Des chercheurs de l’ETH Zurich ont mené la plus grande étude de terrain à ce jour pour déterminer si les pompes à chaleur fonctionnent de manière efficace. Il s’avère que ces appareils ne sont souvent pas configurés de manière optimale. Des systèmes de contrôle et des normes légales pourraient permettre d’y remédier.
Les pompes à chaleur sont actuellement la source de chaleur la plus demandée en Suisse. Depuis l’an 2000, leur nombre a été multiplié par plusieurs et un bâtiment sur cinq est aujourd’hui chauffé au moyen d’une pompe à chaleur. Ces appareils apportent une contribution importante à l’objectif net zéro de la société dans son ensemble. Cependant, elles augmentent la consommation d’électricité, d’où l’importance d’un fonctionnement efficace. La plupart des propriétaires ne peuvent pas dire si leurs unités ont été correctement configurées. Or, la confiance et l’acceptation du déploiement de technologies respectueuses du climat dépendent de leur efficacité, car celle-ci se répercute directement sur les factures d’énergie.
Étude de terrain à l’échelle européenne
Dans la plus grande étude de terrain réalisée à ce jour, des chercheurs de l’ETH Zurich ont étudié le fonctionnement efficace des pompes à chaleur. Pendant deux ans, ils ont recueilli des données en temps réel sur 1 023 unités dans dix pays européens, dont l’Allemagne, l’Autriche, les Pays-Bas, la Suède, le Danemark, la France et le Royaume-Uni. L’objectif de l’étude était de mettre au point un système permettant de comparer les appareils entre eux de manière standardisée, même s’ils étaient installés dans différents types de bâtiments. Les auteurs de l’étude n’ont eu accès qu’aux données d’un seul fabricant, mais ils estiment que leurs conclusions s’appliqueront également à d’autres.
« Nos résultats peuvent être interprétés de manière universelle, car les données collectées et les algorithmes reposent exclusivement sur des mesures physiques telles que la température de départ et la consommation d’énergie« , commente Tobias Brudermüller, l’un des principaux auteurs.
Des configurations incorrectes entraînent un gaspillage d’énergie
Au cours de la période d’observation, des différences considérables de performance sont apparues. Les unités présentant les niveaux d’efficacité les plus faibles étaient, dans certains cas, deux ou trois fois moins efficaces que celles présentant les niveaux d’efficacité les plus élevés. En fait, 17 % des pompes à chaleur aérothermiques n’atteignaient pas les normes d’efficacité européennes.
L’optimisation du réglage de la courbe de chauffage résoudrait ce problème pour de nombreux appareils, ont-ils déterminé. Les chercheurs de l’ETH ont également montré dans leur étude qu’un appareil sur dix était trop grand. Un appareil moins puissant aurait suffi pour les conditions prévalant dans le bâtiment et aurait consommé moins d’électricité. En revanche, seul 1 % des appareils étaient trop petits, ce qui peut entraîner une surcharge des appareils et les faire tomber en panne plus rapidement.
Même si nous savions que les erreurs de planification et de configuration des pompes à chaleur n’étaient pas rares, nous avons été surpris de voir à quel point elles se reflétaient dans les niveaux d’efficacité réels atteints, et à quel point elles apparaissaient clairement dans les données« , déclare Thorsten Staake, coprésident du Bits to Energy Lab de l’ETH Zurich.
Les pompes à chaleur en Suisse pourraient être plus efficaces
En 2023, Tobias Brudermüller a réalisé des études similaires en Suisse en collaboration avec des partenaires de l’industrie, de l’Office fédéral de l’énergie et du fournisseur d’électricité du canton de Zurich (EKZ).
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Ces études étaient basées sur les données de consommation d’électricité des ménages suisses équipés de compteurs intelligents et évaluées à l’aide de l’intelligence artificielle. Ces études ont permis de déterminer que 41 % des 410 unités étudiées avaient leur courbe de chauffage réglée trop haut, de sorte que les pompes à chaleur devaient générer une hausse de température inutilement élevée.
Dans 36 % des cas, le mode nuit à température réduite a été activé, ce qui a eu pour effet de refroidir le bâtiment pendant la nuit et de devoir le réchauffer le matin. Dans 26 % des cas, le seuil de chaleur a été réglé trop haut, ce qui signifie que les unités ont fonctionné plus longtemps que nécessaire compte tenu de la température extérieure.
Conseils d’efficacité pour les propriétaires de pompes à chaleur:
- Une température de départ aussi basse et constante que possible (entre 35°C et 55°C, selon le bâtiment) est un indicateur de fonctionnement efficace.
- Vous pouvez savoir si vous avez un bon rapport entre la consommation d’électricité et la chaleur produite grâce au facteur de performance annuel, qui doit être supérieur à trois. Celui-ci peut généralement être vérifié sur une application ou sur le panneau de commande de la pompe à chaleur.
- Un fonctionnement constant indique que l’appareil est bien configuré. Veillez à ce que l’appareil ne s’allume et ne s’éteigne pas trop fréquemment.
Nécessité d’outils numériques
Afin de garantir l’efficacité sur l’ensemble du cycle de vie, les auteurs de l’étude suggèrent de standardiser le suivi des unités sur l’ensemble du territoire européen. « Nous ne disposons pas encore des conditions-cadres nécessaires à l’élaboration de normes techniques adaptées à la diversité des situations dans les bâtiments réels« , ajoute Brudermüller.
En développant leurs algorithmes, ils souhaitent fournir aux ménages des informations spécifiques sur le potentiel d’optimisation de leurs pompes à chaleur. Les données des capteurs des appareils de chauffage connectés au web et des compteurs intelligents, en particulier, ouvrent de nouvelles possibilités.
« Ces données aideront les propriétaires à mieux connaître leurs appareils, à réduire leurs factures d’énergie et à être plus satisfaits de leurs appareils. Ces données aideront les propriétaires à mieux connaître leurs logements, à réduire leurs factures d’énergie et à améliorer la satisfaction à l’égard de leurs logements, ce qui permettra à ces systèmes de s’imposer plus rapidement et aux objectifs climatiques d’être atteints plus tôt« , explique M. Brudermüller.
Elgar Fleisch conclut : « Les pompes à chaleur sont déjà une technologie avancée pour le chauffage respectueux du climat. L’étape suivante consiste à rendre leur fonctionnement plus intelligent et plus efficace. Nos études sur le terrain jettent les bases qui permettront d’introduire rapidement cette innovation dans les foyers et de la concrétiser directement sous la forme d’une réduction des factures d’énergie.«
Références
Brudermüller T, Potthoff U, Fleisch E, Wortmann F, Staake T : Estimation de l’efficacité énergétique des pompes à chaleur dans les bâtiments résidentiels à l’aide de données d’exploitation réelles. Nature Communications, 22 mars 2025, doi : page externe 10.1038/s41467-025-58014-y
Brudermüller T, Staake T : page externe KI in der Wärmepumpenberatung . Bundesamt für Energie , 18 décembre 2024
