Aérothermie, une énergie renouvelable dans l’air du temps

publié le 27/04/2021 | mis à jour le 19/06/2024 | par Héloïse Lebrun-Brocail

Une source de chaleur renouvelable qui met à profit les calories de l’air

L’aérothermie est une énergie renouvelable qui exploite les calories contenues dans l’air.

Créer de l’énergie à partir des calories de l’air

Peut-être ne le saviez-vous pas, mais l’air contient des calories, et ce quelle que soit sa température.

Ces calories sont de plus en plus nombreuses au fur et à mesure que la température de l’air augmente. Si elles sont moins nombreuses lorsque la température de l’air est négative, il est quand même possible de les valoriser. Il n’y a qu’au zéro absolu (-273,15 °C), que l’air n’en contient aucune.

L’aérothermie consiste à utiliser ces calories pour générer de la chaleur, à l’instar de la géothermie, qui valorise la chaleur de la Terre, ou même de l’aquathermie, qui valorise la chaleur des eaux souterraines.

L’aérothermie est donc une source d’énergie renouvelable. Rappelons ici brièvement ce que cela signifie, en nous appuyant sur la définition de l’Agence de la transition écologique (ADEME). Les énergies renouvelables sont des énergies « issues de sources non fossiles renouvelables. » Ces énergies n’ont que « peu d’impact sur l’environnement [car] leur exploitation ne donne pas lieu à des émissions de gaz à effet de serre ».

L’aérothermie, une source de chaleur et de frais renouvelable

L’aérothermie permet aujourd’hui de répondre à trois besoins :

• produire de la chaleur ;
• produire de l’eau chaude sanitaire ;
• produire du frais.

Les technologies actuelles ne permettent pas à l’aérothermie d’être la seule source d’énergie dans un logement ou un bâtiment. Son usage doit toujours être renforcé par celui d’une autre énergie, permettant de faire fonctionner la pompe à chaleur, ou de bénéficier d’un chauffage d’appoint. Nous reviendrons sur ce point ultérieurement au cours de cet article.

Pompe à chaleur aérothermique : un système d’autoconsommation qui repose sur l’aérothermie

Que ce soit pour les particuliers ou les professionnels, l’exploitation de l’aérothermie repose toujours sur l’utilisation d’un même appareil : une pompe à chaleur, ou PAC aérothermique.

Comment fonctionnent les pompes à chaleur aérothermiques ?

Pour bien comprendre le fonctionnement de ces appareils, nous allons ici nous appuyer sur le schéma ci-dessous, issu du guide pratique Installer une pompe à chaleur de l’ADEME :

Le cycle de fonctionnement d’une pompe à chaleur aérothermique comporte différentes étapes :

• étape 1 : la chaleur de l’air est prélevée par la pompe à chaleur, puis transférée au fluide frigorigène. Ce fluide va ensuite se vaporiser en arrivant au niveau de l’évaporateur de la PAC. Il s’agit de l’étape 1 du schéma ci-dessus ;
• étape 2 : le fluide frigorigène à l’état de vapeur basse pression est aspiré par le compresseur électrique. La température du fluide est ensuite augmentée par le compresseur. Il passe alors à l’état de vapeur haute pression ;
• étape 3 : la chaleur de la vapeur est transférée vers le circuit de chauffage de l’habitation équipée de la PAC. Elle peut alors être transférée dans l’eau du circuit ou directement dans l’air, en fonction du type de PAC. Nous y reviendrons ultérieurement. Le fluide frigorigène se recondense au niveau du condensateur. Le fluide retrouve alors son état initial, ce qui signifie qu’il redevient liquide, mais à haute pression ;
• étape 4 : le détendeur abaisse la pression du fluide frigorigène.

Quels sont les différents types de pompes à chaleur aérothermiques ?

Trois types de PAC aérothermiques sont actuellement disponibles à la vente : les PAC air extérieur/air intérieur, les PAC air extérieur/eau et les PAC air extrait/air neuf.

PAC aérothermiques air extérieur/air intérieur

Comme leur nom l’indique, les PAC aérothermiques air extérieur/air intérieur valorisent les calories contenues dans l’air extérieur du logement.

En toute logique, les performances de la PAC aérothermique air extérieur/air intérieur sont impactées par la température de l’air extérieur. Contrairement aux idées reçues, les PAC peuvent néanmoins fournir de la chaleur même en cas de basses températures. Les modèles de PAC les plus performantes peuvent ainsi fonctionner à des températures comprises entre -10 °C et -20 °C.

Les PAC air extérieur/air intérieur sont toutes réversibles. Cela signifie qu’elles peuvent aussi bien fournir du chaud en hiver que du froid en été.

Elles fonctionnent à l’aide d’émetteurs de chauffage tels qu’un plancher chauffant, des radiateurs basse température ou des ventilo-convecteurs à détente directe.

PAC air extérieur/eau

Le fonctionnement des PAC air extérieur/eau est similaire à celui des PAC air extérieur/air intérieur. Elles fonctionnent à l’aide d’émetteurs de chaleur de nature différente. La PAC air extérieur/eau ne va ainsi pas directement chauffer l’air de votre logement, mais chauffer l’eau d’un circuit de chauffage. Elle est donc adaptée à votre logement s’il est équipé d’un plancher chauffant ou de ventilo-convecteurs à eau par exemple.

Tout comme les PAC air extérieur/air intérieur, les PAC air extérieur/eau sont réversibles, et sensibles à la température de l’air extérieur.

PAC air extrait/air neuf

Les PAC air extrait/air neuf ne fonctionnent pas à l’aide de l’air extérieur mais à l’aide de l’air du logement. Vous les trouverez parfois sous le nom de VMC double flux thermodynamique. Elles sont ainsi constituées d’une VMC et d’une PAC.

Les PAC air extrait/air neuf sont également réversibles. Elles peuvent donc permettre de produire de la fraîcheur en été.

Chauffe-eau thermodynamique

L’eau chaude sanitaire est produite par un type de PAC bien particulier : les Chauffe-eau thermodynamiques (CET). Il existe trois types de CET :

• les chauffe-eau thermodynamiques sur air ambiant, qui exploitent l’air de la pièce dans lequel ils se situent ;
• les chauffe-eau thermodynamiques sur air extrait, qui utilisent l’air extrait par la Ventilation mécanique contrôlée (VMC). Ces CET fonctionnent uniquement si la température de l’air est supérieure à 20 °C ;
• les chauffe-eau thermodynamiques sur air extérieur, constitués d’un ballon et d’un récupérateur d’air extérieur. Ces CET sont plus performants que les CET sur air ambiant et les CET sur air extrait. Leur prix d’achat est cependant considérablement plus élevé.

Les pompes à chaleur aérothermiques ne permettent pas d’atteindre l’autonomie énergétique

Si vous envisagez d’installer une PAC aérothermique, gardez bien en tête qu’elles ne vous permettront pas d’atteindre l’autosuffisance énergétique. Ce constat se base principalement sur deux raisons :

• en cas de très basses températures, la PAC aérothermique ne pourra pas fournir à elle seule une quantité d’énergie suffisante pour vous chauffer, à l’exception de quelques modèles très récents. Il est alors nécessaire d’opter pour un système de chauffage d’appoint, comme une chaudière électrique ou une chaudière à granulés par exemple ;
• les PAC ont besoin d’énergie pour fonctionner. Dans la majeure partie des situations, il s’agit d’électricité. Quelques modèles de PAC fonctionnement également à l’aide de gaz naturel. Dans tous les cas, il vous faudra souscrire un contrat de fourniture auprès d’un fournisseur de gaz ou d’électricité. Vous pouvez également opter pour l’installation d’un autre système d’autoconsommation comme des panneaux solaires.

Aérothermie : quelles perspectives de développement ?

Ces dernières années, l’aérothermie a connu un véritable essor à l’échelle du territoire français.

L’aérothermie peut-elle être utilisée sur l’ensemble du territoire français ?

Dans un premier temps, abordons l’une des idées reçues les plus courantes au sujet de l’aérothermie.

La majeure partie des consommateurs pensent que les pompes à chaleur aérothermiques ne peuvent être utilisées que sur certaines parties du territoire français. Plus spécifiquement, ils pensent que l’installation d’une PAC est réservée aux régions les plus chaudes de France.

Il n’en est rien, les PAC aérothermiques peuvent bel et bien être installées partout en France.

Comme évoqué précédemment, l’air contient des calories même lorsque la température extérieure est négative. L’aérothermie peut donc être exploitée partout en France, quelles que soient les températures moyennes dans votre zone d’habitation.

Sur ce point, la répartition géographique des ventes de pompes à chaleur aérothermiques est édifiante.

On constate ainsi que même si davantage de consommateurs sont équipés de PAC dans des régions chaudes comme la Provence-Alpes-Côte-d’Azur, d’autres particuliers habitant dans les régions plus froides comme l’Île-de-France ou la Bretagne ont également choisi de chauffer leur logement grâce à ce système d’autoconsommation.

Un engouement de plus en plus fort des particuliers pour les pompes à chaleur aérothermiques

Ces dernières années ont été marquées par une hausse drastique de la popularité de l’aérothermie et des pompes à chaleur aérothermiques. On peut ainsi lire dans la Programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE) que « la dynamique globale du secteur des pompes à chaleur est en effet plus forte que prévu. »

Chiffres clés de l’aérothermie

Les données sont édifiantes :

• sur les 970 000 pompes à chaleur vendues en 2019, 904 000 étaient des pompes à chaleur aérothermiques, soit plus de 99 % (Édition 2020 des Chiffres clés des énergies renouvelables, ministère de la Transition écologique) ;
• les ventes du secteur des PAC aérothermiques et des chauffe-eau thermodynamiques (CET) ont augmenté de 194 % depuis 2012 (Observatoires des énergies nouvelles – Suivi du marché des pompes à chaleur individuelles – Juillet 2020). Cela signifie que le nombre de pompes à chaleur aérothermiques et de CET vendus a été multiplié par 3 environ ;
• en 2019, les PAC air/air occupent la première place du podium des « équipements les plus vendus dans le champ des systèmes de chauffage central individuels » (Observatoires des énergies nouvelles – Suivi du marché des pompes à chaleur individuelles – Juillet 2020). Cette première place était jusqu’alors occupée par les chaudières à condensation gaz et fioul.

Comment expliquer la popularité de l’aérothermie ?

Cet engouement des particuliers pour l’aérothermie s’explique par de multiples facteurs :

• une prise de conscience grandissante de la contribution majeure de la consommation d’énergie au réchauffement climatique. Cette prise de conscience se traduit directement par une volonté de réduire l’impact de sa consommation d’énergie. On note alors un essor global des systèmes d’autoconsommation – quels qu’ils soient – qui mettent à profit des énergies renouvelables ;
• une volonté d’acquérir davantage d’indépendance énergétique, dans un contexte où la médiatisation de la raréfaction des énergies primaires fossiles comme le pétrole ou le gaz naturel s’amplifie ;
• la perspective de réaliser des économies. Rappelons ici que l’installation d’une PAC est un choix économique et rentable, si vous vous projetez à moyen ou à long terme dans votre logement ;
• l’éligibilité de l’installation des PAC aérothermiques à un certain nombre d’aides financières gouvernementales. Ces aides sont d’ailleurs au cœur de la programmation pluriannuelle de l’énergie. Elle retranscrit ainsi l’ambition du gouvernement de « pérenniser des soutiens via le CITE/MaPrimeRénov’ pour les PAC air/eau et pour les PAC géothermiques ».

Quelles sont les limites de l’aérothermie ?

Les limites à l’utilisation de l’aérothermie sont relativement peu nombreuses. Avant d’opter pour l’installation d’une pompe à chaleur aérothermique, il vous faut néanmoins garder deux points en tête :

• les pompes à chaleur aérothermiques sont relativement bruyantes (entre 45 et 65 décibels selon les modèles). Elles peuvent donc constituer une source de nuisance sonore, que ce soit pour vous ou pour votre voisinage ;
• en fonction de votre lieu d’habitation, la rentabilité de la PAC ne sera pas la même. Si vous habitez dans une région très froide, ou en haute altitude par exemple, il vous faudra vous équiper d’un modèle très onéreux, ce qui peut remettre en cause la rentabilité de votre projet.

L’aérothermie occupe une place centrale dans la programmation pluriannuelle de l’énergie

Regardons maintenant la place occupée par l’aérothermie dans ce document.

Qu’est-ce que la programmation pluriannuelle de l’énergie ?

Les programmations pluriannuelles de l’énergie sont des « outils de pilotage de la politique énergétique ». Le ministère de la Transition écologique va jusqu’à les qualifier de « fondement de l’avenir énergétique de la France pour les prochaines années ». Elles expriment les « orientations et priorités d’action des pouvoirs publics pour la gestion de l’ensemble des formes d’énergie sur le territoire métropolitain continental, afin d’atteindre les objectifs de la politique énergétique. »

Les PPE ont été mises en place par la loi de transition énergétique pour la croissance verte de 2015. Elles sont révisées tous les 5 ans. La PPE actuellement en vigueur couvre la période 2019-2023. Les objectifs de la période 2024-2028 sont d’ores et déjà déterminés et consultables.

Quelle sera la consommation finale de chaleur produite grâce à l’aérothermie en 2028 selon la PPE ?

L’aérothermie occupe une place de choix dans la programmation pluriannuelle de l’énergie.

Comme le montre le schéma ci-dessous, la consommation finale de chaleur produite par des pompes à chaleur aérothermiques devrait atteindre :

• 35 TWh en 2023 ;
• 45 TWh en 2028.

On constate d’ailleurs que ces objectifs ont été revus à la hausse entre la PPE 2016-2023 et la PPE 2023-2028.

Quelle sera la place de l’aérothermie dans le mix chaleur de 2028 selon la PPE ?

Penchons-nous maintenant sur le mix chaleur prévu par la programmation pluriannuelle de l’énergie.

Que ce soit en 2023 ou en 2028, les énergies fossiles (fioul, charbon, gaz naturel) occupent toujours une place majoritaire dans ce mix chaleur. Elles sont suivies par :

• le bois-énergie, qui repose sur l’usage d’équipements comme des chaudières à granulés ;
• l’électricité.

Viennent ensuite les pompes à chaleur aérothermiques et géothermiques. En 2023, elles devraient permettre de générer 39 TWh de chaleur renouvelable en 2023, et 44 ou 52 TWh de chaleur renouvelable en 2028, en fonction du scénario considéré.