Chauffage

En 1619 paraît le premier ouvrage complet sur les poêles, publié par Franz Kessler (de)[5]. Son travail indique dès cette époque tous les principes du chauffage usités en Allemagne[3].

En 1624 paraît en France un ouvrage de Louis Savot dans lequel apparaît l'isolement du foyer contre le mur et l'usage des chambres de chaleur[6]. Peu de progrès sont réalisés par la suite dans la conception des cheminées. Les efforts réalisés au XIX^e siècle portent sur isolement complet du foyer, la multiplication des surfaces de chauffe et surtout de celles de transmission, l'introduction d'air extérieur préalablement chauffé au contact de la fumée[3].

En France, beaucoup de maisons rurales à l'époque moderne ne disposent pas de véritable cheminée, souvent elles n'offrent aux occupants qu'un simple foyer installé sur le sol en terre battue. Si le poêle est fréquemment utilisé en Allemagne, il demeure plus rare en France où on lui préfère la cheminée. Cette tendance persiste jusqu'à la fin du XVIII^e siècle, mais à la veille de la Révolution, de plus en plus de foyers optent pour le chauffage au poêle, qui offre l'avantage de ne pas imprégner la maison de l'odeur de la fumée[7].

À partir du XVIII^e siècle, l'énergie dégagée par le chauffage de l'eau produit des applications motrices dans les machines à vapeur.

Au XIX^e siècle, un foyer ordinaire d'appartement peut déterminer par son tirage une évacuation de 800 à 1 000 m³ d'air par heure et malheureusement c'est là le rôle principal des cheminées, la ventilation. En effet cette évacuation d'air à l'extérieur, et par conséquent le refroidissement des pièces, sont d'autant plus considérables que le chauffage fonctionne avec plus d'activité. Rarement les prises d'air extérieur qu'on a ajoutées dans des systèmes de tuyaux plus ou moins contournés sont suffisantes pour alimenter la combustion et pour remplacer l'air ascendant du tuyau de fumée. Ce sont toujours les portes et les fenêtres qui viennent donner le complément d'air indispensable[3].

En 1847, les combustibles employés dans les foyers des machines à vapeur, etc., sont au nombre de trois principaux[8] : le bois, la tourbe et la houille. On compte donc trois combustibles qui, soumis à la « carbonisation » (en fait une pyrolyse), donnent naissance à trois nouveaux combustibles : le charbon de bois, le charbon de tourbe et le charbon de houille ou coke.

En 1857, l'industrie pétrolière naît en Roumanie, avec la première raffinerie à Ploieşti. Le fioul est progressivement utilisé dans le chauffage, et à partir de 1960, le gaz naturel.

En 1870, les combustibles employés dans le chauffage (avec leurs valeurs calorifiques par kilo) sont la houille (8 000 calories), les briquettes de houille agglomérées (8 000 calories), le coke des usines à gaz (7 000 à 7 500 calories), la tannée en motte (produit résiduel, sorte de sciure provenant de la préparation des cuirs au tannage végétal et qui sert de combustible bon-marché, 5 000 calories), le bois sec (3 500 calories) ou ordinaire (3 000 calories), le charbon de bois (6 000 calories), le gaz d'éclairage (gaz de houille) (6 000 calories par mètre cube), l'huile de pétrole (8 000 calories)[9].

Le début du XX^e siècle est marqué par la maîtrise des techniques de la vapeur et les premières chaudières vapeur viennent équiper les immeubles d'habitation.

Les débuts des chauffe-eaux solaires peuvent être retracés jusqu'au XIX^e siècle, avec l'un des premiers modèles conçus par l'inventeur américain Clarence Kemp en 1891. Ce pionnier a introduit son dispositif innovant, nommé "Climax", qui exploitait un réservoir recouvert de peinture noire pour capter la chaleur solaire et réchauffer l'eau. Au fil des années, les chercheurs et les inventeurs ont apporté des améliorations à cette technologie en développant des méthodes de circulation de l'eau plus efficaces et en utilisant des matériaux absorbants à la pointe de la performance.

Les systèmes de chauffage central (à eau chaude) remplaceront petit à petit les chauffages utilisant la vapeur.

Le tout premier radiateur électrique date de 1912 et est fabriqué en Allemagne par le fabricant Werkstätten Bernhard Stadler Paderborn. Il est aujourd'hui exposé au Musée Wolfsonian-FIU Museum à Miami[10].

Dans les années 1960, le chauffage électrique fait également son apparition. D'abord très énergivore avec les convecteurs électriques, il se développe rapidement, et les fabricants imaginent des appareils dont la technologie est de plus en plus perfectionnée. C'est le cas du chauffage électrique à inertie qui s'inspire de la nature[alpha 1], le cœur de chauffe (en céramique, en fonte...) est chauffé et accumule la chaleur. Le radiateur à inertie chauffe donc par rayonnement en diffusant la chaleur accumulée. Contrairement au convecteur électrique, le chauffage électrique à inertie permet de chauffer de manière assez stable.

Le choc pétrolier, permettra aux énergies renouvelables, et notamment au solaire thermique de se développer fortement entre 1973 et 1985.

La rareté et le coût des énergies fossiles font que des systèmes de chauffage intégrant les énergies gratuites ou renouvelables comme le solaire, la géothermie, font une apparition marquée au début de notre XXI^e siècle. La nécessité de réduire la consommation d'énergie émettant des polluants, et notamment du CO₂, est reliée à la conservation des ressources de la planète pour les générations futures. La notion de développement durable[11] apparaît alors. La France investit aussi beaucoup dans les technologies de chauffage ; des constructeurs français investissent par exemple dans le procédé de chauffage aux granulés de bois.

Dans les années 2000, les législations européennes tendent à évoluer pour imposer le développement du marché du répartiteur de frais de chauffage.

La réglementation française demande que les systèmes de chauffage des logements puissent permettre d'atteindre en moyenne 18 °C, mais que le chauffage soit éteint au-delà de 19 °C[12] - [13]. La même limite supérieure de 19 °C est applicable pour la plupart des locaux autres que les logements, tels que les bureaux et les établissements recevant du public, à l'exception de cas particuliers (entre autres, limite de température plus basse dans les gymnases, mais plus haute dans les établissements sanitaires et hospitaliers)[13] - [14].

Si une habitation a besoin de 10 000 kWh/an de chauffage annuel et que le système de chauffage a un rendement global de 80 %, alors elle consommera :

10 000 kWh/an / 80 % = 12 500 kWh/an en énergie finale.

La consommation totale d'énergie finale, avant transformation, pour le chauffage des ménages en France est d'environ 35 Mtep en 2002[15].

L'influence du climat sur les besoins en chauffage s'évalue au moyen des degrés-jours unifiés.

Le chauffage, qu'il soit individuel ou collectif, est un élément essentiel pour assurer le confort thermique dans les bâtiments résidentiels et commerciaux. Les deux types de chauffage présentent des avantages et des inconvénients, et le choix entre les deux dépend souvent des préférences des occupants, du type de bâtiment et de considérations économiques et environnementales.

Le chauffage individuel permet à chaque logement ou local commercial de disposer de sa propre installation de chauffage, indépendante des autres unités du bâtiment. Les sources de chaleur peuvent être variées, telles que des chaudières à gaz, des pompes à chaleur, des radiateurs électriques ou des poêles à bois.

Avantages :

• contrôle individuel de la température pour chaque logement, permettant une gestion personnalisée de la consommation énergétique ;
• facturation séparée de l'énergie consommée, assurant que chaque occupant paie uniquement pour sa propre consommation ;
• flexibilité dans le choix du type de chauffage et la possibilité de passer à des sources d'énergie plus écologiques ou économiques.

Inconvénients :

• coûts d'installation et d'entretien élevés pour chaque logement, en particulier pour les systèmes de chauffage central ;
• risque de variations de performance et d'efficacité énergétique entre les différentes installations ;
• moins adapté aux bâtiments à faible isolation thermique, où les pertes de chaleur peuvent être importantes.

Le chauffage collectif est un système de chauffage centralisé qui dessert l'ensemble d'un bâtiment ou d'un ensemble de bâtiments, tels que des immeubles d'appartements ou des complexes résidentiels. Les sources de chaleur peuvent inclure des chaudières à gaz, des chaufferies à biomasse ou des centrales de cogénération.

Avantages :

• réduction des coûts d'installation et d'entretien grâce à une seule installation centralisée ;
• efficacité énergétique accrue due à la production centralisée de chaleur et à la réduction des pertes de chaleur ;
• possibilité d'intégrer des sources d'énergie renouvelable à grande échelle, telles que la géothermie, la biomasse ou la récupération de chaleur.

Inconvénients :

• moins de contrôle individuel sur la température et la consommation d'énergie ;
• répartition des coûts de chauffage entre les occupants, qui peut ne pas refléter la consommation réelle de chaque logement ;
• nécessité d'une gestion et d'une maintenance centralisées, pouvant entraîner des problèmes de coordination et de responsabilité.

• Chauffage central : on parle de chauffage central lorsque l'on chauffe plusieurs pièces d'un immeuble ou d'une maison à partir d'un seul point de cet immeuble grâce à un générateur de chaleur, la chaudière.
• Chauffage décentralisé ou chauffage local : contrairement au chauffage central, un système ou les fonctions de génération et d'émission sont assurées conjointement au sein de chaque appareil. Il n'y a pas de fluide caloporteur, pas de réseau permettant d'acheminer ce fluide et donc pas de fonction de distribution.

• Convection : transfert thermique qui implique un déplacement de matière dans le milieu.
• Conduction : transfert thermique provoqué par une différence de température entre deux régions d'un même milieu ou entre deux milieux en contact sans déplacement appréciable de matière.
• Rayonnement : synonyme de radiation en physique, processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.

Le fluide caloporteur peut être :

• l'eau chaude : l'eau réchauffée (l'installation comporte un générateur de chaleur (chaudière ou bouilleur, une distribution d'eau et des émetteurs de chaleur) ;
• l'air pulsé : l'air ambiant réchauffé (l'installation comporte un générateur d'air chaud et le plus souvent une distribution de cet air chaud) ;
• un fluide caloporteur : en général une huile (réservé aux très grosses installations et en général au transport de la chaleur entre la production centralisée et des sous-stations qui sont des interfaces entre un réseau de production dit « primaire » et un réseau de distribution jusqu'aux émetteurs de chaleur dit « secondaire »).

Le chauffage a un impact environnemental important : les usages « résidentiels et tertiaires » représentaient en 2001 en France 20 % des émissions de gaz à effet de serre (cause du réchauffement climatique) et le chauffage des habitations et lieux de travail représente 75 % de ces 20 %, donc 15 %[18] du total.

Cet impact est en partie sous le contrôle des individus : chacun règle à sa guise la température de son domicile et peut donc décider de limiter son impact personnel. Baisser de 1 °C la température fait baisser la consommation de 7 à 10 %. Les préconisations médicales de 1960 recommandaient une température de 16 à 17 °C dans les bureaux et salles de classe[19].

Le choix de la source d'énergie de chauffage (par exemple de la proportion de fossile et de renouvelable) influe sur ses conséquences environnementales, notamment sur ses émissions de gaz à effet de serre. Le chauffage électrique, par rapport au gaz, est ainsi légèrement moins émetteur en France (180 gCO₂/kWh, contre 195)[alpha 2], et trois fois plus émetteur en Europe (500 à 600, contre 195)[20]. Mais les logements équipés au gaz consomment plus d’énergie que ceux utilisant de l’électricité pour se chauffer (la consommation de chauffage électrique est de 19 kWh d’énergie finale par mètre carré et par an et de 40 pour le gaz, en logement neuf), si bien que « l’électricité n’est pas plus chère que le gaz »[18]. En France, d'après un expert d'EDF, le chauffage représente 25-30 % de la pointe de consommation électrique journalière et, « Même au moment de la pointe, l’électricité tous usages confondus émet deux fois moins de CO₂ que le gaz »[18].

Enfin, une installation de pompe à chaleur permet de diviser par quatre les consommations électriques associées au chauffage, réduisant significativement les émissions induites[18].

Le chauffage n'a pas un impact environnemental seulement sur les émissions de gaz à effet de serre, il peut également avoir un impact sanitaire. C'est notamment le cas des émissions de particules par les modes de chauffage exploitant la combustion de combustibles fossiles ou renouvelables. En France métropolitaine, le chauffage au bois est le principal émetteur de particules fines (PM_2,5) et l'émetteur majoritaire de particules très fines (PM_1,0), les plus dangereuses pour la santé. Il est également émetteur majoritaire de composés toxiques ou cancérigènes comme les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et le benzène, eux-mêmes véhiculés par ces particules[21]. Il fait l'objet d'une attention toute particulière de la part du « Plan particules », intégré dans la deuxième version du Plan national santé-environnement (PNSE 2)[22]. Le développement du bois énergie dans le cadre de la promotion des énergies renouvelables fait en effet craindre une aggravation de la pollution par les particules (et ce qu'elles véhiculent). La distinction entre « énergie renouvelable » et « énergie propre » est donc importante.

Les pompes à chaleur géothermiques de profondeur accélèrent le transfert thermique du sous-sol terrestre vers l'atmosphère via le local chauffé. Excepté cette spécificité, l'ensemble des pompes à chaleur sont une forme de chauffage électrique à rendement amélioré, leur impact environnemental est par conséquent principalement celui de l'énergie primaire utilisée pour produire l'électricité.

La géothermie peut occasionner des pollutions des nappes phréatiques en cas de fuite ou rupture des tuyaux contenant les fluides de transfert thermique.

Lorsque les appareils de chauffage (type pompe à chaleur par exemple) sont installées dehors, elles peuvent causer une pollution sonore gênante pour soi-même ou pour le voisinage. La pompe Viessmann citée ci-dessus fait 70 dB en sortie, d'autres annoncent des chiffres variés, souvent dans des conditions différentes : à 1 m, à 5 m, à 10 m. Il faut tenir compte du fait que la pompe fonctionnera nuit et jour, par intermittence, et que de nuit même 40 dB sont une nuisance. Elle émet aussi des sons à basse fréquence (ventilateurs) qui peuvent franchir isolations et doubles vitrages. Enfin, le niveau de bruit réel peut être très différent de la valeur catalogue.

• Ressource relative à la santé :
  • (en) Medical Subject Headings
• Notice dans un dictionnaire ou une encyclopédie généraliste :

  • Dictionnaire historique de la Suisse
• Notices d'autorité :

  • BnF (données)
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  • Israël
  • Tchéquie
  • Lettonie
• Nathalie Tchang, « Consommations : conventionnelles, prévisionnelles ou réelles ? », novembre 2013
• « Rénovation et chauffage », Services cantonaux suisse-romands de l'énergie et de l'environnement.