Ni énergie de fiction remontée d'un voyage au centre de la terre, ni système de pompes post-shadocks, les pompes à chaleur forment une alternative partielle ou totale à nos chaudières, gaz ou fioul, gourmandes en énergies fossiles. A l'instar du solaire et de l'éolien, les pompes à chaleur nourrissent d'une ressource renouvelable et gratuite. Très schématiquement, elles captent par échange thermique les calories du sol (géothermie) ou de l'air (aérothermie) pour les restituer sous forme de chaleur et/ou d'eau chaude sanitaire dans notre habitation.
Globalement les systèmes offrent différents niveaux de performance, mais le choix d'une solution ne se fait pas en ces termes. L'habitation et son environnement déterminent la technologie la mieux adaptée. Les pompes à chaleur recouvrent trois procédés géothermiques et un procédé aérothermique avec, par ordre décroissant de performance, le captage sur nappe d'eau souterraine, le captage vertical, horizontal ou enfin le captage aérien. Certainement la plus performante indépendamment de la saison, la captation sur nappe d'eau souterraine implique toutefois la présence d'une nappe phréatique non protégée et exploitable (en termes de débit et de qualité d'eau).
Globalement les systèmes offrent différents niveaux de performance, mais le choix d'une solution ne se fait pas en ces termes. L'habitation et son environnement déterminent la technologie la mieux adaptée. Les pompes à chaleur recouvrent trois procédés géothermiques et un procédé aérothermique avec, par ordre décroissant de performance, le captage sur nappe d'eau souterraine, le captage vertical, horizontal ou enfin le captage aérien. Certainement la plus performante indépendamment de la saison, la captation sur nappe d'eau souterraine implique toutefois la présence d'une nappe phréatique non protégée et exploitable (en termes de débit et de qualité d'eau).
| Géothermie, captage sur nappe d'eau souterraine.
"C'est avec cette technique que nous obtenons les meilleures performances. Les nappes d'eau fournissent une masse thermique d'une incroyable stabilité, avec une température constante située entre 9°C et 12°C. Le coefficient de performance (COP) peut atteindre un ratio de 5 pour 1 (pour 1 KW d'électricité consommé, 5 KW sont restitués). A titre de comparaison, le ratio d'un convecteur électrique est de 1 KW consommé pour 0,95 KW restitué" explique Jean-Paul Cammarano. Et finalement c'est au ratio du COP que se mesure la performance des différentes typologies d'équipement et non à la température du logement ou au confort ressenti. D’où l'importance de ne rejeter aucune solution mais de déterminer avec l'aide d'un spécialiste la solution la plus appropriée au logement. Dans certains cas et selon une réglementation précise, il est également possible de prélever la chaleur sur une eau de surface, telle qu'un lac, une réserve d’eau ou encore un cours d’eau. Mais la source de chaleur étant soumise à une grande variabilité, cette option reste marginale.
"C'est avec cette technique que nous obtenons les meilleures performances. Les nappes d'eau fournissent une masse thermique d'une incroyable stabilité, avec une température constante située entre 9°C et 12°C. Le coefficient de performance (COP) peut atteindre un ratio de 5 pour 1 (pour 1 KW d'électricité consommé, 5 KW sont restitués). A titre de comparaison, le ratio d'un convecteur électrique est de 1 KW consommé pour 0,95 KW restitué" explique Jean-Paul Cammarano. Et finalement c'est au ratio du COP que se mesure la performance des différentes typologies d'équipement et non à la température du logement ou au confort ressenti. D’où l'importance de ne rejeter aucune solution mais de déterminer avec l'aide d'un spécialiste la solution la plus appropriée au logement. Dans certains cas et selon une réglementation précise, il est également possible de prélever la chaleur sur une eau de surface, telle qu'un lac, une réserve d’eau ou encore un cours d’eau. Mais la source de chaleur étant soumise à une grande variabilité, cette option reste marginale.
PAC DES VILLES, PAC DES CHAMPS
Les captations géothermiques verticale ou horizontale consiste à faire circuler de l'eau glycolée (eau additionnée d'alcool) dans le capteur extérieur qui sur le mode vertical prend la forme d'un tube en U enfoui jusqu'à une profondeur de 80 ou 120 mètres dans le sol, profondeurs auxquelles la température ne varie pratiquement pas. Le captage horizontal procède de la même manière, mais le capteur est placé à une profondeur de 60 cm à 1,20 mètre, à la manière d'un système de chauffage au sol. La captation verticale s'adapte particulièrement bien aux maisons de villes ou de lotissement, et dans certains cas à l'habitat collectif. Sur le mode horizontal, la surface occupée par le capteur extérieur équivaut en moyenne à une fois et demie à deux fois la surface à chauffer. Sachant que le circuit ne doit pas se trouver à moins de deux ou trois mètres d'un arbre, eu égard aux dégâts que pourraient occasionner les racines, ni d'un ouvrage (fosse septique, récupérateur d'eau de pluie…) ou de canalisations, la somme des conditions a vite fait de relativiser la surface disponible d'un terrain. "Autant de paramètres dont nous devons tenir compte dans l'analyse du besoin et dans la recherche de la meilleure solution pour le lieu. Il y a bien sur des paramètres techniques mais pas seulement, entre un arbre centenaire et une pompe à chaleur, le particulier doit pouvoir choisir les deux" précises Jean-Paul Cammarano.
| Géothermie, captage vertical.
Le choix sera donc conditionné par l'emplacement du bâtiment, mais pas par le bâtiment lui-même. "Il est peu probable que le jardin d'une maison de ville permette de déployer un captage horizontal. En revanche, il parfaitement possible d'intervenir en ville. Dernièrement, nous avons équipé une université au cœur de Lisbonne. La nappe d'eau souterraine n'était pas exploitable et c'est la géothermie à captation verticale qui s'est imposée" poursuit-il.
L'aérothermie qui capte les calories de l'air, est certainement le système le moins contraignant à installer. Si son coefficient de performance est généralement inférieur aux équipements géothermiques, cette technique fournit une alternative tout à fait honorable aux chaudières à énergies fossiles, d'autant plus qu'il existe désormais des systèmes aérothermiques haute température. Le nombre des calories s'amenuise avec la chute des températures (extérieures) et à partir d'un certains seuil, les systèmes aérothermiques perdaient de leur efficacité. Les systèmes haute température font descendre ce seuil à -20°C.
Le choix sera donc conditionné par l'emplacement du bâtiment, mais pas par le bâtiment lui-même. "Il est peu probable que le jardin d'une maison de ville permette de déployer un captage horizontal. En revanche, il parfaitement possible d'intervenir en ville. Dernièrement, nous avons équipé une université au cœur de Lisbonne. La nappe d'eau souterraine n'était pas exploitable et c'est la géothermie à captation verticale qui s'est imposée" poursuit-il.
L'aérothermie qui capte les calories de l'air, est certainement le système le moins contraignant à installer. Si son coefficient de performance est généralement inférieur aux équipements géothermiques, cette technique fournit une alternative tout à fait honorable aux chaudières à énergies fossiles, d'autant plus qu'il existe désormais des systèmes aérothermiques haute température. Le nombre des calories s'amenuise avec la chute des températures (extérieures) et à partir d'un certains seuil, les systèmes aérothermiques perdaient de leur efficacité. Les systèmes haute température font descendre ce seuil à -20°C.
COMMENT CA MARCHE ?
Dans une forme plus rudimentaire, notre réfrigérateur - qui pompe les calories à l'intérieur et les évacue à l'extérieur sous forme de chaleur – procède schématiquement de la même manière qu'une pompe à chaleur… A la seule différence qu'il s'agit de détente directe (un système basé sur un seul circuit). Et la notion de progrès technologique, n'est pas vide de sens ! Jean-Paul Cammarano se souvient qu'en 1995, au lancement de France Géothermie, les systèmes de type détente directe constituaient le cœur de l'offre produit… "Aujourd'hui les systèmes sont très évolués, basés sur un circuit externe (le capteur), un système d'amplification de l'énergie (la pompe à chaleur ou PAC) et un circuit interne de restitution de la chaleur (plancher chauffant, réseau de radiateurs…). Ces systèmes apportent une grande souplesse et nous permettent d'agir sur le neuf comme en restauration, mais ils sont également réversibles". Cela signifie qu'une même installation peut chauffer, rafraîchir ou climatiser l'habitation. "Dans ce cas il suffit d'actionner le mode réversible et le cycle du fluide s'inverse. La pompe à chaleur exporte alors les calories de l'intérieur vers l'extérieur et abaisse la température" poursuit Jean-Paul Cammarano.
| Géothermie, captage horizontal.
L'eau qui circule dans le capteur extérieur va se mettre à la température du sol. Puis le circuit ramène l'eau, à température, au niveau de l'échangeur (la pompe à chaleur) où un fluide frigorigène va absorber les calories de cette eau. "Ce fluide à des propriétés particulières. Il s'évapore à une température de -30°C ou -40°C et ne gèle qu'à environ -200°C, il va donc s'évaporer au contact de l'eau plus chaude que lui et sera comprimer pour obtenir une température très chaude. Puis un second échangeur va chauffer ou rafraichir l'eau du bâtiment selon le mode choisi" explique Jean-Paul Cammarano.
L'eau qui circule dans le capteur extérieur va se mettre à la température du sol. Puis le circuit ramène l'eau, à température, au niveau de l'échangeur (la pompe à chaleur) où un fluide frigorigène va absorber les calories de cette eau. "Ce fluide à des propriétés particulières. Il s'évapore à une température de -30°C ou -40°C et ne gèle qu'à environ -200°C, il va donc s'évaporer au contact de l'eau plus chaude que lui et sera comprimer pour obtenir une température très chaude. Puis un second échangeur va chauffer ou rafraichir l'eau du bâtiment selon le mode choisi" explique Jean-Paul Cammarano.
QUELQUES REPÈRES
Comme tout marché prometteur, celui des pompes à chaleur (PAC) draine son lot d'opportunistes. C'est ainsi que l'AFPAC (l'association française pour les pompes à chaleur) a mis en place différent repères de confiance. Qualipac est une appellation créée par l'association en 2007 avec le soutien de l’ADEME et d’EDF afin de faciliter la mise en relation des particuliers avec des installateurs spécialistes de la pompe à chaleur. L'usage de cette appellation est conditionné par des critères stricts, énoncés sur le site de l'AFPAC. Autre repère développé par l'association et délivré par l’AFAQ-AFNOR, le label NF PAC permettant de s'assurer de la conformité des pompes à chaleur avec les différentes normes en vigueur, françaises, européennes et internationales ainsi que le respect des performances minimales. Elle couvre les différentes pompes à chaleur aérothermiques et géothermiques et certifie les coefficients de performance (COP), la puissance thermique, le niveau de puissance acoustique.
| Aérothermie, captage aérien.
Le plus sûr reste de faire appelle à un spécialiste, de préférence multidisciplinaire pour étendre le champ des possibles et de faire réaliser plusieurs devis. En toute logique, il est normal qu'un commerçant vente les mérites de sa solution et néglige de signaler qu'une solution concurrente – fût-elle plus performante - serait mieux adaptée au bâtiment. Comme l'explique Jean-Paul Cammarano, "lorsqu'ils arrivent chez un particulier, nos commerciaux ne savent pas ce qu'ils vont proposer au client, si ce n'est une pompe à chaleur. Le diagnostic repose sur l'emplacement, la configuration, les conditions particulières et le budget… Ce n'est qu'une fois nous connaissons l'ensemble des paramètres que savons quel produit répond le mieux au besoin et au contexte", d'où l'importance de faire appel à des professionnels multicompétences.
Le plus sûr reste de faire appelle à un spécialiste, de préférence multidisciplinaire pour étendre le champ des possibles et de faire réaliser plusieurs devis. En toute logique, il est normal qu'un commerçant vente les mérites de sa solution et néglige de signaler qu'une solution concurrente – fût-elle plus performante - serait mieux adaptée au bâtiment. Comme l'explique Jean-Paul Cammarano, "lorsqu'ils arrivent chez un particulier, nos commerciaux ne savent pas ce qu'ils vont proposer au client, si ce n'est une pompe à chaleur. Le diagnostic repose sur l'emplacement, la configuration, les conditions particulières et le budget… Ce n'est qu'une fois nous connaissons l'ensemble des paramètres que savons quel produit répond le mieux au besoin et au contexte", d'où l'importance de faire appel à des professionnels multicompétences.
LES GRANDES ÉTAPES D'UN CHANTIER
Entre le diagnostic et l'installation, le délai moyen est de un mois à un mois et demi. Sachant que la vente au particulier s'accompagne de délais de réflexion et de rétractation incompressibles. Schématiquement, "la première visite permet d'étudier le besoin et les attentes, puis la proposition est suivi du passage d'un technicien pour mener les différente études nécessaires au dimensionnement du système (étude d'implantation, étude thermique…). Enfin, vient l'installation des capteurs (à l'extérieur) et éventuellement des émetteurs (radiateurs, plancher chauffant, ventilo-convecteur) et de la pompe à chaleur avant la mise en service". Dans la mesure du possible, les entreprises constituent des stocks en prévision des périodes où la demande se fait la plus forte, mais au rythme où la demande progresse, un délai pour réapprovisionnement est toujours possible.
| Installation d'un capteur horizontal.
"Dans le cas d'un forage sur nappe d'eau l'intervention reste légère. Elle se limite à l'intervention d'un engin pour le forage et selon la profondeur cela peut prendre un ou deux jours. Dans le cas d'une captation verticale et selon la taille du bâtiment cela peut prendre plusieurs jours, mais là aussi l'intervention est assez légère. Il y a toujours un peu de boue en remonté et la terre forée est évacuée, mais l'intervention est rarement dommageable pour le site". En revanche, le captage horizontal implique une intervention un peu plus impressionnante, "nous ne décapons pas toute la parcelle. Généralement nous travaillons en deux temps. Pendant que nous installons la première moitié de la parcelle, nous stockons la terre sur la seconde, et inversement. Nous évitons au maximum de transformer le terrain en champs de bataille en canalisant le chantier sur la zone définie pour l'installation des capteurs. Mais cette intervention est peut être un peu plus spectaculaire quand le chantier bat son plein. Toutefois, elle ne dure généralement que deux à trois jours" poursuit Jean-Paul Cammarano.
"Dans le cas d'un forage sur nappe d'eau l'intervention reste légère. Elle se limite à l'intervention d'un engin pour le forage et selon la profondeur cela peut prendre un ou deux jours. Dans le cas d'une captation verticale et selon la taille du bâtiment cela peut prendre plusieurs jours, mais là aussi l'intervention est assez légère. Il y a toujours un peu de boue en remonté et la terre forée est évacuée, mais l'intervention est rarement dommageable pour le site". En revanche, le captage horizontal implique une intervention un peu plus impressionnante, "nous ne décapons pas toute la parcelle. Généralement nous travaillons en deux temps. Pendant que nous installons la première moitié de la parcelle, nous stockons la terre sur la seconde, et inversement. Nous évitons au maximum de transformer le terrain en champs de bataille en canalisant le chantier sur la zone définie pour l'installation des capteurs. Mais cette intervention est peut être un peu plus spectaculaire quand le chantier bat son plein. Toutefois, elle ne dure généralement que deux à trois jours" poursuit Jean-Paul Cammarano.
REMPLACEMENT PARTIEL OU TOTAL
Entre nos murs l'intervention s'entoure de discrétion, puisque le plus souvent elle se limite à raccorder le réseau de chauffage existant à la pompe à chaleur. Au niveau de la chaudière en revanche, deux possibilités. La première et jusqu'ici la plus rependue repose sur la relève de chaudière. Dans ce cas la pompe à chaleur prend en charge le chauffage de l'habitation jusqu'à une température extérieure sous le seuil de laquelle la chaudière prend le relais jusqu'à ce que le climat permette à nouveau de basculer sur la pompe à chaleur. Une relève de chaudière qui peut être automatisée ou manuelle. Le principal risque réside dans l'âge et l'état de la chaudière en place (gaz ou fioul), puisque son remplacement impacterait la PAC à laquelle elle est couplée. Mais il existe également une nouvelle génération de PAC géothermiques haute température. Dans ce cas, la pompe à chaleur se substitue à la chaudière. "Elles se libèrent totalement du paramètre climatique et quelle que soit la température extérieur, leurs performances en terme de chauffage sont les mêmes qu'une chaudière fioul ou gaz", précise notre interlocuteur.
| Schéma de fonctionnement d'une pompe à chaleur géothermique.
Dans le cas d'un chauffage électrique, l'approche est totalement différente puisqu'il faut créer le réseau de radiateur. L'installation peut être réalisée, mais alors l'intervention prend une tout autre tournure dans la nature des travaux comme dans le budget. Ce peut être aussi l'occasion de rénover le chauffage en place et passer par exemple sur un sol chauffant, souvent associé aux pompes à chaleur. Le chauffage peut aussi être traité en réseau d'air. Cette technique, qui nous vient de la climatisation est très rependue aux États-Unis, mais encore peu développée en France. "Dans le cas d'une maison avec d'importants volumes sous plafond les radiateurs qu'ils soient électriques ou non, montrent vite leur limite. Dans ce cas, il est possible de passer par ventilo-convecteurs afin de créer une circulation de l'air et homogénéiser la température des pièces. Là encore nous sommes sur d'autres dimensions de projet et de budgets, mais le diagnostic préalable sert aussi à identifier ce type de besoin et de confort. Une fois encore, nous ne venons pas installer une solution type mais répondre à la configuration d'un logement".
Dans le cas d'un chauffage électrique, l'approche est totalement différente puisqu'il faut créer le réseau de radiateur. L'installation peut être réalisée, mais alors l'intervention prend une tout autre tournure dans la nature des travaux comme dans le budget. Ce peut être aussi l'occasion de rénover le chauffage en place et passer par exemple sur un sol chauffant, souvent associé aux pompes à chaleur. Le chauffage peut aussi être traité en réseau d'air. Cette technique, qui nous vient de la climatisation est très rependue aux États-Unis, mais encore peu développée en France. "Dans le cas d'une maison avec d'importants volumes sous plafond les radiateurs qu'ils soient électriques ou non, montrent vite leur limite. Dans ce cas, il est possible de passer par ventilo-convecteurs afin de créer une circulation de l'air et homogénéiser la température des pièces. Là encore nous sommes sur d'autres dimensions de projet et de budgets, mais le diagnostic préalable sert aussi à identifier ce type de besoin et de confort. Une fois encore, nous ne venons pas installer une solution type mais répondre à la configuration d'un logement".
A QUEL PRIX ET A QUELLE SAISON ?
Sauf condition de chaleur ou de froid extrême, il n'y a pas de période plus ou moins propice à l'installation d'une pompe à chaleur. C'est finalement la demande qui crée la saisonnalité. En toute logique c'est en prévision ou à l'approche de l'hiver et du passage à la pompe de notre citerne que la question se pose. Et les demandes affluent à partir du mois de juin et jusqu'à l'automne. Coté prix, une installation avec eau chaude sanitaire se situent dans une moyenne de 10 à 20 mille euros, hors crédit d'impôt. Un crédit d'impôt incitatif au changement vers des énergies durables qui peut réduire la facture de moitié, mais qui ne sera pas éternel (40 % en 2005, 50 % depuis 2006).
| Même les cheminées s'en mêlent. Avec sa cheminée multi-énergies, Fondis propose d'associer la convivialité d'un feu de bois en hiver et les bienfaits d'une climatisation en été, et de diffuser à l'intersaison la chaleur économique d'une pompe à chaleur.
Tout à fait conscient de prêcher pour sa paroisse, Jean-Paul Cammarano pense qu'il est temps et il n'a pas tord. "Toutes les conditions sont réunies : les technologies sont disponibles et abouties au point de fournir une alternative totale aux chaudières à énergies fossiles, quant au pétrole et à ses dérivés il est illusoire de croire qu'ils redeviendront bon marché, mais pardessus tout les aides financières sont là…"
Mais alors que le pétrole flambe et que les stocks sont comptés, qu'il est entendu que les énergies fossiles sont néfastes pour l'environnement comme pour notre bas de laine, et que par ailleurs le gouvernement incite au changement il est plus que temps de s'interroger sur une bascule énergétique qui fait rimer écologie avec économie et comme la réflexion ne coute rien, il est grand temps de sortir nos calculettes et d'y penser sérieusement.
Tout à fait conscient de prêcher pour sa paroisse, Jean-Paul Cammarano pense qu'il est temps et il n'a pas tord. "Toutes les conditions sont réunies : les technologies sont disponibles et abouties au point de fournir une alternative totale aux chaudières à énergies fossiles, quant au pétrole et à ses dérivés il est illusoire de croire qu'ils redeviendront bon marché, mais pardessus tout les aides financières sont là…"
Mais alors que le pétrole flambe et que les stocks sont comptés, qu'il est entendu que les énergies fossiles sont néfastes pour l'environnement comme pour notre bas de laine, et que par ailleurs le gouvernement incite au changement il est plus que temps de s'interroger sur une bascule énergétique qui fait rimer écologie avec économie et comme la réflexion ne coute rien, il est grand temps de sortir nos calculettes et d'y penser sérieusement.
PLUS D'INFORMATIONS
AFPAC - www.afpac.org
ADEME - www.ademe.fr
Guides de la géothermie et de l'aérothermie à télécharger :
• www.guide-geothermie.org
• Atlantic Nouvelles Énergies - www.atlantic-nouvellesenergies.com
• Avenir Énergie - www.avenir-energie.com
• Chaffoteaux - www.chaffoteaux.fr
• Daikin - www.daikin.fr
• De Dietrich - www.dedietrich-thermique.fr
• France Géothermie - www.france-geothermie.com
• Idéal Standard - www.ideal-standard.fr
• Lauben Énergies - www.lauben-energies.fr
• Soleil en Tête - www.soleilentete.com
• Viessmann France - www.viessmann.fr
• Wavin - www.europe-geothermie.com
• Fondis - www.fondis.com
ADEME - www.ademe.fr
Guides de la géothermie et de l'aérothermie à télécharger :
• www.guide-geothermie.org
• Atlantic Nouvelles Énergies - www.atlantic-nouvellesenergies.com
• Avenir Énergie - www.avenir-energie.com
• Chaffoteaux - www.chaffoteaux.fr
• Daikin - www.daikin.fr
• De Dietrich - www.dedietrich-thermique.fr
• France Géothermie - www.france-geothermie.com
• Idéal Standard - www.ideal-standard.fr
• Lauben Énergies - www.lauben-energies.fr
• Soleil en Tête - www.soleilentete.com
• Viessmann France - www.viessmann.fr
• Wavin - www.europe-geothermie.com
• Fondis - www.fondis.com
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