Pompes à chaleur eau-eau

Vous avez envie de changer le système de chauffage de votre maison pour des raisons d’économie d’énergie ou dans un souci environnemental et écologique ? Le chauffage géothermique est peut-être la solution qui vous convient.

Si vous optez pour cette solution durable, votre choix peut porter sur une pompe à chaleur eau-eau. Voici tout ce qu’il faut savoir sur les différentes pompes à chaleur air-eau : leur fonctionnement, leurs avantages et les contraintes afférentes, les conseils d’installation, les tarifs de ces systèmes et les coûts associés ainsi que les aides particulières dont on peut bénéficier quand on se lance dans ce type de projet.

Qu'est-ce qu'une pompe à chaleur eau-eau ?

La géothermie, du grec (la terre) et thermos (la chaleur) désigne la science qui étudie les manifestations thermiques internes du globe terrestre et, par extension, l’ensemble des techniques qui visent à exploiter la chaleur dégagée par ces phénomènes de façon directe (pour la diffuser en chauffage) ou indirect (pour la transformer en électricité).

Utiliser l’énergie géothermique dans une optique de chauffage des eaux ou des sols des maisons (l’aquathermie) remonte déjà à plusieurs millénaires, la Chine (Palais de Li à Huaqing…) et la Rome antique (Pompéi, Thermes de Caracalla…) en étant des modèles connus. Le système des pompes à chaleur eau-eau reprend totalement cette idée.

Les pompes à chaleur eau-eau, selon leurs configurations, procurent différents types d’énergie géothermiques.

On parle de géothermie très basse énergie quand il s’agit, de creuser peu profondément dans le sol pour atteindre des nappes inférieures à 100 mètres de profondeur et à faible niveau de température (moins de 30°C). L’énergie collectée est utilisée directement pour le chauffage des maisons ou les bâtiments.

La géothermie basse énergie fore des zones aquifères. Ce sont des zones de formation géologique ou de roches poreuses ou fissurées et perméables où l’eau circule librement. On y atteint des températures situées entre 30°C et 90°C entre 1 500 et 2 000 mètres de profondeur. Les calories récoltées sont trop faibles pour produire de l’électricité mais sont idéales pour des applications à plus grandes échelles : chauffage urbain, serres agricoles, thermes.

D’autres formes de géothermie permettent de produire de l’électricité.

Le géothermie moyenne énergie explore majoritairement des gisements d’eau chaude ou de vapeur humide compris entre 90°C et 150°C. Selon les situations géographiques, il faudra creuser entre 1 000 et 4 000 mètres pour obtenir ces températures. 

Surchauffée ou sous forme de vapeur, l’eau jaillit avec assez de pression pour alimenter une turbine qui produira de l’électricité. Pour cela, une machine de travail thermodynamique est nécessairement intégrée au système, d’où le nom souvent associé à ces types de géothermie moyenne « enthalpie ».

Fonctionnement de la pompe à chaleur eau-eau

Les principes de fonctionnement d’une pompe à chaleur géothermique (PAC) sont simples. Elle absorbe les calories qu’elle trouve dans le sol, où la température est plus stable que celle de l’air. En France, le sol à très faible profondeur bénéficie d’une température qui oscille entre 10 et 14°C selon les lieux. Dans ce cas, la chaleur renfermée dans le sol provient essentiellement du rayonnement solaire ou du ruissellement de l’eau de pluie.

Des capteurs entrent dans les zones aquifères et pompent l’eau d’une nappe phréatique, d’un lac, d’une réserve d’eau ou encore un cours d’eau à rendement suffisant et pérenne. C’est également ce qu’on appelle l’aquathermie. Ils l’acheminent vers une pompe à chaleur pour en prélever les calories.

Ce système est en général dédié aux bâtiments d’importance ou aux acteurs du tertiaire mais se développe de plus en plus pour les particuliers. C’est la plus performante des solutions géothermiques, mais c’est également la plus complexe à installer. Elle nécessite une étude méticuleuse du terrain.

Dans le principe, il s’agit de réaliser deux forages dans le sol : le premier prélève l’eau qui va céder ses calories à la PAC, le second rejette cette même eau refroidie dans la nappe ou plus bas dans un autre point d’eau. Certains se posent la question du retraitement de l’eau rejetée et de l’épuisement du volume des réserves d’eau souterraine face à ce type de système. C’est aussi pour cela qu’il est très règlementé.

La pompe à chaleur en elle-même est composée d’un évaporateur, d’un générateur à compresseur et d’un réducteur de pression (souvent appelé faussement condenseur).

 La PAC contient un fluide frigorigène et caloporteur qui libère sa chaleur au contact de l’eau et passe d’un état liquide à gazeux dans l’évaporateur.

  1. Le compresseur élève la pression et démultiplie la température de ce dernier à l’état gazeux en le compressant. Ce compresseur dispose d’un moteur qui demande une alimentation d’énergie extérieure. À la sortie du compresseur, le fluide est sous forme gazeuse à haute pression et sa température est élevée.
  2. Ensuite, le réducteur de pression réduit la pression du fluide en phase liquide. En se condensant, la vapeur cède de la chaleur, ce qui alimente les unités de chauffage à l’intérieur du logement. La température du fluide revenu à l’état liquide va fortement diminuer.
  3. À nouveau dans l’évaporateur, le fluide récupère de l'énergie

C’est ce que l’on appelle le cycle thermodynamique. Dans le compresseur la température s'élève suivant la loi de Laplace.

Certaines PAC eau-eau pompent directement dans les aquifères et ne font pas intervenir de liquides intermédiaires.

D’autres PAC dites « intermédiaires » font intervenir un 3ème liquide qui sépare les deux circuits. Les PAC à eau glycolée (eau glycolée-eau) en sont un bon exemple. Le système de chauffage contient de l'eau pure et entre les capteurs et la pompe circule une eau antigel.

Malheureusement, plus on crée d’intermédiaires, moins la charge calorifique est grande… Et quand les capteurs de la PAC sont verticaux, la profondeur du forage varie : pour les sondes à eau glycolée elle se situe en principe entre 80 et 120 mètres. Moins la distance à parcourir pour que la pompe remonte l’eau est grande, plus sa performance sera optimale.

Vous pouvez relier la PAC directement à un système de chauffage au sol ou à des radiateurs basse température (dans ce cas, son rendement sera maximal).

Avantages et inconvénients

Les avantages de la PAC eau-eau

La géothermie est la seule énergie qui est à la fois quasi-inépuisable, omniprésente, stable et propre.

●Installer une pompe à chaleur peut fournir jusqu’à 60 % des besoins en énergie d’une maison. En effet, avec une PAC, 1 KWh d’électricité permet de produire entre 3 et 5 KWh de chaleur.

● Les installations ont une durée de vie longue (entre 40 et 60 ans).

●Opter pour un système de chauffage géothermique c’est avoir recours à une énergie continue : au contraire du solaire par exemple, elle ne dépend pas des conditions atmosphériques. Elle est disponible en permanence.

● L’énergie géothermique est quasi inépuisable : la chaleur contenue dans le globe terrestre est sans commune mesure avec les besoins énergétiques de la civilisation humaine.

● Son utilisation est directe : il n’y a ni problématique de stockage, ni problématique de transformation.

● Ce type de système de chauffage est une ressource écologique propre. Elle produit peu de rejets et nécessite peu de combustibles fossiles pour fonctionner.

● Les techniques de chauffage géothermique sont si variées et développées, qu’elle peut être mise en place partout, quelle que soit la situation géographique de l’habitat.

● Certains systèmes sont réversibles et permettent de rafraichir en été.

● 30% de l’investissement initial pour installer une PAC est déductible d’impôts sous certaines conditions.

Les inconvénients de la PAC eau-eau

Pour certains, l’énergie géothermique n’est pas la solution miracle.

● La faible accessibilité du chauffage par géothermie reste un frein au développement de ce type d’énergie : même si elle est très adaptable, elle n’est pas possible partout.

● Son utilisation est locale, la perte thermique est importante si l’on veut transporter la chaleur.

● Besoin d’une autorisation de la DRIRE (direction régionale de l’industrie, de la recherche et de l’environnement) afin de pouvoir forer les sols.

● Pré-requis : avoir un point d’eau à proximité de son habitation.

● Les PAC ne produisent pas ou peu d’électricité : la majorité assure le chauffage d’une maison, mais elles ne permettent généralement pas de couvrir tous les besoins en énergie de l’habitation.

● L’investissement initial est élevé et il faut prendre en compte un coût de maintenance annuel du système, ainsi qu’un abonnement électrique qui permette d’alimenter la pompe (une énergie qui, elle, n’est ni propre ni verte).

● Les performances sont variables selon la nature et la température des nappes et de l’extérieur.

● Le risque en cas de dysfonctionnement est élevé : les fluides utilisés, si libérés sont des gaz à effet de serre très puissants. Dans le cas d’une PAC à eau glycolée, il existe un danger de pollution des nappes phréatiques selon le type de glycol utilisé (monopropylène glycol : oui biodégradable à 98% et qualité alimentaire, monéthylène glycol : non).

● Certains systèmes peuvent être bruyants et causer des problèmes de voisinage.

●Les systèmes ne peuvent être couplés qu’à des radiateurs basse température ou un système de chauffage au sol. Les radiateurs à eau classiques demandent une adaptation technique très onéreuse (haute température).

Caractéristiques techniques à prendre en compte pour le choix d’une PAC eau-eau

Le plus souvent, les PAC eau-eau puisent l'eau dans une nappe phréatique où la température de l'eau est assez élevée (en moyenne 10°C) et stable. Mais il est aussi possible de puiser dans des lacs ou des cours d'eau.

Ces PAC nécessitent de forer deux puits verticaux. Le premier pour atteindre le point d’eau. Celui-ci ne doit pas être trop profond pour que l'électricité nécessaire pour relever l'eau jusqu'à la surface ne soit pas trop onéreuse.

Le second permet de rejeter l’eau dans le point d’eau prélevé. Certains systèmes permettent de rejeter l’eau dans un autre point d’eau ou cours d’eau, ce qui permet de ne pas réaliser de second forage. Cela permet de réduit les couts des travaux mais aussi de préserver le sol.

Certains systèmes proposent un seul puits : dans ce cas, le système fait une boucle avec du liquide frigorigène. Ceci comporte donc un double risque : de possibles fuites préjudiciables à l'environnement et la possibilité de tarir la source de calories (puisque l’eau est évaporée et non rejetée).

La PAC eau-eau peut-elle assurer le chauffage en hiver et rafraîchissement en été ?

Une PAC géothermique, selon sa performance bien sûr, permettra de chauffer une maison, de la rafraîchir et peut également produire l’eau chaude sanitaire. Dans son utilisation pour les particuliers, elle ne permettra pas de produire d’électricité.

La PAC air-eau peut assurer le chauffage en hiver et le rafraîchissement en été. Il s’agit de systèmes réversibles. Il faut compter environ 10 % de plus sur le tarif de la PAC.

Installation et entretien

● Faites installer votre système par un professionnel qui saura, avec vous, estimer vos besoins ainsi que les travaux annexes éventuels nécessaires au fonctionnement optimal de votre système aérothermique. Il pourra également vous aider dans le choix de votre pompe à chaleur et vous conseillera sur la puissance, le modèle, la marque ou encore la qualité…

● Portez donc une grande attention quant au choix de ce professionnel : renseignez-vous !

● Consultez la liste des professionnels ayant la qualification RGE QualiPAC (Reconnu Garant de l’Environnement) en ligne.

● Faites faire un diagnostic thermique de votre maison ainsi qu’une analyse des sols par un professionnel pour mesurer en détail vos besoins.

● Faites entretenir votre PAC tous les ans, surtout pour celles contenant plus de 2 kilogrammes de fluide frigorigène. De même, il est important de vérifier régulièrement la pression du circuit hydraulique.

● Afin d’assurer un chauffage optimal, il est conseillé de remplacer le fluide circulant dans vos émetteurs (radiateur, plancher chauffant) tous les 5 ans.

● L’installation d’une pompe à chaleur géothermique eau-eau nécessite de posséder un local technique (cave, sous-sol…).

Aides pour le financement d’une pompe à chaleur eau-eau

Il existe des aides d’état pour l’installation de ces systèmes de chauffage écologique :

Crédit d’Impôt pour la Transition Énergétique (CITE)

La pompe à chaleur géothermique est éligible au crédit d'impôt à hauteur de 30%, ce qui signifie que vous pourrez déduire de votre impôt sur le revenu, 30% du coût de l'achat et de l'installation de votre matériel sous réserve que celui-ci ai été fait par un professionnel labellisé RGE.

Le CITE est possible sous certaines conditions. Pour les PAC sol-sol et PAC sol-eau, le rendement COP doit être supérieur ou égale à 3,4 pour une température d'évaporation de -5 °C et une température de condensation de 35°C. Pour une PAC eau glycolée-eau le COP doit être inférieur ou égale à 3,4 pour des températures d'entrée et de sortie d'eau glycolée de 0°C et -3°C à l'évaporateur, et des températures d'entrée et de sortie d'eau de 30°C et 35°C au condenseur.

L’Éco-prêt à taux 0

S'ajoute à cela l’opportunité d’un prêt à taux 0 : l’éco-prêt à taux zéro accordé par un organisme bancaire.

Le taux de TVA réduit à 5.5%

Ce taux s’applique aussi bien à l’achat du matériel, qu’à la pose de celui-ci par un professionnel, à condition que votre logement ait été construit depuis au moins deux ans.

La prime énergie Total

Il s'agit d'un règlement en euros à la fin de travaux dans le cadre spécifique de l’installation d’une pompe à chaleur géothermique. Pour en profiter, il est nécessaire de remplir certaines conditions (logement de plus de 2 ans, passer par un professionnel titulaire de l’appellation QualiPAC, COP supérieur ou égal à 3,4, matériel doit être certifié NF PAC ou label EHPA ou Eco-Label européen…).

Les aides de l’Agence nationale de l’habitat (ANAH)

L’Anha peut éventuellement vous octroyer des subventions qui sont cumulables avec certaines aides, mais pas avec la prime énergie Total. Elle y met certaines conditions et également un critère de plafond de revenus.

Les aides locales : les communes, collectivités et conseils généraux

Selon la région, certains proposent aussi d'autres aides sont également proposées pour l'achat de ce type de chauffage. N’hésitez pas à vous renseigner auprès de ces organismes.

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Voir aussi :
Aérothermie
Pompes à chaleur air-air
● Pompes à chaleur air-eau
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