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D'abord développée pour l'industrie sucrière dans les années 1920, puis à plus grande échelle au lendemain des chocs pétroliers des années 1970, la technologie de la cogénération est déployée sur le marché résidentiel depuis 2009. La chaudière à cogénération apporte une dimension nouvelle à la production traditionnelle de chauffage et d'eau chaude sanitaire, car elle utilise intelligemment la « chaleur fatale » qui résulte des pertes thermiques pour créer de l'électricité. Cette dernière peut servir à alimenter votre maison et le surplus peut être revendu à votre fournisseur d’énergie.

Fonctionnement de la chaudière à micro-cogénération

Qu'est-ce qu'une chaudière à micro-cogénération ?

Le principe de la cogénération répond à la problématique de la consommation élevée des bâtiments industriels, tertiaires et collectifs. En effet, plus le besoin en chauffage et en eau chaude est important, plus grandes sont les pertes thermiques qui peuvent être valorisées en énergie électrique. À l'échelle d'un logement dont la puissance est généralement inférieure à 36 kW, on parle de « micro-cogénération ».

En France, ce type de chaudière est assez peu répandu mais il tend à se développer avec l'augmentation du coût des énergies, notamment celui de l'électricité et des énergies fossiles.

Il est souvent reproché à la chaudière à micro-cogénération d'aller à l'encontre de la logique actuelle de réduction maximale de la consommation de chauffage par une forte isolation et une bonne étanchéité à l'air du bâtiment. En réalité, pour que ce système soit pertinent et rentable, le dimensionnement doit répondre exactement au besoin de chauffage et d'électricité du foyer. Au prix de rachat variable de l’électricité de 12 à 19 centimes d'euro du kWh pour une revente totale de la production d'électricité ou de 10 centimes d'euro du kWh en autoconsommation avec revente du surplus, il n’est pas réellement intéressant de vouloir produire une grosse quantité d'énergie électrique.

Principe

La chaudière à micro-cogénération est une chaudière à condensation ou à basse température à haut rendement capable de produire simultanément du chauffage et de l'électricité à partir de la même source d'énergie primaire. Elle se compose de 5 éléments :

  • le brûleur principal qui produit de la chaleur et de l’eau chaude grâce à la combustion d'une énergie fossile ou renouvelable et qui alimente un réseau de radiateurs ou un plancher chauffant ;
  • le moteur ou la turbine qui produit un mouvement mécanique à partir des gaz chauds brûlés ou la pile à combustible qui décompose les molécules chimiques d’hydrogène et d’oxygène ;
  • l'alternateur qui est entraîné par l'énergie mécanique ou chimique et qui produit de l'électricité d'une puissance généralement comprise entre 1 et 3 kW pour une « micro-cogénération domestique » ;
  • un deuxième brûleur si nécessaire qui sert d'appoint pour compléter les besoins en chauffage et en eau chaude du logement ;
  • une régulation qui pilote l'allumage et l'extinction du chauffage et qui optimise le rendement de la chaudière.
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Les raccordements à prévoir

Le raccordement au circuit de chauffage est identique à celui d'une chaudière à gaz, à fioul ou à bois. La chaudière à micro-cogénération peut alimenter des radiateurs ou un plancher chauffant. En revanche, certains travaux de raccordement supplémentaires sont nécessaires pour la production d’électricité :

  • au compteur électrique du réseau public pour permettre la revente de l'électricité ;
  • au tableau de répartition électrique de votre logement pour la consommation directe de l'électricité produite.

L'installation d'une chaudière à micro-cogénération est très spécifique et demande un savoir-faire particulier. Il est donc fortement conseillé de faire réaliser les travaux par un professionnel qualifié.

Sources d'énergie

Le combustible principalement utilisé pour une chaudière à micro-cogénération est le gaz, mais il est tout à fait possible d'utiliser d'autres énergies comme :

  • le fioul ;
  • le bois-énergie (bois-bûches, granulés ou plaquettes forestières) ;
  • la biomasse (biogaz ou incinération des déchets d'ordures ménagères) ;
  • les énergies renouvelables (la géothermie ou le solaire).

Les différents types de chaudières à cogénération

Si le moteur Stirling est la technologie la plus connue, il existe 2 autres grands procédés : la combustion interne et la pile à combustible.

La chaudière à moteur Stirling

La chaudière à moteur Stirling, également nommée à « combustion externe », produit de la chaleur à partir de la combustion d'un combustible qui est souvent le gaz de ville, mais qui peut provenir d'autres sources (évoquées plus haut). En chauffant, les gaz de combustion se compriment et se détendent, c'est de la thermodynamique. Le moteur Stirling comporte des pistons qui se mettent en mouvement grâce à la détente du fluide chaud et à la compression du fluide qui refroidit. Un alternateur permet de transformer cette énergie mécanique en électricité.

La chaudière à moteur Stirling a la particularité de n'émettre que très peu de vibrations et donc d'être relativement silencieuse. Le rendement est supérieur à celui de la chaudière à condensation, pouvant atteindre jusqu'à 115 %. Ce type de chauffage est évolutif, car il peut être remplacé par n'importe quel autre combustible.

La chaudière à combustion interne

La chaudière à cogénération à combustion interne ou « groupe électrogène » utilise le gaz ou le fioul ainsi que l'air atmosphérique pour son fonctionnement. Le principe est assez similaire à la chaudière à moteur Stirling : l'énergie électrique est produite grâce à des pistons.

La mise en mouvement des pistons comprend 4 étapes :

  1. l'aspiration : le piston descend et aspire un mélange d'air et d'essence situé sur sa partie haute ;
  2. la compression : le piston remonte et comprime le mélange ;
  3. l'explosion : le piston sous l'effet de la pression des gaz est repoussé ;
  4. l'échappement : le piston évacue les gaz brûlés.

Un alternateur convertit l'énergie mécanique des pistons en électricité.

La performance de ce système de cogénération est nettement supérieure à celui des moteurs thermiques et peut atteindre jusqu'à 90 % de rendement.

La pile à combustible

La chaudière à pile à combustible est une technologie innovante et performante. C'est un produit qui a atteint sa phase de maturité, plus de 50 piles à combustibles sont présentes en 2019 sur le marché français. L'électricité est produite sans combustion et sans aucune pièce en mouvement. La pile à combustible décompose les molécules de l'hydrogène et les rassemble avec de l'oxygène puisé dans l'air ambiant. Un réacteur convertit l'énergie chimique en électricité et en chaleur. La pile à combustible se compose ainsi :

  • un pôle d'électrodes chargées négativement que l'hydrogène va traverser, créant ainsi des électrons et des protons ;
  • un pôle d'électrodes chargées positivement, qui au contact des protons, des électrons et de l'oxygène va produire de l'eau ;
  • une membrane qui, en séparant les deux pôles, évite à l'oxygène de se mélanger avec l'hydrogène, ce qui pourrait provoquer une réaction inattendue et inappropriée entre ces deux gaz.

Les protons sont des particules à charge positive qui vont toujours chercher à rejoindre le pôle positif en passant par la membrane. Les électrons sont négatifs, mais ils ne peuvent pas traverser la membrane sans l'aide d'un conducteur électrique. Pour parvenir jusqu'au pôle négatif, les électrons vont créer du courant électrique. Un onduleur transforme le courant continu obtenu en alternatif pour pouvoir être directement utilisé.

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Pourquoi choisir la chaudière à cogénération ?

La chaudière à cogénération se décline en plusieurs solutions techniques et technologiques. Dotée de sérieux avantages, elle est avant tout : 

  • écologique : la production d'énergie génère des pertes, ici elles sont mises à profit pour créer de l'énergie électrique. De plus, les fumées de combustion sont rejetées plus propres à l'extérieur avec de 15 à 30 % de CO2 en moins ;
  • économique : l'électricité produite peut être totalement revendue ou autoconsommée pour tous vos appareils électriques. Le prix de rachat à votre fournisseur d'énergie (cf. supra) varie selon la date du raccordement, le contrat étant établi pour une durée de 20 ans ;
  • performante : c'est un système très efficace pouvant atteindre jusqu'à 115 % de rendement et de 30 à 60 % pour l'électricité alors qu'une centrale nucléaire ne dépasse que très rarement les 30 %. La chaudière à micro-cogénération permet une économie de 20 à 40 % sur votre facture d'électricité ;
  • technologique : elle bénéfice des dernières innovations et, associée à une bonne régulation (sonde extérieure, thermostat d'ambiance et vannes thermostatiques), elle devient totalement autonome ;
  • facile d'usage et d'entretien : elle fonctionne comme une chaudière classique et ne nécessite pas de soins particuliers autres que ceux préconisés habituellement pour tous types de chaudières ;
  • confortable et sûre : en cas de panne de courant, elle continue de fonctionner avec plusieurs heures d’autonomie.

Les points de vigilance avant de choisir une chaudière à cogénération

Si la chaudière à micro-cogénération a de quoi séduire, il ne faut pas en négliger ses contraintes avant l'achat :

  • Le coût de l'équipement avec la pose est élevé, de 10 000 à 25 000 €, soit 2 à 3 fois plus cher que pour une chaudière à condensation.
  • La valorisation de l'autoconsommation électrique est faible, avec 10 centimes d'euro du kWh.
  • La production électrique est directement liée au chauffage et à l’eau chaude. En cas de très faible consommation, la production d'électricité sera trop faible pour amortir le coût de l'investissement.
  • Même si l'usage du biogaz et de la biomasse reste possible, le combustible généralement utilisé est le gaz naturel, qui fait partie des énergies fossiles qui se raréfient et dont le coût augmente.
  • Des raccordements spécifiques sont à prévoir, notamment pour la revente d'électricité. Le délai d'intervention est long et la démarche est fastidieuse, ce qui peut décourager.
  • Même si elle ne nécessite pas plus d'entretien qu'une chaudière classique, en cas de panne, le coût de la maintenance et des pièces détachées est plus élevé.

Chaudière à cogénération : les coûts à prendre en compte

Faites établir un devis précis par un professionnel avec une simulation de consommation et de production électrique. Cela vous permettra de vérifier la rentabilité de l'installation avec le coût du raccordement qui peut parfois s'avérer élevé.

Coût de l'installation

Le coût d'une chaudière à micro-cogénération est élevé, il faut compter de 10 000 à 25 000 € avec la pose (hors raccordement au réseau électrique). Ce système à haut rendement vous permet de réduire votre consommation énergétique de 15 à 30 % et d'économiser de 20 à 40 % sur votre facture d'électricité.

Coût du raccordement

Le raccordement au réseau à un coût variable de 0 € pour un raccordement simple en autoconsommation avec revente de surplus, à plus de 3 000 € pour un branchement avec vente de la totalité de la production. Il est difficile d'évaluer précisément le coût du raccordement électrique, car plusieurs paramètres font varier ce tarif. Il est néanmoins possible d'effectuer une simulation depuis le site internet de votre gestionnaire de réseau ENEDIS.

Les aides financières pour l'achat d'une chaudière à cogénération

Ce type de chaudière est encore assez peu connu en France. Les aides financières ne concernent que les appareils à micro-cogénération utilisant le gaz naturel comme combustible principal, pour lesquels vous pouvez bénéficier des aides suivantes :

  • les aides de l'ANAH : vous pouvez bénéficier de 35 à plus de 50 % de subventions selon vos revenus ;
  • MaPrimeRénov' qui est une prime forfaitaire créée par l'article 15 de la loi n° 2019-1479 du 28 décembre 2019 de finances pour 2020 afin de remplacer le CITE (en 2020 pour les ménages les plus modestes, selon les plafonds de ressources applicables par l'ANAH, et en 2021 pour tous les ménages à l'exception des plus aisés) ; elle finance une partie de l'installation d'une chaudière gaz à très haute performance énergétique pour les bâtiments non raccordés à un réseau de chaleur vertueux aidé par l'ADEME ;
  • les certificats d'économie d'énergie : les fournisseurs et les distributeurs d'énergie peuvent vous verser une prime, des bons d'achat, vous faire bénéficier d'un prêt à taux bonifié ou vous offrir une certaine quantité de combustible. Le montant varie selon vos revenus (plafonds de l'ANAH) ;
  • le chèque énergie pour les ménages à faibles revenus : les personnes concernées le reçoivent directement par courrier sans en faire la demande, pour un montant compris entre 48 et 277 € ;
  • le prêt bancaire sous forme d'éco-prêt à taux zéro ou à taux faible.
  • les aides de votre caisse de retraite.
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