Une chaleureuse conversation sur les thermopompes

Episode 42 – Heat Pumps

Joël Houle : Les hivers canadiens ont quelque chose d’unique. Les paysages majestueux qu’offrent les arbres ployant sous une couverture de neige fraîchement tombée. La joie d’aller dehors pour faire des activités hivernales super amusantes avec vos proches. Ces journées particulièrement froides agrémentées par des ciels d’un bleu vif, des vents tonifiants et une neige qui craque sous vos pas… et… les sueurs froides que vous avez en ouvrant votre facture de chauffage… Pas surprenant alors que beaucoup d’entre nous soient pris de frissons en parlant des frais de chauffage. Saviez-vous que près des deux tiers de l’énergie consommée dans les habitations canadiennes servent au chauffage et à la climatisation? C’est vrai, mais il doit bien y avoir une lumière toute chaude au bout de cet obscur tunnel de froideur. Les scientifiques et ingénieurs de Ressources naturelles Canada croient qu’une technologie prometteuse peut contribuer à réduire votre consommation d’énergie – la thermopompe. Les thermopompes, qu’est-ce c’est? Comment ça fonctionne? Pourquoi tout le monde en parle? Conviennent-elles à vos besoins? Pour le savoir, restez à l’écoute…

Joël Houle : Bienvenue à ce nouvel épisode de La Science simplifiée – le balado qui vous parle de l’excellent travail scientifique que font nos experts à Ressources naturelles Canada. Je m’appelle Joël Houle. Nous avons un épisode vraiment intéressant pour vous aujourd’hui. Nous parlerons de deux choses qui me tiennent à cœur : rester au chaud et économiser de l’énergie. La thermopompe est un concept intrigant et déroutant pour moi. Pour être honnête, je ne comprends pas très bien leur fonctionnement. Plus j’en sais à leur sujet, plus j’ai de questions. C’est en partie pour cette raison que j’ai pensé qu’il serait bon de faire un balado sur ce thème. Sur ce, accueillons maintenant notre invité pour qu’il puisse nous aider à faire la lumière sur la question des thermopompes.

Joël Houle : Nous avons avec nous aujourd’hui Philippe Simard, agent de développement technologique au Centre CanmetÉNERGIE à Varennes. Philippe, bienvenue à l’émission.

Philippe Simard : Merci, ça me fait plaisir.

Joël Houle : Pouvez-vous commencer par nous parler un peu de vous?

Philippe Simard : Oui. Je suis ingénieur mécanique, diplômé de l’Université de Sherbrooke et je travaille comme ingénieur de recherche et chargé de projet chez Ressources naturelles Canada depuis 2004. Au sein de Ressources Naturelles Canada ou RNCan, je travaille dans un centre de recherche qui s’appelle CanmetÉNERGIE. Il y a présentement quatre centres de CanmetÉNERGIE au Canada et je travaille dans celui qui est situé à Varennes, au Québec. J’ai travaillé en modélisation de systèmes de pompes à chaleur, de systèmes de réfrigération dans les arénas et dans les supermarchés. Présentement, je me concentre surtout dans la réalisation de projets de démonstration, notamment dans des projets où on a utilisé l’énergie solaire pour tester un système de climatisation, des pompes à chaleur haute température et des pompes à chaleur géothermique qui utilisent le CO2 comme fluide frigorigène.

Joël Houle : Pompe à chaleur et thermopompe, c’est la même chose?

Philippe Simard : C’est la même chose. Le mot thermopompe a une connotation peut-être un petit peu plus commercial, mais c’est la même chose qu’une pompe à chaleur. En anglais, il y a juste un terme qui est pompe à chaleur, « heat pump ». En français, on a cette ambiguïté-là, mais qui en fait n’en est pas une.

Joël Houle : On est ici pour parler de thermopompes ou de pompes à chaleur. C’est mieux de commencer par le commencement. C’est quoi une thermopompe? Qu’est-ce que c’est et qu’est-ce que ça fait?

Philippe Simard : Une pompe à chaleur, c’est un appareil qui généralement utilise de l’électricité. De toute façon, on va parler de pompe à chaleur électrique aujourd’hui. C’est un appareil qui utilise de l’électricité pour, entre guillemets, pomper ou aller extraire de la chaleur qui est comme cachée dans l’air extérieur, ou ça peut être dans un autre fluide, mais dans un endroit où normalement on ne serait pas capable d’utiliser cette chaleur. Puis, on peut la pomper, l’extraire et l’utiliser dans un endroit où on veut faire du chauffage. Si on prend par exemple les conditions de nos hivers canadiens où on a de l’air extérieur qui est à -10 degrés Celsius, évidemment -10 degrés Celsius, si on fait entrer de l’air à -10 dans une maison, on ne chauffera pas la maison, on va la refroidir. Avec une pompe à chaleur, on est capable d’aller chercher l’énergie et la chaleur qui est dans cet air pour l’amener dans la maison, puis avoir de l’énergie utile pour chauffer la maison. Cet appareil va consommer de l’électricité comme une plinthe chauffante, mais à la différence qu’une plinthe électrique va avoir une efficacité de 100 %, ou 99 % et quelques poussières. Donc, pour une unité d’électricité, on va obtenir une unité de chaleur avec une plinthe électrique. Avec une pompe à chaleur, si on regarde l’énergie qu’on obtient avec la pompe à chaleur divisée par l’électricité qu’on consomme, on va avoir des efficacités entre 200 et 400 %. Pour une unité d’électricité, on peut obtenir quatre unités de chaleur avec une pompe à chaleur. Sur une saison de chauffage au complet, une maison qui va utiliser une pompe à chaleur va consommer beaucoup moins d’électricité qu’une maison qui se chauffe avec des plinthes électriques. Est-ce qu’on a le temps d’expliquer comment ça fonctionne à l’intérieur de la machine?

Joël Houle : Oui, bien sûr.

Philippe Simard : Je peux essayer de vulgariser un peu comment ça fonctionne. Une pompe à chaleur, finalement, c’est un peu comme un système de réfrigération inversée. Dans un réfrigérateur, on a le côté froid qui est à l’intérieur du frigo et la chaleur est rejetée à l’arrière du frigo. Une pompe à chaleur, c’est un peu la même chose. C’est comme si on avait l’intérieur du frigo qui est à l’extérieur du bâtiment, puis la partie chaude du frigo est à l’intérieur du bâtiment. Pour arriver à faire ça, on met à profit le fait que les liquides ou les fluides, lorsqu’on change leur pression, leur point d’ébullition va changer. Si on se souvient d’une expérience qu’on a fait en science quand on était au secondaire, on sait que le point d’ébullition de l’eau à la pression ambiante, c’est 100 degrés Celsius. Si on prend un bol d’eau, qu’on le met dans une cloche sous vide, qu’on baisse la pression de l’eau, il y arrive une pression lorsque le vide est suffisamment fort où l’eau va se mettre à bouillir à la température ambiante. À 20 degrés Celsius, on peut faire bouillir de l’eau si la pression est suffisamment faible. C’est un peu le même principe qu’on utilise dans une pompe à chaleur.

Avec un compresseur, on va abaisser la pression du fluide pour que ce fluide puisse bouillir à la température extérieure. S’il fait -10 dehors, et si on arrive à baisser la pression suffisamment faible pour que son point d’ébullition descende à -15, le fluide va être à une température plus froide que le milieu extérieur et il va pouvoir absorber la chaleur du milieu extérieur. C’est comme ça qu’on arrive à tricher un peu. Ce qu’on va faire, on refroidit un fluide plus froid que la température extérieure. S’il fait 0 à l’extérieur, si on arrive à refroidir un fluide à -5, il va pouvoir absorber la chaleur de l’air extérieur. Après ça, on va le comprimer, on va le compresser et là, avec l’énergie de compression, le fluide va devenir plus chaud et cette chaleur va être rejetée dans la maison pour chauffer la maison.

Joël Houle : Super intéressant. Dans quel cas devrait-on opter pour une pompe à chaleur ?

Philippe Simard : La pompe à chaleur, c’est un appareil qui fonctionne à l’électricité. Dans la mesure où on a de l’électricité qui provient de sources renouvelables, c’est toujours un bon choix. Si on veut réduire nos émissions de gaz à effet de serre, c’est la technologie en ce moment qui est à préconiser pour réduire les GES ou gaz à effet de serre. L’autre chose aussi, selon la tarification énergétique qu’on va avoir, les pompes à chaleur, généralement au Canada, sont un bon choix, surtout au Québec, là où on a une situation privilégiée pour l’électricité par rapport au gaz ou à l’huile. En général, au Canada, et dans la plupart des provinces, il y a une étude qui a été faite par Ressources Naturelles Canada en 2020 et pour les endroits qui chauffent présentement à l’électricité ou au mazout, les coûts d’exploitation avec une pompe à chaleur étaient inférieurs comparativement à des plinthes électriques ou du mazout.

Pour ce qui est du gaz, il y a certaines provinces où les coûts d’opération au gaz étaient comparables avec une pompe à chaleur, mais en général, vu l’efficacité de 200 à 400 % de l’appareil, c’est un bon choix.

Maintenant, il y a aussi les types de maison. Il y a certains types de pompes à chaleur qui vont être mieux adaptées ou moins bien adaptées. Si on n’a pas de conduite de distribution d’air ou de tuyauterie de distribution d’eau chaude, on va d’abord opter pour une unité à air sans conduit. C’est une unité bi-bloc, ce qu’on appelle en anglais un « split unit » où on va avoir une unité extérieure et une petite unité murale, voire deux, qu’on va installer sur les murs, dans les pièces communes de la maison. L’avantage de cet appareil, c’est qu’il ne nécessite pas de réseau de distribution d’air, mais ça ne permet pas une distribution complète de la chaleur dans toutes les pièces. Ça va chauffer les aires communes de la maison, mais ça ne pourra pas, par exemple, chauffer la petite salle de bain à l’autre bout de la maison. Si on a des conduits, un système central de distribution d’air avec une fournaise électrique ou au mazout qu’on veut remplacer, là on peut placer une unité centrale dans le système central de distribution d’air et là on pourra distribuer de l’air chaud provenant de la pompe à chaleur dans toute la maison. Si on a un système à l’eau chaude qui fonctionne à basse température, on peut également utiliser une pompe à chaleur air-eau. On va avoir une unité extérieure à l’air et à l’intérieur, on peut avoir une unité qui va chauffer de l’eau plutôt que de l’air et conserver nos radiateurs à eau existants pour les raccorder à la pompe à chaleur.

Joël Houle : C’est une technologique qui a beaucoup de différentes configurations, qui a beaucoup de différentes demandes aussi. Si quelqu’un envisage d’installer une thermopompe ou une pompe à chaleur, quels sont les facteurs à prendre en considération?

Philippe Simard : Il y a plusieurs facteurs qu’on peut regarder outre celui de la volonté de vouloir réduire les gaz à effet de serre, parce que je pense que tout le monde est sensibilisé à ça. Le premier, c’est le coût de l’appareil et sa disponibilité. Évidemment, une plinthe chauffante coûte 100 $, un thermostat programmable, c’est 40 $. Si on fait abstraction du prix de l’électricien qui va faire l’installation, c’est très peu cher. Pour une pompe à chaleur bi-bloc, on parle de 3 000 à 4 000 $ pour des unités centrales. Pour un gros chalet, c’est beaucoup plus cher. Il y a un investissement initial à considérer là-dedans. Évidemment, il y a un retour sur l’investissement qui peut être payant, mais il y a un investissement initial. Ça, c’est un des facteurs à prendre en considération si on est en mesure de pouvoir s’offrir cet investissement initial.

L’autre facteur, c’est les subventions disponibles. Il y a pas mal toujours des programmes de subvention pour les rénovations domiciliaires. Au Québec, il y a Rénoclimat, Novoclimat, Chauffez vert, Hydro-Québec et d’autres compagnies d’utilité au Canada qui vont offrir des subventions pour l’installation de pompes à chaleur. Au niveau fédéral, il y a la Subvention canadienne pour des maisons plus vertes. Avec les programmes de subvention disponibles, il y a des années où il y a des meilleurs programmes de subvention. Parfois, ça vaut la peine d’attendre d’avoir accès à ces programmes de subvention.

Ensuite, il y a la disponibilité d’avoir des installateurs qualifiés dans la région. Je sais qu’au Québec, les pompes à chaleur, ça fait longtemps que c’est disponible, donc il y a beaucoup d’installateurs au Québec. Ce n’est peut-être pas le cas dans toutes les régions du Canada. C’est peut-être un facteur à considérer aussi d’avoir quelqu’un qui va pouvoir installer cet appareil, un entrepreneur de confiance qui est en opération depuis longtemps et qui va pouvoir faire le service. Parce que les pompes à chaleur, c’est un produit qui est mature technologiquement depuis assez longtemps au Canada, mais ça reste quand même un appareil complexe comparativement à une plinthe électrique. Ça prend des gens qualifiés pour en faire l’installation.

Ensuite, il y a l’état de la maison. Évidemment, si on possède une maison qui est mal isolée, qui est en mauvais état, l’installation d’une pompe à chaleur n’aura pas nécessairement tous les bénéfices qu’on aura dans une maison qui est bien isolée, étant donné que la maison va consommer plus d’énergie en raison des infiltrations, des fenêtres qui ont un moins bon rendement énergétique.

Ensuite, il y a différentes qualités au niveau des pompes à chaleur. Quand je dis qualité, je parle de la performance qu’on exprime sous forme de rendement saisonnier ou de coefficient de performance. Plus une unité est performante, moins elle va consommer d’énergie dans la même maison. Dans le même climat, dans la même maison, il y a des unités qui vont consommer moins d’énergie et il y a des unités qui vont consommer plus d’énergie. Évidemment, les appareils qui ont le meilleur rendement et qui donc vont consommer moins d’énergie vont être plus chers à l’achat, mais ils vont avoir une meilleure rentabilité à long terme sur la durée de vie de l’appareil.

Ensuite, il y a les endroits où on va pouvoir installer la pompe à chaleur. Il y a des règlements municipaux à considérer en région urbaine. Il va y avoir des dégagements à respecter sur les côtés de la maison par exemple. Ce sont des choses à vérifier avant d’installer une pompe à chaleur. Également, à l’intérieur de la maison, si on opte pour une unité sans conduits, donc une unité murale, il va falloir trouver un endroit dans la maison où l’installer. Ça, c’est un autre facteur à considérer.

Finalement, il y a le type de système de distribution de chaleur dans la maison. Est-ce qu’on a des conduits de distribution d’air ou pas? Est ce qu’on a un système hydraulique qui est relié à des radiateurs à eau chaude? Tout ça va influencer le type de pompe à chaleur qu’on va acheter.

Joël Houle : Vraiment, il y a beaucoup de choses à considérer.

Philippe Simard : Oui. Dans tous les cas, l’entrepreneur qui vend ce type d’appareils va être en mesure de conseiller le client.

Joël Houle : Super. À votre avis, Philippe, pourquoi les pompes à chaleur sont-elles aussi populaires, comme surtout à la grandeur de la fonction publique et dans les médias. Tu as mentionné la réduction de gaz à effet de serre, est-ce que c’est un des facteurs?

Philippe Simard : Je dirais que c’est le facteur principal. En ce moment au Canada, c’est la technologie qui est mise de l’avant, comme la technologie principale pour réduire les émissions de gaz à effet de serre dans les bâtiments, que ce soient les bâtiments résidentiels, mais également commerciaux ou les bureaux. Le gouvernement canadien fait le même constat également pour ses propres bâtiments. Le gouvernement fédéral a 37 000 bâtiments dans son parc de bâtiments. Il fait également le même constat que les pompes à chaleur électrique, dans la mesure où l’électricité va provenir de plus en plus de ressources renouvelables, c’est la technologie qui va permettre la meilleure réduction d’émissions de gaz à effet de serre dans les bâtiments. C’est la même chose aussi au niveau mondial. Si on regarde ce qui est avancé par l’Agence internationale de l’énergie, c’est la technologie qu’elle propose. C’est ce qui est mis de l’avant en ce moment également en Europe.

Il y a d’autres facteurs à considérer, comme le prix de l’énergie. On a assisté à une augmentation du prix du mazout l’année passée, du prix du pétrole et du prix du gaz. Lorsque le prix du gaz ou de l’huile augmente, ça augmente l’intérêt pour les systèmes de chauffage à l’électricité. La crise énergétique en Europe vient alimenter aussi cet intérêt. L’Europe veut diminuer sa dépendance au gaz. Même si leur électricité provient du gaz, en utilisant une pompe à chaleur, ils peuvent diminuer en ayant une efficacité de 300 %, mais ils peuvent diminuer par trois leur consommation d’énergie, donc leur consommation de gaz, en utilisant une pompe à chaleur. Ça, c’est un autre facteur qui alimente l’intérêt.

Autre chose aussi qui est un peu plus, pas mondain mais plus au niveau du confort, c’est que les pompes à chaleur, ça vient avec de la climatisation. C’est un élément de confort de plus qu’on peut s’offrir dans une maison, si on remplace notre système de chauffage au mazout ou de plinthes chauffantes. Si on installe une pompe à chaleur, le bonus qu’on a, c’est qu’on obtient un système de climatisation l’été pendant les journées chaudes.

Joël Houle : C’est un bon bonus. Ceci dit, il faudrait vraiment mentionner que les thermopompes ce n’est pas pour tout le monde. Quelles sont les idées fausses qui circulent souvent au sujet des thermopompes?

Philippe Simard : Là, on vient de parler de la climatisation. Une pompe à chaleur, ça ne sert pas seulement au chauffage, ça peut servir en climatisation aussi. On a déjà vu cette idée-là circuler, c’est faux. Une autre idée préconçue et qui est généralement fausse, c’est qu’une pompe à chaleur peut assurer le chauffage complet d’une maison au Canada sans chauffage auxiliaire. Généralement, ce n’est pas vrai.

La majorité des pompes à chaleur sur le marché, en ce moment, vont pouvoir fonctionner jusqu’à des températures extérieures de -15 à -20 degrés Celsius. Lorsqu’on a des températures très froides, la pompe à chaleur ne pourra pas assurer le chauffage de la maison et on va avoir besoin d’un système de chauffage auxiliaire qui peut soit être électrique, ou on peut conserver le système auxiliaire à une autre énergie, comme le gaz ou le mazout.

Maintenant, il y a des pompes à chaleur à climat froid qui ont fait leur apparition sur le marché au Canada, où la pompe à chaleur peut fonctionner jusqu’à -25 degrés Celsius, mais c’est un peu plus nouveau et ce sont des produits qui vont être plus chers et donc qui vont avoir des retours sur l’investissement plus longs.

Une autre idée préconçue, c’est qu’un gros appareil, une grosse pompe à chaleur, va être meilleure qu’une plus petite en pensant qu’on va pouvoir chauffer toute l’année avec. Ce n’est pas vraiment une bonne idée, parce que si on installe un appareil qui est trop gros, l’appareil va fonctionner avec ce qu’on appelle « à charge partielle », où l’appareil va devoir effectuer des cycles d’arrêt et de départ lorsque les charges de chauffage ne sont pas élevées, sont plus faibles.

La pompe à chaleur, si elle fonctionne à capacité partielle ou qu’on la fait arrêter et démarrer souvent, ça va diminuer beaucoup son efficacité. Ce n’est pas une bonne idée d’utiliser un appareil trop gros. Le dimensionnement de l’appareil est important dans le cas d’une pompe à chaleur.

L’autre idée, c’est que les pompes à chaleur ne peuvent pas fonctionner en climat très froid. Là, ça revient à ce que je disais tantôt. Il existe des pompes à chaleur qui peuvent fonctionner en climat froid, jusqu’à -25/-30, mais il s’agit d’appareils qui sont plus chers à l’achat et qui vont avoir des retours sur l’investissement plus longs, donc qui ne sont peut-être pas pour toutes les clientèles.

Le bruit, c’est quelque chose qui ressort aussi souvent dans les discussions. C’est sûr que dans les années 80, les premières pompes à chaleur qu’on installait étaient beaucoup plus bruyantes. Maintenant, les vitesses de ventilateurs ont diminué beaucoup et il y a beaucoup de recherche pour diminuer le bruit. C’est quelque chose qui est rendu très silencieux. C’est beaucoup moins un enjeu que c’était.

La dernière, ce n’est pas vraiment une fausse idée, mais c’est une nuance sur une fausse idée. C’est que les pompes à chaleur sont bonnes pour l’environnement. C’est vrai, mais avec peut-être quelques nuances. C’est que le réfrigérant ou le gaz frigorigène qu’on utilise à l’intérieur des pompes à chaleur, anciennement, c’était des substances qui détruisaient la couche d’ozone. Ce problème a été réglé il y a 20 ans. Maintenant, les fluides frigorigènes qu’on utilise dans les pompes à chaleur causent le réchauffement climatique lorsque le gaz s’échappe de la pompe à chaleur. Il y a beaucoup de recherche faite là-dessus, beaucoup de développement pour utiliser des produits qui vont moins réchauffer la planète. Il y a certains réfrigérants qui sont mieux que d’autres.

Puis finalement, il y a l’utilisation de l’électricité selon la provenance de notre électricité. Évidemment, si l’électricité provient des centrales au mazout, le fait d’installer une pompe à chaleur plutôt que de brûler du mazout directement dans la maison, on n’aura pas nécessairement le même effet que si l’électricité provient de sources hydroélectriques par exemple.

Joël Houle : Vous nous avez donné beaucoup d’informations, beaucoup de facteurs à considérer et d’informations à digérer. Si nos auditeurs souhaitent obtenir de plus amples renseignements sur les pompes à chaleur, est-ce que vous avez des ressources en ligne à leur recommander?

Philippe Simard : Il y a toujours les compagnies d’utilité publique qui souvent ont des aides en ligne, parfois des outils d’aide à la décision pour encourager les clients à convertir leur système de chauffage électrique, leurs plinthes chauffantes électriques à des pompes à chaleur. Les gouvernements provinciaux vont souvent offrir des subventions, puis ils vont avoir des ressources sur leur site Web. Même chose du côté du gouvernement fédéral, Ressources naturelles Canada a des guides. Il y a un guide de Ressources naturelles Canada qui s’appelle Le chauffage et le refroidissement à l’aide d’une thermopompe. RNCan a fait également une étude en 2020, où on évaluait la rentabilité économique des thermopompes à air, mais en climat froid, donc des appareils qui peuvent descendre jusqu’à -25 degrés Celsius.

Joël Houle : C’est parfait. Ce qu’on va faire, c’est qu’on va insérer des liens dans la description, comme ça nos auditeurs n’auront pas besoin de chercher. Ça va être plus facile de trouver l’information. Philippe, merci beaucoup d’avoir pris le temps de venir jaser avec nous aujourd’hui.

Philippe Simard : Ça m’a fait grand plaisir. Si vous avez d’autres questions, ça me fera plaisir de participer une autre fois à ce balado.

Joël Houle : Certainement, on va te ramener. Merci Philippe.

Philippe Simard : Excellent. Merci.

Joël Houle : On a reçu là une énorme dose d’information! J’imagine que, lorsqu’il est question de thermopompes, de nombreux points sont à prendre en considération. Si vous souhaitez explorer davantage l’univers des thermopompes, nous vous invitons à suivre les liens dans la description de l’épisode. Si vous avez aimé cet épisode, abonnez-vous à notre chaîne. Vous pouvez aussi nous envoyer des commentaires ou partager l’épisode sur les médias sociaux. La Science simplifiée a aussi un site Web et une chaîne YouTube que je vous recommande de visiter! Nous avons des articles et des vidéos intéressants sur le travail scientifique exceptionnel qui se fait ici à Ressources naturelles Canada. Les liens se trouvent aussi dans la description de notre épisode. Merci de votre écoute! Ne ratez pas notre prochain épisode.