En 2021, l’une des priorités de la conférence des Nations unies sur le changement climatique (COP26) était de parvenir à la conclusion d’accords de réduction des émissions censés limiter la hausse de la température à 1,5 °C maximum. Pour atteindre cet objectif, il est indispensable d’encourager les investissements dans les énergies renouvelables tout en sortant progressivement des combustibles d’origine fossile. La technologie des pompes à chaleur est considérée comme un moyen efficace de réduire les émissions de CO2. Certains estiment même qu’elle pourrait être aussi révolutionnaire que les véhicules électriques.

Son avantage, c’est que la chaleur peut provenir de diverses sources d’énergies renouvelables, telles que le vent, l’eau, le sol et les déperditions énergétiques, et qu’elle ne produit aucune émission locale directe. Les pompes à chaleur industrielles et celles destinées au chauffage urbain exploitent souvent la chaleur perdue au sein des processus industriels dans les secteurs de l’agroalimentaire, des boissons, de la pâte à papier, de la chimie et de la pétrochimie, ainsi que dans les raffineries, cimenteries et briqueteries, voire dans les grands centres de traitement des données qui exigent un important système de refroidissement.

L’abandon des combustibles d’origine fossile en faveur de sources plus respectueuses de l’environnement pour la production d’électricité présente l’avantage supplémentaire de permettre une exploitation plus optimale de l’énergie thermique renouvelable et de rendre la consommation d’électricité plus fluide, contribuant ainsi à stabiliser les réseaux d’électricité.

On prévoit que les pompes à chaleur seront la technologie dominante dans les applications de chauffage domestique et industriel. D’après l’Agence internationale de l’énergie, 90 % des besoins mondiaux en matière de chauffage des locaux et de l’eau pourraient être satisfaits par des systèmes intégrant des pompes à chaleur. En 2021, ces appareils ne couvraient que 3 à 5 % des besoins de la planète ; moins de 10 % de la chaleur industrielle provenait de sources renouvelables.

De l’ambition pour les pompes à chaleur

Selon le rapport sur une stratégie européenne pour l’intégration des systèmes énergétiques, la Commission européenne s’attend à ce que, d’ici 2030, 40 % de tous les bâtiments résidentiels et 65 % de tous les bâtiments commerciaux seront chauffés à l’électricité, ce qui nécessitera l’installation de 50 millions de pompes à chaleur. Le Royaume-Uni a également élaboré un programme ambitieux sur le même sujet avec, pour objectif, d’en installer 600 000 par an dans les habitations, établissements scolaires et hôpitaux à l’horizon 2028.

Au vu de cette volonté des États d’évoluer vers une énergie verte, la technologie des pompes à chaleur est appelée à connaître une croissance spectaculaire. Entre 2021 et 2027, le marché des pompes à chaleur industrielles devrait croître de plus de 10 %, tandis que les pompes à chaleur servant au chauffage urbain devraient connaître un taux de croissance annuel moyen de 7 % entre 2021 et 2026. En 2020, ce dernier marché pesait 396 millions d’euros (450 millions de dollars US).

L’investissement, un enjeu

L’avantage de la technologie des pompes à chaleur, c’est que la chaleur peut provenir de diverses sources d’énergies renouvelables.

L’investissement est l’un des principaux leviers du secteur des pompes à chaleur. Un investissement d’au moins 200 millions d’euros par mois sur plusieurs décennies serait indispensable pour atteindre les objectifs de l’UE en matière de neutralité carbone. À l’échelle planétaire, les investissements cumulés nécessaires à l’horizon 2050 dans le domaine de la chaleur industrielle d’origine renouvelable (solaire, thermique, géothermique, biomasse et électrification, dont les pompes à chaleur) s’élèvent à eux seuls à 3,7 milliards d’euros. L’électrification représente 65 % de cette enveloppe.

En outre, le prix plus élevé de l’électricité, comparé à celui du pétrole et du gaz sur des marchés tels que les États-Unis et du charbon, en Chine, par exemple, constitue un obstacle à la croissance et ce, malgré l’impact négatif de ces sources d’énergie sur l’environnement.

Obstacles techniques

En plus de ces considérations, il y a des obstacles techniques à surmonter, en particulier pour les grandes installations nécessaires pour les systèmes de chauffage industriel et urbain. Exemple : l’utilisation d’ammoniac dans les grandes pompes à chaleur pour le chauffage urbain. L’ammoniac permet d’obtenir un rendement thermodynamique très élevé mais peut influer sur la durée de vie des roulements.

L’industrie exigeant des températures plus élevées que les ménages pour le chauffage et la chaleur, quelques obstacles techniques et commerciaux doivent être maîtrisés afin d’atteindre des températures supérieures à 100 °C (soit 150 à 300 °C).

Ces températures élevées peuvent entraîner des problèmes de lubrification et de thermodynamique pour les pompes à chaleur. Leur coefficient de performance est alors relativement faible. En outre, elles ont besoin de fluides frigorigènes spéciaux qui peuvent être plus corrosifs et plus actifs sur le plan chimique. Leur température de fonctionnement bien supérieure exige beaucoup plus des matériaux, joints et roulements.

Un avenir prometteur

Des entreprises, dont SKF, développent déjà des idées, des technologies et des stratégies qui permettront aux pompes à chaleur de s’imposer dans les applications de chaleur industrielle. L’Institut des processus industriels bas carbone du Centre allemand pour l’aéronautique et l’astronautique (DLR) a déjà mis au point des prototypes capables de monter à 500 °C.

Une entreprise allemande, Envola, a présenté la première pompe à chaleur avec réservoirs de stockage intégrés, ce qui rend le dispositif à la fois économique et écologique. Autre évolution notable, l’insertion de systèmes informatisés de commande, afin que la demande puisse répondre à la charge et que la consommation d’électricité, les profils de charge et le coût d’exploitation du système puissent être optimisés.

Les pompes à chaleur seront au cœur d’un avenir plus durable pour notre planète. La vitesse à laquelle cette transition aura lieu dépendra des politiques, du financement et du soutien de l’industrie.