Atteindre la neutralité carbone avec les pompes à chaleur

Alors que le changement climatique provoque des températures et des conditions météorologiques toujours plus extrêmes, le confort et la productivité de la population dépendront davantage des systèmes de contrôle de la température. C’est pourquoi il est d’autant plus urgent de décarboner ces derniers en utilisant des énergies renouvelables et des technologies plus efficaces.

Le secteur du chauffage et du refroidissement accuse du retard dans la transition vers l’abandon des carburants fossiles.

Actuellement, il représente environ la moitié de la consommation d’énergie finale mondialehttps://www.irena.org/Innovation-landscape-for-smart-electrification/Power-to-heat-and-cooling/Statuset 15% des émissions mondiales de gaz à effet de serrehttps://www.weforum.org/stories/2022/02/heating-up-and-cooling-down-climate-innovation/, car il dépend fortement du charbon, du pétrole et du gaz naturel. Cela est en partie dû aux variations de la demande causées par les changements de température au jour le jour et au gré des saisons. Ce problème est aggravé par le fait que les particuliers et les entreprises sont réticents à payer plus cher pour des systèmes de chauffage et de refroidissement plus durables. De fait, investir dans une nouvelle chaudière est moins un signe extérieur de statut social qu’une nouvelle voiture électrique rutilante.

«De manière générale, les sources d’électricité renouvelables ont été plutôt bien adoptées, mais cette adoption stagne dans le domaine du chauffage et du refroidissement, ce qui est inquiétant, car ce secteur est un élément de poids dans la transition», déclare Aurélie Beauvais, directrice générale d’Euroheat & Power, une association européenne qui promeut des solutions durables de chauffage et de refroidissement urbains.

Un chauffage urbain alimenté par des pompes à chaleur

La combinaison de deux technologies fondamentales peut contribuer à décarboner ce secteur. Les systèmes de chauffage urbain jouent un rôle crucial dans la régulation de la température dans de nombreux pays, notamment le Danemark, la Finlande et la Suède.

Ils reposent sur des infrastructures collectives, où la chaleur ou l’air froid est généré dans une source d’énergie centralisée, puis distribué aux résidents et aux industries de la zone qu’ils couvrent. Les systèmes collectifs sont nettement plus sobres du point de vue énergétique que les systèmes individuels. Ils peuvent en effet consommer jusqu’à moitié moins d’énergie pour le chauffage et le refroidissement que les approches standard. Les principaux gains d’efficacité proviennent des systèmes connectés à des sources d’énergie renouvelable à grande échelle, comme les parcs éoliens.

Ces systèmes ont aussi l’avantage de pouvoir récupérer la chaleur excédentaire, autrement dit de pouvoir puiser la chaleur émise par d’autres processus et la réutiliser comme énergie.

«Les processus de refroidissement dans les environnements urbains, tels que les entrepôts frigorifiques, les supermarchés et les centres de données, émettent tous beaucoup de chaleur qui peut être exploitée comme source de chauffage», explique Aurélie Beauvais. «L’attrait de cette méthode est qu’elle utilise une ressource qui serait autrement gaspillée, ce qui est un très bon point en termes de circularité.»

Cela nous amène à la deuxième technologie cruciale: les pompes à chaleur. Mises au point pour la première fois au 19e siècle, elles redistribuent la chaleur d’un endroit, comme les aérations d’un centre de données, pour la concentrer dans un autre, comme le radiateur d’une maison. Elles peuvent également effectuer le processus en sens inverse pour baisser la température.

«C’est la technologie de chauffage la plus répandue et la plus efficace jamais inventée», déclare Jan Rosenow, responsable et directeur du programme européen du Regulatory Assistance Project, une organisation non gouvernementale visant à faire progresser l’innovation politique dans le secteur de l’énergie. «La combustion d’un combustible entraîne toujours des pertes d’énergie, donc il est impossible de dépasser plus de 100% d’efficacité. De leur côté, les pompes à chaleur déplacent et compriment la chaleur qui se trouve déjà dans l’air, le sol ou l’eau, et la transportent là où elle est nécessaire.»

En prélevant les calories de l’environnement, les pompes à chaleur peuvent produire trois fois plus d’énergie que la puissance nécessaire à leur fonctionnement, soit un rendement de 300%.

Les grands modèles peuvent servir de source d’énergie pour un réseau de chauffage urbain; de même, les pompes individuelles peuvent être placées dans des maisons ou des entreprises qui ne peuvent pas être raccordées à une infrastructure commune, p. ex. dans les zones rurales. Selon Jan Rosenow, en Scandinavie, les pompes à chaleur sont déjà la solution de chauffage standard pour les maisons non raccordées aux réseaux de chauffage urbain.  

L’électricité, l’avenir pour les villes intelligentes

La politique commence à accélérer cette transition. En Europe, le paquet de propositions «Fit for 55», visant à atteindre les objectifs climatiques de la zone pour 2030, comprend une directive visant à augmenter l’efficacité énergétique de 11,7% d’ici la fin de cette décennie. Chaque ville de plus de 45 000 citoyens devra élaborer un plan de chauffage et de refroidissement en vertu de cette directive sur l’efficacité énergétique. Ce processus de planification est une opportunité pour les villes de repenser leurs systèmes énergétiques et d’identifier les ressources locales, telles qu’un entrepôt générant une chaleur inutilisée qui peut être exploitée pour décarboner le chauffage et le refroidissement. Ainsi, la ville de Gand, en Belgique, a constaté qu’une usine de savon située près du centre-ville émettait de précieuses quantités de chaleur résiduelle via ses eaux usées et a récupéré cette chaleur pour alimenter un quartier voisin.

«Le processus d’analyse des plans de chauffage et de refroidissement permettra à de nombreuses villes de mieux comprendre où elles peuvent générer des gains d’efficacité énergétique», explique Aurélie Beauvais. «Mais comme les villes ont des capacités et des budgets limités, il est toujours préférable d’avoir un cadre national qui offre des incitations supplémentaires.»

À cette fin, le plan européen comprend également un Fonds social pour le climat qui soutient les ménages et les entreprises dans leur transition vers les énergies renouvelables dans leurs bâtiments, conformément aux stratégies climatiques nationales. La France a mis en place un Fonds Chaleur afin d’aider les villes et les collectivités locales à financer leurs projets de chauffage urbain.

Dans les pays qui ont mis en place des incitations à l’énergie propre depuis longtemps, comme la Finlande, les pompes à chaleur et le chauffage urbain sont prédominants dans les nouveaux bâtiments. «Il est assez facile de le rendre obligatoire dans les nouveaux bâtiments», souligne Jan Rosenow. «Lorsqu’il s’agit de rénover des bâtiments anciens, il faut annoncer un plan bien à l’avance, communiquer avec les personnes responsables de sa mise en œuvre et offrir un soutien financier et des exemptions si nécessaire.»

Même aux États-Unis, où il n’existe pas de plan national similaire, New York dispose de l’un des plus grands réseaux de chauffage urbain au monde, et les ventes de pompes à chaleur ont dépassé celles de chaudières à gaz pour la première fois en 2022, signalant un changement culturel lent, mais qui s’accélère.

Les grandes entreprises ne sont pas en reste. Alors que le marché des pompes à chaleur était traditionnellement dominé par de petits acteurs, de grandes entreprises comme Octopus au Royaume-Uni proposent des remises sur les pompes à chaleur. L’installateur de chauffage allemand Thermondo a développé une option de location de pompes à chaleur pour les personnes qui cherchent à remplacer leurs chaudières, mais qui sont découragées par le coût.

«Les coûts doivent encore baisser sur certains des marchés moins matures, mais les lignes bougent beaucoup en matière d’innovation, de parcours des consommateurs et d’efficacité, ce qui signifie probablement que des réductions de coûts sont à prévoir», explique Jan Rosenow.