Par : Ilana Koegelenberg
Les pompes à chaleur industrielles s’imposent comme une technologie essentielle pour décarboner la chaleur de procédé et les réseaux de chauffage urbain. Alors que les fabricants repoussent désormais les limites de température au-delà de 120 °C et qu’il est de plus en plus admis que les systèmes de chauffage et de refroidissement doivent fonctionner comme des solutions intégrées plutôt que comme des équipements isolés, les pompes à chaleur passent également d’applications de niche à des solutions courantes. Quelle direction prend la technologie et quels obstacles subsistent ?
Les tendances régionales d’adoption reflètent les politiques et les réalités économiques
Le rythme d’adoption des pompes à chaleur industrielles varie considérablement selon les régions, sous l’effet d’une interaction complexe entre les mentalités, les prix de l’électricité, les infrastructures existantes et le soutien des pouvoirs publics. Les pays nordiques sont en tête du déploiement mondial, grâce à des rapports de prix électricité-gaz favorables et à plusieurs décennies d’expérience opérationnelle éprouvée.
Ivan Rangelov, responsable des pompes à chaleur industrielles chez Danfoss A/S, identifie plusieurs facteurs clés ayant influencé leur essor. « Les pays nordiques affichent les taux de déploiement les plus rapides pour les pompes à chaleur industrielles. Cela s’explique par le très faible rapport entre les prix de l’électricité et du gaz dans ces pays, proche de 1, ainsi que par le fait que les pompes à chaleur constituent déjà une technologie éprouvée en Scandinavie depuis plusieurs décennies. »
Les vastes infrastructures de chauffage urbain en Scandinavie offrent un avantage supplémentaire, en permettant aux pompes à chaleur de remplacer entièrement les chaudières dans de nombreuses applications. Parallèlement, l’Europe centrale et méridionale connaît des taux d’adoption plus faibles, car les rapports de prix électricité-gaz y restent moins favorables à la rentabilité des pompes à chaleur. La moindre demande de chauffage dans les régions méridionales réduit encore l’incitation économique à investir dans ces équipements.
Les récents événements géopolitiques redessinent le paysage du marché. Les fluctuations du prix du gaz et l’insécurité d’approvisionnement consécutive aux perturbations des importations de gaz naturel ont accéléré l’intérêt de l’Europe pour les solutions de chauffage électrifiées. Rangelov constate une évolution de la dynamique, même sur les marchés traditionnellement dépendants du gaz. « L’intérêt pour les pompes à chaleur progresse également dans des pays comme le Royaume-Uni, où le prix du gaz était auparavant beaucoup trop bas, mais où l’intérêt s’est récemment renforcé. »
L’Amérique du Nord présente un tableau différent. Bien que le continent accuse un retard sur l’Europe en matière de déploiement, Rangelov constate une dynamique croissante. « Nous observons un intérêt accru pour les pompes à chaleur sur le marché nord-américain et nous avons déjà plusieurs projets en cours. Nous pensons que le marché canadien progressera rapidement, notamment en raison des faibles prix de l’électricité. »
Types de technologies et applications ciblées
Le marché des pompes à chaleur industrielles est dominé par les systèmes eau-eau destinés aux applications de procédé, tandis que les configurations air-eau gagnent du terrain dans les réseaux de chauffage urbain. Chaque technologie offre des avantages thermodynamiques distincts, adaptés à des cas d’usage spécifiques.
Selon Dominique Silva, responsable marketing régional chez Trane Technologies, « Cela dépend réellement en grande partie du type d’application, même si nous constatons une forte demande pour toutes les solutions de type air-air, air-eau et eau-eau. »
Rangelov souligne que les procédés industriels et les applications énergétiques urbaines sont les principaux moteurs de la demande de pompes à chaleur industrielles, les premiers présentant le potentiel le plus important à long terme.
Le chauffage urbain a intégré les pompes à chaleur plus rapidement en raison d’exigences d’intégration système plus simples, tandis que les applications de procédés industriels présentent une plus grande complexité, mais offrent un potentiel supérieur à long terme. Parmi les secteurs industriels, l’agroalimentaire représente l’opportunité la plus accessible. « Je choisirais sans hésiter l’agroalimentaire comme le secteur le plus facile à aborder pour la décarbonation industrielle », indique Rangelov.
Les applications nécessitant une chaleur de procédé allant jusqu’à 120 °C génèrent la demande la plus forte, en particulier dans les procédés de fabrication exigeant simultanément chauffage et refroidissement.
Les systèmes de gestion thermique remettent en cause les approches traditionnelles
La compréhension de ces besoins applicatifs a entraîné une évolution fondamentale de la manière dont les sites industriels abordent les systèmes de chauffage et de refroidissement. Plutôt que de considérer les pompes à chaleur comme de simples équipements autonomes de remplacement, les entreprises les plus avancées s’orientent vers des systèmes intégrés de gestion thermique. Cette réflexion à l’échelle du système représente plus qu’une amélioration progressive. Elle remet en cause des décennies de pratiques de conception cloisonnées.
Silva souligne ce changement de paradigme. « Plutôt que de traiter le chauffage et le refroidissement comme des systèmes “cloisonnés”, les utilisateurs industriels devraient adopter, et adoptent de plus en plus, des systèmes intégrés de gestion thermique. Cette conception, dans laquelle les installations de groupes d’eau glacée et de chaudières fonctionnent côte à côte comme des systèmes autonomes et distincts, n’est plus justifiable. »
Selon l’Agence européenne pour l’environnement, le chauffage et le refroidissement industriels contribuent à environ 20–25 % des émissions de CO2 de l’Europe. Les systèmes traditionnels fonctionnant de manière cloisonnée gaspillent fréquemment une énergie précieuse, qu’il s’agisse de la chaleur rejetée lors de la condensation frigorifique ou de la chaleur fatale issue des procédés de chauffage.
Silva insiste sur l’importance d’une approche globale. « Les systèmes intégrés de gestion thermique remettent en cause les mentalités traditionnelles, en permettant aux sites industriels de récupérer, de réaffecter et d’équilibrer l’énergie thermique entre leurs différents procédés. Cette réflexion à l’échelle du système est essentielle pour réduire les émissions, diminuer les coûts et progresser vers des activités véritablement décarbonées. »
Les capacités à haute température élargissent le marché potentiel
Tandis que la réflexion à l’échelle du système porte sur la manière dont les pompes à chaleur sont déployées, les progrès parallèles en matière de capacités thermiques élargissent leur champ d’application. Ces dernières années, les fabricants ont considérablement augmenté les températures pouvant être atteintes par leurs produits, ouvrant ainsi la voie à des applications auparavant considérées comme hors de portée des pompes à chaleur.
Le rythme de cette évolution a été remarquable. Selon Rangelov, il y a cinq ans, les pompes à chaleur ne pouvaient atteindre que des températures allant jusqu’à 80 °C. Désormais, tous les équipements de Danfoss permettent aux fabricants de construire des pompes à chaleur capables de fournir de l’eau à 100 °C. L’entreprise a déjà commercialisé des compresseurs capables de produire de l’eau chaude jusqu’à 120 °C, et des modèles pour 130 °C doivent être lancés l’année prochaine.
Silva confirme que les avancées technologiques des pompes à chaleur renforcent leur attractivité : « Les progrès technologiques et conceptuels ont permis à ces systèmes d’atteindre des températures d’eau en sortie plus élevées, avec des niveaux d’efficacité bien supérieurs à ceux des chaudières. Cela fait des pompes à chaleur une solution très attrayante et viable pour décarboner la chaleur de procédé tout en assurant une efficacité énergétique élevée. »
Patrick Crombez, directeur général Chauffage et Énergies renouvelables EMEA chez Daikin Europe et président de l’European Heat Pump Association (EHPA), explique que, même si les systèmes à haute température attirent l’attention, Daikin reste concentré sur les applications inférieures à 100 °C, pour lesquelles l’efficacité et la rentabilité sont les plus élevées. Il reconnaît toutefois que la poursuite du développement des capacités à haute température sera essentielle pour élargir l’adoption dans l’industrie.
Pour l’avenir, Rangelov envisage des fluides frigorigènes permettant de produire de l’eau chaude et de la vapeur pour des procédés allant jusqu’à 130 °C, et potentiellement 150 °C. Au-delà de ce seuil, la recompression mécanique de vapeur utilisant la vapeur comme fluide frigorigène peut atteindre des températures plus élevées. « Cependant, pour les températures supérieures à 200 °C, la littérature indique que l’on utilisera principalement des chaudières électriques ou d’autres technologies de production de chaleur », explique-t-il.
Le choix du fluide frigorigène doit concilier réglementation et performances
Ces températures de fonctionnement plus élevées nécessitent un choix rigoureux du fluide frigorigène afin d’équilibrer performances, sécurité et impact environnemental. La révision du règlement européen F-Gas influence le choix des fluides frigorigènes pour les pompes à chaleur industrielles, même si la transition vers des solutions à faible Global Warming Potential (GWP) progresse à des rythmes variables selon les plages de température et les applications.
Selon Rangelov, les fluides frigorigènes naturels, notamment l’ammoniac (R717), le CO2
(R744) et les hydrocarbures, gagnent du terrain sur le segment des températures les plus basses. Les fluides frigorigènes à faible GWP, comme les HFO, sont également utilisés, ainsi que certains HFC, mais dans une moindre mesure en Europe.
La situation est plus simple pour les applications à température plus élevée. « Au-dessus de 100 °C, la situation est beaucoup plus simple : à quelques exceptions mineures qui n’ont pas encore été déployées à grande échelle, seuls des hydrocarbures ou des fluides frigorigènes à faible GWP peuvent être utilisés », explique Rangelov.
L’eau peut également servir de fluide frigorigène, mais Rangelov souligne les impératifs économiques. « Pour être rentable, elle doit déjà être produite à plus de 100 °C, et nous devons encore parvenir à cette température avec un fluide frigorigène. »
Crombez confirme l’influence de la réglementation sur le choix des fluides frigorigènes, en précisant que les solutions courantes comprennent l’ammoniac, le CO2 et divers fluides frigorigènes synthétiques capables d’atteindre des températures plus élevées, parfois utilisés dans des systèmes en cascade.
Silva privilégie les performances dans le choix des fluides frigorigènes. « Chez Trane, nous sélectionnons des fluides frigorigènes qui offrent des performances optimales avec un impact minimal sur le réchauffement climatique, sans compromis sur la sécurité. »
Obstacles économiques et défis liés à l’intégration des systèmes
Malgré les progrès technologiques et les cadres politiques favorables dans de nombreuses régions, plusieurs obstacles persistants limitent l’adoption des pompes à chaleur industrielles. La compréhension de ces obstacles est essentielle pour les parties prenantes qui élaborent des stratégies d’accélération.
Rangelov identifie le défi fondamental. « Le principal obstacle est un rapport inéquitable entre les prix de l’électricité et du gaz. Si ce rapport diminue, la courbe de déploiement progressera beaucoup plus rapidement. »
Les dépenses d’investissement élevées liées aux systèmes à haute température constituent un autre obstacle majeur. Crombez cite comme principales difficultés les dépenses d’investissement élevées pour les systèmes à haute température, la baisse de l’efficacité lorsque les températures augmentent et la concurrence des chaudières électriques, particulièrement à haute température.
La complexité de l’intégration des systèmes ajoute une difficulté supplémentaire, notamment à mesure que le déploiement des pompes à chaleur augmente. « L’intégration sectorielle constitue une autre limite au déploiement à grande échelle des pompes à chaleur. Lorsqu’une pompe à chaleur est installée, elle doit le plus souvent être intégrée à un système déjà existant. On peut s’attendre à ce que ce défi s’accentue avec l’augmentation du taux de déploiement des pompes à chaleur dans l’industrie », explique Rangelov.
Les exigences de température des procédés, définies en fonction des capacités des chaudières, créent des contraintes supplémentaires. Rangelov souligne un problème fondamental : les procédés sont généralement conçus en fonction des températures fournies par les chaudières, et les exploitants hésitent souvent à modifier ces paramètres établis. La rénovation de ces systèmes pour permettre un fonctionnement avec des pompes à chaleur exige une planification rigoureuse et, parfois, une reconception des procédés.
Silva reconnaît l’existence de problèmes de mentalité. « Bien que les préoccupations et le scepticisme traditionnels à l’égard de l’utilisation industrielle des pompes à chaleur persistent, les avantages dépassent largement les obstacles. Les préoccupations courantes relatives à la complexité, au coût ou aux contraintes du site reflètent souvent une pensée héritée de systèmes cloisonnés. »
La transition vers des systèmes intégrés est davantage conceptuelle que physique. « Passer de systèmes séparés à des systèmes intégrés ne signifie pas réinventer le site industriel. Cela signifie repenser la manière dont l’énergie y circule », explique Silva.
Les calculs de retour sur investissement (ROI) varient considérablement selon la région et l’application. Silva souligne que les analyses de rentabilité sont généralement intéressantes. « Même si les aides peuvent donner une impulsion supplémentaire, l’adoption d’une approche fondée sur un système de gestion thermique présente généralement une analyse de rentabilité attractive, portée par une meilleure efficacité énergétique et par la réduction du nombre d’équipements à entretenir. »
Le temps de retour sur investissement des systèmes de gestion thermique tout-en-un se situe souvent entre deux et trois ans grâce à une meilleure efficacité énergétique et à des économies d’exploitation, même si cela dépend fortement des écarts de prix entre l’électricité et les combustibles.
Les cadres politiques stimulent l’adoption
Le soutien des pouvoirs publics accélère le déploiement des pompes à chaleur industrielles sur plusieurs fronts, des incitations financières directes aux obligations réglementaires imposant la récupération de chaleur fatale. Les initiatives européennes sont particulièrement complètes, même si leur mise en œuvre et les niveaux de soutien varient selon les pays.
L’EHPA a établi une vue d’ensemble des mécanismes nationaux de soutien aux pompes à chaleur industrielles dans 24 pays européens. Ces mécanismes varient d’un pays à l’autre, mais présentent des caractéristiques communes, notamment des subventions couvrant un pourcentage des coûts d’investissement, souvent modulées en fonction de la taille de l’entreprise et de la puissance de la pompe à chaleur, des incitations à la récupération de chaleur fatale et à l’intégration au réseau, ainsi que des exigences techniques.
Pour être admissibles, de nombreux programmes nationaux exigent que les pompes à chaleur atteignent un coefficient de performance saisonnier (SPF) d’au moins 3,8, utilisent des fluides frigorigènes dont le GWP est inférieur à 2 000 et présentent une puissance nominale d’au moins 100 kW.
Plusieurs initiatives européennes, notamment le Clean Industrial Deal, l’Industrial Decarbonisation Accelerator Act et l’EU Heat Pump Accelerator Platform, visent à placer les pompes à chaleur au cœur de la décarbonation en favorisant la simplification des aides d’État, la réutilisation de la chaleur fatale et une tarification équitable de l’électricité.
Au-delà des cadres réglementaires, les experts du secteur soulignent qu’une adoption réussie nécessite l’implication des parties prenantes à tous les niveaux. Silva insiste sur la nécessité de vastes campagnes de sensibilisation. « La sensibilisation et la formation à la valeur des pompes à chaleur et des systèmes de gestion thermique sont essentielles pour poursuivre l’adoption de ce type de technologie durable. Cela doit intervenir à tous les niveaux, des fabricants aux décideurs politiques, en passant par les écoles d’ingénieurs. »
Crombez réaffirme le rôle clé des politiques publiques. « Les subventions et les incitations jouent un rôle essentiel dans l’adoption. Lorsqu’elles sont disponibles, elles contribuent à réduire les coûts initiaux et à accélérer le déploiement. Daikin plaide en faveur de cadres politiques stables et à long terme pour soutenir la décarbonation de l’industrie. »
Prévisions de croissance du marché et perspectives
Les pompes à chaleur industrielles gagnent des parts de marché dans toutes les régions, et les marchés européens devraient connaître une croissance significative au cours de la prochaine décennie, malgré le récent ralentissement du marché global des pompes à chaleur.
Rangelov prévoit une expansion considérable. « Nous prévoyons que cette tendance s’accentuera au cours des prochaines années et nous pouvons nous attendre à ce que le marché européen des pompes à chaleur industrielles soit multiplié par 10 au cours des 10 prochaines années. »
Plusieurs facteurs pourraient influer sur cette trajectoire de croissance, même si le potentiel fondamental reste évident. La courbe d’adoption s’accélérera si les rapports de prix électricité-gaz deviennent plus favorables. Rangelov estime que la technologie des pompes à chaleur mérite d’être privilégiée dans l’attribution des subventions. « Je pense que d’autres technologies nouvelles, voire des technologies reposant sur les combustibles fossiles, ont été prioritaires pour l’octroi de subventions au détriment des pompes à chaleur. Comme il s’agit d’une technologie mature qui existe déjà, j’aimerais qu’elle bénéficie d’un soutien différent. »
Si l’Europe est en tête du déploiement, l’Amérique du Nord commence à combler son retard, en particulier au Canada. Les différences régionales reflètent la diversité des environnements politiques, des prix de l’énergie et des structures industrielles, mais la dynamique se renforce sur les principaux marchés.
La question de savoir si les pompes à chaleur finiront par dominer entièrement les applications de chauffage industriel reste ouverte. Crombez propose une analyse nuancée. « Même si les pompes à chaleur resteront au cœur du chauffage industriel, il est peu probable qu’elles constituent l’unique technologie utilisée. Les applications à haute température sont confrontées à des limites en matière d’efficacité et de dépenses d’investissement, de sorte que les systèmes hybrides et les chaudières électriques continueront de compléter les pompes à chaleur. »
Les limites de température définissent les frontières réalistes du déploiement. Dans les secteurs de l’agroalimentaire, des pâtes et papiers, du textile et du chauffage urbain, où la plupart des procédés fonctionnent à moins de 150 °C, les pompes à chaleur sont en passe de devenir le choix naturel. Cependant, des industries telles que la chimie et la sidérurgie nécessitent des températures allant jusqu’à 500 °C, au-delà des capacités actuelles des pompes à chaleur.
Silva présente cette transition comme étant à la fois technologique et stratégique. « Redéfinir la manière dont les systèmes de chauffage et de refroidissement sont gérés est essentiel pour l’efficacité énergétique et la durabilité. La gestion thermique ne consiste plus seulement à choisir la bonne chaudière ou le bon groupe d’eau glacée. Il s’agit d’un partenariat stratégique au service de l’optimisation énergétique, de la décarbonation et de la résilience opérationnelle. »
Rangelov se montre optimiste quant au rôle central que joueront les pompes à chaleur industrielles dans les efforts de décarbonation. « Le potentiel est là et nous veillerons à accompagner l’industrie dans cette transition. Depuis déjà 5 à 10 ans, nous nous concentrons sur le développement de nouveaux équipements destinés aux pompes à chaleur industrielles. Les pompes à chaleur industrielles constituent l’un des objectifs stratégiques de Danfoss dans le cadre de notre stratégie LEAP 2030. »
Le principal obstacle à une adoption accélérée n’a peut-être rien à voir avec la technologie. « L’étape la plus importante consiste à changer les mentalités. Repenser le chauffage et le refroidissement comme les composantes d’un système thermique unique ne constitue pas seulement une évolution technologique, c’est aussi une évolution du leadership », souligne Silva. « La bonne nouvelle est que ce changement de mentalité est déjà engagé. Il est maintenant temps de passer à l’échelle supérieure. »
L’évolution vers une gestion thermique intégrée représente à la fois la plus grande opportunité et le principal défi pour l’adoption des pompes à chaleur industrielles. Alors que les fabricants continuent de repousser les capacités de température et que les cadres politiques se renforcent, la technologie elle-même est de plus en plus performante. Pourtant, la réussite dépendra finalement moins des caractéristiques des équipements que de la volonté du secteur d’abandonner les approches cloisonnées. Pour que les pompes à chaleur industrielles conquièrent une part de marché substantielle, l’évolution des mentalités devra suivre le rythme des progrès technologiques.
Études de cas concrètes
Johnson Controls – Chauffage urbain de Rosenheim, Allemagne
Pour décarboner le chauffage municipal, Stadtwerke Rosenheim a installé trois pompes à chaleur à l’ammoniac Sabroe DualPAC fournies par Johnson Controls. Puisant l’énergie thermique dans la rivière Mühlbach voisine, le système fournit de l’eau jusqu’à 88 °C, produit 4,7 MW d’énergie renouvelable et réduit les émissions de CO₂ d’environ 2 640 tonnes par an.
BITZER & Scheco – SFS Group, Suisse
SFS Group Schweiz AG a modernisé son site de Heerbrugg avec une pompe à chaleur eau-eau sur mesure développée par Scheco AG. Alimenté par un compresseur à vis BITZER CSV, le système récupère la chaleur fatale des eaux souterraines afin d’assurer le chauffage des bâtiments jusqu’à +75 °C, remplaçant les chaudières à combustibles fossiles et réduisant les émissions tout en améliorant l’utilisation globale de l’énergie.
Frascold & Tecnofreddo – Pompe à chaleur R290 à haute température
Dans le cadre d’un projet commun, Frascold et Tecnofreddo ont développé une pompe à chaleur au propane destinée aux applications industrielles et commerciales. Équipée de compresseurs ATEX-HT et d’un moteur LSPM, elle fonctionne jusqu’à 80 °C avec un COP amélioré et des économies d’énergie, offrant aux secteurs agroalimentaire, pharmaceutique et CVC une solution durable à haute efficacité.
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Elles figurent dans l’édition spéciale de Refindustry Magazine 2025 / Numéro 4.
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