Pourquoi les pompes à chaleur sont-elles présentées comme une option de premier choix pour le contrôle climatique domestique ?

Les pompes à chaleur constituent une solution intéressante pour chauffer et rafraîchir les logements, avec un potentiel de réduction de la consommation, des coûts et des émissions. Elles fonctionnent aussi sous zéro : certains modèles pour climats froids peuvent fournir du chauffage jusqu’à −25 °C (−13 °F). La puissance disponible et le rendement dépendent du modèle et de son installation.

Qu’est‑ce qu’une pompe à chaleur ?

Une pompe à chaleur est un appareil qui transfère la chaleur d’un endroit à un autre. Au lieu de produire toute la chaleur par combustion ou résistance électrique, elle utilise celle de l’environnement. En hiver, elle prélève la chaleur dans l’air extérieur, le sol ou l’eau. Un système réversible peut inverser le cycle en été pour rafraîchir le logement.

L’attrait des pompes à chaleur

Les avantages ne se limitent pas à l’environnement. Un bon rendement peut réduire les factures, tandis que le chauffage et le rafraîchissement dans un même système améliorent le confort toute l’année. Les économies réelles dépendent du bâtiment, du climat et des tarifs énergétiques.

Efficacité

Le coefficient de performance COP exprime le rapport entre la chaleur fournie et l’électricité consommée. Avec un COP de 2 à 4, une unité d’électricité permet de fournir deux à quatre unités de chaleur, grâce à l’énergie également prélevée dans l’environnement. Le COP peut être supérieur et varie selon les conditions.
Le chauffage par résistance électrique a un COP voisin de 1. En revanche, le rendement annuel d’utilisation du combustible AFUE d’un appareil au gaz reste inférieur à 100 %. Les valeurs courantes sont d’environ 80 à 95 %, certains appareils très performants atteignant près de 98,5 %.

Coût des sources d’énergie

Les économies dépendent des prix locaux de l’électricité, du gaz naturel et des autres combustibles. Une électricité peu chère et un gaz coûteux favorisent la pompe à chaleur. Si le gaz est bon marché, l’avantage peut être moindre. Il faut comparer le coût par unité de chaleur utile, par exemple par kilowattheure.

Climat

Les anciens modèles aérothermiques fonctionnaient surtout bien en climat tempéré. Les appareils pour régions froides, souvent dotés de compresseurs à vitesse variable, fonctionnent aussi à basse température. Le besoin d’appoint dépend des déperditions du logement, du dimensionnement et de la puissance du modèle aux températures minimales locales.

Chauffage et rafraîchissement avec un même système

Les pompes à chaleur réversibles peuvent aussi rafraîchir. Elles peuvent remplacer des appareils de chauffage et de climatisation séparés. L’économie dépend des équipements comparés.

Économies à long terme

L’investissement initial peut être plus élevé que pour certaines solutions classiques. Un meilleur rendement peut toutefois réduire les frais de fonctionnement et compenser une partie du coût au fil du temps.

Économies de coûts

Une moindre consommation peut réduire les factures, notamment en remplacement du chauffage électrique résistif ou de combustibles chers. Les aides et avantages fiscaux peuvent améliorer la rentabilité lorsque leurs conditions sont remplies.

Enjeux environnementaux

Les pompes à chaleur électriques peuvent réduire l’utilisation de combustibles dans le logement. Les émissions totales dépendent de la production électrique, du rendement, de la fabrication et d’éventuelles fuites de fluide frigorigène. Elles ne proviennent donc pas uniquement de l’énergie consommée.
En 2022, l’Agence internationale de l’énergie, AIE, estimait qu’un déploiement accru dans le scénario de politiques étudié pouvait réduire les émissions mondiales annuelles de 2030 d’au moins 500 millions de tonnes de CO₂. Il s’agissait d’un potentiel du scénario, et non d’une réduction déjà réalisée.

Une technologie qui continue de progresser

Les chercheurs utilisent également l’intelligence artificielle pour concevoir et piloter les pompes à chaleur. Le projet du Fraunhofer ISE intitulé AI4HP en est un exemple. Ses objectifs comprenaient :

Le développement de pompes à chaleur intelligentes adaptant leur fonctionnement aux conditions changeantes, améliorant l’efficacité et le confort et facilitant l’entretien grâce à la détection et au diagnostic des défauts.

L’objectif de recherche était d’économiser jusqu’à 20 % d’énergie et de réduire les émissions sans dégrader le confort. Ce résultat n’était pas garanti pour chaque installation.

Comment fonctionnent les pompes à chaleur ?

Les pompes à chaleur utilisent le transfert thermique et un cycle frigorifique. Dans un circuit fermé, le fluide frigorigène change de pression, de température et de phase afin de transporter la chaleur entre deux milieux.

En chauffage, le compresseur comprime le fluide à l’état gazeux, augmentant sa pression et sa température. Le gaz chaud traverse le condenseur, un échangeur qui transmet la chaleur à l’air intérieur ou à l’eau de chauffage. Le fluide se condense alors en liquide.

Le liquide sous haute pression traverse le détendeur. Sa pression et sa température chutent et une partie se vaporise. Il en résulte un mélange froid de liquide et de vapeur.

Ce mélange traverse l’évaporateur et absorbe la chaleur de l’air extérieur ou d’une autre source. Le liquide restant s’évapore. Le gaz revient au compresseur et le cycle recommence.

Le rendement élevé vient du transfert de chaleur : toute la chaleur délivrée n’est pas produite uniquement à partir de l’électricité consommée. Celle-ci alimente le compresseur, les ventilateurs, les éventuels circulateurs et les auxiliaires. La chaleur fournie comprend aussi l’énergie de l’environnement, ce qui permet un COP supérieur à 1.

En rafraîchissement, un système réversible inverse le cycle. Il absorbe la chaleur intérieure et la rejette dehors. La même installation peut donc chauffer et rafraîchir.

Différents types de pompes à chaleur

Le même principe s’applique à différents types utilisant plusieurs sources de chaleur et méthodes d’installation. Le choix dépend du climat, du bâtiment et de l’espace disponible.

Sources de chaleur

• Sol : Aussi appelées pompes à chaleur géothermiques, elles exploitent la chaleur du sol et sont reconnues pour leur haute efficacité.
• Air extérieur :Le type le plus courant prélève la chaleur de l’air extérieur et s’installe généralement plus facilement qu’un système avec capteurs enterrés.
• Eau : Elles utilisent des sources d’eau proches comme des lacs ou des puits pour l’échange thermique.

Installation

• Avec conduits d’air : Intégrées au réseau de conduits d’une maison, elles offrent un chauffage et une climatisation centralisés.
• Sans conduits (mini-split) : Idéales pour les maisons sans conduits, elles permettent un contrôle individuel des températures des pièces.

Climat

• Climat froid:Les modèles pour régions froides emploient notamment des compresseurs à vitesse variable. Leur puissance et leur rendement doivent être vérifiés pour les températures locales.
• Climat tempéré :Les modèles classiques répondent aux besoins habituels de chauffage et de rafraîchissement des régions aux températures plus douces.

Initiatives gouvernementales

En 2023, le Canada et les États-Unis soutenaient l’amélioration énergétique des logements. Le Canada proposait le programme Canada Greener Homes Grant ainsi que des dispositifs provinciaux. Aux États-Unis, le crédit d’impôt fédéral correspondant couvrait, à partir de 2023 et sous conditions, 30 % des dépenses admissibles pour une pompe à chaleur, dans la limite de 2 000 dollars. ENERGY STAR aidait à évaluer les performances et l’admissibilité des modèles.

Acteurs du secteur

De nombreuses entreprises fabriquent des pompes à chaleur. Voici quelques sociétés cotées connues proposant ces produits. Parmi les autres fabricants figurent LG Electronics, Panasonic et Mitsubishi.

*Les données boursières suivantes correspondent à l’époque de publication originale, en 2023, et non aux cours actuels. La capitalisation et le bénéfice par action sont exprimés en dollars américains.*

1.  Carrier Global Corporation

CARR Graphique du prix

Carrier développe et fabrique des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation, dont des pompes à chaleur. Ses produits servent les logements et les bâtiments commerciaux. L’entreprise met l’accent sur l’innovation, la durabilité et l’efficacité énergétique et compte parmi les acteurs majeurs du secteur.

2.  Lennox International, Inc.

LII Graphique du prix

Lennox International (LII ) est un important fabricant de systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation, dont des pompes à chaleur performantes. L’entreprise privilégie la technologie, la fiabilité et les économies d’énergie, avec une gamme destinée aux marchés résidentiel et commercial.

3. Trane Technologies plc

TT Graphique du prix

Trane Technologies (TT ) fournit dans le monde des systèmes de chauffage, de rafraîchissement et de ventilation, dont des pompes à chaleur. Ses produits destinés aux logements et aux bâtiments commerciaux privilégient durabilité et efficacité. L’entreprise développe des solutions pour réduire l’impact environnemental et améliorer le confort.

Conclusion

Les pompes à chaleur peuvent offrir une solution efficace de chauffage et de rafraîchissement, surtout si le coût par unité de chaleur utile est inférieur à celui des alternatives. Les résultats économiques et environnementaux dépendent de l’installation, du bâtiment, du climat et des prix de l’énergie. Les progrès pour les régions froides et les aides adaptées peuvent renforcer leur intérêt.

À mesure que la société s’oriente vers un mode de vie plus durable, les pompes à chaleur peuvent contribuer à cette transition.