Lorsque vous passez d’une chaudière à gaz à une pompe à chaleur électrique, les émissions annuelles d’oxyde de carbone diminuent de 2,5 tonnes. Ce montant devrait encore diminuer avec les pompes à chaleur thermoacoustiques.

Les pompes à chaleur thermoacoustiques font partie des technologies vertes à venir les plus cruciales et les plus innovantes. Ils sont fondés sur l’utilisation d’ondes de pression acoustiques pour diffuser des effets de chauffage ou de refroidissement. L’interaction de la paroi solide et du gaz oscillant facilite ces effets thermoacoustiques.

Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur thermoacoustique ?

Une pompe à chaleur thermoacoustique est donc un système qui exploite les ondes sonores pour transférer la chaleur d’une section à l’autre. En effet, contrairement aux pompes à chaleur traditionnelles qui utilisent un réfrigérant, les pompes à chaleur thermoacoustiques utilisent une onde stationnaire pour créer une différence de température dans une section fermée.

De la même manière, les moteurs thermoacoustiques utilisent également des ondes sonores pour transférer la chaleur d’une section à l’autre. Ce processus est très exigeant et nécessite l’utilisation d’un haut-parleur pour le réaliser. En effet, le haut-parleur permet de transformer la différence de chaleur en ondes sonores, qui peuvent ensuite être converties en courant électrique, de manière similaire à un microphone.

Cependant, il est important de noter que les moteurs thermoacoustiques peuvent utiliser à la fois des ondes progressives et des ondes stationnaires, tandis que les pompes à chaleur thermoacoustiques se concentrent principalement sur l’utilisation d’ondes stationnaires pour transférer la chaleur.

Comment fonctionne une pompe à chaleur thermoacoustique ?

Pour comprendre le fonctionnement d’une pompe à chaleur thermoacoustique, il faut savoir que les particules de gaz dans une onde sonore se dilatent et se compriment de manière diffuse, ce qui entraîne des changements simultanés de pression et de température. Pour exploiter ce phénomène, une pompe à chaleur thermoacoustique est généralement composée d’une cheminée, d’un résonateur et d’échangeurs de chaleur.

Plus précisément, des interférences entre des ondes se déplaçant dans des chemins opposés à des fréquences spécifiques peuvent se produire dans un tube fermé, ce qui entraîne une résonance et génère une onde stationnaire. Ensuite, la pile, qui contient de minuscules canaux parallèles, est positionnée à un endroit spécifique dans le résonateur avec une onde stationnaire pour développer un différentiel de température dans toute la pile.

Pour produire et disperser de la chaleur, des échangeurs de chaleur sont placés de chaque côté de la cheminée. En outre, ce processus peut être inversé pour produire des effets de refroidissement, où une variation de température dans l’ensemble de la cheminée génère une onde sonore pour transférer la chaleur du réservoir froid vers le réservoir chaud.

Compression de gaz diabatique

Lorsque les particules de gaz sont déplacées, elles se compriment de manière adiabatique, ce qui augmente leur température. Après cela, ils ont maintenant une température plus élevée qu’auparavant.

Transfert de chaleur isobare

La température accrue de la particule transfère la chaleur à la plaque à une pression constante, refroidissant le gaz.

Expansion de gaz adiabatique

En effet, ce processus consiste à déplacer le gaz de sa position d’origine. En raison de l’expansion adiabatique du gaz, la température du gaz diminue et devient plus froide que la plaque froide.

Transfert de chaleur isobare

Enfin, la température réduite du gaz facilite le transfert de chaleur vers le gaz à pression constante, restaurant le gaz à sa température d’origine.

Les pompes à chaleur fonctionnent plus efficacement lorsqu’elles maintiennent une température constante . Éteindre une pompe à chaleur lorsque vous êtes absent ou endormi peut en fait consommer plus d’énergie que de la laisser allumée. La raison en est qu’il doit travailler plus dur pour revenir à la température souhaitée que pour la maintenir.

Avantages des pompes à chaleur thermoacoustiques

Pas de réfrigérants

Cela doit être l’avantage le plus important d’avoir une pompe à chaleur thermoacoustique. Avec une telle thermopompe, les fabricants n’auront plus à se soucier de certaines réglementations limitant la quantité de réfrigérant qu’ils peuvent utiliser dans leurs unités.

Moins de problèmes de condensation

Les pompes à chaleur thermoacoustiques ont moins de problèmes de condensation, ce qui peut provoquer des digues de glace sur les toits ou les murs en hiver si elles ne sont pas installées correctement. De plus, les panneaux ne rouillent pas, ce qui peut être un problème avec les systèmes plus anciens qui utilisent des panneaux en acier galvanisé pour l’isolation.

Une faible consommation

Ces unités sont plus économes en énergie que les systèmes de chauffage conventionnels car elles reposent sur des courants de convection naturelle au lieu du flux d’air à travers des tuyaux ou des conduits pour transférer la chaleur d’un endroit à un autre dans votre maison ou votre immeuble commercial (ou même à l’extérieur).

Moins de coûts d’entretien

Le seul entretien requis pour les pompes à chaleur thermoacoustiques est de s’assurer qu’elles sont maintenues propres et exemptes de poussière ou de saleté afin qu’elles fonctionnent efficacement. C’est beaucoup plus facile que d’entretenir d’autres types de pompes à chaleur, car il n’est pas nécessaire de lubrifier ou de nettoyer les filtres ou les condenseurs – gardez-les propres et clairs !

Facile à nettoyer

Les pompes à chaleur thermoacoustiques sont faciles à nettoyer et à entretenir. Le système est complètement scellé et les ventilateurs peuvent être retirés, nettoyés et réinstallés en douceur sans aucun outil. Cela permet de maintenir le système sans l’ouvrir.

La thermopompe thermoacoustique est un système en boucle fermée qui ne nécessite pas de fluides pour son fonctionnement. Cette technologie élimine le besoin de conduits, ce qui aide à réduire les coûts de construction et à augmenter l’efficacité.

Quels sont les inconvénients du refroidissement thermoélectrique ?

Les principaux inconvénients du refroidissement thermoélectrique sont le coût élevé et la faible efficacité énergétique , ce qui a limité son application aux cas où le coût du système et l’efficacité énergétique sont moins importants que la disponibilité de l’énergie, la fiabilité du système et l’environnement de fonctionnement silencieux.

Comparaison avec les autres types de pompes à chaleurs

Il existe trois grands types de pompes à chaleur : air-air, source d’eau et source géothermique. Les pompes à chaleur air-air utilisent un cycle inversé pour déplacer l’air chaud et froid. Cette pompe fournit une fois et demie à trois fois plus de chaleur qu’une fournaise et consomme moins d’énergie pour ce faire. Un autre type de pompe à chaleur est la géothermie, qui absorbe la chaleur du sol.

Type de pompe à chaleurDescription
Pompes à chaleur géothermiquesCes pompes à chaleur extraient la chaleur des eaux souterraines ou du sol, qui reste à une température assez constante tout au long de l’année en dessous d’une profondeur de 30 pieds. Si votre pompe à chaleur géothermique est correctement entretenue, elle a généralement un COP de 4,0 au début de la période de chauffage et un COP de 3,0 lorsque vous continuez à extraire de la chaleur. Tout de même, ces machines sont très coûteuses à mettre en place car il y aura des travaux de forage. La personne ou l’équipe qui l’installe percera un trou de forage pour positionner l’échangeur de chaleur.
Pompe à chaleur d’air d’échappementCes machines utilisent l’air vicié de votre propriété comme source de chaleur et nécessitent une ventilation mécanique. Ils se déclinent en deux types principaux : unités d’évacuation d’air à eau qui déplacent la chaleur vers un circuit qui comprend un réservoir d’eau, et évacuation des machines air-air qui déplacent la chaleur vers l’air ambiant.
Pompes à chaleur solairesComme son nom l’indique, ces pompes à chaleur comprennent plusieurs panneaux solaires et une pompe à chaleur. En outre, il pourrait s’agir d’un panneau solaire photovoltaïque par opposition à des panneaux solaires thermiques.
Pompe à chaleur à source d’eauCe type de pompe à chaleur fonctionne comme une pompe à chaleur géothermique, bien qu’elle tire la chaleur d’un plan d’eau au lieu du sol. Dans cet esprit, le plan d’eau doit être suffisamment grand pour gérer l’effet de refroidissement de cette machine sans tuer les animaux dans l’eau ni geler.
Pompes à chaleur thermoacoustiquesCes unités sont assez nouvelles sur le marché. Elles fonctionnent comme un moteur thermoacoustique mais sans le réfrigérant. Au lieu de cela, elles utilisent une onde stationnaire dans une section fermée et gérée par un haut-parleur pour atteindre une variation de température dans toute la section.

Tableau comparatif des pompes à chaleur thermoacoustiques et des modèles traditionnels

En résumé, les pompes à chaleur thermoacoustiques ont un fonctionnement différent des modèles traditionnels, ce qui leur confère des avantages en termes d’efficacité et d’impact environnemental. Cependant, leur installation peut être plus coûteuse en raison de la technologie relativement nouvelle.

Critères de comparaisonPompes à chaleur thermoacoustiquesModèles traditionnels
TechnologieUtilisent des ondes stationnaires pour générer de la chaleurUtilisent des réfrigérants pour transférer la chaleur
EfficacitéPeuvent atteindre un SCOP plus élevé grâce à l’absence de cycle marche/arrêt et à la capacité à atteindre des températures plus élevées ou plus bassesSCOP inférieur en raison du cycle marche/arrêt et de la limitation de températures
EnvironnementUtilisent des matériaux non-toxiques et sont plus écologiques grâce à l’absence de réfrigérantsPeuvent contenir des réfrigérants toxiques et peuvent avoir un impact négatif sur l’environnement
CoûtCoût élevé pour l’installation en raison de la technologie relativement nouvelleCoût d’installation généralement moins élevé que les modèles thermoacoustiques
Durée de vieDurée de vie généralement plus longue que les modèles traditionnelsDurée de vie généralement plus courte que les modèles thermoacoustiques

Equium l’exemple Français des pompes à chaleur thermoacoustiques

Une nouvelle génération de pompes à chaleur basée sur la technologie thermoacoustique pourrait bientôt changer tout cela. La startup française Equium se situe à l’avant-garde de la nouvelle vague de startups appliquant la thermoacoustique aux pompes à chaleur. La société a récemment dévoilé un nouveau noyau de pompe à chaleur qui peut produire environ 3 à 4 kW de chaleur pour chaque kW de puissance consommée par le système. Ce dispositif rend possible la construction de pompes à chaleur sans réfrigérant capables de chauffer l’eau destinée à un usage domestique jusqu’à 80°C tout en atteignant des températures plus basses pour le refroidissement de l’air.

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Olivier Serviant
Consultant en énergie
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