Références
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Auteur(s)
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Christophe MARVILLET : Professeur du CNAM - Titulaire de la chaire d’énergétique appliquée – Enseignant à l’IFFI et à l’ENSIATE
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Lire l’articleINTRODUCTION
La consommation d’énergie primaire de la France s’élève à 2 571 TWh en 2020 (en données non corrigées des variations climatiques). Le bouquet énergétique primaire réel de la France se compose de 40 % de nucléaire, 28 % de pétrole, 16 % de gaz naturel, 14 % d’énergies renouvelables et déchets et 2 % de charbon. À l’exception des énergies hydraulique, photovoltaïque et éolienne (qui représentent à elles trois une somme de 117 TWh), les énergies primaires sont dans un premier temps transformées en énergie thermique puis pour certaines en énergie mécanique et électrique. L’énergie finale alors consommée pour les usages du bâtiment, des transports et de l’industrie, est évaluée à près de 1 600 TWh annuels (année 2020).
Dans cette fiche, nous nous limitons aux usages thermiques strictement industriels (hors production d’électricité) pour les utilités et les procédés de transformation industrielle par l’intermédiaire de chaudières ou de fours.
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Faire appel aux énergies renouvelables thermiques4. Intégrer des pompes à chaleur dans les procédés industriels pour la production de chaleur
4.1 Principe d’une pompe à chaleur
La pompe à chaleur est un dispositif permettant de transférer de l’énergie thermique d’un milieu à basse température (source froide) vers un milieu à haute température (source chaude). Ce dispositif permet donc d’inverser le sens naturel du transfert spontané de l’énergie thermique. Selon le sens de fonctionnement du dispositif de pompage, une pompe à chaleur peut être considérée comme un système de chauffage, si l’on souhaite augmenter la température de la source chaude, ou de réfrigération, si l’on souhaite abaisser la température de la source froide. Pour la production de chaleur, le procédé diffère du chauffage classique, dans lequel un corps est chauffé (par effet Joule, par combustion, ou par tout autre procédé). Lorsque le dispositif de pompage fournit simultanément chauffage et réfrigération, le système est une thermofrigopompe.
La pompe à chaleur consomme une énergie primaire pour permettre ce transfert entre source froide et source chaude. Leurs performances sont caractérisées par les quatre paramètres suivants :
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la température maximale de la source chaude ;
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la température minimale de la source froide ;
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la puissance thermique fournie par la pompe à chaleur ;
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le coefficient de performance (COP), qui est le rapport entre la puissance thermique fournie par la PAC et la puissance thermique fournie à la PAC (mécanique pour les PAC à compression ou thermique pour les PAC à sorption).
L’énergie fournie à la PAC pour son fonctionnement est d’origines diverses.
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Énergie mécanique et électrique, dans le cas d’une pompe à chaleur à compression de loin la plus utilisée tant dans le bâtiment que dans l’industrie : la source chaude ne peut excéder 120 °C. Le COP est compris entre 1,5 et 3 suivant la différence de température entre les sources.
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Énergie thermique à haut niveau de température pour les solutions alternatives.
Un point d’attention concerne les fluides frigorigènes utilisés pour le cycle thermodynamique des PAC à compression notamment à haute température (de 60 °C à 120 °C). Comme dans toutes les pompes à chaleur et les groupes de réfrigération à compression,...
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