l’eau de chauffage. Il est aussi possible d’utiliser l’air chaud évacué des bâtiments industriels ou des centres de calcul comme source de chaleur. La pompe à chaleur air-eau est relativement facile à installer et se place de loin en tête des solutions les plus répandues et économiques pour les propriétaires de maisons individuelles. Mais c’est aussi la solution la moins efficace.
• Pompe à chaleur air-air: ici aussi, la chaleur est puisée dans l’air ambiant, mais elle est directement transmise à un système d’aération et répartie dans la maison. Ce type de pompe est surtout installé dans des bâtiments présentant une efficacité énergétique et architecturale très élevée, par exemple les maisons répondant au standard Minergie-P.
• Pompe à chaleur saumure-eau/géothermique: ici, la chaleur est puisée dans le sol (géothermie), soit avec des collecteurs sous la surface du sol (jusqu’à env. 1,5 m), soit avec des sondes pouvant atteindre jusqu’à 300 m de profondeur. Plus le captage se fait en profondeur, plus la chaleur accumulée est importante. Ce type de pompe est particulièrement efficace et présente une longue durée de vie. Il est toutefois relativement cher en raison des travaux d’installation complexes et exige une autorisation spécifique.
• Pompe à chaleur eau-eau: la chaleur est ici tirée des eaux souterraines, des eaux naturelles comme les rivières ou les lacs ou encore des canalisations. Il s’agit de la variante la plus efficace, mais elle demande l’accès à une source d’eau et une installation de filtration. Elle est donc généralement trop onéreuse pour une maison individuelle.

S’agit-il d’un investissement rentable?

L’investissement financier pour une pompe à chaleur est généralement plus important que pour un chauffage au fuel ou au gaz. Toutefois, en raison des coûts d’exploitation réduits et des économies de chauffage, il est d’ordinaire plus rapidement amorti et permet d’économiser de l’argent sur le long terme. C’est donc un bénéfice à la fois écologique et économique.

La pompe à chaleur air-eau est la plus économique, la pompe à chaleur eau-eau la plus onéreuse. Voici une vue d’ensemble des coûts approximatifs pour une maison avec un besoin thermique de 20’000 kilowattheures par an, ce qui est réaliste pour une maison individuelle suisse moyenne d’une surface d’environ 140 m² :

Quelle est l’efficacité des pompes à chaleur?

Les chauffages avec pompes à chaleur ont besoin d’électricité pour le fonctionnement de leurs moteurs électriques (ventilateur, compresseur, pompes, etc.). Leur efficacité se calcule donc par le rapport entre l’énergie thermique gagnée en kWh et l’électricité utilisée en kWh. Il en résulte le coefficient de performance ou COP («Coefficient of Performance»). En moyenne, les installations produisent env. 3 à 5 kilowattheures de chaleur avec 1 kilowattheure d’électricité. Le coefficient de performance moyen se situe donc entre 3 et 5. Les différences d’un cas à l’autre sont toutefois importantes. Voici les principaux facteurs d’efficacité:

• Type: les pompes à chaleur air-eau obtiennent généralement un résultat un peu moins bon que les autres types.
• Température de départ: il s’agit de la température de l’eau lorsqu’elle intègre le circuit de chauffage. Plus la température de départ nécessaire est élevée, plus il y a besoin d’électricité et donc moins bonne sera l’efficacité. Le degré souhaité ou nécessaire pour la température de départ dépend de:
• l’isolation: pour les maisons mal isolées, il faut généralement une température de départ plus élevée.
• Taille / Type du corps de chauffe: les corps de chauffe de grande taille, comme pour le chauffage au sol, exigent généralement une température de départ plus basse que par exemple des petits radiateurs classiques.

Les pompes à chaleur sont-elles adaptées aussi dans les maisons anciennes?

Les pompes à chaleur sont optimales pour les maisons bien isolées avec chauffage au sol. Elles nécessitent alors des températures de départ basses, 30 °C ou moins, et donc peu d’électricité pour leur exploitation. Mais les anciennes maisons mal voire pas isolées peuvent aussi être chauffées avec une pompe à chaleur – la plupart des installations permettent d’atteindre des températures de départ allant jusqu’à 70 °C. Toutefois, la consommation électrique est alors bien plus élevée. Pour savoir si et dans quelle mesure une pompe à chaleur est intéressante dans votre ancienne maison, le mieux est d’en parler avec un spécialiste.

Les avantages et les inconvénients d’un chauffage avec pompe à chaleur

Avantages

• Respect du climat/de l’environnement: vous n’utilisez pas la chaleur des combustibles fossiles et n’émettez donc aucun gaz à effet de serre en vous chauffant.
• Économie: vous utilisez des sources d’énergie gratuites: chaleur de l’air, de l’eau ou du sol. Seules la maintenance et l’électricité pour le fonctionnement génèrent des frais.
• Efficacité: vous produisez plus d’énergie qu’il ne vous en faut pour votre exploitation.
• Prévisibilité: en dehors des frais d’électricité, il n’y a pas de fluctuation des prix ou de dépendances comme dans le cas du chauffage au fuel ou au gaz.

Inconvénients

• Coûts d’investissement plutôt élevés, mais qui sont rentabilisés relativement vite étant donné les économies réalisées sur les frais de chauffage
• Atténuation de la charge initiale, car ce système de chauffage écologique bénéficie d’aides étatiques

Conseil

Les personnes qui utilisent leur pompe à chaleur avec l’électricité de leur installation photovoltaïque ou de toute autre énergie renouvelable augmentent encore considérablement la durabilité et le respect du climat de leur chauffage.

L’alternative du biogaz: est-ce convaincant?

Le biogaz est une autre option pour se chauffer avec des énergies renouvelables. Il s’agit d’un mélange gazeux produit par la décomposition de déchets organiques comme le purin, les résidus végétaux ou alimentaires par des bactéries. Le processus de fermentation se fait dans une exploitation spéciale, les installations de biogaz. Le biogaz est principalement composé de méthane et de CO₂.

La combustion du biogaz émet du CO₂, tout comme le gaz naturel ou le pétrole. Le biogaz n’est donc pas un combustible sans émission, mais il est neutre en termes de CO₂. En effet, les matières premières végétales comprennent autant de CO₂ que celui qui est émis plus tard lors de la combustion.

Selon l’Office fédéral de l’énergie, le biogaz peut contribuer à atteindre les objectifs climatiques. En comparaison avec les chauffages à gaz naturel, ceux au biogaz permettent d’éviter jusqu’à 40% d’émissions, et jusqu’à 60% par rapport aux chauffages au mazout. 

En Allemagne, du maïs ou du colza sont plantés spécialement pour la production de biogaz. Ce n’est pas le cas en Suisse, et c’est heureux car cela laisse des terres arables disponibles pour la production alimentaire. La production de biogaz en Suisse est donc plutôt faible et dispose d’un potentiel de croissance limité. Selon les spécialistes, il est impossible de couvrir un jour l’ensemble des besoins en gaz avec du biogaz local et importé. La dépendance au gaz naturel (principalement russe) restera une réalité.

La part de biogaz dans le volume total du gaz en Suisse s’élève à un peu plus de 6%. Il y a certes des fournisseurs qui proposent un approvisionnement composé à 100% de biogaz, mais en général le biogaz est mélangé dans certaines proportions au gaz naturel. Cette solution offre donc un caractère écologique limité. Sans compter que le biogaz est cher, bien plus cher que le gaz naturel. Selon une étude des fournisseurs de gaz réalisée par «Kassensturz» en 2022, la différence de prix la plus faible était de 34%, la plus importante de 70%.

Conclusion

Si vous souhaitez passer à un système de chauffage respectueux du climat, durable et économique fonctionnant 100% aux énergies renouvelables, vous serez mieux servi avec une pompe à chaleur qu’avec un (nouveau) chauffage au biogaz. 

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