Au-delà du froid : comment les systèmes au CO₂ deviennent le pôle énergétique du commerce alimentaire moderne

Par Sergei Mukminov, rédacteur en chef, Refindustry

Le Danfoss Smart Store ADC de Nordborg. Source : Danfoss A/S.

Un magasin de proximité danois a couvert 100 % de ses besoins de chauffage grâce à la chaleur fatale issue du froid pendant l’hiver le plus froid depuis plus de dix ans. Sur deux années d’exploitation, le même site a injecté 36 MWh de chaleur excédentaire dans le réseau de chaleur de sa ville et économisé près de 8 800 € sur la chaleur qu’il aurait autrement achetée à ce même réseau. La consommation électrique supplémentaire nécessaire pour fournir cette chaleur était, selon les termes de l’exploitant, marginale.

Le site est le Danfoss Smart Store ADC de Nordborg, équipé d’instruments et suivi depuis mai 2023.

La question qui se pose n’est plus de savoir si un système frigorifique au CO₂ peut chauffer un bâtiment. Il le peut. Les véritables questions sont de savoir dans quelle mesure ce modèle est transposable, combien il coûte et où il atteint ses limites. Lorsqu’un système au CO₂ transcritique assure simultanément le froid, le chauffage d’un bâtiment, la production d’eau chaude et l’injection de chaleur excédentaire dans un réseau de chaleur, dans quelle mesure ces performances se maintiennent-elles en dehors d’une installation de démonstration, et cela modifie-t-il la logique d’investissement ? Cette analyse de marché soumet ces questions à des exploitants, des fabricants, un consultant indépendant et un spécialiste indépendant de la formation en Europe et en Amérique du Nord. Leurs réponses ne sont pas identiques. Ensemble, elles décrivent une technologie qui est en passe d’être intégrée par défaut dans les constructions neuves en Europe, tandis qu’en Amérique du Nord, elle évolue encore des projets pilotes vers une adoption stratégique.

Pourquoi le CO₂ fournit une chaleur différente

L’intérêt du CO₂ comme source de chaleur n’est pas théorique. Dans un cycle transcritique, le refroidisseur de gaz rejette la chaleur sur un glissement de température plutôt qu’à un point de condensation unique, ce qui signifie que le fluide de travail quitte le refroidisseur à une température plus élevée qu’il ne quitterait un condenseur HFC. Cette réalité dans les installations est documentée par quatre fabricants dans cette analyse de marché.

Jeffrey Gingras, Chief Growth Officer chez Evapco Systems LMP à Laval, au Québec, fournit la gradation la plus explicite : « en exploitation commerciale, les systèmes au CO₂ peuvent fournir de manière fiable des températures d’eau comprises entre 35 et 45 °C dans la plupart des conditions, entre 50 et 60 °C avec une conception et une régulation appropriées, et jusqu’à 60 à 70 °C lorsque la récupération de chaleur est prioritaire ». À titre de comparaison, note Gingras, les systèmes HFC sont « largement limités à la récupération de chaleur à basse température », avec des températures de sortie typiques de 30 à 40 °C sans pénalité d’efficacité. Gingras souligne également que la récupération de chaleur fonctionne dans les deux sens : une stratégie de récupération optimisée procure un gain mesurable en sous-refroidissement, améliore l’efficacité du refroidisseur de gaz et réduit la charge de travail des compresseurs.

L’expérience de Modine correspond à la partie supérieure de cette plage. « Dans les installations au CO₂ transcritique en conditions réelles, et non en laboratoire, des températures d’eau récupérée de 60 à 70 °C peuvent être atteintes de manière fiable, avec des températures ponctuellement plus élevées selon la configuration du système », explique Umberto Di Barbora, Global Refrigeration Coolers Product and Marketing Director chez Modine. Selon ses termes, cela implique que la chaleur récupérée permet « la production directe d’ECS sans pompe à chaleur d’appoint » et « le remplacement direct des chaudières à gaz dans de nombreux environnements commerciaux et industriels ».

Andre Patenaude, Director, Business Development and Solutions Strategy chez Copeland, situe les centrales à un niveau supérieur : 60 à 88 °C pour les centrales booster au CO₂, contre 35 à 60 °C pour les groupes de condensation scroll au CO₂. Patenaude formule clairement la différence technique : « Contrairement aux systèmes HFC, les systèmes frigorifiques au CO₂ permettent une véritable valorisation de la chaleur récupérée, ce qui en fait une source d’énergie primaire potentielle. »

Massimiliano Sfragara, Product Management Director chez Enex Technologies, va encore plus loin. Selon lui, il est possible d’obtenir de l’eau récupérée à 80 à 90 °C, en fonction du type d’unité. Cette température ouvre la voie à des applications en dehors du commerce alimentaire. Sfragara cite les établissements vinicoles, où l’eau chaude récupérée à 80 °C est utilisée pour nettoyer les cuves à vin, en remplacement des chaudières à combustibles fossiles dans une étape du procédé qu’il est autrement difficile d’électrifier proprement.

En définitive, le CO₂ fait passer la récupération de chaleur de la catégorie du préchauffage, dans laquelle opèrent les HFC, à celle du remplacement direct des brûleurs. C’est cette évolution qualitative qui rend viable le modèle du pôle énergétique intégré.

D’une fonction unique à des usages multiples

Les usages effectifs de la chaleur récupérée se sont progressivement diversifiés. Sergio Girotto, fondateur et président honoraire d’Enex Technologies et l’un des premiers développeurs du froid au CO₂, décrit la hiérarchie observée dans le parc installé d’Enex : « L’eau chaude sanitaire vient en premier. Le chauffage des locaux arrive en deuxième position, autour de 50 %. Le rafraîchissement estival est moins fréquemment utilisé. C’est dommage, car grâce à l’éjecteur, il peut être mis en œuvre de manière très rentable. » L’injection de chaleur dans les réseaux de chaleur reste rare en Europe du Sud. Girotto précise qu’Enex l’a réalisée dans le cadre de projets en Finlande, où les infrastructures de chauffage urbain sont denses.

L’application située à la plus petite extrémité du spectre est peut-être la plus révélatrice. À Irún, en Espagne, un magasin de proximité de 100 mètres carrés couvre l’ensemble de ses besoins de froid et de chauffage avec un seul groupe de condensation Panasonic iCO2RE OCU-CRC150A08-D (15 kW MT). Selon Piotr Jabłoński, Senior Product Manager Refrigeration Europe chez Panasonic Heating & Cooling Solutions Europe, la chaleur récupérée sur le circuit R744 alimente directement une cassette DX de chauffage, supprimant ainsi la nécessité d’un système de chauffage distinct dans le magasin. « La récupération de chaleur de l’unité frigorifique constitue la principale source de chauffage, ce qui permet au magasin de fonctionner sans système de chauffage supplémentaire », explique Jabłoński.

À plus grande échelle, le même principe fonctionne par agrégation. La Cuisine Centrale de Puellemontier, en France, qui produit 5 000 repas par jour, utilise deux groupes de condensation Panasonic iCO2RE OCU-CR1000 fonctionnant en parallèle, ainsi qu’une troisième unité (OCU-CR400) pour une chambre froide négative. La chaleur récupérée sur les unités à moyenne température préchauffe environ 524 litres par heure d’eau chaude sanitaire à 55 °C, fournissant à la cuisine une moyenne annuelle de 2 871 litres par jour. Jabłoński décrit le résultat comme une « récupération de chaleur substantielle et stable » au sein d’une architecture au CO₂ décentralisée.

La Cuisine Centrale de Puellemontier, en France. Source : Panasonic Heating & Cooling Solutions Europe

L’opérateur allemand de commerce de gros alimentaire METRO a poussé l’intégration plus loin. Dans son nouveau magasin de Hamburg-Rahlstedt, ouvert le 11 novembre 2025, la chaleur récupérée constitue l’unique source de chauffage par le sol, sans pompe à chaleur ni appoint à combustible fossile. « Dans les nouveaux magasins comme celui de Hambourg, la récupération de chaleur est l’unique source du chauffage par le sol, sans pompe à chaleur ni énergie fossile », indique Olaf Schulze, Vice President Energy Management chez METRO Properties Holding GmbH à Düsseldorf. La même architecture est prévue pour le nouveau magasin METRO de Düsseldorf-Ulmenstraße, dont l’ouverture est programmée en 2027. Chez MAKRO Opole, en Pologne, la chaleur récupérée est utilisée toute l’année pour préchauffer l’eau des lave-vaisselle industriels, répondant ainsi à la question saisonnière de l’utilisation de la récupération de chaleur lorsque le chauffage des locaux n’est pas nécessaire.

Hamburg Rahlstedt METRO Deutschland. Source : METRO 

En Amérique du Nord, la situation se précise au Canada, où les climats annuels plus froids se traduisent par une saison de chauffage plus longue. Andre Patenaude indique que les équipes de services sur site de Copeland en Amérique du Nord constatent qu’« une écrasante majorité des distributeurs canadiens qui utilisent le CO₂ comme fluide frigorigène l’exploitent également pour le chauffage des locaux », avec un taux d’adoption proche de 95 % parmi les distributeurs équipés au CO₂. Trois architectures d’intégration sont courantes : la récupération directe de la chaleur du gaz de refoulement vers une unité en toiture, une boucle glycolée reliant la centrale au CO₂ à une ou plusieurs unités en toiture, et le préchauffage de l’eau chaude au moyen d’échangeurs de chaleur installés sur la centrale et alimentant des ballons de stockage.

Le Smart Store se situe à l’extrémité supérieure du spectre d’intégration. Sur deux années d’exploitation, indique Hans Ole Matthiesen, Senior Director, Global ADC chez Danfoss A/S, la chaleur récupérée a couvert 100 % des besoins de chauffage du magasin et d’un bâtiment de laboratoire adjacent, les deux tiers étant destinés au magasin et un tiers au laboratoire. Les 36 MWh injectés dans le réseau de chaleur local représentent uniquement l’excédent produit pendant les mois les plus chauds. « En 2025, nous n’avons vendu de la chaleur que pendant les périodes les plus chaudes, mais nous nous préparons à l’avenir à injecter de la chaleur en fonction des signaux de prix », explique Matthiesen.

Smart Store ADC, Nordborg : chaleur récupérée chaque mois, besoins couverts sur site et chaleur injectée dans le réseau de chaleur, 2025. Source : Danfoss A/S.

Quand l’investissement est réellement rentable

La récupération de chaleur entraîne un coût supplémentaire pour un système booster au CO₂. Trois estimations indépendantes de fabricants situent ce surcoût à environ 5 à 10 %. La suite dépend du coût local du chauffage, du climat, des heures de fonctionnement et de l’utilisation faite de la chaleur récupérée.

Les temps de retour sur investissement les plus courts sont observés sur le marché européen, où les prix actuels du gaz et la pression réglementaire en faveur de la décarbonation renforcent l’intérêt économique. Andre Patenaude indique que les groupes de condensation scroll au CO₂ de Copeland équipés du module de récupération de chaleur et vendus en Europe atteignent généralement un temps de retour sur investissement compris entre 0,8 et 2,5 ans, selon la taille du système et sa puissance de chauffage. Les systèmes plus grands sont amortis plus rapidement, car leur capacité de récupération de chaleur est plus élevée.

Massimiliano Sfragara avance un ordre de grandeur similaire : un surcoût de 5 à 10 %, avec un temps de retour sur investissement inférieur à deux ans lorsque la chaleur récupérée remplace une chaudière à combustible fossile. Le chiffre exact dépend des prix locaux du combustible.

La fourchette de Modine est plus large et explicitement régionale. « Compte tenu des prix actuels de l’énergie et des pressions liées au carbone, des temps de retour sur investissement de 2 à 5 ans sont réalistes lorsque la chaleur remplace des chaudières à combustibles fossiles » en Europe, explique Di Barbora. En Amérique du Nord, ils sont plus longs, généralement de 4 à 7 ans, « ce qui reflète des prix du gaz plus faibles et des dispositifs d’incitation inégaux, même si des programmes étatiques comme CARB FRIP en Californie raccourcissent les délais de retour sur certains marchés ».

Un cas commercial documenté se situe dans cette fourchette. L’installation de la Cuisine Centrale de Puellemontier, qui offre une capacité de récupération de chaleur de 30 kW à partir de deux unités au CO₂ à moyenne température, a atteint son temps de retour sur investissement en deux ans et deux mois sans subventions, sur la base de 310 jours de fonctionnement par an à raison de huit heures par jour.

Le Smart Store présente un tableau financier plus complexe, car une partie de la chaleur est vendue plutôt qu’autoconsommée. Hans Ole Matthiesen décrit une asymétrie structurelle du marché danois du chauffage urbain : « dans notre réseau local, il existe un écart important entre le prix d’un MWh de chaleur vendu (~32 €) et celui d’un MWh de chaleur acheté (~100 €) ». Sur deux ans, le Smart Store a injecté 36 MWh dans le réseau de chaleur local, tout en économisant près de 8 800 € sur la chaleur qu’il n’a pas eu à acheter. L’augmentation de la consommation électrique de la centrale nécessaire pour fournir cette chaleur a été marginale. Matthiesen est direct au sujet du modèle économique : « vendre de la chaleur est pertinent si le raccordement au réseau existe déjà et si la chaleur récupérée est disponible à un coût faible ou nul ».

Le point de vue indépendant nuance les chiffres de temps de retour sur investissement mis en avant. Jonas Schoenenberger, Head of Research and Development chez Frigo-Consulting Ltd. à Berne, en Suisse, présente les variables qui déterminent les résultats : « les principaux facteurs de décision sont le nombre annuel d’heures de fonctionnement, la simultanéité des besoins de chauffage et de froid, les températures de retour pouvant être atteintes et la part de la chaleur récupérée qui peut être utilisée sur site ». Schoenenberger met en garde contre les hypothèses générales dans un sens comme dans l’autre. « Un modèle de simulation propre au projet, qui évalue la charge frigorifique, les besoins de chauffage et les données climatiques locales, constitue une base de décision bien plus fiable que des estimations subjectives. »

Où le modèle atteint réellement ses limites

La technologie est mature. Les défaillances se concentrent ailleurs. Quatre obstacles reviennent dans les entretiens sur lesquels repose cet article.

Le premier est une rectification technique d’un argument marketing courant. Les fabricants ont tendance à promouvoir les températures de départ élevées que les systèmes au CO₂ peuvent fournir. Schoenenberger insiste sur le fait que la contrainte déterminante se trouve de l’autre côté de la boucle. « Le facteur le plus critique est la température de retour d’eau du circuit de chauffage. Si les températures de retour sont supérieures à celles prévues lors de la conception, la capacité de récupération de chaleur disponible et l’efficacité diminuent immédiatement. » Sfragara confirme le même effet du côté des pompes à chaleur de la gamme de produits d’Enex : « l’une des difficultés que nous rencontrons avec les pompes à chaleur au CO₂ est la température élevée de retour de l’eau chaude, qui réduit l’efficacité du cycle au CO₂ ». Deux voix indépendantes, un consultant et un fabricant, désignent le même goulot d’étranglement physique. L’expérience d’Evapco en matière de mise en service va dans le même sens : selon Gingras, la cause la plus fréquente des performances insuffisantes d’une installation de récupération de chaleur n’est pas un manque de chaleur, mais une régulation qui ne parvient pas à donner la priorité à la récupération en fonction des besoins du bâtiment en chauffage, en eau chaude et en déshumidification.

Le deuxième obstacle est organisationnel. Les frigoristes et les concepteurs CVC sont issus de disciplines différentes et partagent rarement une vision globale du système. Girotto décrit précisément ce décalage : « l’équipe “froid” suppose que l’équipe “CVC” comprend le fonctionnement des systèmes au CO₂, par exemple le glissement de température en fonctionnement transcritique et son incidence sur le circuit, ou elle peut ne pas avoir conscience de la variabilité de la charge thermique et de la chaleur récupérable ». Di Barbora parvient à une conclusion similaire à partir de l’expérience de Modine en matière de mise en service : « du point de vue technologique, le goulot d’étranglement est rarement le CO₂. Il s’agit du manque de vision commune du système énergétique ».

Ce décalage n’est pas seulement une question de conception. Il réapparaît sur le terrain. Trevor Matthews, fondateur de l’organisme de formation indépendant Refrigeration Mentor, forme des techniciens au CO₂ depuis 2015. Selon lui, la récupération de chaleur augmente fortement les compétences requises, car « le système frigorifique devient partie intégrante de la stratégie énergétique globale du bâtiment », et le technicien doit désormais maîtriser simultanément le froid, les interactions avec le CVC, l’hydraulique, la logique de récupération et la régulation. D’après son expérience, la plupart des performances insuffisantes en matière de récupération de chaleur sont dues à des facteurs humains plutôt que mécaniques : « de nombreux problèmes trouvent leur origine dans la mise en service, la configuration de la régulation, le positionnement des sondes, les séquences de fonctionnement, le manque de coordination entre les corps de métier ou simplement le manque de formation et d’expérience ». Lorsqu’un magasin manque de chaleur récupérée en hiver, il s’agit rarement d’une défaillance matérielle. La cause est généralement un mauvais réglage de la régulation, une récupération qui n’a jamais été priorisée, des problèmes de débit de glycol ou une mauvaise coordination au démarrage. Il souligne également une fragmentation structurelle, l’installation, la mise en service, la régulation et la maintenance étant réparties entre différents prestataires, sans qu’aucune partie ne soit responsable des performances de bout en bout.

La courbe d’apprentissage est encore ralentie sur deux fronts. Matthews note que les fabricants ne documentent pas toujours intégralement leurs stratégies de régulation, ce qui oblige les techniciens à « lire entre les lignes, apprendre par l’expérience ou participer à des programmes de formation très spécifiques des fabricants » pour comprendre comment un système est censé fonctionner. En outre, les compétences ne peuvent pas être acquises rapidement : un technicien disposant de bases solides a besoin d’un à deux ans pour être à l’aise avec un système booster au CO₂ standard, et davantage encore pour une intégration complète de la récupération de chaleur. La courbe varie également selon les régions. Au Canada, les techniciens pratiquent la récupération de chaleur sur les systèmes HFC depuis des décennies et partent avec un avantage dont ne disposent pas les marchés sans cet historique.

Le troisième obstacle se manifeste spécifiquement dans les rénovations. Les nouveaux magasins peuvent être conçus dès le départ autour de la chaleur récupérée. Les magasins existants disposent d’infrastructures CVC dimensionnées pour une autre source thermique. « Dans les magasins existants, nous constatons un conflit avec le dimensionnement du système de chauffage conventionnel en place », indique Olaf Schulze. La solution est parfois opérationnelle plutôt que mécanique. Après l’ouverture du Smart Store, l’équipe de Matthiesen a découvert que le chauffage des cordons antibuée avait été réglé par l’ingénieur de mise en service pour fonctionner à 100 % en permanence et qu’il s’agissait d’une pratique courante. Le passage à un chauffage adaptatif des cordons antibuée, piloté en fonction de l’humidité, a réduit de 32 % du jour au lendemain la consommation énergétique des compresseurs basse température et des meubles frigorifiques. Selon Matthiesen, la leçon portait sur les compétences en matière de mise en service, et non sur les équipements.

Le quatrième obstacle est contractuel. Schoenenberger souligne une réticence structurelle des distributeurs à s’engager dans des contrats de fourniture de chaleur à long terme avec des tiers, même lorsque la pertinence technique est établie. Les dispositifs impliquant plusieurs parties, des structures juridiques complexes ou des acheteurs externes rencontrent des difficultés supplémentaires. « Dans la pratique, des structures de propriété et de parties prenantes plus simples tendent à favoriser un déploiement plus large », explique Schoenenberger.

Perspectives

Deux fabricants et un consultant s’accordent à dire que la trajectoire européenne s’oriente vers une standardisation dans les trois à cinq prochaines années. « D’ici 3 à 5 ans, la récupération de chaleur devrait devenir une “norme de fait” dans les nouvelles installations au CO₂ du commerce alimentaire », affirme Di Barbora, qui cite la réduction progressive prévue par F-Gas dans l’UE, les restrictions potentielles sur les PFAS affectant les HFO et le reporting CSRD comme facteurs d’accélération. Schoenenberger ajoute qu’en Suisse, la réglementation oblige déjà les exploitants à valoriser la chaleur fatale lorsque cela est économiquement réalisable, et que les marchés d’Europe de l’Est se montrent très ouverts à cette technologie, même sans cadres réglementaires comparables.

Il existe toutefois un désaccord utile sur la question de savoir si ce qui est « standard » deviendra « obligatoire ». Sfragara est sceptique : « nous ne pensons pas que cela deviendra obligatoire, mais cela peut être encouragé par des dispositifs d’incitation ». Cette distinction est importante. Un marché peut parvenir à une adoption pratiquement universelle grâce à l’économie et aux normes d’approvisionnement, sans obligation légale.

La trajectoire de l’Amérique du Nord est façonnée différemment. Andre Patenaude cite les normes d’efficacité énergétique des bâtiments Title 24 de la Californie, qui imposent déjà la récupération de chaleur pour les systèmes frigorifiques, quel que soit le fluide frigorigène, et s’attend à ce que d’autres États poursuivant des objectifs climatiques comparables suivent cette voie. Modine met en avant CARB FRIP comme un programme qui raccourcit déjà les temps de retour sur investissement sur certains marchés. L’orientation fédérale est plus difficile à prévoir.

La réglementation fixe le rythme. La main-d’œuvre détermine le plafond. Matthews considère l’intégration des systèmes et la régulation comme le déficit de compétences que le secteur doit le plus impérativement combler à mesure que la récupération de chaleur devient une pratique courante. Selon lui, il incombe conjointement aux fabricants, aux entreprises et aux organismes de formation d’y remédier.

Aux distributeurs qui examinent aujourd’hui cette question, le consultant interrogé dans cet article apporte une réponse directe. « Dans la plupart des applications du commerce alimentaire, notre réponse honnête serait oui », affirme Schoenenberger lorsqu’on lui demande si le surcoût de la récupération de chaleur vaut la peine d’être payé.

Le constat plus général vient de Modine. « À mesure que l’adoption du CO₂ progresse, la véritable valeur ne réside plus uniquement dans le choix du fluide frigorigène, mais dans l’efficacité avec laquelle la chaleur récupérée est intégrée au système énergétique global du bâtiment. »

Cet article fait partie de l’édition spéciale CO₂ Refrigeration & Heat Recovery (Refrigeration industry 2026/2)

Au sommaire de ce numéro :

• Migros Bellinzona (Eliwell) : chaudière supprimée, −20 % d’énergie, 3 300 m³ de gaz économisés par an

• Supermarché roumain (Enex × Frigotehnica) : 127 kW de chaleur récupérée grâce à la technologie d’éjecteur de liquide

• BITZER Australia (SWEP) : le CO₂ transcritique maintient la température sous une chaleur de 48 °C à Sydney

• Refra : systèmes au CO₂ en conteneurs pour un dépôt de 44 129 m² à Londres

• Eurovent Certification : des refroidisseurs de gaz affichant des performances jusqu’à 53 % inférieures aux données déclarées

• Entretiens : Johnson Controls, Enex Technologies, Refrigeration Mentor

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