Thread pédagogique sur les pompes à chaleur (PAC). Outil essentiel de la transition énergétique, négligé (moins sexy que le solaire à concentration).
Une PAC produit de la chaleur pour les maisons à partir d'électricité. Une PAC est low-tech: même technologie qu'un frigo.
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Une PAC produit de la chaleur à partir d'électricité. Un radiateur électrique a un rendement proche de 100%, c'est une résistance électrique qui chauffe quand un courant électrique le traverse. Une PAC a un rendement (coefficient d'éfficacité) de 350%...
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Le 1er principe de la thermo. dit que l'énergie se conserve. Pourtant une PAC produit 3,5 kWh de chaleur pour chaque kWh d'électricité consommé. C'est magique. En fait, une PAC consomme de l'électricité mais aussi de la chaleur gratuitement prélevée dans l'air extérieur.
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Exemple pour comprendre le fonctionnement thermo. d'une PAC. On veut chauffer l'air intérieur d'une maison à 20 °C alors que l'air extérieur est à 10 °C. Une PAC utilise un fluide caloporteur qui suit un cycle thermodynamique en 4 phases.
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Phase 1: compression. Le fluide caloporteur à l'état de gaz est comprimé pour augmenter sa température et pression. Sa température devient supérieur à 20 °C (T de l'air intérieur).
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Phase 2: condensation. Le fluide caloporteur passe dans un échangeur appelé condenseur. Le fluide est plus chaud que l'air intérieur de la maison, il cède donc de sa chaleur pour chauffer l'air intérieur. En cédant la chaleur, le fluide devient liquide.
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Phase 3: détente. Le fluide passe dans un détendeur. Il baisse en température et en pression, en restant liquide. Sa température devient plus basse que celle de l'air extérieur (10 °C dans l'exemple).
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Phase 4: évaporation. Le fluide passe dans un échangeur appelé évaporateur. Sa température est plus basse que celle de l'air extérieur. Il va donc récupérer de l'énergie thermique à l'air extérieur. Dans l'échange, le fluide passe de liquide à gaz. Puis le cycle se répète.
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Une PAC peut être réversible: fonctionner en mode clim. l'été. En France, l'électricité est décarbonée grâce au nucléaire, à l'hydroélectricité, à l'éolien et au PV. Le chauffage élec. en France émet 60 gCO2/kWh, contre 240 pour le gaz et 320 pour le fuel (Base C - ADEME)
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Mais en France, le réseau électrique est très thermosensible. Plus il fait froid, plus il faut augmenter la puissance appelée sur le réseau. En hiver, chaque degré de moins nécessite 2,5 GW supplémentaires pour répondre à la pointe (RTE).
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Et les PAC sont moins efficaces (et donc consomment + d'électricité) quand il fait très froid dehors. Mais restent bien plus efficaces que des radiateurs électriques. Comment faire pour assurer la pointe de conso. électrique en hiver sans recourir au gaz ou charbon?
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Le nucléaire n'est pas très adapté pour la pointe en hiver. Une centrale nucléaire a un coût d'investissement élevé, et un coût marginal variable (fuel) faible. Pour la rentabiliser, il faut la faire tourner en base (facteur de charge > 60-70%). Et pas seulement en pointe
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Le PV produit peu en hiver, et il restera toujours des moments ou la production éolienne sera faible. Il faut donc investir dans un mix de flexibilité: cogénération biogaz/biomasse connectée à des réseaux de chaleur, stockage thermique, STEP et batteries, interconnections
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Il faut investir en parallèle dans l'isolation. Isoler les logements chauffés au gaz (pour réduire les émissions de CO2 associées) et les logements chauffés à l'élec (pour réduire la thermosensibilité et donc le recours au fossile dans la production élec.).
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L'Agence Internationale de l'Energie (IEA) estime que les PAC doivent passer de 5% des ventes pour le chauffage résidentiel mondial en 2019 à 22% en 2030 pour respecter son SDS scénario compatible avec les accords de Paris.
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Conclusion: Les PAC sont un outil majeur pour décarboner la chaleur. D'autant plus en France ou le mix électrique est déjà décarboné. Pour maximiser l'impact des PAC dans la réduction des émissions, il faut investir en parallèle dans l'isolation et les flexibilités. Fin
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