Traditionnellement, la climatisation était sous nos latitudes considérée comme un luxe réservé aux classes aisées, voire un gaspillage d’énergie. Avec l’hyperisolation des logements et le réchauffement climatique, le refroidissement des locaux en été devient un impératif de santé publique. La pompe à chaleur air/air est là pour répondre de façon vertueuse à ce nouveau défi.
Le confort d’été : un nouvel impératif
La canicule de 2003 a généré en France plus de 15 000 décès prématurés. Elle a brutalement démontré combien l’usage de la climatisation peut sauver des vies en maintenant un confort d’été acceptable, surtout chez les personnes les plus fragiles : personnes âgées et enfants en bas âge. Après cet épisode caniculaire, le gouvernement a imposé d’équiper une pièce de chaque maison de retraite d’une solution de rafraîchissement.
Depuis lors, les épisodes de grande chaleur se sont répétés et parler de refroidissement des logements n’est plus blasphématoire. Les travaux préparatoires à la RE 2020 ont montré l’importance du problème, compte tenu de la volonté de renforcer toujours plus l’isolation des logements alors que les épisodes caniculaires d’été deviennent de plus en plus fréquents. Des études prédisent 12 fois plus de jours de canicule en 2070 comparativement à 2012 et il est reconnu que, pour des organismes fatigués ou affaiblis, la régulation de la température corporelle fonctionne beaucoup moins bien, entraînant de graves conséquences sur le métabolisme en cas de forte chaleur prolongée.
Ce phénomène n’est pas propre à la France et beaucoup de pays précèdent la France dans cette démarche de rafraîchissement. Le nombre d’équipements installés dans le monde est ainsi estimé à 1,1 milliard d’unités. L’Europe ne représente que 6 % de ce parc, loin derrière la Chine (35,1 %), les États- Unis (23 %) et le Japon (9,2 %).
Mais on assiste à présent en France chaque été à une ruée vers les équipements de climatisation mobiles qui sont installés de façon très précaire et assurent la fonction de refroidissement moyennant des consommations d’énergie qui interpellent. À refuser de traiter le problème du confort d’été de façon professionnelle, on risque d’encourager le recours sauvage à des climatiseurs d’appoint avec des conséquences similaires au phénomène des convecteurs électriques d’appoint que beaucoup utilisent en hiver.
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Les pompes à chaleur réversibles air/air : des solutions très efficaces en été comme en hiver
Bien entendu, le confort d’été est pour une large part une affaire de conception bioclimatique des logements. La RT 2012 a introduit des obligations en ce sens que la RE 2020 viendra très certainement renforcer. Mais il arrive un stade où ces dispositions ne sont plus suffisantes. C’est alors que les pompes à chaleur (PAC) air/air entrent en jeu.
En hiver, ces PAC sont utilisées pour le chauffage. Elles puisent les calories dans l’air extérieur et les transfèrent par une circulation d’air à l’intérieur des logements avec une efficacité énergétique (ce qu’on appelle le coefficient de performance saisonnier) qui dépend de la température extérieure mais qui, en moyenne sur une saison de chauffe, se situe autour de 4,5. C’est-à-dire que pour un kWh électrique consommé, la pompe à chaleur va en prélever plus de trois sur l’air extérieur et en transférer 4,5 à l’intérieur du logement.
En été, c’est l’inverse : la PAC inverse son processus et transfère de la chaleur de l’intérieur vers l’extérieur en assurant, à peu de frais, le refroidissement des locaux avec des performances moyennes saisonnières de 7 ( figure 1)
et en mode refroidissement.
Malgré leur efficacité énergétique, les pompes à chaleur air/air ont été souvent dans le passé décriées, comme s’il s’agissait de simples climatiseurs, et les aides publiques ne leur sont pas ouvertes alors que les performances qu’elles permettent d’obtenir sont en tout point comparables à celles des pompes à chaleur air/eau. C’est leur aptitude à assurer le rafraîchissement d’été qui a été considéré comme une sorte d’incitation au gaspillage alors qu’aujourd’hui on commence à réaliser que cette dualité fonctionnelle s’inscrit dans une conception vertueuse du nécessaire équilibre à trouver entre chauffage d’hiver et confort d’été.
Les pompes à chaleur air/air : rafraîchissement économique et chauffage décarboné
Pour s’en convaincre, on peut dresser, sur la base des conventions de calcul de la RT 2012, un bilan des consommations d’énergie et des émissions de CO2 pour une maison type de 100 m2 selon qu’elle est chauffée au gaz ou par une pompe à chaleur air/air, en intégrant dans ce dernier cas le supplément de consommation et d’émission qui peut résulter de l’utilisation de la PAC en été à des fins de rafraîchissement.
Dans les deux cas, la production d’eau chaude sanitaire est supposée être réalisée par un chauffe-eau thermodynamique et n’intervient donc pas dans la comparaison.
On voit que la fonctionnalité « climatisation », si elle est activée, pèse peu dans le bilan en énergie finale et dans le bilan en émissions de CO2. Ceci s’explique tout naturellement par le coefficient de performance de la PAC qui peut atteindre 4,5 sur la saison et aussi par le fait que le kWh électrique est très peu chargé en CO2 en France, avec un contenu moyen du CO2 par kWh produit qui, en 2019, s’est situé à 35,7 g de CO2 par kWh, en moyenne annuelle. Au final, les PAC air/air apparaissent comme l’une des solutions les mieux appropriées pour atteindre la neutralité carbone dans le secteur résidentiel.
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Des émission de GES liées aux fluides frigorigènes extrêmement réduites
Les PAC utilisent des fluides frigorigènes qui sont nécessaires à leur cycle thermodynamique pour véhiculer, sous forme de chaleur latente, la chaleur ou le froid. De par les accords internationaux de Montréal (1985) puis de Kigali (2016), l’usage des fluides frigorigènes est très sévèrement réglementé tant pour préserver la couche d’ozone que pour lutter contre le réchauffement climatique. Cependant, les détracteurs de la pompe à chaleur continuent à invoquer la problématique des émissions de gaz à effet de serre pour en freiner le développement.
Ces affirmations sont fausses. En effet, dans une PAC air/air, seules les fuites de réfrigérant peuvent générer des émissions de GES. Or elles sont très faibles. Des études européennes menées sur le terrain concernant 69 000 installations ont démontré que les appareils de chauffage et de climatisation en « split » étaient parmi les moins fuyards de tous, avec des taux de fuite d’environ 1,3 % par an contre 6,1 % sur les appareils de réfrigération commerciale. En effet, leur installation reste très simple avec seulement quatre raccords mécaniques à réaliser sur site par un opérateur certifié, garant d’une installation de qualité. En outre, cette étude date de 2012 et depuis, le règlement F-gaz 517/2014 du 16 avril 2014 relatif aux gaz à effet de serre fluorés, a renforcé toutes les exigences notamment celles sur le confinement, faisant progresser considérablement la qualité des installations et ainsi diminuer encore les taux de fuite.
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La direction de l’habitat, de l’urbanisme et des payages retient cependant encore, pour le calcul des profils environnementaux des produits et la future réglementation environnementale RE 2020, un taux de fuite sur site de 2 % pour les appareils PAC air/air réversibles de petite puissance. Les PAC air/air de 2 à 7 kW contiennent en moyenne 1,5 kg de réfrigérant. Sur la base du réfrigérant R32 et d’un taux de fuite de 2 % par an, une PAC air/air émet en moyenne 20 kg CO2/an soit, dans le cas de la maison de 100 m2 analysée dans le tableau 1, 0,2 kg de CO2eq par m2 et par an. Même en ajoutant les émissions dues au réfrigérant non récupéré en fin de vie (environ 20 % de la charge initiale, soit 200 kg de CO2eq), c’est très faible par rapport aux émissions de CO2 liées au gaz et, sur une année, c’est 55 000 fois moins que les émissions d’un véhicule particulier thermique (112 g CO2/km) parcourant 10 000 km/an.
pour une maison de 100 m2 de SHON située dans différentes zones
climatiques, selon qu’elle est chauffée au gaz ou par une PAC air/air avec
possibilité de refroidissement.
De nouveaux progrès sont attendus. Le règlement F-Gaz prévoit une réduction des émissions de GES de près de 80 % à l’horizon 2030. Les constructeurs ont réagi très rapidement et ont développé dès 2015 des appareils avec du fluide R32 qui permet, par substitution au fluide R-410A, de pratiquement atteindre l’objectif fixé pour 2030.
La filière française s’est engagée à aller encore plus vite et à proposer avant 2025, 100 % de solutions de petite puissance sans R410A. Les résultats obtenus à fin 2019 sont très encourageants et montrent des progrès plus rapides que ceux imposés par le règlement F-Gaz ( figure 2).
Il faut aller encore plus loin et Daikin reste pionnier en la matière. Dans l’état actuel des connaissances, un réfrigérant à PRP quasi-nul pourrait voir le jour vers 2025 pour une application en masse vers 2030.
L’association avec le photovoltaïque : un mariage gagnant
La production massive d’électricité d’origine photovoltaïque en été correspond exactement aux besoins liés à la demande de climatisation. Ce couplage photovoltaïque-refroidissement n’est pour l’instant proposé que pour des installations moyennes ou importantes. Mais c’est une association gagnant-gagnant : utilisation locale et valorisation maximale de l’énergie solaire et réduction à pratiquement zéro des émissions carbone liées à la climatisation.
C’est donc une association à encourager et il est souhaitable que la RE 2020 la prenne en considération.
Des PAC air/air devenue intelligentes
De nombreux perfectionnements sont intervenus au cours des dernières années dont l’utilisateur ne réalise pas forcément le degré de sophistication :
- fonctionnement en régime variable du compresseur qui adapte précisément la production de chaud ou de froid à la demande afin d’éviter les arrêts et les redémarrages trop fréquents ;
- détecteurs de présence ;
- programmation sur place ou à distance ;
- algorithmes d’auto-apprentissage aux usages et de
lissage de la puissance appelée ; etc.
Ces évolutions ont permis d’améliorer l’efficacité énergétique de l’équipement mais également de réduire la consommation d’énergie en adaptant l’utilisation du produit aux besoins des ménages (pilotage, auto-adaptation…).
Le marché s’ouvre également en direction de l’existant
Quelque 20 millions de vieux convecteurs électriques, datant des années 1980 à 1990, restent à remplacer au sein de près de cinq millions de logements. Leur remplacement par des radiateurs à haute performance est une solution naturelle. Mais l’installation dans les maisons individuelles de PAC air/air en multi-split peut apporter une économie accrue et un confort d’été très apprécié.
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Le développement des PAC air/air est engagé
Trop longtemps restées les mal aimées des sphères administratives, les PAC air/air séduisent de plus en plus le marché. Elles apportent un confort accru, notamment en été, et des économies d’énergie finale. Elles s’inscrivent parfaitement dans la ligne de la décarbonation quasi-totale exigée du secteur résidentiel et tertiaire à l’horizon 2050.
La figure 3 fait ressortir sur les dernières années un taux moyen de croissance du marché français des PAC air/air de 7,8 % par an, avec des modulations conjoncturelles faciles à analyser.
Ce marché va continuer à progresser au cours des prochaines années pour au moins trois raisons :
- il n’est pas tributaire de l’évolution malheureusement imprévisible des aides fiscales ;
- il répond au besoin du consommateur, à la recherche d’un confort d’été et de solutions de chauffage efficaces ;
- il s’agit d’une solution énergies renouvelables avec à la clé de très faibles émissions de gaz à effet de serre.
