Pompe à chaleur pour serre agricole : choisir, dimensionner et intégrer une PAC air/eau ou eau/eau de grande puissance
Mis à jour le 30 octobre 2026
Pompes à chaleur air/eau en pied de serre verre (image d’illustration).
1. Pourquoi chauffer une serre avec une pompe à chaleur
Une pompe à chaleur air/eau prélève des calories dans l’air extérieur et les restitue à l’eau du réseau de chauffage grâce à un cycle thermodynamique entraîné par un compresseur électrique. Son coefficient de performance (COP) est le rapport entre la chaleur fournie à l’eau et l’électricité consommée : un COP de 3 signifie 3 kWh de chaleur pour 1 kWh d’électricité. Ce COP n’est pas une constante de la machine : il baisse quand l’air extérieur se refroidit et quand la température d’eau demandée monte.
Figure 1 — Cycle d’une PAC air/eau et spécificité du CO₂ transcritique.
Pour une serre, la pompe à chaleur supprime les émissions directes de la chaufferie et permet d’utiliser une électricité peu carbonée. Deux limites sont à intégrer dès l’esquisse : la puissance disponible chute par grand froid, au moment de la pointe de besoin, et l’économie dépend de l’écart de prix entre électricité et combustible. En 2026, l’accise sur le gaz utilisé pour le chauffage des serres est de 0,54 €/MWh, contre 26,35 €/MWh pour l’électricité des entreprises de plus de 36 kVA depuis le 1er août 2026 (code des impositions sur les biens et services). Un COP saisonnier élevé est donc la condition de la rentabilité.
2. Les familles de PAC air/eau de grande puissance
Au-delà de 300 kW, l’offre air/eau se répartit en trois familles de fluides frigorigènes. La température critique du fluide fixe la température d’eau qu’il peut produire ; la puissance détermine le compresseur disponible.
Figure 2 — Température de départ d’eau maximale selon la famille de fluide (offre de catalogue 2026).
Fluorés : R32 et R454B
Le R32 (GWP 675, faiblement inflammable, classe A2L) équipe l’offre la plus large et la mieux distribuée en France, en multi-scroll jusqu’à environ 1 MW par machine. Il ne contient pas de groupe CF₃ et échappe à la restriction PFAS en préparation. Son départ est plafonné vers 55 °C, rarement 60 °C, et n’est pas tenu par grand froid sur plusieurs gammes. Le R454B (GWP d’environ 465), successeur du R410A, offre des performances proches mais contient un composant PFAS. Les vis au R513A et les HFO sont performants mais également concernés par la restriction PFAS.
Propane R290
Le propane (GWP 3) est hors du champ F-Gas et PFAS. Sa température critique de 96,7 °C donne accès à 70-75 °C de départ. Il est hautement inflammable (classe A3) : implantation extérieure, distances de sécurité, évaluation ATEX, interdiction des points bas où le gaz s’accumulerait. La puissance unitaire est limitée — modules scroll de 100 à 221 kW assemblés en cascade, ou machine à pistons jusqu’à 426 kW — ce qui multiplie les machines et l’emprise au sol.
PAC au CO₂ (R744) transcritique
Le CO₂ (GWP 1, ininflammable) est la seule voie air/eau vers 85-95 °C. Au-delà de 31 °C, il ne condense plus : le refroidisseur de gaz cède une chaleur sensible sur un grand écart de température. C’est donc la température de retour qui commande son COP, pas celle du départ : chaque kelvin de retour supplémentaire coûte de 1,5 à 3 % de COP selon les sources. Une PAC au CO₂ n’a de sens que si l’installation garantit un retour d’eau froid — 40 °C ou moins — par un ballon stratifié et des circuits dimensionnés pour un grand écart. Les pressions de service de 100 à 160 bar placent l’installation sous le régime des équipements sous pression, avec un suivi en service spécifique.
| Famille | Compresseur au-delà de 300 kW | Départ maximal | Régime adapté | Statut réglementaire |
|---|---|---|---|---|
| Fluorés R32 | Multi-scroll ≤ 1 MW environ | 55-60 °C | 40/45 °C ; 50/55 °C en limite | Hors PFAS ; incertitude F-Gas après 2030 |
| Fluorés R454B, R513A, HFO | Multi-scroll, vis ≤ 2 MW | 55-60 °C | 40/45 °C ; 50/55 °C sous conditions | Concernés par la restriction PFAS |
| Propane R290 | Scroll en cascade ou piston ≤ 426 kW | 70-75 °C | 40/45 et 50/55 °C | Hors F-Gas et PFAS ; contraintes ATEX |
| CO₂ R744 | Piston en rack, 600 kW à 3 MW | 85-95 °C | Grand écart, retour ≤ 40 °C | Hors F-Gas et PFAS ; équipements sous pression |
Régimes notés retour/départ. Source : Agrithermic
Scroll, vis ou piston : le compresseur découle du fluide et de la puissance
- Scroll : environ 100 kW par compresseur, plusieurs compresseurs par machine. Bonne redondance, tolère jusqu’à 10 démarrages par heure, descend à 8-15 % de charge.
- Vis : une seule machine jusqu’à 2 MW, modulation continue de 100 à 25 % (15 % avec variateur). Admet environ 4 démarrages par heure : le ballon tampon est indispensable.
- Piston : seule technologie disponible pour le CO₂ transcritique de grande puissance et pour le propane en machine unique ; étagement fin en rack.
À fluide égal, le compresseur ne pèse que quelques pour cent sur le COP. Il se choisit surtout sur la tolérance au cyclage, la redondance et le plafond de puissance unitaire, qui fixe le nombre de machines — donc le coût et l’emprise.
3. Le régime d'eau décide avant la machine
À température d’air égale, passer d’un régime 40/45 °C à 50/55 °C fait perdre de 17 à 20 % de COP aux machines fluorées. Aucun choix de fluide ne compense un réseau de chauffage trop chaud. Les COP utiles sont rarement publiés au-delà de 400 kW : la certification Eurovent n’est obligatoire que jusqu’à 600 kW, au seul point +7 °C d’air. Le tableau distingue valeurs publiées et valeurs estimées.
| Technologie | Régime retour/départ | COP à −7 °C d'air | COP à +7 °C d'air |
|---|---|---|---|
| Multi-scroll R32 | 40/45 °C | 2,11 – 2,29 | 3,15 – 3,41 |
| Multi-scroll R32 | 50/55 °C | 1,69 – 1,84 | 2,52 – 2,74 |
| Scroll modulaire R290 | 40/45 °C | 3,30 | |
| CO₂ transcritique | 35/85 °C | 2,39 | 2,91 |
| CO₂ transcritique | 40/85 °C | 2,03 – 2,32 | 2,47 – 2,80 |
Dégivrage intégré. Valeurs de comparaison de technologies, non contractuelles. Source : Agrithermic
Figure 3 — COP selon la température d’air et le régime d’eau (dégivrage intégré).
Le régime d’eau compte aussi pour la fiche CEE : jusqu’à 400 kW par machine, un départ réseau de 35 °C au plus classe la PAC en application basse température, avec une exigence d’Etas plus élevée ; au-delà de 400 kW, le COP exigé (≥ 3,4) est mesuré à 35 °C de sortie d’eau. Abaisser le régime — tubes de croissance, surface d’échange supplémentaire, écrans thermiques pour réduire la pointe — doit être étudié avant l’achat de la machine.
4. Intégrer la PAC à la serre : stockage, hydraulique et pilotage
Figure 4 — Principe d’une installation PAC conforme à la fiche AGRI-TH-108.
Le ballon de stockage, organe central
Le ballon découple la production des PAC de l’appel des serres. Il absorbe les dégivrages, limite le nombre de démarrages des compresseurs, stabilise la température de retour vue par les machines et permet de produire aux heures où l’air est le moins froid ou l’électricité la moins chère. La fiche AGRI-TH-108 impose au moins 150 m³ par hectare, une durée de stockage d’au moins une heure et un pilotage par l’ordinateur climatique ; l’étude détermine le volume réellement utile au projet.
La position hydraulique compte autant que la machine
Une PAC raccordée sur le ballon voit une température d’entrée régulière ; raccordée directement sur un retour qui fluctue, elle subit des à-coups qui dégradent le COP et peuvent sortir la machine de son domaine de fonctionnement, surtout au CO₂. Une excursion de 10 K sur le retour coûte de l’ordre de 10 % de COP en cycle subcritique et 15 % en transcritique.
Un dimensionnement sans chaudière d'appoint
Les schémas « PAC + chaudière d’appoint » longtemps recommandés ne relèvent plus de la fiche AGRI-TH-108 : la chaudière ne peut subsister qu’en secours consigné, dans la limite de 500 heures par an et de 12 % de l’énergie finale du système de PAC. Le système de PAC et le stockage doivent donc couvrir la pointe à la température de base du site, malgré la baisse de puissance des machines par grand froid et les dégivrages. Seule une simulation heure par heure permet de vérifier ce point.
Adéquation production de chaleur / demande de chauffage / émission de la chaleur
Un bon fonctionnement est l’adéquation entre les 4 composantes suivantes, en particulier les régimes d’eau :
- production de chaleur
- stockage de cette chaleur
- demande de chauffage
- émission de la chaleur
La conduite climatique
La fiche exige un ordinateur climatique fixe qui régule température et humidité jour et nuit, la température du réseau, la ventilation, les ouvrants et le ballon. C’est aussi un levier de performance : consignes, écrans et déshumidification fixent le besoin que les PAC doivent couvrir.
5. Réglementation des fluides : anticiper 2027 et 2030
Figure 5 — Calendrier réglementaire des fluides frigorigènes et statut de chaque fluide.
- F-Gas, 1er janvier 2027 : interdiction de mise sur le marché des refroidisseurs de plus de 12 kW à fluide de GWP ≥ 750. Le R410A sort ; R32, R454B et R513A restent autorisés.
- F-Gas, 1er janvier 2030 : si une PAC de chauffage est qualifiée d’équipement « autonome » plutôt que de refroidisseur, le seuil passe à un GWP de 150 au-delà de 50 kW, sauf exigence de sécurité. Ce point n’est pas tranché.
- Restriction PFAS (REACH) : adoption visée en 2027 ; elle concerne R454B, R513A, R515B, R1234ze et R1233zd. R32, propane et CO₂ n’en relèvent pas.
- Quotas HFC : la quantité mise sur le marché diminue par paliers jusqu’en 2050 ; une machine fluorée installée aujourd’hui sera rechargée dans un marché plus contraint.
Pour un investissement amorti sur quinze à vingt ans, le propane et le CO₂ sont les seules familles exemptes de ces deux risques. Le R32 échappe à la restriction PFAS mais pas à l’incertitude de 2030.
6. Le raccordement électrique, chemin critique du projet
La fiche AGRI-TH-108 exige une puissance souscrite strictement supérieure à la somme des puissances des PAC. Au-delà de 250 kVA souscrits, le raccordement passe en haute tension (HTA) : poste de livraison, études du gestionnaire de réseau. La demande de raccordement doit être engagée en parallèle de l’étude, pas à son issue.
7. Cinq erreurs qui dégradent une PAC de serre
- Consulter les constructeurs sans régime d’eau arrêté : les offres ne sont pas comparables et le COP annoncé ne correspond pas au fonctionnement réel.
- Comparer des COP de bases différentes : point d’air, régime, dégivrage inclus ou non, pompes incluses ou non. Il faut exiger les puissances calorifique et absorbée en base nette EN 14511, aux points −7, 0, +7 et +15 °C.
- Dimensionner sur la puissance nominale à +7 °C : par grand froid, la puissance disponible baisse alors que le besoin culmine.
- Raccorder la PAC sur un retour qui fluctue : les à-coups de température dégradent le COP et accélèrent l’usure des compresseurs.
- Lancer le raccordement électrique après l’étude : il devient le chemin critique du projet.
8. L'étude de faisabilité Agrithermic
Agrithermic est un bureau d’études thermiques indépendant, spécialisé dans les serres. Nous ne vendons ni n’installons de pompe à chaleur. Pour chaque projet, nous :
calculons le besoin de chaleur heure par heure avec Hortinergy®, le logiciel de simulation thermique des serres : pointe, monotone, consommation annuelle ;
déterminons le régime d’eau, la technologie de PAC, le nombre et la puissance des machines, le ballon et le taux de couverture ;
calculons l’adéquation production de chaleur / demande de chauffage / émission de la chaleur ;
établissons le schéma hydraulique et les exigences de pilotage pour l’ordinateur climatique ;
rédigeons le cahier des charges de consultation des constructeurs : puissances calorifique et absorbée aux points utiles, dégivrage intégré, COP à 35 °C pour le dossier CEE ;
dressons le bilan électrique, le coût de la chaleur et le volume de certificats ;
signons l’étude préalable de dimensionnement exigée par la fiche AGRI-TH-108.
Adéquation production de chaleur / demande de chauffage / émission de la chaleur
Un bon fonctionnement est l’adéquation entre les 4 composantes suivantes, en particulier les régimes d’eau :
- production de chaleur
- stockage de cette chaleur
- demande de chauffage
- émission de la chaleur
Figure 6 — Les cinq étapes de l’étude Agrithermic.
Un projet de pompe à chaleur pour vos serres ? Nous en vérifions la faisabilité technique, électrique et CEE.
Demander une étude de faisabilitéQuestions fréquentes sur la pompe à chaleur en serre
Quelle pompe à chaleur choisir pour chauffer une serre ?
Le choix dépend d’abord du régime d’eau du réseau de chauffage. Pour un réseau basse température (40/45 °C), les PAC air/eau au R32 ou au propane conviennent. Pour 50/55 °C, le propane offre plus de marge. Pour un réseau à grand écart produisant 85 °C avec un retour froid, seule la PAC au CO₂ transcritique convient.
Quel COP attendre d'une PAC air/eau en serre ?
Au régime 40/45 °C, les machines fluorées de grande puissance publient un COP de 3,15 à 3,41 à +7 °C d’air ; il descend autour de 2,1 à 2,3 à −7 °C selon nos estimations. Au régime 50/55 °C, le COP est inférieur de 17 à 20 %. Le COP saisonnier se calcule par simulation horaire sur la météo du site.
Une pompe à chaleur au CO₂ est-elle adaptée à une serre ?
Oui, si le réseau fonctionne avec un grand écart de température et un retour d’eau froid, de l’ordre de 40 °C ou moins. Le CO₂ produit 85 à 95 °C, mais son COP chute quand la température de retour monte : il est inadapté aux régimes à faible écart comme 40/45 ou 50/55 °C.
Le propane est-il dangereux en serre ?
Le propane est hautement inflammable (classe A3). Les machines sont installées à l’extérieur, avec des distances de sécurité, une évaluation du risque ATEX et sans point bas où le gaz pourrait s’accumuler. Ces contraintes se traitent dès le plan d’implantation.
Faut-il garder la chaudière avec une pompe à chaleur ?
Pour bénéficier de la fiche CEE AGRI-TH-108, aucune chaudière à combustible ne peut assurer le chauffage : elle ne peut rester qu’en secours consigné, limitée à 500 heures par an et à 12 % de l’énergie finale du système de PAC. Hors CEE, un fonctionnement hybride reste techniquement possible.
Quelle puissance de pompe à chaleur pour une serre d'un hectare ?
Elle dépend de la couverture, des écrans, des consignes, de la culture et de la température de base du site : seul un calcul de déperditions et une simulation horaire la fixent. Pour la fiche AGRI-TH-108, chaque PAC doit faire au moins 300 kW, et la surface valorisée est plafonnée à 20 m² par kW en maraîchage.
Pourquoi un ballon de stockage avec une pompe à chaleur ?
Le ballon limite les démarrages des compresseurs, absorbe les dégivrages, stabilise la température de retour et permet de décaler la production. La fiche AGRI-TH-108 en impose au moins 150 m³ par hectare.
Combien de temps pour raccorder une PAC de grande puissance ?
Au-delà de 250 kVA, le raccordement passe en haute tension. D’après les données de projets réunies par Agrithermic, les délais vont de 12 à 24 mois : la demande doit être lancée dès l’étude de faisabilité.
Les PAC au R32 resteront-elles autorisées ?
Le R32 reste autorisé dans les refroidisseurs après le 1er janvier 2027 et n’est pas visé par la restriction PFAS. Une incertitude demeure pour 2030 si les PAC de chauffage sont qualifiées d’équipements autonomes, soumis à un seuil de GWP de 150 au-delà de 50 kW.
Qui réalise l'étude de faisabilité d'une PAC pour serre ?
Un bureau d’études thermiques spécialisé. Pour la fiche AGRI-TH-108, l’étude préalable de dimensionnement doit être signée par un professionnel indépendant de l’installateur. Agrithermic réalise ces études avec le logiciel de simulation Hortinergy®.
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Tél. +33 4 79 72 40 59 · contact@agrithermic.com.
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