- DATE DE CREATION
- octobre 14, 2024
Les Pompes à Chaleur… dans 20 ans
La pompe à chaleur est une solution technologique plébiscitée pour décarboner la production de chaleur, qu’il s’agisse de l’habitat, de l’industrie ou des bâtiment tertiaires.
Si on se projete à 20 ans, plusieurs défis attendent la pompe à chaleur dans le futur. Dans cet article de blog, nous allons vous décrire le portrait-robot de la PAC dans 20 ans avec un focus sur les défis à relever pour opérer cette évolution. Cet article s’appuie sur l’exposé réalisé lors du colloque de l’AFCE en septembre 2023. Pompes à chaleur dans 20 ans
Peu de choses sont certaines …… Mais on a quand même une petite idée
Dans 20 ans, la pompe à chaleur à destination du confort thermique (habitat et tertiaire) sera
- Une solution très répandue en Europe et dans le monde pour le confort des bâtiments (chauffage, ECS, rafraîchissement)
- Une industrie qui aura changé d’échelle par ses volumes
- Une solution qui participe à la réduction de l’empreinte environnementale du confort dans les bâtiments
Dans 20 ans, la pompe à chaleur ne sera pas LA solution unique pour le confort des bâtiments. On pourra probablement compter également sur des solutions plus ou moins décarbonées, déjà disponibles ou en devenir comme :
- Les réseaux de chaleur valorisant les énergies renouvelables ou de récupération
- Le solaire thermique et photovoltaïque (sinon l’hybridation de ces 2 technologies)
- L’hydrogène comme combustible ou via les piles à combustibles (pour peu qu’il soit « vert » c’est-à-dire produit à partir d’énergies renouvelables ou de récupération)
- Le gaz « vert » issu des déchets et/ou de la biomasse
- Le chauffage électrique direct dans certaines zones climatiques, avec des bâtis adaptés
Ces solutions pourront dans certains cas être couplées ou non à des pompes à chaleur (ou plus globalement à des systèmes thermodynamiques) en fonction des bénéfices recherchés du point de vue de la consommation énergétique et de l’empreinte carbone globale.
Une vision des grands défis …. Sûrement pas une prévision de l’avenir
Le portrait-robot de la PAC dans 20 ans est difficile à définir, mais on peut avancer plusieurs grands défis
Défi N°1 : L’industrialisation
La France s’est engagée à produire un million de pompes à chaleur (PAC) par an d’ici 2027. L’Europe envisage 10 Millions de PAC/an dans son programme RepowerEU. Tout ceci implique un défi industriel important, un véritable changement d’échelle !
D’une part dans la capacité industrielle de production : même si les investissements – en Europe notamment – sont importants ces dernières années, il reste à renforcer des sites de fabrication et la chaîne de sous-traitants associés, si possible en circuit court pour rester vertueux.
D’autre part, un changement profond dans la conception des produits est probable, avec une forme de standardisation des architectures et pourquoi pas une « plateformisation » des sources froides (ie pour capter la chaleur) qui devrait permettre de baisser le prix de revient industriel ainsi que le coût d’installation, et par voie de conséquence d’acquisition pour le client final.
Par ailleurs, la recherche d’une empreinte carbone la plus faible possible sur l’ensemble du cycle de vie des produits, devrait amener à penser différemment leur conception, sous l’influence notamment de l’usage plus systématique de matériaux et composants plus vertueux (biosourcés, recyclés, de réemploi), ainsi que d’une maintenabilité et d’une réparabilité accrues.
Cela pourrait en conséquence amener à repenser certaines méthodes industrielles ainsi que certains schémas d’approvisionnement.
Défi N°2 : Modèle économique
Actuellement une pompe à chaleur coûte plus cher à l’investissement par rapport aux solutions concurrentes (chauffage central au gaz, chauffage électrique, etc..), avec un retour sur investissement qui dépend essentiellement du prix du kWh et des aides éventuelles. Pour faire évoluer cette situation, l’une des pistes serait d’évoluer vers une économie de la fonctionnalité ; C’est une tendance de fond : de nombreux objets de tous les jours sont loués plutôt qu’achetés (voitures, smartphone, outils …). Pourquoi ne pas faire la même chose pour les pompes à chaleur ? Le consommateur pourrait ainsi devenir locataire de son système de chauffage, et ainsi bénéficier de produits régulièrement entretenus avec un engagement sur les performances et une meilleure maitrise de sa consommation. La location (ou leasing) de pompes à chaleur pourrait aussi apporter des services aux réseaux énergétiques : effacement, couplage à une EnR&R (énergies renouvelables et de récupération)…
Défi N°3 : Installation et maintenance …
Défi du déploiement
Actuellement, les PAC sont très sensibles au fait d’être bien dimensionnées et bien installées. Or la profession connait une pénurie de main-d’œuvre formée. Il y a donc un enjeu à concevoir des produits qui s’adaptent plus facilement aux différents cas de figure d’installation et d’usage et permettent une mise en œuvre facilitée pour le professionnel comme par exemple sur un principe « Plug & Play ».
Ce principe « Plug & Play » vise à limiter le nombre et la technicité des actions nécessaires à l’installation et la mise en service des produits (Idéalement il consisterait en un simple raccordement électrique et hydraulique, et s’appuierait sur un fonctionnement auto-adaptatif sans paramétrage spécifique du système de commande).
La sélection des produits, et donc préalablement l’évaluation des besoins (besoin de confort, puissance et niveau de température nécessaire pour garantir le confort,…,) restera également un enjeu déterminant pour garantir le confort et la trajectoire carbone de l’installation dans son état initial et au cours de sa vie.
Ce faisant, la ou les entités en charge d’évaluer l’installation et ses particularités afin de sélectionner et dimensionner au mieux les produits et leurs accessoires (bureau d’étude thermique, installateur, distributeur, le fabricant lui-même, …) devront maintenir voire renforcer leurs compétences et savoir-faire en la matière. De même, que les maintenanciers en ce qui concerne l’entretien, le diagnostic et le dépannage afin de garantir un fonctionnement et des performances conformes dans le temps.
Le déploiement de la pompe à chaleur ne pourra donc se faire sans accentuer l’effort de formation dans la profession du génie climatique et notamment pour les métiers existants et les nouveaux métiers à venir de l’énergie, de la rénovation et de l’environnement.
Il sera aussi nécessaire de sécuriser ce déploiement en maintenant un niveau de soutien suffisamment efficace de l’activité auprès des industriels à l’échelle locale et /nationale , ainsi qu’en simplifiant les normes pour faciliter l’installation, tout en garantissant un niveau de qualité et de fiabilité élevé pour les consommateurs.
Défi N°4 : Confort et usages
La PAC doit se faire oublier !Les maisons individuelles se développent sur des terrains de plus en plus petits et certains voisins voient d’un mauvais œil l’installation d’une pompe à chaleur, du fait de la nuisance esthétique et de la nuisance sonore. Les équipements doivent donc s’adapter pour améliorer le confort des usagers. Autre défi pour les machines du futur, développer des offres multiservices (chauffage, rafraîchissement, ECS, voire ventilation) avec une utilisation simple / connectée, renforcer l’intégration (encombrement, poids, esthétique) de la machine et adapter une liaison avec le réseau électrique intelligent (smart grid)….
Défi N°5 : Impact environnemental
L’autre enjeu serait de relocaliser la production en développant les filières techniques et industrielles sur le territoire national. Se posent aussi la question de la durabilité (la PAC est-elle réparable ? Peut-elle faire un autodiagnostic ?) et du recyclage des composants des PACs, des matériaux (recyclabilité, biosourcé, production de déchets) ou de la sobriété (un gros échangeur rendra la machine plus performante, mais utilisera plus de matière). Enfin, les PAC pourront-elles s’intégrer ou se coupler à d’autres EnR&R ? Et utiliseront-elles des fluides n’ayant aucun impact sur l’environnement ?
Défi N°6 : Progrès technologique … Horizon 2030 : vers la maturité
La technologie de la pompe à chaleur va passer de solution d’avenir à technologie arrivée à maturité à horizon 2030. Les progrès concernant les pompes à chaleur pourraient concerner le pilotage intelligent, les compresseurs nouvelle génération ou encore les échangeurs thermiques optimisant le ratio volume/surface d’échange pour limiter la charge en fluide frigorigène..
A noter aussi qu’aujourd’hui, une PAC air/eau est optimisée pour du chauffage, peut-être pour l’ECS, et fait ce qu’elle peut en froid. Mais si le nombre d’heures en climatisation ou rafraîchissement augmente en lien avec les évolutions de changement climatique, les choix de conception seront différents. Il faudra donc aussi reconsidérer le besoin de confort estival dans la conception.
Concernant le rendement ou coefficient de performance (COP), il serait possible technologiquement de tangenter des valeurs de 5,5 ou 6. Mais peut-être ne faut-il pas continuer la course au COP, car les industriels devront composer avec des contraintes écologiques et économiques. Pompes à chaleur dans 20 ans
La fin de la course au COP ?
• Pour une PAC AIR/EAU dans les conditions A7E35 le COPCarnot = 11
• Viser un rendement de Carnot de 50% n’est peut-être pas une limite technologique absolue,
• Mais considérant les contraintes économiques, industrielles et écologiques (matière) est-il pertinent d’aller plus loin ?
Plusieurs technologies prometteuses sont en cours d’étude comme la thermoacoustique, les cycles trithermes couplés au solaire thermique ou à une récupération (sorption liquide et solide, cycle à éjecteurs), le cycle ouvert au R723. Enfin, à horizon 2040, nous pouvons imaginer la possibilité d’un saut technologique avec l’utilisation de certains fluides plus compliqués à mettre en œuvre, comme l’eau (R718), l’ammoniac (R717) ou le CO2 (R744).
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