En chaufferie, comment remplacer des chaudières par des PAC eau/eau ou géothermiques ?

Dans le cadre d'un remplacement de chaudières en chaufferie collective, il existe plusieurs solutions, comme le raccordement électrique de pompes à chaleur collectives ou la SolaroPAC. Il est également possible d'opter pour des pompes à chaleur eau/eau ou géothermiques, ce qui semble être a priori une bonne solution : pas de gêne acoustique pour les occupants du bâtiment, ni pour les voisins ; une performance élevée qui ne varie pas dans l’année en raison de la grande stabilité de la température du sol : environ 10 °C toute l’année à partir de 8 mètres de profondeur, etc.

À y regarder de plus près, en revanche, plusieurs difficultés apparaissent : l’emplacement des capteurs enterrés, le caractère potentiellement dangereux des fluides A2L et A3 dans un local confiné, et la température de départ d’eau qui, si elle est trop élevée, pèse sur les performances de la pompe à chaleur. Un avantage apparaît cependant : l’offre de pompes à chaleur eau/eau et géothermiques est très importante.

© Viessmann

L’offre des PAC géothermiques et eau/eau est très large. Toutes ces machines sont cascadables et pilotées par inverter.

© Pascal Poggi pour XPair

Les PAC eau/eau les plus puissantes dépassent 3 MW. Ici, un modèle Carrier.

Un choix très large

Les pompes à chaleur eau/eau ou géothermiques existent jusqu’à des puissances unitaires de plus de 3 MW et commencent, pour une installation en chaufferie, aux alentours de 40 kW. Plus d’une quinzaine de marques en proposent sur le marché français, et tous les modèles sont cascadables : AO Smith jusqu’à 301 kW ; Arkteos jusqu’à 138 kW ; Atlantic ; Bosch ; Carrier ; Ciat ; Daikin ; De Dietrich Thermique – distribuant sous sa marque les produits de l’italien Clint qui a rejoint le groupe BDR Thermea – avec ses PAC eau/eau jusqu’à 1.051 kW ; Dimplex jusqu’à 180 kW avec sa gamme WI 180TU ; Elco du groupe Ariston avec ses PAC Aquatop T.

On peut également mentionner Lemasson, avec sa gamme Indus jusqu’à 55 kW cascadable, mais aussi son offre de générateurs sur mesure ; Mitsubishi Electric grâce au rachat de l’italien Climaveneta ; Nibe ; le suédois Qvantum avec des modèles atteignant 192 kW de puissance unitaire ; Stiebel-Eltron ; Trane et ses modèles de 18 à 550 kW et sa gamme 385 – 2020 kW ; Vaillant ; Viessmann ; Waterkotte jusqu’à 485 kW ; Wolf et toutes celles que nous avons oubliées.

Sous l’influence de l’exigence croissante de performance saisonnière, la plupart de ces pompes à chaleur sont pilotées par inverter, c'est-à-dire une variation électronique de puissance. Par rapport à un compresseur à vitesse fixe, l’inverter améliore le Scop (coefficient de performance saisonnière) de 15 à 25 %. Il réduit le nombre de cycles marche/arrêt des compresseurs, ce qui allonge leur durée de vie. Un inverter est aussi capable de maintenir une température de consigne avec une grande précision.

© Stiebel Eltron

La structure en cascade des générateurs maximise le rendement de la chaufferie et optimise l’investissement. Il suffit d’une seule machine, comparativement peu puissante, pour sécuriser le fonctionnement d’une chaufferie de PAC en cascade.

© Nibe

Nibe est très présent sur le marché français avec ses pompes à chaleur géothermiques et eau/eau.

Avec quels fluides ?

L’enjeu du fluide est triple : le règlement F-Gaz, la dangerosité du fluide avec des classements A2L ou franchement A3, la température de départ d’eau à atteindre pour s’adapter aux émetteurs de chauffage existants dans un bâtiment.

Pour répondre au règlement européen F-Gaz qui organise un basculement vers les fluides dont le PRP (potentiel de réchauffement planétaire), dit aussi GWP (Global Warming Power), est inférieur à 150, les industriels abandonnent le R410A pour les PAC géothermiques et eau/eau.

Ils choisissent notamment le R454C, un mélange de R32 et de R12334yf, classé A2L (légèrement inflammable) et dont le GWP est de 148, juste sous la limite des 150, le R513A ou même le R1233zd. D’autres constructeurs ont choisi le R290 avec son GWP de 3, mais aussi son classement A3, franchement inflammable. L’installation de machines contenant des fluides A2L et A3 doivent respecter la norme NF EN 378 et le CH 35.

Uniclima (Groupement français des industries thermiques, aérauliques et frigorifiques) et le Cetim (Centre technique des industries mécaniques) ont conjointement rédigé et publié un guide sur la version 2017 de la norme NF EN 378 pour les systèmes frigorifiques et les PAC. Il a été mis à jour en septembre 2018 et peut être téléchargé ici.

Le document traite du fluide à partir de sa page 38 et propose une méthode de calcul de la charge maximale de fluide utilisable en fonction du classement du fluide, de l’emplacement de l’équipement qui le contient, de l’application (confort ou autre), de la catégorie d’accès au local et de la LII (la limite inférieure d’inflammabilité que l’on note aussi parfois LFL à l’anglaise).

Limites de charge et consignes de sécurité

Dans le cas des PAC monobloc en salle des machines, il n’y a le plus souvent pas de limite de charge, car elles se trouvent dans une chaufferie ou un local technique dont l’accès est réduit aux personnes autorisées.

Exclusivement applicable en France, l’article CH 35, de l'arrêté du 25 juin 1980 portant approbation des dispositions générales du règlement de sécurité contre les risques d'incendie et de panique dans les établissements recevant du public, traite notamment de la mise en œuvre de systèmes thermodynamiques équipés de fluides considérés comme inflammables (classés A2L et A3) au sein d’ERP de catégories 1 à 4.

Dans le cas d’installation en chaufferie, pour les produits A2L, pas de restriction si la charge est ≤ 1,84 kg, ou des mesures de sécurité supplémentaires pour une charge totale comprise entre 1,84 et 80 kg, et des salles de machines spécifiques pour des charges > 80 kg.

Dans le cas de fluides classés A3, pas de restriction d’installation si la charge est ≤ 150 g ; des mesures de sécurité supplémentaires sont exigées pour des charges comprises entre 150 g et 1 kg ; et si la charge est comprise entre 1 et 5 kg, les générateurs doivent être installés dans des salles des machines spécialement aménagées. Au-delà de 5 kg de fluide A3, les normes produits ne s’appliquent plus et il faut utiliser la norme EN378 pour calculer la charge maximale.

En tout état de cause, les exigences spécifiques portent : premièrement, sur la présence de détecteurs de fuite avec signal sonore et visuel, et report d’alarme vers le personnel de maintenance ; deuxièmement, sur l’existence d’un système de ventilation capable de maintenir l’ambiance du local en dessous de la LII en fonction de son volume et de la charge totale de fluide A3 présent dans le local.

Le système de ventilation vise à éviter que la chaufferie soit classée ATEX. Mais cela devient indispensable, en fonction de la charge, si le système de ventilation peut tomber en panne pendant une fuite de fluide. Ces trois mesures sont complexes, difficiles à calculer et coûteuses à mettre en œuvre. C’est pourquoi de nombreux industriels, dont Atlantic, par exemple, déconseillent d’installer des PAC chargées en fluide A3 dans des chaufferies.

Température de départ d’eau

Enfin, lors de la conversion d’une chaufferie gaz avec des PAC collectives eau/eau, il faut vérifier les températures de départ d’eau utilisées dans le bâtiment et choisir des modèles capables de les atteindre. De nombreuses PAC eau/eau sont capables d’atteindre des températures de départ d’eau élevées, mais plus la température de départ d’eau est élevée, moins la performance de la PAC est importante.

Par exemple, les PAC eau/eau Trane XStream RTWF, dotées d’une puissance de chauffage de 385 à 2.020 kW, sont capables de produire une température de départ d’eau de 85 °C grâce au R513A (GWP = 573, ce qui limite son avenir face au règlement F-Gaz). La gamme Trane eau/eau XStream RTWF HT à haute température atteint même 105 °C de départ d’eau grâce au R1233zd, un HFO (hydrofluoroléfine) dont le GWP atteint seulement 5. Mais ces PAC haute température sont plus coûteuses que les PAC eau/eau classiques.

© BRGM

Pour remplacer des chaudières en chaufferie, la GMI, ou géothermie de minime importance, offre assez de puissance de captage pour couvrir les besoins de chauffage, sauf s’il s’agit d’une chaufferie centralisée d’un très grand ensemble rassemblant plusieurs centaines de logements.

Les solutions de captage

Une PAC eau/eau fait appel à un doublet forage/rejet, tandis qu’une PAC géothermique utilise des tubes enterrés dans le sol, avec circulation d’eau glycolée. Dans le cas d’une chaufferie existante, nous allons nous concentrer sur la géothermie de surface, dite aussi géothermie de minime importance (GMI) : les capteurs thermiques descendent à moins de 200 m de profondeur et captent au maximum une puissance de 2 MW, depuis le décret n° 2026-537 du 25 juin 2026. C’est celle dont les ouvrages occupent le moins de place en surface et, par rapport à la géothermie de grande profondeur, elle bénéficie d’une règlementation allégée.

La géothermie de surface avec boucles enterrées est la solution la plus simple : les ouvrages dont la profondeur est comprise entre 10 et 200 m n’ont pas besoin d’autorisation préalable. Il suffit de les déclarer sur le site du téléservice de la géothermie de minime importance, géré par le ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires.

Depuis le 1er juillet 2025, seules les entreprises certifiées "forage" peuvent exercer leurs activités en géothermie de surface sur nappe ou sonde. Cette certification est délivrée par Qualit’ENR et remplace la qualification Qualiforage. Un professionnel agréé doit garantir le respect de quatre critères :

- la température de l’eau prélevée en nappe doit être inférieure à 25 °C,

- le volume prélevé et le volume réinjecté le sont dans le même aquifère,

- ces volumes sont identiques et demeurent inférieurs à 80 m³/heure,

- la variation de la température dans la nappe dans un rayon de 200 m autour du rejet doit demeurer inférieure à 4 °K. Il existe au moins trois solutions techniques relativement simples pour installer des capteurs géothermiques en boucle fermée.

© Weishaupt

Les corbeilles constituent la première solution. Ce sont des tubes enroulés autour d’un support, lui-même enterré verticalement jusqu’à 5 m de profondeur.

© Weishaupt

© Freeheat

Seconde solution, le géomur est enfoui dans une tranchée de 20 à 60 cm de largeur par 3,2 à 4 m de profondeur. Une mini-pelle de 3,5 t suffit pour la creuser. Un géomur enterré de 7,7 m de longueur x 1,8 m de profondeur permet de récupérer 1.400 W de puissance. Le français Freeheat propose le mur géothermique préfabrique Caléonet, prêt à être enterré.

© Pascal Poggi pour XPair

Troisième solution, le forage en biais développé par Celsius Energy ne sera bientôt plus disponible puisque l’entreprise cesse son activité. Celsius Energy, filiale à 100 % du groupe SLB (Schlumberger) proposait la technologie du forage en étoile : les sondes enterrées sont inclinées, ce qui réduit à quelques dizaines de m² l’espace nécessaire en surface pour 20 à 40 sondes.

Pour conclure, remplacer des chaudières en chaufferie par des PAC eau/eau ou géothermiques commence donc par une bonne étude des conditions de fonctionnement du bâtiment : la température de départ d’eau pour le chauffage, et pour la production d’eau chaude sanitaire si elle est présente. Ensuite, le choix doit se porter sur des machines qui utilisent un fluide classé A2L, dans le pire scénario. Les autres catégories, A2 ou A3, imposent des équipements trop coûteux et complexes. Enfin, il faut retenir une structure de générateurs en cascade pour couvrir la totalité des besoins de chaleur pour le chauffage et la production d’eau chaude.