Le piège des points 17/47 : deux chiffres ne suffisent pas à prédire une thermopompe au Québec

Pour justifier le remplacement d'un équipement par une thermopompe, presque tout le monde cite les deux mêmes chiffres : le COP « à 47 » et le COP « à 17 ». C'est pratique, c'est imprimé sur la fiche technique, et ça ressemble à un bon résumé de la performance de l'appareil.

Le problème : la performance d'une thermopompe est une courbe, pas une droite entre deux points. Au Québec, où l'on conçoit pour −23 à −25 °C, se fier au tracé 17/47 mène à un portrait systématiquement trop optimiste : on surestime la capacité, on surestime le COP, on sous-estime l'appoint, donc on surestime les économies et on raccourcit la période de retour sur investissement (PRI) qu'on présente au client.

D'où viennent « 17 » et « 47 »?

Ce ne sont pas des valeurs choisies au hasard : ce sont les points d'essai normalisés AHRI 210/240, la norme nord-américaine qui encadre la cote des thermopompes.

• 47 °F (8,3 °C) : le point « doux ». C'est là que la thermopompe est la plus efficace.
• 17 °F (−8,3 °C) : le point « froid » officiel de la cote.

À titre de repère, le jeu de valeurs par défaut d'Optima pour le chauffage (équipement de référence) est exactement bâti sur ces deux points : COP 2,40 / 184 000 Btu/h à 17 °F et COP 3,54 / 225 000 Btu/h à 47 °F. La capacité à 17 °F ne vaut que ~82 % de la capacité nominale à 47 °F.

La norme n'est pas le problème : elle sert à comparer des appareils entre eux. Le problème, c'est ce que beaucoup d'outils et de devis en font ensuite : ils prennent ces deux points et tracent une ligne droite pour estimer la performance à toutes les autres températures.

Deux points ne définissent qu'une droite

C'est de la géométrie de base : par deux points ne passe qu'une seule droite. Si vos seules données sont 17 °F et 47 °F, votre modèle ne peut être qu'une interpolation linéaire, une pente constante. Mais la performance réelle d'une thermopompe n'est pas linéaire :

• le COP et la capacité diminuent plus vite à mesure que le froid s'installe ;
• la courbe se creuse dans la plage du dégivrage (autour de 0 °C) ;
• sur une unité à vitesse variable (inverter), le COP dépend aussi du taux de modulation, pas seulement de la température extérieure.

Comme le résument des ingénieurs sur GreenBuildingAdvisor : « la relation entre le COP à 47 °F, 17 °F et −13 °F n'est pas linéaire, ce qui rend la prédiction peu fiable ». Tirer une droite entre deux points, c'est précisément faire cette prédiction peu fiable.

Au Québec, on chauffe sous le point 17 °F

Voici le cœur du problème pour notre climat. Le point « froid » de la norme, 17 °F, vaut −8,3 °C. Or les températures de conception (Code national du bâtiment / ASHRAE) sont bien plus basses :

Ville	Temp. de conception chauffage	En °F
Montréal	≈ −23 °C	≈ −9 °F
Québec	≈ −25 °C	≈ −13 °F

Autrement dit, les heures qui comptent le plus (les plus froides, celles où le bâtiment réclame le plus de chaleur) se situent 15 à 17 °C sous le point de cote le plus froid. Là, on ne fait plus de l'interpolation entre deux points connus : on fait de l'extrapolation au-delà de ses données. Et une droite extrapolée s'éloigne de la réalité d'autant plus qu'on s'éloigne des points de mesure.

Le graphique ci-dessous est un cas réel sorti d'Optima. Les points bleus sont les vraies données du manufacturier ; la courbe bleue est la courbe qu'Optima ajuste dessus ; la droite orange est l'estimation 2 points tracée à partir des seuls points cotés (en rouge).

Regardez l'extrémité gauche : −13 °F, c'est exactement la température de conception de Québec. À ce point, la droite 2 points annonce ~205 000 Btu/h, alors que la vraie courbe donne ~122 000 Btu/h : la droite surestime la capacité de ~68 %, pile à la condition la plus critique de l'année. Et la droite ne se trompe que dans un sens : optimiste.

Le dégivrage : un creux réel, invisible pour la droite

Sous le point de congélation et par temps humide, du givre s'accumule sur l'échangeur extérieur. La thermopompe doit alors inverser son cycle périodiquement pour faire fondre la glace : pendant ces minutes, elle ne chauffe pas le bâtiment et consomme de l'énergie. Il en résulte une perte de capacité bien réelle, concentrée autour de 0 °C, soit, précisément, la plage de températures la plus fréquente d'un hiver québécois.

Une droite 2 points est structurellement incapable de représenter ce phénomène : une ligne droite ne peut pas plonger puis remonter. Elle ignore donc purement et simplement une partie de l'appoint qui sera réellement nécessaire.

Optima, lui, ne l'ignore pas. Et surtout, il le traite en plus de la courbe de COP, pas à sa place. Le moteur part de la vraie courbe de capacité et de COP, puis applique par-dessus une correction de dégivrage calculée selon les conditions, et il en estime aussi l'incertitude. Cette pénalité est ensuite intégrée au calcul heure par heure, donc à l'énergie, aux coûts et à la PRI finale présentée au client. La méthode exacte fait partie de notre savoir-faire ; ce qui compte ici, c'est que le dégivrage est calculé en plus du COP et pris en compte, pas ignoré.

Capacité qui chute, demande qui monte : le point de bascule

C'est l'endroit où l'erreur coûte vraiment de l'argent. Quand la température baisse, la capacité de la thermopompe diminue pendant que la demande du bâtiment augmente. Les deux finissent par se croiser : c'est le point de bascule. Sous ce point, la thermopompe ne suffit plus et il faut un appoint (résistances électriques ou gaz) pour combler la différence.

Tout l'enjeu économique est là : l'appoint est la partie chère du chauffage (COP de 1 pour des résistances). Or la quantité d'appoint dépend entièrement de la justesse de la courbe de capacité. Une droite trop optimiste, qui surestime la capacité de 68 % au grand froid, comme ci-dessus, déplace le point de bascule vers le froid et sous-estime l'appoint. On promet alors une PRI plus courte que la réalité.

Ce qu'Optima fait à la place

Optima ne se contente pas de relier deux points. Le moteur de simulation :

1. accepte des données multi-points (au-delà de 17/47 : 5 °F, −13 °F, et toute la fiche de performance étendue quand elle est disponible) ;
2. ajuste une courbe non linéaire plutôt qu'une droite, qui suit les données du manufacturier avec une excellente corrélation ;
3. modélise le dégivrage (courbe de correction calibrée et son incertitude), au lieu de l'ignorer ;
4. gère l'appoint et le point de bascule explicitement ;
5. borne l'extrapolation dans des limites physiquement plausibles, pour ne pas produire de valeurs aberrantes aux extrêmes.

Le tout est appliqué heure par heure sur les données météo réelles du site, puis converti en énergie, en coûts et en période de retour. C'est la différence entre une estimation « tracée à la règle » et une simulation qui tient compte de la physique du froid.

À retenir

• 17 °F et 47 °F sont des points de cote (AHRI), pas une courbe de performance.
• Deux points = une droite. La vraie performance est une courbe non linéaire.
• Au Québec, on chauffe sous 17 °F : on extrapole, là où la droite est la moins fiable, jusqu'à +68 % de capacité surestimée à la température de conception de Québec.
• Le dégivrage crée une perte de capacité autour de 0 °C, invisible pour la méthode 2 points, et c'est là que se concentrent les heures. Optima le calcule en plus de la courbe de COP et l'intègre au résultat (avec son incertitude) ; la droite l'ignore.
• L'erreur est toujours optimiste : trop de capacité, trop de COP, pas assez d'appoint, donc une PRI sous-estimée.
• Optima utilise les vraies courbes (multi-points, dégivrage, logique d'appoint), heure par heure.

Méthodologie : courbe reprise d'un cas réel exporté d'Optima, capacité (°F, Btu/h) ajustée sur les données du manufacturier avec une excellente corrélation. Le dégivrage est modélisé par Optima (modèle propriétaire, non illustré). Références : AHRI 210/240 ; valeurs par défaut Optima (ASHRAE 90.1-2019 Tab. 6.8.1-2) ; températures de conception CNB/ASHRAE.