Histoire de la pompe à chaleur

Le développement de la pompe à chaleur a précisément commencé avec l’énorme besoin de refroidissement et le développement des premières machines frigorifiques. En 1834, la première machine à compression de vapeur qui contenait déjà tous les composants d’une pompe à chaleur moderne a été inventée pour produire de la glace artificielle.

L’utilisation du «côté chaud» de cette machine a été mise à profit à partir de 1850, principalement pour les processus d’évaporation destinés à l’extraction du sel de cuisine dans les salines, afin d’économiser les énormes besoins en bois et en charbon. La compression des vapeurs a donc été la première application de pompe à chaleur.  La première pompe à chaleur connue à des fins de chauffage uniquement a été installée en 1857 pour la saline d’Ebensee en Haute-Autriche.

La première pompe à chaleur de Suisse a été mise en service en 1877 à la saline de Bex. Cette installation était dotée d’un processus de pompe à chaleur ouvert et produisait environ 175 kg de sel de cuisine par heure en fonctionnement continu.

L’installation d’une pompe à chaleur destinée à remplacer les poêles à bois individuels de l’hôtel de ville de Zurich a constitué une étape notable. La rivière Limmat, dont la température moyenne était de 7 °C pendant la période de chauffe, constituait une source de chaleur idéale. L’eau de la rivière a été refroidie d’environ 1,5 K, la puissance thermique nominale était de 100 kW. Une température de départ du chauffage de 60 °C a été atteinte et un chauffe-eau à chauffage électrique a été installé pour couvrir les pics de consommation. Pour la première fois en Europe, la pompe à chaleur a également pu être utilisée pour le refroidissement des locaux en été.

Pendant et après la Première Guerre mondiale, la Suisse a souffert des difficultés d’importation accrues de l’énergie. Dès 1918, les discussions sur l’introduction de pompes à chaleur à des fins de chauffage ont commencé. En raison de la pénurie de charbon avant et pendant la Seconde Guerre mondiale, une soixantaine de pompes à chaleur ont été construites et mises en service en Suisse entre 1937 et 1955. Les principales sources de chaleur étaient l’eau des lacs, l’eau des rivières, les eaux souterraines et les rejets thermiques.

Les unités de climatisation pour le refroidissement et le chauffage ont également connu un essor aux États-Unis et au Japon, mais n’ont été que peu acceptées en Europe centrale et septentrionale. En France et en Allemagne, par exemple, les pompes à chaleur n’ont été utilisées que de manière sporadique.

La baisse constante des prix du pétrole au cours des années 1950 et 1960 et l’augmentation simultanée des prix de l’énergie électrique ont entraîné une stagnation des ventes de pompes à chaleur ainsi que leur développement. Cependant, grâce au développement des climatiseurs, le savoir-faire en matière de pompes à chaleur n’a pas été perdu.

L’embargo sur le pétrole de 1973 et la deuxième crise pétrolière de 1979/1980 ont conduit à une nouvelle concentration sur les énergies alternatives et ont énormément favorisé le développement de la technologie des pompes à chaleur. Il est vrai qu’en raison de la méconnaissance de la technologie et du scepticisme généralisé, un important travail de persuasion a dû être mené auprès des entreprises de chauffage, des architectes, des maîtres d’ouvrage, mais aussi des autorités. Néanmoins, un véritable boom des pompes à chaleur a eu lieu, mais il s’est brutalement arrêté en raison de l’immaturité de la technologie et d’une nouvelle baisse des prix du pétrole. 

Les pompes à chaleur développées en Suisse pour les maisons individuelles et les maisons bifamiliales utilisaient principalement l’air ambiant et le sol comme source de chaleur et couvraient une plage de puissance de 10 à 50 kW. Elles atteignaient des coefficients de performance annuels modestes de 1,9 à 2,3.

Les échangeurs de chaleur à plaques ont conquis le marché de la réfrigération et des pompes à chaleur dans les années 1970. En outre, la fabrication de compresseurs à spirales et à vis a commencé. L’introduction de microprocesseurs pour améliorer la technique de régulation a constitué une autre étape importante en matière de technologie des pompes à chaleur.

À partir des années 1990, de plus en plus de pompes à chaleur plus efficaces, plus fiables et moins coûteuses ont été disponibles. Les problèmes environnementaux croissants et l’augmentation des prix du pétrole ont stimulé l’intérêt pour les systèmes de chauffage alternatifs. Après 1998, la part de marché des pompes à chaleur dans les nouvelles constructions de maisons individuelles est passée à plus de 75%. La pompe à chaleur s’est également imposée dans le domaine de la rénovation, mais le potentiel reste important.

En Europe, les pompes à chaleur utilisant des réfrigérants naturels ont été mises au point très tôt. Les réfrigérants naturels et synthétiques ayant des propriétés thermodynamiques et chimiques différentes, le changement nécessite une nouvelle conception ou au moins une adaptation des principaux composants tels que les échangeurs de chaleur et les compresseurs, ainsi que de la stratégie de régulation. De surcroît, la compatibilité des matériaux et la minimisation de la teneur en réfrigérant sont d’autres défis à relever dans le cadre du développement. 

STIEBEL ELTRON a présenté et commercialisé la première pompe à chaleur au propane dès 1993.