Carte d'identité
Lors de la construction du lotissement Férolbosq dans les années 1980, le quartier du lac de Maine à Angers n’est pas encore raccordé au réseau de distribution de gaz naturel. Le chauffage est alors assuré par des planchers chauffants électriques destinés à assurer un préchauffage autour de 15 °C et des convecteurs électriques permettant un ajustement individualisé des températures. « Utile au quotidien, ce système n’était pas clair pour nos locataires qui ne comprenaient pas pourquoi ils devaient payer des charges pour le chauffage collectif et une part individuelle en plus », indique Nicolas Poirier, directeur du patrimoine à Angers Loire Habitat. Au bout de quelques années, le bailleur a donc décidé de minimiser l’emploi des convecteurs et d’augmenter l’utilisation des planchers électriques. Toutefois, leur sursollicitation jusqu’à 19 °C a entraîné la panne de plusieurs installations, qui ont été remplacés temporairement par des radiateurs électriques à accumulation dans les pièces principales et par des convecteurs électriques dans les chambres.
Associer le gaz à une énergie renouvelable
L’extension du réseau de distribution de gaz par GRDF jusqu’au quartier du lac de Maine a donné l’opportunité au bailleur de repenser totalement le système de chauffage et de production d’ECS. Ce changement d’énergie a pris place dans une démarche plus globale de rénovation des 6 bâtiments du lotissement Férolbosq : la rénovation thermique globale des 104 logements devait répondre au standard BBC rénovation (moins de 80 kWhep/m2.an) et Angers Loire Habitat souhaitait expérimenter des solutions innovantes sur cette opération, en vue de les reproduire sur d’autres sites. « Nous avions étudié la possibilité d’un raccordement à un réseau de chauffage urbain, mais les études ne s’étaient pas avérées concluantes, faute d’un nombre de logements suffisant pour trouver une rentabilité économique, resitue Nicolas Poirier. Par ailleurs, nous étions animés par l’envie de valoriser une énergie renouvelable sur site. Sur d’autres résidences, nous disposons de systèmes solaires thermiques collectifs, qui se sont hélas avérés peu concluants en matière de rendement… »
Fin 2014, Angers Loire Habitat lance sa consultation. Le bureau d’études Gélineau est retenu en qualité de maître d’oeuvre. « Nous avons fait des simulations basées sur quinze solutions énergétiques pour trois quartiers dans lesquels Angers Loire Habitat gère du patrimoine, détaille Mehdi Begué, ingénieur thermicien au sein du bureau d’études Gélineau. Pour le quartier du lac de Maine, Angers Loire Habitat a opté pour les pompes à chaleur gaz à absorption sur sondes géothermiques dès la fi n des études de faisabilité. Dans les autres quartiers, une chaufferie collective classique a été choisie. »
Le souhait d’Angers Loire Habitat était en effet de disposer d’une solution gaz capable de valoriser une énergie renouvelable autre que le solaire qui soit, de surcroît, simple et peu coûteuse à l’usage. La convergence de l’ensemble de ces critères rendait pertinent le recours à des pompes à chaleur gaz (PAC), solution d’autant plus appréciée qu’Angers Loire Habitat avait déjà fait installer ce type de générateurs sur son parc. Des versions géothermiques ont été préférées à leurs équivalentes aérothermiques, notamment pour des questions de nuisance sonore (il aurait fallu installer les PAC aérothermiques en terrasse, dans certains cas, en vis-à-vis de logements). Par ailleurs, le projet a été soutenu par l’Ademe qui a accordé une subvention de 150 000 € pour la réalisation des forages géothermiques.
Installation de 7 PAC gaz géothermiques
Six chaufferies ont été réalisées pour couvrir les six bâtiments. Dans cinq de ces chaufferies, l’installation repose sur une PAC gaz (40 kW) associée à deux chaudières murales à condensation (de 60 à 100 kW chacune selon les bâtiments), assurant l’appoint/ secours pour le chauffage et l’ECS. Le sixième bâtiment est équipé de deux PAC gaz, toujours associées à deux chaudières murales gaz à condensation.
Chaque chaufferie abrite trois réservoirs :
- un ballon tampon associé à la (aux) PAC gaz ;
- un ballon de stockage ECS (750 l) associé aux chaudières ;
- un ballon, spécial pour le préchauffage de l’ECS, alimenté lui aussi par les PAC gaz, afin de valoriser au maximum leur production.
L’appoint d’énergie pour la production d’ECS se fait par les chaudières via un échangeur thermique (dimensionné pour pouvoir produire de l’ECS en semi-instantané en cas de nécessité).
La conversion électricité/gaz a nécessité la mise en place des circuits hydrauliques permettant aux chaufferies de fournir chauffage et ECS aux logements. Un bouclage hydraulique a été réalisé dans chacun des six bâtiments. Les logements ont été équipés de radiateurs en acier, munis de robinets thermostatiques. L’émission se faisant à moyenne température (55- 45 °C), ces robinets thermostatiques sont bridés à une température de consigne de 21 °C, ce qui laisse la possibilité aux occupants de diminuer la température dans les chambres, la nuit. Un thermostat d’ambiance placé dans la pièce principale de chaque logement asservit la vanne motorisée du circuit hydraulique.
Contrairement aux pompes à chaleur électriques, dont le cycle thermodynamique requiert la compression mécanique d’un fluide frigorigène, la pompe à chaleur gaz à absorption repose sur l’utilisation d’un mélange d’eau et d’ammoniac en tant que fluide frigorigène, au sein d’un compresseur thermochimique scellé.
Ce compresseur comporte également un brûleur gaz permettant de séparer l’eau de l’ammoniac, déclanchant le cycle thermodynamique. Les changements d’état de l’ammoniac (à la manière d’un fluide frigorigène) permettent de récupérer les calories d’une source froide (ici le sous-sol). Cette énergie, couplée à celle fournie par le brûleur gaz, offre aux PAC à absorption des rendements très élevés, de l’ordre de 160 % sur PCI.
A la recherche des meilleurs rendements
La réception des installations est intervenue en 2017, après dix-huit mois de travaux. Depuis, différents réglages ont été testés sur les six chaufferies. En mode hivernal, quatre réglages ont été appliqués :
- régulation de la consigne en sortie de PAC par loi d’eau ;
- régulation à température constante de 50 °C
- régulation à température constante de 55 °C
- régulation à température constante de 57,5 °C.
En mode estival, seulement trois réglages ont été appliqués : régulation à température constante de 40 °C, 50 °C et 57,5 °C.
Avec deux années de recul, ces expérimentations ont livré leurs premières conclusions.
Mode été
Tout d’abord, la régulation des PAC par loi d’eau pour la production d’ECS pendant l’été a été jugée trop peu performante. Elle a donc été écartée. « La loi d’eau n’est pas performante, notamment sur les plus petits bâtiments (moins de 15 logements), rapporte Mehdi Begué, car ces bâtiments sont moins consommateurs de chauffage. De fait, leur part de consommation d’ECS y est plus importante. Or, la régulation des PAC par loi d’eau sur ces logements minimise leur contribution à la production d’ECS. »
Ainsi, les rendements optimaux pour la production d’ECS (supérieurs à 90 % sur PCS et sur la globalité des installations) ont été obtenus en utilisant une régulation à température constante (pour un départ ECS entre 40 °C et 57,5 °C avant appoint). Il est à noter que le rendement le plus important a été mesuré pour une température constante à 50 °C.
Mode hiver
Deux bâtiments sont paramétrés pour une température constante à 50 °C en sortie de PAC, les autres en loi d’eau (asservie à la sonde de température extérieure). Deux options se sont dégagées comme étant les plus performantes (rendements globaux d’installation en hiver de l’ordre de 116 % sur PCS) : soit avec une régulation par loi d’eau, soit avec une régulation à température constante de 50 °C. « Nous n’avons pas encore tout à fait déterminé le meilleur réglage entre ces deux modes, ajoute Mehdi Begué. Il faudra valider tout cela en 2020. »
Avec cette rénovation énergétique reposant sur la solution innovante de la PAC géothermique, Angers Loire Habitat obtient sur ces 104 logements un Cep de 54 kWhep/m².an, ce qui représente un gain de près de 70 % du Cep initial et réduit les charges locatives de moitié.
