Le fort potentiel des pompes à chaleur géothermiques pour décarboner le secteur européen du bâtiment

Selon un article de synthèse récent (1), dans l'Union européenne, 40 % de la consommation totale d'énergie finale est imputable au secteur du bâtiment. Ce pourcentage élevé s’explique notamment par le fait que la grande majorité du parc immobilier a plus de 40 ans. Selon la Commission européenne, un potentiel intéressant réside dans la rénovation du secteur du bâtiment, et la technologie des pompes à chaleur a été reconnue comme l'une des solutions les plus rentables pour résoudre la problématique environnemental liée à ce secteur. L'un des principaux atouts des pompes à chaleur est leur capacité à générer à la fois du chauffage et du refroidissement avec le même appareil. 

Au cours des dernières années, le marché des pompes à chaleur a connu une forte expansion : dans les pays de l'UE, 1,6 million de pompes à chaleur ont été installées en 2020, en hausse de 5 % par rapport à 2019 malgré les pénuries dues à la crise de la COVID-19, l'Italie, la France et l'Espagne étant les leaders dans ce secteur. 

La grande majorité des pompes à chaleur installées sont de type aérothermique, principalement dans les pays méditerranéens, alors que les pompes à chaleur géothermiques (GSHP) sont très utilisées dans les pays à climat froid. En Italie, premier pays d’Europe en termes de pompes à chaleur installées, les pompes à chaleur air-eau (ASHP) occupent 97 % du marché, alors que les GSHP ne représentent que 3 %. 

Cependant, malgré une croissance significative, les pompes à chaleur ne couvrent qu'une petite part sur le marché global des générateurs de chaleur. Une des raisons est l'impossibilité pratique de moderniser un système de chauffage des locaux sans remplacer les radiateurs, qui représentent plus de 90 % des terminaux de chaleur existants dans le secteur résidentiel. 

De ce point de vue, les GSHP sont capables de maintenir une efficacité et des performances élevées même à des températures élevées du puits de chaleur, faisant de cette technologie une solution intéressante pour la rénovation de bâtiments sans remplacer les terminaux de chaleur existants. 

De plus, les GSHP, dont l'efficacité et la puissance dépendent de la température du sol, bénéficient d'une source froide plus stable avec un niveau de température généralement supérieur à la température ambiante en hiver et un niveau inférieur en été, ce qui permet d’obtenir une efficacité énergétique supérieure (jusqu'à 20 %) à celle des ASHP pour des conditions identiques. 

Actuellement, le coût élevé de l'investissement initial nécessaire à l'installation des équipements représente le principal obstacle à une diffusion plus large des GSHP dans les applications résidentielles. Les coûts de forage et de tuyauterie couvrent une part importante du coût total de l'installation, soit entre 20 % et 60 %. À ce jour, le temps de retour sur investissement est de 5 à 10 ans. 

Une réduction potentielle de 20 à 40 % et de 30 à 50 % de la demande d'énergie dans les bâtiments, respectivement pour le chauffage et le refroidissement, pourrait être obtenue grâce aux GSHP, ainsi qu'une réduction des émissions de CO2 de 15 % à 77 %, en considérant à la fois les bâtiments résidentiels et non résidentiels. 

Afin d'exploiter le potentiel élevé des GSHP, il est donc primordial de rendre cette technologie moins chère et plus rentable. 

Les auteurs soulignent l'importance de poursuivre les recherches pour disposer de pompes à chaleur plus rentables et d’échangeurs de chaleur enterrés plus compacts et faciles à installer. Les dernières avancées obtenues concernant les matériaux de tuyauterie, les matériaux de coulis, les frigorigènes et les fluides secondaires où les matériaux à micro-changement de phase montrent des résultats prometteurs. Enfin, une grande attention doit être accordée à la bonne conception et à la régulation de l’installation, afin de garantir de faibles coûts d'exploitation et de limiter les coûts d'investissement. 

 

Sources :

(1) Menegazzo D. et al. State of the Art, Perspective and Obstacles of Ground-Source Heat Pump Technology in the European Building Sector: A Review. Energies, vol. 15, issue 7 (Article disponible dans FRIDOC grâce à un accord avec MDPI).