Nuisances sonores des pompes à chaleur et leur réduction

Ces dernières années, sur le marché résidentiel, en compensation de la hausse des prix de l'énergie et pour un usage énergétique plus économique, les pompes à chaleur et les climatiseurs sont de plus en plus souvent installés. Mais — à la différence des chaudières gaz — ils comportent aussi des unités extérieures bruyantes, quelle que soit leur conception. Les modèles les plus récents sont déjà nettement plus silencieux que les machines de conception courante ; toutefois, avec le temps et lors d'écarts importants de température extérieure, l'unité extérieure peut gêner les voisins. Pour réduire cette gêne, plusieurs possibilités techniques existent.

Les types de pompes à chaleur

Les pompes à chaleur sont des systèmes d'équipements techniques économes en énergie, qui transfèrent la chaleur d'un endroit à un autre et apportent ainsi des solutions de chauffage et de climatisation dans des applications résidentielles ou industrielles et commerciales. La chaleur est prélevée à l'air, au sol ou à l'eau, ou y est réinjectée. Leur large diffusion s'explique par leur capacité à réduire les émissions de gaz à effet de serre et à offrir une consommation d'énergie plus faible que d'autres technologies, ce qui en fait une alternative plus durable et plus économique aux méthodes traditionnelles de chauffage et de climatisation. L'effet sonore d'une pompe à chaleur en fonctionnement dépend de plusieurs facteurs. Pour le comprendre, il convient d'abord de passer brièvement en revue leur architecture et leur principe de fonctionnement. On distingue actuellement quatre principaux types de pompes à chaleur :

1. Pompes à chaleur air-eau
2. Pompes à chaleur air-air (ventilo-convecteur)
3. Pompes à chaleur eau-eau
4. Pompes à chaleur géothermiques avec sondes
5. Pompes à chaleur à absorption au gaz (typiquement non résidentielles)

Les pompes à chaleur air-eau sont les plus répandues, grâce à leur installation simple et leur faible encombrement. Elles prélèvent la chaleur de l'air extérieur et l'amènent à l'intérieur via l'eau comme fluide caloporteur. Pour les pompes à chaleur air-eau traditionnelles, plus la température extérieure est basse, plus l'énergie nécessaire pour prélever la chaleur est importante : ces appareils sont donc souvent associés à un chauffage d'appoint. Leur coût combiné d'investissement et de fonctionnement est généralement le plus bas, en particulier dans les maisons individuelles. Elles peuvent être utilisées pour le froid, le chauffage et l'eau chaude sanitaire, en autonomie ou avec un système de chauffage existant (hybride). Ce sont les appareils qui provoquent le plus de plaintes liées au bruit. Parmi les pompes à chaleur air-eau, trois architectures principales :

• Monobloc (compact) : l'unité extérieure et l'unité intérieure sont combinées, généralement en extérieur
• Bibloc (split) : composé d'une unité extérieure et d'un bloc hydraulique intérieur.

Les pompes à chaleur air-air prélèvent la chaleur de l'air extérieur et la transfèrent à l'air d'un autre lieu. Les climatiseurs réversibles, qui peuvent chauffer et refroidir, sont des pompes à chaleur air-air.

Les pompes à chaleur eau-eau prélèvent la chaleur de la nappe phréatique. Elles nécessitent deux puits : un pour le prélèvement et un pour la réinjection ; elles peuvent assurer chauffage et rafraîchissement. Le forage des puits rend la mise en service plus coûteuse. Les pompes à chaleur géothermiques exploitent la chaleur du sol. Elles existent en deux types :

• Pour la pompe à chaleur à capteurs horizontaux, des tubes sont posés horizontalement à environ 1,5 m de profondeur ; le soleil chauffe directement cette couche.
• Pour la pompe à chaleur à sondes verticales, des forages verticaux de 60 à 150 m sont réalisés selon les caractéristiques géologiques du site. Le nombre de sondes est défini selon le besoin de chaleur.

Sources de bruit

L'effet sonore le plus important est celui des pompes à chaleur aérothermiques. Elles se composent de quatre éléments principaux :

• le compresseur,
• le condenseur,
• le détendeur, et
• l'évaporateur.

Parmi ceux-ci, le compresseur ainsi que le ventilateur associé au condenseur et à l'évaporateur (mise en mouvement de l'air) produisent le plus de bruit, auquel s'ajoute le bruit de la pompe de circulation. Le bruit du ventilateur dépend de plusieurs facteurs : type et vitesse de rotation, débit d'air et différence de pression. Le débit d'air est influencé par l'échangeur : l'air produit un bruit aérodynamique en le traversant. L'intensité du bruit varie selon la conception de l'échangeur et la vitesse de l'air. La cause de ce bruit est notamment la valeur élevée du volume d'air déplacé. Des bruits peuvent aussi survenir lorsque l'eau de l'air gèle dans l'échangeur durant le cycle de refroidissement ; pour le bon fonctionnement de la pompe à chaleur, le compresseur doit alors fonctionner en sens inverse pendant un temps afin de dégivrer.

L'effet sonore des pompes à chaleur géothermiques et eau-eau est nettement plus faible, car la chaleur n'est pas prélevée à l'air : elles ne comportent pas de ventilateur. Toutefois, le cycle de refroidissement-chauffage et la circulation du fluide frigorigène dans les échangeurs requièrent également un compresseur, qui constitue lui aussi une source de bruit. Les parties intérieures et extérieures des pompes à chaleur produisent toutes deux du bruit. Le niveau de pression acoustique d'une unité extérieure moderne se situe en moyenne autour de 60 dB, équivalent à la parole humaine normale, mais avec des hauteurs sonores différentes. Certains modèles peuvent atteindre un niveau inférieur, et le niveau de bruit dépend aussi du mode et de l'allure de fonctionnement. Le niveau de pression acoustique des unités intérieures se situe en général entre 18 et 30 dB. Les fabricants indiquent ce niveau soit pour différents modes, soit pour le fonctionnement à pleine capacité, le plus souvent en pression acoustique (L_p) pondérée A, en décibels (dBA). Parfois, c'est un niveau de puissance acoustique qui est indiqué — une grandeur d'un autre type : le niveau de puissance acoustique (L_w) caractérise la source elle-même, tandis que le niveau de pression acoustique (L_p) varie selon la position de la source, les conditions ambiantes et la distance. Les valeurs catalogue doivent donc être considérées avec ces paramètres : pour une installation réelle, des valeurs différentes peuvent apparaître. La courbe de pondération A, dans l'indicateur global de niveau de pression acoustique équivalent, sous-estime les composantes basses fréquences ; aussi, pour les sons sourds, les faibles valeurs catalogue peuvent donner une image excessivement optimiste (environ 20 dB de moins dans la plage tonale typique des compresseurs).

Les pompes à chaleur résidentielles sont typiquement plus bruyantes en hiver et lors de la production d'eau chaude sanitaire : ce sont les périodes de plus forte demande thermique. Par grand froid, la fonction de dégivrage de quelques minutes peut aussi générer une gêne temporaire ; elle peut se répéter plusieurs fois par heure et c'est généralement le compresseur qui crée alors la gêne tonale (ronflement dans la bande 80-120 Hz).

Exigences acoustiques

Les valeurs limites d'exposition au bruit et aux vibrations des équipements techniques du bâtiment sont fixées par décret gouvernemental, à la rédaction de cet article par le décret conjoint 27/2008. (XII. 3.) KvVM-EüM. La logique sous-jacente est qu'il faut protéger certains bâtiments contre le bruit, à leur façade, où les occupants ont droit au calme et au repos fenêtre ouverte. Les valeurs limites sont donc plus strictes la nuit. Les exigences tiennent aussi compte de l'environnement dans lequel se trouve le bâtiment à protéger ; par exemple, en milieu urbain, déjà plus bruyant, les seuils sont plus élevés. D'autres exigences spécifiques au site peuvent s'appliquer ; il faut toujours les examiner au cas par cas. Il est important de noter que les habitants peuvent légitimement être gênés par le bruit même lorsque les valeurs réglementaires sont respectées. Dans ces cas, il est essentiel de résoudre le problème par une solution technique sur mesure, car le plaignant n'a en général pas de levier juridique.

Un point essentiel : dans le cadre réglementaire actuel, le décret 284/2007. (X. 29.) Korm. rendelet sur certaines règles de protection contre le bruit et les vibrations ne s'applique pas aux équipements techniques privés ; les pompes à chaleur résidentielles ne sont donc pas considérées comme des sources de bruit industriel. Cependant, le décret TÉKA prescrit que « les unités extérieures des équipements techniques doivent être implantées de telle sorte que le bruit et les vibrations émis en fonctionnement respectent les valeurs limites fixées par le décret ministériel sur l'établissement des valeurs limites d'exposition au bruit et aux vibrations pour les installations industrielles » ; or aucune restriction n'y est faite aux équipements résidentiels. Autrement dit, dans toutes les opérations et pour tous les équipements résidentiels couverts par le TÉKA, il faut appliquer les exigences applicables aux sources de bruit industriel. Si un bureau ou une autre activité de production-services est aussi exploité dans le logement, l'installation peut sans plus être considérée comme une source de bruit industriel. Au-delà, la commune peut, par règlement local de protection contre le bruit, fixer des valeurs limites, mais cela ne se fait que dans peu de villes, et de façon non uniforme. Ainsi, dans bien des cas, les recours juridiques sont rejetés par les services municipaux pour incompétence, et les tribunaux rendent souvent des décisions variées, même au vu des mesures d'experts judiciaires. En pratique, en dehors des voies juridiques — pour autant qu'elles soient encore possibles —, il est donc judicieux d'envisager des solutions techniques.

Avec des solutions techniques adaptées, la gêne peut très souvent être réduite efficacement, même a posteriori.

Propositions de réduction du bruit

Pour la réduction du niveau sonore d'une pompe à chaleur, il est utile que l'équipement dispose des fonctions suivantes :

• ventilateur à vitesse variable
• démarrage et arrêt en douceur
• mode nuit / silencieux
• compresseur insonorisé.

Lors de la pose des pompes à chaleur air-air ou air-eau les plus répandues, il faut définir l'emplacement le plus approprié pour l'unité extérieure et l'orienter de sorte que l'effet sonore du système gêne le moins possible, tant pour soi que pour les voisins. Il est fréquent que la machine pose un problème de bruit parce que, par exemple, des réflexions parasites amplifient et guident son émission vers un point à protéger. Les problèmes de transmission solidienne sont également très fréquents.

Le bruit tonal sourd du compresseur cause souvent une gêne même en dessous des valeurs limites.

Emplacement et déplacement de la machine

Selon les bonnes pratiques, l'unité extérieure doit être placée loin des fenêtres des pièces sensibles au bruit à protéger (chez les voisins comme chez soi) et, en général, loin des bâtiments voisins, en respectant les distances minimales prescrites, notamment en cas d'implantation en limite séparative. L'unité extérieure doit reposer sur un support solide, par exemple un massif béton, avec interposition de plots antivibratoires — pour réduire le bruit — ; les solutions antivibratoires dimensionnées sur mesure sont en général les plus efficaces. L'isolation aux vibrations isole la machine et contribue à réduire la transmission solidienne, ce qui protège surtout l'immeuble à proximité, typiquement le sien.

Les surfaces dures au sol autour de l'installation, par exemple l'asphalte, le béton, les passages divers, et surtout les surfaces verticales voisines, augmentent par réflexion le niveau de pression acoustique. Les unités extérieures placées dans un angle entouré de murs rigides accroissent par exemple l'exposition de 3 à 6 dB. Dans ces cas, un revêtement absorbant extérieur sur les angles peut aider. Inversement, les zones engazonnées et buissonnantes réduisent légèrement le niveau de pression acoustique (faiblement) ; de même, divers éléments de construction ou de design jouant le rôle d'obstacle à la propagation — clôtures variées, brise-vues — empêchent la propagation du bruit et son entrée vers son propre logement ou ceux des voisins. Ces solutions ne sont pas, au premier chef, faites pour isoler, mais on peut par exemple, derrière un masque végétal, ériger un écran antibruit visuellement acceptable et efficace.

Il est conseillé d'orienter l'unité extérieure de sorte que le ventilateur ne souffle pas dans la direction du vent dominant et des voisins. Une solution primaire peut être de déplacer la machine ; le nouveau positionnement peut être étudié par des calculs et de la modélisation informatique.

L'article se poursuit — il y sera également question de ces points