Une nouvelle génération de pompes à chaleur, dites « très haute température », représente une avancée importante pour décarboner les procédés industriels. Pionniers sur le sujet, la R&D d’EDF et Dalkia ont développé un démonstrateur industriel, Transpac, dont les premiers résultats confirment les performances attendues.

En France, l’industrie émet chaque année 80 millions de tonnes de CO2, soit environ 20 % des émissions nationales de gaz à effet de serre. Décarboner les process industriels s’impose comme un axe clé pour atteindre la neutralité carbone à l’horizon 2050. La décarbonation de l’industrie contribue aussi à réduire la dépendance de la France aux énergies fossiles et à renforcer, ainsi, sa souveraineté énergétique. Pour les entreprises, elle est un levier de compétitivité industrielle car être efficient énergétiquement, c’est être efficace économiquement.

Un nouveau palier franchi : Transpac, une pompe à chaleur « nouvelle génération »

Mené par un consortium composé d’EDF R&D, d’Armines, de Dalkia et sa filiale Dalkia Froid Solutions, et du papetier Wepa Greenfield, le développement de ce démonstrateur de pompe à chaleur très haute température (PAC THT) utilisant un cycle thermodynamique transcritique a obtenu le soutien de l’ADEME à hauteur de 400 000 euros.

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Baptisée Transpac, cette tête de série est implantée dans l’usine Wepa Greenfield de Château-Thierry, où est fabriquée de la pâte à papier exclusivement à partir de papier de récupération. Elle a été sélectionnée pour une première expérimentation de PAC THT de dimension industrielle.

Etape cruciale : récupération de la chaleur fatale pour alimenter l’air du sécheur

La première étape a été la mise en place d’un système de récupération de la chaleur fatale sans impacter le process industriel de Wepa Greenfield. En récupérant cette chaleur perdue issue de l’extraction des buées, la PAC THT est capable de réchauffer l’air d’alimentation d’un sécheur jusqu’à 140°C avec un coefficient de performance (COP) supérieur à 3,5, à partir d’une source à 70°C. Cela signifie que pour produire environ 600 kWh de chaleur, Transpac consomme environ 150 kWh d’électricité !

Les émissions de CO2 associées à la production de cette chaleur produite de façon vertueuse sont ici 16 à 20 fois plus faibles qu’en utilisant la vapeur produite au gaz naturel. L’industriel baisse ainsi son empreinte carbone et sa facture énergétique.

« Le cycle thermodynamique transcritique », clé d’efficacité de cette technologie

« Chaque année, 40 TWh d’énergie sont rejetés dans l’environnement par les procédés de séchage. Nous avons mis au point un cycle thermodynamique transcritique susceptible de doubler la performance des machines conventionnelles. Nous sommes très heureux et fiers d’inaugurer cette installation dont les performances font référence au niveau mondial » explique Bernard Salha, Directeur Recherche et Développement et Directeur Technique Groupe EDF

L’ingéniosité du système des PAC THT s’appuient sur un cycle thermodynamique transcritique pour repousser les limites de la production de chaleur propre et efficace.

Contrairement aux PAC classiques qui fonctionnent à l’état liquide-vapeur, les PAC THT transcritiques exploitent les propriétés uniques de certains fluides frigorigènes qui ne changent pas d’état à des pressions élevées. Dans ce cycle, le fluide frigorigène est comprimé à haute pression au-dessus de son point critique, où la distinction entre phases liquide et gazeuse s’estompe. Cette compression isenthalpique (sans changement d’énergie interne) permet d’atteindre des températures élevées sans apport de chaleur externe.

Une innovation mondiale, installable partout

Cette PAC THT avec ces caractéristiques et ces niveaux de performance est une innovation mondiale. Ces pompes à chaleur à très haute température (140°C), peuvent être installées sur tout site de production présentant une chaleur à valoriser entre 60 et 90°C comme dans les usines papetières, agroalimentaires, chimiques, métallurgiques ou encore textiles.

La PAC THT permet ainsi de convertir cette chaleur pour chauffer de l’air ou de l’eau nécessaires aux process de production industriels. Cette technologie ouvre ainsi la voie à une grande variété de nouvelles applications particulièrement vertueuses alors que l’ADEME estime à 100 TWh par an le gisement de chaleur fatale industrielle actuellement disponible en France.