Comparatif des types de pompes à chaleur pour les entreprises et les collectivités

La pompe à chaleur s'impose aujourd'hui comme l'un des leviers les plus efficaces pour décarboner les systèmes de chauffage et de climatisation. Mais derrière ce terme générique se cachent des technologies aux caractéristiques très différentes. Décryptage par un bureau d’études thermique des différents types de pompes à chaleur disponibles pour les entreprises, les collectivités et les industriels.

Les pompes à chaleur au cœur du plan d'électrification de la France

La transition énergétique du parc bâti français est entrée dans une phase décisive. Le 23 avril 2026, le gouvernement a présenté son plan d'électrification des usages, décliné en 22 mesures couvrant les grands secteurs d’activité.

L'ambition est clairement posée comme un enjeu de souveraineté nationale : d’ici 2030, 85 térawattheures de gaz devraient être remplacés par de l'énergie produite en France (environ 20 % des importations françaises de gaz).

Pour y parvenir, le plan prévoit plusieurs mesures structurantes, dont une nette montée en puissance des pompes à chaleur, avec un objectif d'un million de pompes à chaleur installées par an d'ici 2030.

Rappel sur le fonctionnement d’une pompe à chaleur (PAC)

La pompe à chaleur se distingue des systèmes de chauffage conventionnels par sa capacité à produire 3 à 6 kWh de chaleur pour chaque kWh électrique consommé. Ce rendement élevé repose sur un cycle thermodynamique en 4 étapes.Des calories sont prélevées depuis une source donneuse (air, sol, eau souterraine, chaleur fatale industrielle…) via un fluide frigorigène à basse pression et basse température. En passant dans un compresseur, ce fluide devient un gaz à haute pression et haute température. Son passage final dans un condenseur permet de récupérer sa chaleur pour la transférer à un système de chauffage ou d’eau chaude sanitaire (ECS).

Il existe deux grands types de pompes à chaleur, les PAC aérothermiques et les PAC géothermiques, qui se séparent ensuite en différentes technologies.

Les pompes à chaleur aérothermiques

Les PAC aérothermiques exploitent la chaleur contenue dans l'air extérieur.

Il s’agit du type de pompe à chaleur le plus répandu en raison de sa relative simplicité d'installation et de son coût d'investissement modéré.

Leur performance est toutefois sensible aux températures extérieures : plus il fait froid, plus leur rendement diminue (tout comme les puissances disponibles).

La PAC air/air

La PAC air/air transfère la chaleur directement à l’air intérieur, via différents types d’unités (splits muraux, cassettes, réseau de gaines).

Permettant de chauffer et de climatiser avec un seul et même système, ce type de PAC est adapté autant aux petites surfaces qu’aux grands volumes (entrepôts, grandes surfaces commerciales, halls d'exposition). Les solutions de type rooftop permettent également de centraliser la production tout en assurant le renouvellement de l'air.

La PAC air/air a toutefois des limites. Elle ne peut pas produire d’ECS et la gestion acoustique des unités extérieures doit être anticipée lors de la conception, notamment en milieu urbain.

L’été, le cycle peut fonctionner en sens inverse pour produire de l’air climatisé.

La PAC air/eau

La PAC air/eau puise également ses calories dans l'air extérieur, mais les transfère cette fois-ci à un réseau hydraulique. Elle peut ainsi alimenter des planchers chauffants, des radiateurs basse température, ou encore produire de l'eau chaude sanitaire. C'est la technologie aérothermique la plus polyvalente pour les bâtiments tertiaires.

Cette pompe à chaleur offre une grande efficacité énergétique et s'intègre plus facilement en remplacement d'une chaudière gaz ou fioul existante. À noter toutefois que la transition depuis ce type d’installation peut nécessiter des travaux importants.

Un projet de rénovation énergétique ?

Les pompes à chaleur géothermiques

La géothermie exploite la chaleur naturellement stockée dans le sous-sol ou dans les nappes d'eau souterraines.

Contrairement à l'aérothermie, la ressource géothermique présente une température stable tout au long de l'année, ce qui garantit des performances constantes et des coefficients de performance (COP) parmi les plus élevés du marché.

En revanche, les forages représentent un coût d'investissement généralement plus élevé. De plus, pour le prélèvement sur nappe, les contraintes hydrogéologiques et réglementaires sont plus strictes.

Akéa Énergies dispose de la certification OPQIBI 2013 pour la maîtrise d’œuvre des installations de production utilisant l’énergie géothermique.

Comment fonctionne un système géothermique ?

Les systèmes géothermiques se séparent en deux grandes familles distinctes :

• La géothermie de surface (très basse énergie) exploite la chaleur contenue dans les 200 premiers mètres du sous-sol, à des températures généralement comprises entre 10 et 20 °C ;
• La géothermie profonde (basse ou haute énergie) exploite des ressources situées à plus grande profondeur (jusqu’à plusieurs milliers de mètres), et à des températures élevées (30 à 150 °C, voire plus). Cette technologie étant techniquement et administrativement complexe, la géothermie profonde est réservée à la production de chaleur pour les réseaux de chauffage urbain.

Plus simple et moins coûteuse, la géothermie de surface représente la quasi-totalité des projets menés par les entreprises et les collectivités pour le chauffage et la climatisation de leurs bâtiments.

Toutefois, la température du sous-sol étant trop faible pour être directement injectée dans un réseau de chauffage, ce type de système nécessite l’installation d’une pompe à chaleur géothermique permettant de rehausser le niveau de température jusqu'aux conditions d'usage (35 à 55 °C).

L’installation d'un système géothermique dépend de paramètres géologiques, hydrogéologiques et thermiques qui varient d'un site à l'autre. Le recours à un bureau d'études spécialisé en pompes à chaleur est indispensable pour étudier la faisabilité de ce type de projet.

Les types de pompes à chaleur géothermiques pour les entreprises et les collectivités

Dans le cadre de la géothermie de surface, il existe deux technologies adaptées aux bâtiments professionnels : le captage sur sondes et le captage sur nappe.

Dans les deux cas, le recours à un bureau d'études spécialisé en géothermie est indispensable pour évaluer la faisabilité du projet et caractériser la ressource disponible.

Le captage sur sondes (PAC eau glycolée/eau)

Le captage sur sondes consiste à accéder à une ressource thermique stable via des forages pouvant aller de 10 à 200 mètres de profondeur.

Techniquement, un fluide caloporteur (eau glycolée) circule en circuit fermé dans un réseau de tubes enterrés verticalement dans le sol. Ce fluide absorbe la chaleur du sous-sol et la transfère à la pompe à chaleur, qui la rehausse pour alimenter le réseau de chauffage et/ou d’ECS du bâtiment.

L'absence de contact avec la nappe phréatique simplifie les démarches réglementaires et rend cette technologie applicable sur la majorité des sites.

Le captage sur nappe (PAC eau/eau)

La deuxième technologie est le captage sur nappe. Dans cette configuration, de l'eau est pompée depuis une nappe souterraine grâce à un premier forage dit « de production », puis transmise à une pompe à chaleur. On parle alors de « pompe à chaleur géothermique sur aquifère » ou « sur eau souterraine ». Une fois les calories extraites, l'eau est réinjectée dans la nappe via un second forage dit « de réinjection ». Contrairement au captage sur sondes, il s'agit donc ici d'un circuit ouvert.

Cette technologie offre d'excellentes performances thermiques grâce à la température stable de la nappe, mais elle est conditionnée à la présence d'un aquifère exploitable et à l'obtention d’autorisations réglementaires spécifiques.

D’autres technologies existent, comme les corbeilles géothermiques (échangeurs compacts en forme de spirale), ou les pieux géothermiques (tubes caloporteurs directement intégrés aux pieux de fondations du bâtiment). Elles sont toutefois beaucoup moins utilisées que les techniques de géothermie horizontale et verticale.

Confort d’été : l’avantage du géocooling

L'un des atouts distinctifs de la géothermie par rapport à l'aérothermie est la possibilité de recourir au géocooling (ou rafraîchissement passif).

Le principe est simple. Quelle que soit la saison, le sol se situe à une température inférieure à 20 °C. En été, il devient donc possible d'utiliser directement la fraîcheur du sous-sol pour rafraîchir le bâtiment, sans faire fonctionner la pompe à chaleur.

En cas de besoins de rafraîchissement plus importants, la pompe à chaleur peut aussi fonctionner en mode réversible, en complément du géocooling passif.

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Les pompes à chaleur industrielles

Contrairement aux bâtiments tertiaires, les acteurs industriels font face à un défi spécifique : générer une température plus élevée, voire très élevée ( vapeur > 100°C), pour les besoins de certains procédés.

Pour ce faire, les pompes à chaleur industrielles doivent prélever des calories dans une source plus chaude que le milieu extérieur. On parle alors de PAC haute température.

La PAC haute température classique

Une pompe à chaleur haute température est en réalité une PAC eau/eau qui puise des calories, non pas dans l’air ou le sol, mais dans une source ayant déjà une température plus élevée.

Cela peut se faire de deux manières :

• Soit en utilisant d’abord une PAC air/eau classique afin d’obtenir une température d’environ 45 °C, qui sera ensuite rehaussée par une PAC haute température dans un deuxième temps ;
• Soit en récupérant directement des calories sur une source de chaleur fatale, c'est-à-dire de chaleur rejetée comme sous-produit d'une activité (machines, fours, compresseurs, condenseurs, sécheurs…).

  Exemple concret

  Une industrie pharmaceutique a des besoins à la fois en vapeur (pour certains procédés) et en eau chaude (pour le chauffage des locaux).
  
  Solution retenue : suite à une analyse technico-économique globale, l’entreprise décide d’installer plusieurs PAC haute température, en partie sur de la récupération de chaleur fatale et en partie sur l’air extérieur.
  
  Résultat : ces nouvelles installations viennent substituer plus de 85 % des consommations des chaudières gaz, qui alimentaient jusqu’alors les réseaux de chauffage (du site et des procédés industriels).
  
  Suite à prévoir : la vapeur industrielle reste pour l’instant produite par du gaz mais un projet de décarbonation de ce système est en cours de réflexion.
  
  Rentabilité : le temps de retour brut de l’opération est de moins de 8 ans, hors aides et subventions.

La PAC à absorption

La PAC à absorption est une forme spécifique de PAC haute température.

Là où une pompe à chaleur classique fonctionne avec un compresseur électrique, la PAC à absorption fonctionne grâce à un cycle thermochimique entraîné par une source de chaleur (combustion de gaz naturel, chaleur fatale, combustion de biomasse…). Elle n’a donc pas besoin d’électricité (ou très peu) pour fonctionner.

Particulièrement intéressant pour la valorisation de chaleur fatale, ce type de PAC a aussi l’avantage notable de pouvoir être utilisé pour produire du froid.

Toutefois, les PAC à absorption souffrent de rendements moins intéressants et d’un marché peu développé (limitant l'offre disponible et la R&D sur le long terme).

Le cas particulier de la PAC à compression de vapeur

On ne peut pas parler de pompes à chaleur industrielles sans citer la PAC à compression de vapeur, bien qu’elle ait un usage très spécifique.

Cette PAC haute température utilise la recompression mécanique de vapeur (RMV), une technologie permettant de valoriser la chaleur contenue dans des vapeurs issues de procédés de concentration ou de séchage. Concrètement, un compresseur rehausse la pression et la température de ces vapeurs, les rendant ainsi réutilisables dans le même procédé.

Cette solution est particulièrement adaptée aux industries agroalimentaires, chimiques ou papetières.

Tableau comparatif des différents types de PAC

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Quel type de pompe à chaleur installer dans un bâtiment professionnel ?

Le choix de la PAC résulte d'une analyse multicritère, conduite par un bureau d'études spécialisé. Cette dernière est généralement réalisée à la suite d’un audit énergétique complet, et intègre plusieurs éléments :

• Les besoins énergétiques du bâtiment : chauffage (en kWh/an et en puissance de pointe), production d'eau chaude sanitaire, rafraîchissement, procédés…
• Les contraintes techniques du site : nature du sol et du sous-sol, surface foncière disponible, système existant, disponibilité de la ressource en eau, contraintes acoustiques et visuelles…
• La stratégie de décarbonation de la structure : solutions techniques à choisir en fonction des objectifs de l’entreprise ou de l’établissement public (baisse des consommations, réduction des émissions de gaz à effet de serre…) ;
• Le cadre réglementaire : études et dossiers spécifiques à réaliser selon la technologie, la profondeur, la puissance installée…
• Le coût et les aides disponibles : analyse financière à réaliser en tenant compte du montant global de l’investissement, des économies générées, des aides financières (CEE, Fonds Chaleur) et de la durée de vie de l'installation.
• Etc.

En tant que bureau d’études énergie, Akéa Énergies réalise les études de faisabilité et de dimensionnement nécessaires à l’installation d’une pompe à chaleur.

Plus globalement, nous accompagnons les entreprises, les collectivités et les copropriétés dans le choix de leur futur système de chauffage, à la fois sur le volet technique, mais aussi financier (optimisation du taux de retour sur investissement, montage des dossiers CEE et subventions, etc.).

Pour toute question sur un projet de pompe à chaleur, notre équipe d'ingénieurs se tient à votre disposition pour vous accompagner.