Chauffe, Marcel, chauffe, l’hiver arrive

Jadis, ce sont des vaches, installées dans la pièce commune de l’habitation familiale, qui fournissaient la chaleur nécessaire à contrer les froidures de l’hiver. Un mode de chauffage loin des exigences de confort actuelles, mais renouvelable et peu polluant. Exit les vaches à domicile, place désormais aux chaudières à condensation et aux convecteurs électriques.

Octobre vient de passer en coup de vent. L’automne s’installe doucement ; le souvenir des canicules estivales s’évapore peu à peu. Dehors, les températures chutent. Dedans, les utilisateurs de chauffage collectif poussent un ouf de soulagement : le 15 du mois dernier est derrière eux, date fatidique à laquelle la plupart des chaudières partagées sont mises en route. Pour les autres, consciemment ou inconsciemment, des dizaines de facteurs rentrent en jeu pour définir l’instant à partir duquel l’un des principaux postes de consommation énergétique reprend du service.

En 2018, la France a eu besoin de 249 millions de tonnes équivalent pétrole (tep) d’énergie pour satisfaire l’ensemble de son train de vie [1]. Cette quantité d’énergie est dite primaire car elle n’est pas directement utilisable par les Français – que feriez-vous d’une pastille d’oxyde d’uranium, d’un bol de pétrole brut ou d’un coup de vent ? Elle doit être déplacée, parfois manipulée, parfois chauffée, souvent transformée sous la forme d’une énergie plus adéquate : l’énergie dite finale.

En 2018, ces 249 millions de tep d’énergie primaire ont généré 144 millions de tep d’énergie finale [1]. Une belle proportion de pertes, certes, mais ça n’est pas le sujet du jour, Berthe.

Un esprit normalement constitué n’appréhende pas facilement une telle quantité, facilitons-lui donc la tâche : 144 millions de tonnes équivalent pétrole correspondent à l’énergie contenue dans un cube de 600 mètres de côté (70 000 piscines olympiques) rempli d’essence, ou à l’énergie électrique fournie en un an par des panneaux photovoltaïques étalés sur un carré de 100 km de côté, ou encore à l’énergie mécanique fournie par 4 milliards d’humains qui pédaleraient sur un vélo pendant 365 jours (nuit et jour – si vous souhaitez leur laisser 12h de repos quotidien, doublez le chiffre).

Une belle quantité d’énergie donc, qui peut se décomposer de la manière suivante.

Répartition de la consommation énergétique finale par secteur en France en 2018, et détail du secteur résidentiel [1] [2]. © Valentin Bouvignies Répartition de la consommation énergétique finale par secteur en France en 2018, et détail du secteur résidentiel [1] [2]. © Valentin Bouvignies

Le secteur résidentiel est l’un des plus gourmands puisqu’il représente près d’un tiers de la consommation énergétique française. Décomposé selon différents usages, il révèle une part écrasante du chauffage. Rapporté à la consommation française totale, le chauffage représente près de 20 % de l’énergie utilisée, soit autant que l’industrie dans son ensemble, et plus que le secteur tertiaire ou que l’agriculture et la pêche. [2]

Si l’on cherche à diminuer l’empreinte énergétique du secteur résidentiel, mieux vaut changer une vieille chaudière au fioul plutôt que de remplacer une gazinière par des plaques à induction. C’est une bonne chose d’apprendre à des enfants à éteindre la lumière quand ils quittent une pièce, mais leur apprendre à couper le chauffage aura un impact beaucoup plus important !

Rentrons dans le détail. Le graphique ci-dessous représente la répartition des différentes énergies finales qui permettent de chauffer les logements français, et son évolution dans le temps.

Évolution de la consommation énergétique finale annuelle du chauffage résidentiel, en France, à climat réel [2]. © Valentin Bouvignies Évolution de la consommation énergétique finale annuelle du chauffage résidentiel, en France, à climat réel [2]. © Valentin Bouvignies

Premier constat : indépendamment du climat, la quantité totale d’énergie consacrée au chauffage commence à diminuer depuis une dizaine d’années, mais nous allons voir qu’il est possible de faire beaucoup mieux. La climato-dépendance de cette dépense énergétique est bien visible : les pics (2013, 2010, 1991) et creux (2011, 2014) de cette courbe sont en phase avec le caractère sévère ou doux de l’hiver relevé par Météo-France [3].

Bois, électricité, fioul domestique et gaz naturel : ces quatre types d’énergie répondent à 90 % de la consommation du chauffage en France dans des proportions qui fluctuent. Alors que les quantités énergétiques de bois et l’électricité sont restées plutôt stables sur les 30 dernières années, le gaz naturel remplace peu à peu le fioul domestique.

Bois et fioul étaient prépondérants au début des années 80, et si l’on remonte plus loin dans le temps on constatera que le fioul s’est substitué au charbon, majoritaire au début du siècle. En effet, les trois matières premières que sont le bois, le fioul et le charbon ont l’avantage de ne nécessiter aucun couteux réseau de distribution, au contraire du gaz naturel et de l’électricité.

Un impact environnemental important

Côté environnement, le chauffage est à l’image de sa consommation d’énergie : son impact est important ! Regardons d’abord sa contribution au réchauffement de l’atmosphère : il représente 21 % des émissions nationales de dioxyde de carbone (CO2) et 6 % des émissions de méthane (CH4), les deux principaux gaz à effet de serre [4]. Il est également responsable de plus des deux tiers des émissions de particules fines rejetées dans l’atmosphère.

Au classement des combustibles fautifs, le gaz et le bois se partagent les deux premières marches du podium, en raison d’un taux d’émission de particules en suspension particulièrement élevé pour le bois [5], et de CO2 pour le gaz. Certes, le bois est une ressource renouvelable s’il provient de forêts gérées durablement ; il n’en est pas moins un pollueur local important. A l’opposé, l’électricité française, décarbonnée en raison d’une production nucléaire importante, permet au chauffage électrique d’avoir un impact atmosphérique minime.

Quantité et origine des émissions des 4 principaux polluants produits par les activités de chauffage, pour la France, en 2018 [6]. © Valentin Bouvignies Quantité et origine des émissions des 4 principaux polluants produits par les activités de chauffage, pour la France, en 2018 [6]. © Valentin Bouvignies

Du poêle à bois (PAB) à la pompe à chaleur (PAC)

L’énergie finale qui arrive chez l’utilisateur doit ensuite subir une dernière transformation, pour devenir chaleur. Pour cela, trois options se distinguent.

La première est la plus commune : le gaz, le fioul, et le bois brûlent à l’intérieur d’une chaudière (et parfois dans un poêle pour le bois). La combustion chauffe un fluide caloporteur, en général de l’eau, chargée de transporter la chaleur dans les différents endroits de l’habitation.

La deuxième est tout aussi répandue : plus de combustion, ici, l’énergie électrique est transformée en chaleur lors de son passage soit dans une résistance (grâce à la bonne vieille loi d’Ohm), soit dans un filament électrique qui génère un rayonnement infrarouge (similaire à celui que nous envoie quotidiennement le Soleil). Comme pour les chaudières, l’utilisation d’un fluide caloporteur dans les radiateurs électriques résistifs crée une inertie qui améliore le confort et l’efficacité du chauffage.

Ces deux premières options présentent la similarité suivante : la chaleur est créée ex nihilo à partir de la quantité d’énergie finale apportée dans le logement. Elle obéit ainsi à une loi physique intangible qui énonce que dans un système fermé, la quantité d’énergie utile (donc la chaleur) est nécessairement inférieure à la quantité d’énergie apportée pour la générer : c’est le principe de conservation de l’énergie. Ainsi, ces différents types de chauffage (chaudière, poêle à bois, radiateur électrique) nécessiteront toujours d’apporter plus d’énergie que celle qui sera réellement perçue sous forme de chaleur (et le rendement de l’installation sera systématiquement inférieur à 1).

Pour la troisième option, plus marginale mais qui mériterait à être connue, l’énergie électrique est utilisée, non plus pour créer de la chaleur, mais pour la transporter. La bien-nommée pompe à chaleur (ou PAC) vient puiser la chaleur pré-existante d’une source chaude [7] (le sol par exemple), et la transporter dans votre logement. Ici, point de système fermé, le principe de conservation de l’énergie ne s’applique donc plus et une unité d’énergie peut être suffisant pour en transporter trois, de la même manière que 10 litres d’essence suffisent à faire avancer un camion-citerne qui en contient plusieurs milliers.

Une PAC dans ma cuisine

D’ailleurs, la plupart des cuisines des logements actuels sont chauffés, en partie, par une pompe à chaleur : un réfrigérateur électrique fonctionne exactement de la même manière. La source chaude, c’est l’intérieur du réfrigérateur, dans lequel la machinerie vient extraire le peu de chaleur qu’elle y trouve pour la rejeter le plus souvent sur la face arrière de l’appareil. Pour vous en convaincre, passez la main à cet endroit, vous verrez, c’est chaud ! et les congélateurs ont également le même fonctionnement. Comme quoi, il est possible d’extraire de la chaleur d’un environnement à -18°C !

Les pompes à chaleur ont un coefficient de performance (appelé parfois abusivement rendement) qui correspond au rapport entre l’énergie dépensée et l’énergie calorifique reçue. Ces coefficients dépendent de nombreux facteurs mais sont souvent entre 2 et 3. Cela signifie qu’il suffit d’une seule unité d’énergie électrique pour produire trois unités de chauffage, alors qu’il en aurait fallu plus de trois avec un système traditionnel de chaudière ou de radiateurs électriques. [8]

Énoncé autrement, le parc de chauffage France consommerait entre deux et trois fois moins d’énergie s’il n’était composé que de pompes à chaleur. Or, en 2018, seules 20 % des résidences principales neuves n’étaient équipées de PAC en France, contre plus de 90 % pour des pays comme la Suède [2].

Répartition des 29 millions de résidences principales selon leur type de chauffage en France en 2018 [2]. © Valentin Bouvignies Répartition des 29 millions de résidences principales selon leur type de chauffage en France en 2018 [2]. © Valentin Bouvignies

Pour quiconque voudrait réduire l’empreinte énergétique du chauffage et les émissions de gaz à effet de serre qui en découlent (donc pour 100 % des décideurs politiques, d’après ce qu’ils en disent), cette proportion est assurément trop faible. Malheureusement, derrière ce constat rendu évident par les lois de la physique se joue en sous-main un âpre combat entre deux puissants lobbies : les ex-frères du gaz et de l’électricité.

Les trois petits cochons

Sur le chemin de l’optimisation énergétique d’un système de chauffage, nous n’en sommes qu’à la moitié. En effet, une fois la chaleur produite, il faut la conserver. Maison de paille, maison de bois, maison de brique : tous les logements ne sont pas égaux face à cette problématique.

Pour mesurer ces inégalités, le gouvernement a appliqué en 2007 les étiquettes de performance énergétique des matériels électroménagers à la consommation énergétique des bâtiments : sept classes, qui vont de A à G et qui distinguent les maisons de brique – ces bons élèves classés A ou B, qui ne consomment pas plus de 90 kWh par m2 et par an et que l’on appelle prosaïquement BBC pour Bâtiment Basse Consommation – des maisons de paille – ces cancres classés F ou G, qui consomment au moins 4 fois plus et que l’on appelle plus poétiquement des passoires thermiques. Entre ces deux extrêmes, les maisons de bois forment le ventre mou de ce classement. [8]

Les maisons de paille, et dans une moindre mesure les maisons de bois fuient de partout : la moitié de la chaleur se sauve par le toit (30 %) et les murs (20 %), l’autre moitié passe par le sol (25 %), les ouvertures de renouvellement d’air (14 %) et les fenêtres (11 %) [8]. Ainsi, rénover uniquement les fenêtres d'un logement n'aura qu'un impact énergétique (et donc financier) minime, voire nul : seule la rénovation thermique globale est réellement utile.

Si la France était un village de 10 maisons, celui-ci serait composé de deux maisons de paille, de sept maisons de bois, et d’une seule maison de brique… [8] Un constat qui explique pourquoi l’isolation thermique des bâtiments figure en bonne place dans la rubrique écologie de la plupart des programmes politiques des vingt dernières années. En effet, si l’objectif de transformer l’ensemble des 9 maisons de paille et de bois en maisons de brique d’ici 2050 est tenu [10], cela permettra de diviser la facture énergétique française du chauffage par 6, toute chose égale par ailleurs. Et si, en plus, les 10 maisons sont équipées de pompes à chaleur...

Bref, à l’instar du transport, le chauffage est une des principales sources de consommation énergétique en France, et, partant, la cause d’une belle proportion d’émissions de gaz à effet de serre. Mais contrairement au même transport, de nombreuses solutions d’amélioration existent ! Les politiques publiques se focalisent principalement sur l’isolation thermique des bâtiments, sans réaliser que le rythme de rénovation actuel (30 000 logements rénovés par an en 2018) devrait être multiplié par 25 (!) pour atteindre l’objectif prévu en 2050 [11]. L’installation massive de pompes à chaleur est un autre levier souvent ignoré des décideurs.

Quant à l’interdiction ô combien symbolique de la pratique indécente des terrasses chauffées, elle se fait toujours attendre... A l’heure où des moutons remplacent les tondeuses thermiques dans certains parcs urbains, pourquoi des vaches ne remplaceraient-elles pas les chauffages extérieurs qui fleurissent en hiver sur les terrasses de la plupart des bars et restaurants des grandes villes ?

 

Pour aller plus loin :

[1] Ministère de la Transition Écologique et Solidaire – Commissariat général au développement durable – Chiffres clés de l’énergie édition 2019 – document de 80 pages publié en septembre 2019 et disponible en ligne.

[2] Données publiques fournies par le Centre d’Études et de Recherches Économiques sur l’Énergie (CEREN).

[3] Données issues des bilans climatiques annuels fournies par Météo-France.

[4] Centre Interprofessionnel Technique d’Études de la Pollution Atmosphérique (CITEPA) – Rapport Secten – édition 2020 – Émissions de gaz à effet de serre et de polluants atmosphériques en France, Secteurs Résidentiel, Tertiaire, Commercial, Institutionnel – document de 18 pages rédigé par Stéphanie Barrault et Benjamin Cuniasse et disponible en ligne.

[5] Extrait d’Or noir, la grande histoire du pétrole, Matthieu Auzanneau, éditions La Découverte (p. 426) : « Le charbon utilisé pour le chauffage est responsable de nombreux incendies et des fameux brouillards tueurs (killer smogs) qui étouffent depuis un siècle les quartiers populaires. En décembre 1952 par exemple, un épouvantable nuage de pollution emporte des milliers de Londoniens. A partir du début des années 1950, Londres, New York ainsi que de nombreuses autres grandes villes industrielles bannissent peu à peu le charbon. A bord des cargos, le fioul lourd remplace de plus en plus systématiquement le charbon (...). »

[6] Données issues de l’édition 2020 de la base de données Ominea du Centre Interprofessionnel Technique d’Études de la Pollution Atmosphérique (CITEPA).

[7] Le terme « source chaude » est scientifiquement correct mais il est trompeur : il pourrait laisser croire qu’une pompe à chaleur nécessite l’existence d’un lac d’eau bouillante à proximité de son implantation. Or ce n’est pas le cas : n’importe quel sol (donc par exemple, un sol à une température de 5°C en hiver) peut faire l’affaire. Quand bien même il serait qualifié de « froid » par le commun des mortels, il est en fait source chaude pour la pompe à chaleur, car elle le refroidira en y puisant sans s’épuiser de la chaleur. Pour les pompes à chaleur, les sources chaudes sont soit le sol, soit l’air ambiant extérieur (et plus rarement un lac à proximité).

[8] Se chauffer autrement, Romain Claret et Jean-Michel Groult, éditions Eugen Ulmer dans la collection Habitat écologique.

[9] Ministère de la Transition Écologique et Solidaire – Commissariat général au développement durable – Service des données et études statistiques – Le parc de logements par classe de consommation énergétique – document de 20 pages rédigé par Thomas Merly-Alpa, Nicolas Riedinger et Mathieu Baudry et disponible en ligne.

[10] Objectif inscrit dans la loi de transition énergétique de 2015.

[11] France Culture, émission Entendez-vous l’éco ? du 1er septembre 2020 intitulé Le pari gagnant de la rénovation thermique. Invité : Olivier Sidler, porte-parole de l’association négaWatt.

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