L'eau des rivières et les pompes à chaleur aquathermiques

Une caractéristique importante des pompes à chaleur sur nappe phréatique (PAC à eau) est d'utiliser l'eau à environ 12 °C provenant d'un pompage à faible profondeur dans un sous-sol alluvionnaire et de rejeter l'eau de cette source dite froide à une température encore plus froide. C'est le cœur même de la PAC dans un cycle thermodynamique presque idéal, utilisant les propriétés entropiques et enthalpiques de fluides caloporteurs modernes capable d’assurer les transferts thermiques, qui permet d'obtenir ce résultat. Le fonctionnement conventionnel d'une PAC génère un flux thermique capable d'assurer le chauffage des maisons individuelles ou des immeubles. Comme les miracles n'existent pas il faut naturellement apporter de l'énergie pour assurer le cycle thermodynamique du fluide caloporteur. Cette énergie est électrique et a naturellement un coût. Un compresseur, entraîné par un moteur électrique comprime le fluide caloporteur pour assurer le cycle thermodynamique. Il augmente par exemple la pression du fluide caloporteur alors qu'il est en phase gazeuse avant qu'il ne passe à l'état liquide dans le condenseur. Ces transferts thermiques sont d'autant plus intéressants et économiques pour l'utilisateur que la différence de température entre la source froide et la source chaude est faible. Cette particularité de la pompe à chaleur est importante pour l'utilisateur car elle conditionne en grande partie son coût d'exploitation. Elle privilégie l'eau par rapport à l'air en tant que fluide utilisé pour la source froide.

L'eau lorsqu'elle est pompée dans le sous-sol a une température sensiblement constante de 12°C et ceci même en hivers. L'air ambiant au contraire peut avoir une température négative ce qui augmente la différence de température entre les sources froide et chaude et affecte le rendement de la PAC. Avec les pompes à chaleur à eau moderne, la température de rejet de l'eau vers le sous-sol ou dans la rivière est de l'ordre de 4° C, voir même inférieur. (Au Canada les températures de rejets sont même probablement inférieures puisque ces techniques sont utilisées pour consolider le sous-sol par gélification en complément du chauffage) Les débits d'eau mis en jeu ne sont pas importants en regard des débits souvent disponibles dans nos nappes aquifères et très faibles par rapport au débit de la rivière.

 Les puissances thermiques mise en jeu sont loin d'être négligeables. La puissance thermique générée par un débit d'eau de 4,1 l/s (15 m3/h) dont la température chute de 8°C est de 140 kW. (Chaleur spécifique de l'eau : 1 calorie/gramme et °C) Cette puissance est suffisante pour chauffer un gros immeuble correctement isolé avec des coûts d'exploitation réduit par rapport à celui de l'énergie produite à partir de la combustion des produits fossiles.  A l'encontre des centrales nucléaires qui se servent de l'eau de la rivière pour refroidir le réacteur et qui rejette de l'eau tiède dans celle-ci, le gros avantage d'une PAC à eau – lorsqu'elle est utilisée pour le chauffage - est l'abaissement de la température de l'eau de la rivière lorsque l'eau sortant de l'évaporateur est rejetée directement dans la rivière. A l'inverse de la chaleur, le froid diminue en effet l’activité microbienne et bactériologique.

En diminuant ces activités il réduit la consommation d’oxygène qui en résulte ce qui conduit à une diminution de la pollution des eaux.  On trouve maintenant sur le marché des constructeurs qui proposent des PAC aquathermiques dans des gammes de puissance allant jusqu’à 500 kW couvrant la plupart des besoins individuels et collectifs en chauffage des petites copropriétés. La raison pour laquelle la technologie des pompes à chaleur sur nappe phréatique ou aspirant plus simplement l'eau de la rivière n'est pas plus développée en France est probablement financière. Le fait que le prix du gaz soit indexé sur le pétrole va conduire à augmenter sensiblement le prix du gaz et être une incitation au développement des PAC à eau en France. L'avance de l'Allemagne sur la France dans ce domaine s'explique probablement par le fait que le gaz est 2 fois plus cher en Allemagne qu'en France. Ces technologies étant relativement nouvelles, l’utilisateur final, qui doit se transformer en Maître d’œuvre pour faire aboutir le projet, était jusqu'à maintenant peu enclin à jouer le rôle de cobaye car l’incitation financière était trop faible. De plus, il ne suffit pas que la technologie d’un produit soit aboutie pour qu'il soit utilisé.

La pompe aquathermique a un meilleur rendement par temps froid pour la raison que la température de l'eau pompée reste sensiblement indépendante de la température extérieure. Une partie du débit pompée à l'exhaure peut en pratique provenir de la rivière. L'abaissement de la surface piézométrique à l'emplacement du pompage diminue la teneur en eau à cet endroit.

Claude Allègre n'avait pas tort de dire dans son dernier livre que la vérité scientifique met beaucoup de temps à être acceptée, en France. On dit souvent que la consommation de produits fossiles en France se partage à part sensiblement égales entre les besoins liés au chauffage des habitations et ceux de la consommation des moteurs thermiques assurant le transport routier. Ces pompes à chaleur sur nappe phréatique mériteraient en tout cas à être mieux connues.