Zoom sur l’indice TEWI : sur la voie de la neutralité carbone avec l’efficacité énergétique

« La protection du climat est l’affaire de tous. Les industries à forte consommation d’énergie comme le secteur du froid et de la chaleur portent une responsabilité particulière sur la voie de la neutralité carbone. Les fabricants, les planificateurs et les exploitants sont tous tenus de minimiser les émissions et de veiller à la bonne de leurs installations, conformément au principe « Efficiency first », pilier essentiel de la transition énergétique. En effet, le kilowattheure le plus propre et le moins cher est bien celui qui n’a pas besoin d’être produit. Les agents réfrigérants et les émissions de gaz à effet de serre qu’ils génèrent sont actuellement au centre des préoccupations des consommateurs quand il s’agit d’évaluer l’impact sur le climat des installations frigorifiques et des pompes à chaleur. La valeur PRG (potentiel de réchauffement global), qui se base sur l’effet de serre du CO₂ (PRG=1), sert ici de référence. Plus la valeur PRG est élevée, plus une substance est considérée comme favorisant l’effet de serre. Afin d’atteindre les objectifs climatiques ambitieux de l’Union européenne et de contribuer à la réduction des émissions du secteur industriel d’ici 2030, le volume d’agents réfrigérants à fort potentiel de réchauffement global (PRG) sera progressivement réduit sur le marché dans les années à venir (« phase down ») et certains seront même complètement retirés du marché (« phase out »). Les interdictions et restrictions visent à encourager l’utilisation d’agents réfrigérants à faible PRG. Les dispositions du règlement (UE) nº 517/2014 du Parlement et du Conseil européens du 16 avril 2014 relatif aux gaz à effet de serre fluorés sont ici déterminantes. Actuellement, le projet d’amendement et de durcissement de cette réglementation met encore davantage l’accent sur les émissions de gaz à effet de serre des groupes froids, en s’appuyant sur les agents réfrigérants utilisés. Mais cette approche est-elle suffisante pour évaluer l’impact environnemental des groupes froids et des pompes à chaleur ?

L’indice TEWI : faire la différence entre les émissions directes et indirectes

Roman Steddin, chef de produit chez ENGIE Refrigeration, nous explique : « Une première étape utile pour évaluer le potentiel de réchauffement climatique des groupes froids est d’employer la valeur PRG. Cependant, celle-ci ne concerne que l’agent réfrigérant, à savoir les émissions directes de l’installation. La seule prise en compte de la valeur PRG des agents réfrigérants pour évaluer l’impact écologique d’’une installation est donc insuffisante. Pour évaluer correctement l’impact sur le climat des groupes froids et des pompes à chaleur, il est judicieux d’établir un bilan écologique global du système. Outre les émissions directes, un tel bilan doit également prendre en compte l’influence du gaz à effet de serre indirect. » À cet égard, un autre indice a fait ses preuves dans la pratique : le TEWI (Total Equivalent Warming Impact). Si cette approche tient également compte du potentiel d’effet de serre direct de l’agent réfrigérant qui s’échappe dans l’atmosphère en raison des pertes dues aux fuites et au recyclage pendant le service, l’entretien et la mise au rebut, elle s’intéresse aussi à la production d’électricité nécessaire à l’entraînement du compresseur, qui représente une contribution indirecte aux émissions de CO₂. En effet, la consommation d’énergie et donc l’efficacité énergétique d’une installation peuvent représenter une part importante des émissions totales de l’installation, de même que l’origine de l’électricité utilisée pour alimenter le compresseur : en effet, les émissions sont très différentes si cette électricité provient d’une centrale à charbon ou d’énergies renouvelables.

Conformément à DIN EN 378-1, le TEWI est exprimé par la formule suivante :

Évaluer l’efficacité environnementale avec le TEWI

Si l’électricité utilisée pour entraîner le compresseur provient du mix électrique allemand actuel avec un facteur d’émission (β) moyenné sur l’année d’env. 480 gCO₂eq/kWh_el (selon les données de 2022), les émissions indirectes et donc l’efficacité énergétique d’une installation représentent le paramètre principal dans l’indice TEWI. Ce calcul présente cependant une limite. En effet, le résultat absolu dépend fortement d’autres facteurs tels que la zone climatique, la durée de service, le profil de charge et la fréquence de maintenance des installations étudiées. Roman Steddin voit néanmoins dans cette approche une énorme valeur ajoutée : « Au delà de l’évaluation du résultat absolu, le TEWI nous renseigne avant tout sur le rapport entre les émissions directes et indirectes d’une installation. Cela permet de prendre des mesures efficaces pour atténuer la contribution réelle d’un groupe froid ou d’une pompe à chaleur à l’effet de serre. » De plus, si on applique des paramètres marginaux identiques à des installations avec des agents réfrigérants et des profils d’efficacité différents, l’approche du TEWI permet également de comparer les divers aspects environnementaux globaux. En effet, il n’existe pas un agent réfrigérant idéal pour toutes les applications ; au contraire, il faut trouver la solution individuelle optimale pour chaque application. L’approche du TEWI peut également s’appliquer aux générateurs de chaleur conventionnels, ce qui permet d’intégrer dans les évaluations la part de réduction des émissions de CO₂ due au remplacement des chaudières à gaz ou à fioul par une pompe à chaleur. L’indice TEWI est donc un outil décisionnel important pour tous les planificateurs d’installations.

L’efficacité énergétique prime sur la valeur PRG

Un exemple de calcul du TEWI illustre bien ce point, en comparant le nouveau groupe froid Spectrum Water, lequel est équipé de turbocompresseurs sans huile à haut rendement, fonctionne avec l’agent réfrigérant R-1234ze à faible PRG et présente une puissance frigorifique nominale de 520 kW, à d’autres installations frigorifiques de capacité égale disponibles sur le marché ; les calculs ont été effectués avec le profil de charge standard SEPR-MT conformément au règlement (UE) 2015/1095. Si l’électricité nécessaire provient du mix électrique allemand, les émissions indirectes et donc l’efficacité de l’installation représentent plus de 99 % des émissions totales des installations étudiées. En revanche, avec des agents réfrigérants naturels et à faible PRG et une conception étanche à long terme présentant des taux de fuite annuels inférieurs ou égaux à 1 % du volume de remplissage, les émissions directes représentent moins d’1 % des émissions annuelles totales. Ainsi, même avec des agents réfrigérants qui présentent une valeur PRG relativement élevée, comme le R-134a (PRG = 1,430 kgCO₂eq/kg), la part directe des pertes de fuite et de récupération ne représente que 2,5 % des émissions totales. « Dans l’étude présentée, ce n’est pas l’installation avec l’agent réfrigérant présentant la plus faible valeur PRG qui génère le moins d’émissions, mais celle avec la plus grande efficacité énergétique saisonnière. Dans cet exemple, il s’agit de notre groupe froid SPECTRUM Water », explique Roman Steddin.

Le TEWI comme indicateur des économies de CO₂ 

Sur une durée de service de 20 ans, par rapport à d’autres installations avec la même capacité frigorifique disponibles sur le marché, y compris celles utilisant des agents réfrigérants naturels comme le propane (R-290) ou l’ammoniac (R-717), une bonne efficacité énergétique permet de réaliser des économies de CO₂ considérables. Si une installation similaire remplit tout juste les exigences minimales d’efficacité en matière d’écoconception selon le règlement (UE) 2015/1095 (SEPR-MT : 3,93), la comparaison des indices TEWI révèle que le groupe froid SPECTRUM Water permet d’économiser environ 980 tonnes de CO₂ sur 20 ans, ce qui correspond aux émissions annuelles de CO₂ de 345 voitures à essence avec un kilométrage de 20 000 km. Une des conclusions de cette analyse est que les agents réfrigérants à faible valeur PRG et d’origine naturelle ne présentent pas d’intérêt du point de vue de la protection du climat s’ils sont utilisés dans une solution inefficace et énergivore : « L’inefficacité et donc les émissions indirectes sont responsables de la majeure partie des émissions totales. Outre le développement des énergies renouvelables, en l’état actuel des choses, il s’agit là de la principale variable d’ajustement sur la voie de la neutralité climatique.

Pour le respect du climat : ENGIE Refrigeration garantit l’efficacité énergétique

Depuis des années, ENGIE Refrigeration met l’accent sur l’efficacité énergétique de ses produits et s’impose régulièrement comme référence sur le marché international. Ainsi, depuis son lancement en juin 2021, le groupe froid QUANTUM Water fait partie des groupes froids refroidis par eau les plus efficaces sur le marché. La nouvelle pompe à chaleur SPECTRUM Water se distingue également par une efficacité énergétique très élevée et, par conséquent, par un écobilan global extrêmement faible. Nous proposons également dans notre portefeuille des groupes avec des agents réfrigérants naturels, comme la pompe à chaleur haute température thermeco2 avec l’agent réfrigérant naturel CO₂ (R-744). Roman Steddin nous explique : « À long terme, la valeur PRG de l’agent réfrigérant deviendra de plus en plus importante dans le calcul du TEWI, à condition que l’électricité utilisée pour entraîner le compresseur provienne entièrement d’énergies renouvelables. Les émissions propres à la consommation d’électricité se rapprocheraient alors de 0 g CO₂eq/kWh, ce qui entraînerait une diminution continue des émissions indirectes de l’installation. C’est pourquoi nous nous tournons de plus en plus vers des agents réfrigérants naturels et à faible valeur PRG dans nos installations. » Cependant, à l’heure actuelle, les centrales à charbon et leurs fortes émissions de CO₂ (env. 1 100 g CO₂eq/kWh_el) continuent de peser lourdement dans le mix électrique allemand. De plus, le photovoltaïque et l’éolien sont très volatils et ne jouent pratiquement aucun rôle dans le mix électrique allemand en l’absence de vent et lorsque le ciel est nuageux. C’est pourquoi, en plus du développement des énergies renouvelables pour la production d’électricité, il est indispensable de miser en premier lieu sur l’efficacité des installations. Le TEWI est une donnée fiable qui permet à tous les utilisateurs d’évaluer l’impact climatique global de leurs groupes froids et pompes à chaleur.