Le véritable impact environnemental de la pompe à chaleur

Rappel sur le fonctionnement d’une pompe à chaleur

Le fluide frigorigène joue un rôle crucial dans une pompe à chaleur. C'est le moyen par lequel la chaleur est absorbée d'une source extérieure, comme l'air ou le sol, puis transférée vers le bâtiment pour répondre au besoin de chauffage. On utilise ces fluides car il s’agit d’un excellent conducteur de chaleur, par leurs caractéristiques ils disposent d’une bonne capacité d'absorption de chaleur, de plages de température étendues pour leur fonctionnement, de propriétés thermodynamiques intéressantes (ils changent d’état pour un faible “coût” énergétique) et permettent de concevoir des systèmes compacts.

Ensuite, le fluide est au cœur du réacteur de la pompe à chaleur ! Si ce n’est pas encore limpide pour vous, consultez notre article Il y a pompe à chaleur et ... pompe à chaleur. C’est désormais plus clair ? Voici comment cela fonctionne:

• Étape 1 l’évaporation : le fluide frigorigène circule dans un cycle fermé. À l'extérieur, dans l'évaporateur, le fluide absorbe la chaleur de l'air extérieur ou du sol. À ce stade, le fluide est à l'état de liquide et il s'évapore grâce à la chaleur absorbée, se transformant en gaz à basse température.
• Étape 2 la compression : le gaz frigorigène est alors aspiré par un compresseur qui augmente sa pression et, par conséquent, sa température. Cela élève la température du fluide à un niveau où il peut être utilisé pour chauffer l'intérieur.
• Étape 3 la condensation : le gaz chaud circule ensuite vers le condenseur, où il cède sa chaleur à l'intérieur de la maison. En perdant de la chaleur, le gaz redevient liquide à haute pression.
• Étape 4 la détente : le liquide à haute pression passe par un détendeur qui réduit sa pression, le ramenant à l'état de liquide à basse température, prêt à retourner dans l'évaporateur pour recommencer le cycle.

Ce processus en boucle permet à la pompe à chaleur de transférer la chaleur d'un endroit à un autre, selon les besoins de chauffage ou de refroidissement, en utilisant le fluide frigorigène comme moyen de transfert de chaleur. 

Un peu de théorie !

Les pompes à chaleur utilisent des fluides frigorigènes. Ils ont un pouvoir de réchauffement global élevé. Les fluides les plus courants sont actuellement les hydrofluorocarbures, comme le R32 qui a un pouvoir de réchauffement global plus faible que les fluides de la même famille. Pour rappel : le potentiel de réchauffement global (PRG) ou Global Warming Potential (GWP) permet de comparer l’effet d’un gaz à celui du CO2 sur une durée de 100 ans : par exemple le PRG du R32 est de 675, ce qui signifie donc que l’impact d’1kg de R32 correspond à 675 k g CO2 eq.  

Au niveau européen, la réglementation F-Gas encadre l'utilisation des fluides frigorigènes et a pour objectifs de réduire l’utilisation des HFC au sein de l’Union Européenne afin d’assurer la réduction des émissions de gaz à effet de serre en accord avec les cibles du Green Deal.

C'est pourquoi la réglementation européenne F-Gas prévoit une interdiction progressive des HFC en fonction de leur PRG, avec en vue une baisse de leur utilisation de 80 % d’ici à 2030 et une sortie complète en 2050. Pour cela, un calendrier d’interdiction progressive des fluides ayant les PRG les plus élevés a fait l’objet d’un accord provisoire révisant la réglementation F-Gas en cette fin d’année 2023.

Les alternatives pour demain

Afin de réduire autant que possible l’impact environnemental des pompes à chaleur, l'utilisation de nouveaux fluides est aujourd'hui à l'étude.  De premiers équipements commencent à arriver sur le marché et reposent sur l’utilisation de nouveaux fluides comme : 

• le propane (R290) – performant mais facilement inflammable, il dispose d'un potentiel intéressant pour les petites installations. A titre informatif, son PRG est de seulement 3 !
• l'ammoniac dont le PRG est nul mais qui fait l'objet de contraintes opérationnelles spécifiques, un usage pour les installations de haute puissance semble à privilégier
• d’autres solutions émergent comme le dioxyde de carbone ou les fluides nouvelle génération à base d’hydrofluoroléfine (HFO), comme le R1234yf.

L’importance d’un bon entretien de sa pompe à chaleur

L’entretien d’une pompe à chaleur est encadré au niveau national : un entretien est imposé tous les deux ans pour les systèmes thermodynamiques dont la puissance nominale est entre 4 kW et 70 kW. De plus, au niveau européen des exigences de contrôle sont fixée selon le seuil de charge en HFC (exprimés en t eq CO2 (tonne équivalente de CO2) du fluide frigorigène utilisé :

• Pour une charge inférieure à 5 t eq CO2, aucun contrôle n’est obligatoire
• Pour une charge comprise entre 5 et 50 t eq CO2 , un contrôle est requis tous les 12 mois (ou 24 mois si un dispositif de détection est installé) 
• Pour une charge allant de 50 à 500 t eq CO2, les exigences se renforcent avec un contrôle obligatoire tous les 6 mois (ou 12 mois si un dispositif de détection est installé) 
• Si la charge excède 500 t eq CO2, un contrôle devra être réalisé tous les trimestres (ou semestres si un dispositif de détection est installé)

Qui peut réaliser l’entretien ? 

En fonction des caractéristiques techniques de la solution à déployer (puissance de la pompe à chaleur, fluide frigorigène utilisé), l’entretien de la pompe à chaleur peut nécessiter l’intervention de techniciens agréées pour réduire tout risque environnemental :

• Cas 1 : la pompe à chaleur a une puissance comprise entre 4 et 70 kW : les techniciens n’ont pas besoin d’une attestation d’aptitude à manipuler les fluides s’ils n’interviennent pas sur le circuit frigorifique
• Cas 2 : la charge en HFC de la pompe à chaleur est inférieure à 5 t eq CO2 : les techniciens peuvent contrôler l’étanchéité sans attestation
• Cas 3 : la charge en HFC de la pompe à chaleur supérieure ou égale à 5 t eq CO2 : une attestation est obligatoire pour que les techniciens contrôlent l’étanchéité.

En pratique

Le principal risque est donc une fuite du fluide frigorigène, même si tout est mis en place pour éviter ce cas de figure, des fuites peuvent être constatées lors :

• De l’utilisation normale de la pompe à chaleur, et cela peut représenter jusqu’à 5% de la charge initiale par an
• De la recharge, c’est pourquoi le certificat d’aptitude à la manipulation des fluides que possède le technicien atteste de sa capacité à effectuer un rechargement 100% étanche.
• Du recyclage : le code de l’environnement impose la récupération intégrale du fluide au moment du démantèlement et la filière est relativement mature sur ce sujet.

Alors la pompe à chaleur est-elle toujours une solution bas carbone ? Nous avons comparé les émissions de différents systèmes de chauffage de leur installation jusqu’à leur dépose pour le cas suivant :

• Une copropriété de 40 logements
• Pour les chaudières à combustible fossile (fioul ou gaz naturel), les émissions liées à la combustion sont prises en compte
• Dans le cas de la pompe à chaleur, nous retenons les émissions liées à la consommation d’électricité et nous nous sommes placés dans un scénario catastrophe où, en plus des fuites annuelles, tout le fluide frigorigène fuit la dernière année. La pompe à chaleur est de type air / eau et utilise du R32.
• Pour tous les cas la durée de fonctionnement des équipements est fixée à 15 ans

Le résultat est sans appel : avec l’installation d’une pompe à chaleur, les émissions de gaz à effet de serre sont 9 fois moins élevées que pour la chaudière gaz et 13 fois moins qu’une chaudière fioul !