Tout savoir sur la PAC Equium : une pompe à chaleur thermoacoustique

publié le 29/09/2023 | mis à jour le 29/09/2023 | par Julien Reynaud

Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur thermoacoustique ?

Une pompe à chaleur thermoacoustique, ou harmonique, utilise l’énergie du son pour le chauffage des logements domestiques ou leur climatisation. Cette nouvelle technologie est issue des laboratoires de recherche du CNRS. En France, elle est développée par Equium, une start-up soutenue par de nombreux acteurs institutionnels et économiques comme l’ADEME, BPI France ou la Région Pays de la Loire. La commercialisation des premiers modèles pour les particuliers est annoncée pour le printemps 2024.

Selon le fondateur d’Equium, Cédric François, le principal intérêt d’une PAC acoustique par rapport à une pompe à chaleur classique est de pouvoir fabriquer du chaud ou du froid sans recourir à des fluides réfrigérants (HFC). Ces derniers sont en effet de puissants gaz à effet de serre. Leur usage est d’ailleurs menacé à court terme par l’évolution récente de la réglementation européenne qui prévoit de limiter leur commercialisation aux horizons 2025 et 2030.

Autre avantage de poids, sur lequel non reviendrons plus tard, sa consommation d’électricité est très faible en comparaison de l’énergie thermique produite. Une PAC acoustique affiche en effet un rendement comparable à celui d’une pompe à chaleur classique air/eau, et ce quelle que soit la température extérieure.

Comment fonctionne une PAC thermoacoustique ?

Le fonctionnement d’une PAC acoustique est relativement complexe. Il repose sur la capacité du son à produire de la chaleur. Lorsque vous parlez, par exemple, vous générez sans le savoir environ 0,1 pascal (Pa) de pression acoustique simplement en faisant osciller l’air devant votre bouche. Cette propriété naturelle du son repose sur le phénomène thermoacoustique, aussi appelé compression harmonique.

Pour faire simple, ce phénomène correspond à la capacité d’une onde sonore à produire de l’énergie thermique en compressant un fluide ou un gaz, ou inversement à celle de l’énergie thermique à se convertir en énergie acoustique. « Une onde acoustique est le mouvement d’un gaz autour d’un point fixe. Quand le gaz avance il se comprime donc il s’échauffe. Quand il revient à sa position initiale il se détend alors il se refroidit ». explique à ce sujet le fondateur d’Equium.

• Concrètement, une PAC acoustique produit une onde sonore de très haute puissance qui permet de compresser un gaz et ainsi de créer de la chaleur pour chauffer un logement. En quelque sorte, les ondes sonores jouent le rôle du compresseur d’une PAC classique.
• À l’inverse, pour produire du froid, les ondes sonores permettent de détendre le même gaz pour faire baisser sa température. Ce principe de « compression-détente » est similaire à celui mis en œuvre au sein d’une PAC classique mais sans nécessiter l’utilisation de gaz réfrigérant.

Les ondes sonores sont produites via des hauts parleurs haute-fidélité (Hi-Fi) puis concentrées dans des tubes fermés en inox et en aluminium remplis d’hélium à une pression de 30 bars. Contrairement aux gaz réfrigérants utilisés pour les climatiseurs ou les pompes à chaleur classiques, l’hélium est un gaz neutre et non toxique. Son utilisation permet d’amplifier les oscillations du son. Le volume sonore au cœur de l’appareil atteint ainsi près de 200 dB, un niveau suffisant pour produire de la chaleur ou du froid rapidement et en quantité suffisante.

Le niveau des ondes sonores émises par une pompe à chaleur thermoacoustique correspond à peu près à celui d’une fusée au décollage. L’isolation phonique de l’appareil devrait toutefois permettre de la rendre aussi silencieuse, voire davantage, qu’une PAC classique. En effet, selon ses concepteurs, le niveau sonore à l’extérieur de la PAC acoustique d’Equium ne devrait pas dépasser les 30 dB, contre de 45 à 60 dB pour une pompe à chaleur classique.

Un moteur à turbine complète le dispositif pour transférer la chaleur à un évaporateur qui permet à son tour de la libérer à l’extérieur de l’appareil.

Un système économe en énergie et peu émetteur de GES

La chaleur produite par une PAC acoustique peut être distribuée dans le logement via un réseau de chauffage à gaine. Elle peut également alimenter un système de chauffage central à eau ou de production d’eau chaude sanitaire (ECS) via un échangeur thermique. En réglant l’intensité des ondes sonores produites, on peut faire varier la température de chauffe obtenue de 35 à 70 degrés avec une précision que n’atteignent pas les pompes à chaleur classiques. Cette particularité permet de faire d’importantes économies d’énergie.

Une pompe à chaleur thermoacoustique fonctionne à l’électricité. Ses concepteurs estiment qu’elle possède un COP, ou coefficient de performance énergétique, compris entre 3 et 4. Concrètement, Cela signifie qu’une pompe à chaleur acoustique produit 3 à 4 kW de chaleur pour 1 kW d’électricité consommée. Ce rendement est à peu près le même que celui d’une PAC classique air-eau. À titre de comparaison, il est plus de 4 fois supérieur à celui d’une chaudière au gaz. Seules les pompes à chaleur géothermiques, très coûteuses, affichent un rendement supérieur.

Au total, l’analyse du cycle de vie de l’ensemble des composants d’une pompe à chaleur acoustique affiche, à performance comparable, une économie de 50% d’émissions de CO2 par rapport aux autres types de pompes à chaleur. Cette performance exceptionnelle s’explique d’abord par l’absence de gaz réfrigérants mais aussi par la qualité des matériaux utilisés (absence de plastique notamment) et une espérance de vie qui pourrait dépasser les 30 ans.

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Du prototype à la commercialisation

Après une première levée de fonds de 5 millions d’euros qui lui a permis de développer un premier prototype, Equium est entrée fin 2022 en phase d’industrialisation. Ses pompes à chaleur (et notamment leur coeur EQORE), seront construites en série au sein de l’usine d’Arkteos, à Guérande. Si tout se passe bien, les premiers modèles grand public devraient être commercialisés à partir mai 2024. Equium confiera la vente de ses produits à des partenaires.

Dans un second temps, la start-up nantaise envisage également de trouver une application industrielle à son projet. Son fondateur affirme ainsi pouvoir développer des pompes à chaleur thermoacoustiques à très hautes températures capables d’atteindre jusqu’à 140°C.

Quels sont les concurrents de la pompe à chaleur acoustique développée par Equium ?

Equium n’est pas le seul acteur à se positionner sur le développement d’un système de chauffage et de climatisation thermoacoustique. Une entreprise néerlandaise, Blue Heart Energy, travaille également à la mise au point d’un système similaire. Elle ambitionne de commercialiser une version grand public de son appareil, d’une capacité de 6kW, elle aussi courant 2024.

D’un point de vue visuel, le prototype de Blue Heart Energy semble plus abouti que celui d’Equium. Toutefois, ces deux entreprises délivrant peu d’informations, il est difficile de comparer leur projet respectif. On doit se contenter de quelques données parcellaires. L’espérance de vie de l’appareil, par exemple, est annoncée à 15 ans côté néerlandais, contre 30 ans côté français.

Blue Heart Energy a été créée en 2016, soit un an avant Equium. Ses équipes sont composées d’une trentaine de collaborateurs. Les deux entreprises présentent donc un historique et des dimensions relativement proches. Cette concurrence ne semble pas pour autant effrayer le dirigeant d’Equium, bien au contraire. Selon ses propres mots, « il ne fait jamais bon d’être les seuls à avoir raison ».

Quels sont les avantages et les inconvénients d’une PAC thermoacoustique ?

Avec ses performances élevées et son impact quasi nul sur l’environnement, une PAC acoustique semble avoir tout pour plaire. Pour autant, cette solution prometteuse soufre d’un inconvénient majeur. Elle n’a pas encore fait ses preuves en condition réelle d’utilisation.

Les avantages d’une PAC thermoacoustique

Retrouvez ci-dessous les principaux avantages d’une pompe à chaleur thermoacoustique :

Un rendement élevé : comme évoqué précédemment, une PAC thermoacoustique affiche un COP comparable à celui des meilleures PAC classiques. Elle nécessite peu d’électricité pour fonctionner et sa puissance peut être réglée au degré près.

Un système écologique : fabriquée à partir de matériaux en grande partie recyclés et recyclables (acier inoxydable et aluminium principalement), une pompe à chaleur acoustique ne contient aucune substance dangereuse pour l’environnement. Son fonctionnement n’émet pas non plus de CO2.

Des performances indépendantes de la météo : une pompe à chaleur acoustique n’a pas besoin d’extraire des calories dans l’air extérieur pour chauffer l’air intérieur. Son rendement n’est donc pas impacté par des températures extérieures trop basses, comme l’est celui d’une PAC classique.

Les inconvénients d’une PAC acoustique

Retrouvez ci-dessous les principaux inconvénients d’une pompe à chaleur thermoacoustique :

Une technologie en cours de développement : les premières pompes à chaleur acoustiques demeurent encore au stade de prototype. Fin 2023, aucun modèle n’était déjà commercialisé. Les performances annoncées par Equium sont donc encore très théoriques.

Une technologie potentiellement bruyante : avec des ondes sonores dépassant l’intensité d’une fusée au décollage, une PAC acoustique devra impérativement bénéficier d’une excellente isolation phonique. Il faudra là encore attendre la sortie des premiers modèles pour s’en assurer.

Un coût encore incertain : Equium n’avait pas encore communiqué fin 2023 sur le coût de son innovation. En attendant que les volumes de vente soient suffisamment conséquents pour permettre des économies d’échelle, le prix d’une PAC acoustique pourrait s’avérer élevé.

Combien coûte une pompe à chaleur acoustique Equium ?

Aucune information n’a été communiquée à ce sujet par les dirigeants d’Equium. Cependant, on peut estimer que pour pouvoir être compétitive et trouver son marché, une pompe à chaleur acoustique devra afficher un tarif comparable à celui d’une pompe à chaleur air/eau. Les deux systèmes possèdent en effet sur le papier des performances et un rendement comparables.

Pour espérer un succès commercial, la pompe à chaleur Equium devra donc afficher un prix oscillant entre 10 000 et 15 000 euros TTC environ. Toutefois, à l’heure où nous écrivons ces lignes, aucun tarif, même approximatif, n’a été annoncé par l’entreprise.

De quelles aides à l’installation bénéficie une PAC acoustique ?

Si la plupart des pompes à chaleur classiques, mis à part les modèles aérothermiques, bénéficient de nombreuses aides à l’installation, comme l’éco-prêt à taux zéro ou MaPrimeRénov, ce n’est pas encore le cas des pompes à chaleur acoustiques. Et pour cause, aucun produit fini n’est à ce jour à la vente. En revanche, si les promesses affichées s’avèrent justes, les PAC thermoacoustiques devraient bénéficier au moins des mêmes aides que les pompes à chaleur classiques.

Quel abonnement d’électricité souscrire pour une pompe à chaleur acoustique ?

Equium n’a pas encore communiqué sur la puissance électrique de son appareil. On peut néanmoins estimer qu’elle sera comparable à celle d’une pompe à chaleur air/eau, soit environ entre 3 et 9 kW. À plein régime, sa consommation sera donc relativement importante. Vous devrez donc souscrire une puissance au compteur suffisante pour que l’appareil puisse fonctionner sans faire disjoncter l’ensemble de votre installation électrique. Prévoyez donc un abonnement électrique adapté avec, a minima, au moins 9 kVA de puissance au compteur.

D’autre part, il peut s’avérer pertinent d’un point de vue environnemental de souscrire une offre d’électricité verte. De cette manière, vous maximisez l’intérêt écologique d’un tel appareil dont le fonctionnement en lui-même ne dégage pas de CO2.