Généralités sur la thermodynamique

La thermodynamique nous apprend qu’en faisant passer de la chaleur d'une source chaude à une source froide, on peut récupérer de l’énergie mécanique. C'est le principe des moteurs thermiques à vapeur, à explosion ou à combustion. Inversement la thermodynamique nous apprend qu’en fournissant de l’énergie mécanique, on peut faire passer de la chaleur d'une source froide à une source chaude avec la pompe à chaleur ou inversement de la source chaude vers la source froide avec le réfrigérateur ou les dispositifs de climatisation.

Le chauffage thermodynamique permet d'apporter de la chaleur dans les maisons (source chaude) en la puisant dans des volumes d'eau, d'air ou dans le sol (source froide). Ces volumes d'eau (nappe phréatique, fleuve, océan), air (atmosphère) ainsi que le sol sont très importants devant les volumes à chauffer et sont régénérés en surface par les apports solaires de telle sorte qu'ils restent à température sensiblement constante. L'intérêt du principe tient dans le fait qu’une faible quantité d'énergie mécanique permet d’effectuer des transferts thermiques de la « source froide » vers la « source chaude » (ou dans le sens inverse), importants en regard de l'énergie mécanique payante nécessaire au fonctionnement du compresseur. De plus, dans le cas de la pompe à chaleur, le dispositif récupère intégralement cette énergie mécanique sous forme thermique en l’additionnant à celle prélevée gratuitement à la « source froide » dans l’ air, eau ou la terre qui la compose selon le type de pompe à chaleur. On prouve que l'énergie mécanique nécessaire pour transférer une quantité de chaleur donnée à partir d’une source froide est moins onéreuse que de fournir cette même quantité de chaleur par le biais d'une source chaude (chaudière à bois, fuel, gaz ou radiateur électrique).

La pompe à chaleur aquathermique utilisant la nappe phréatique constituée par l'eau d’infiltration à proximité des fleuves est celle ayant le meilleur coefficient de performance. Ce coefficient appelé « COP » est le rapport de l'énergie thermique totale obtenue sur l’énergie mécanique dépensée. Ce coefficient varie considérablement en fonction de l'écart de température entre la source froide et la source chaude. Un grand écart de température dégrade la performance (COP = 2 par exemple), inversement, un faible écart assure une excellente performance (COP = 6 par exemple). Remarquons qu'un chauffage électrique a un COP constant de 1 quel que soit la température.

Il est probable que le chauffage collectif des immeubles dans l’ancien va évoluer lors la prochaine décennie vers des systèmes mixte associant une ou plusieurs chaudières à gaz et une pompe à chaleur pour deux raisons tenant au rendement de la pompe à chaleur qui se dégrade si on lui demande :

1. d’amener l'eau chaude sanitaire à la température maximum requise

2. d’assurer à elle seule la puissance requise pour le chauffage par grands froids.

Le bilan global d’un tel système sur une année complète est toutefois extrêmement intéressant.