Pompe à chaleur : tout savoir sur son fonctionnement

Pompe à chaleur : à quoi sert-elle exactement ?

La pompe à chaleur fonctionne à l’électricité et permet de chauffer un bâtiment ou une maison grâce à une source de chaleur gratuite et renouvelable : l’air extérieur, l’eau, la terre, etc. C’est pourquoi la pompe à chaleur est un appareil de chauffage écologique, relevant des énergies renouvelables. L’installation de cet équipement vous évite de consommer des énergies fossiles (gaz, fioul, charbon), et son bon rendement vous permet de faire des économies sur vos factures énergétiques. Mais comment fonctionne ce système de chauffage ?

Quel est le fonctionnement d’une pompe à chaleur ?

Une pompe à chaleur prélève les calories d’une “source froide” (l’air environnant ou le sol d’un jardin) puis les restitue à l’intérieur d’un logement après les avoir fait monter en température. Cette source de chaleur est totalement gratuite et inépuisable, puisqu’il s’agit, par exemple, de l’air chauffé par le Soleil.

Comment la pompe à chaleur augmente-t-elle la température des calories extérieures ? À l’aide d’un fluide frigorigène, c’est-à-dire un liquide caloporteur qui va transporter la chaleur tout au long du circuit en changeant d’état (passage de l’état liquide à l’état gazeux).

La pompe à chaleur s’installe généralement en deux blocs : une unité est placée à l’extérieur pour récupérer les calories, tandis que l’autre unité se situe à l’intérieur, où la chaleur est diffusée aux émetteurs de chauffage.

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur est basé sur un cycle thermodynamique divisé en 4 étapes.

1. L’évaporation

Le fluide frigorigène absorbe les calories de l’environnement extérieur (de l’air, du sol ou d’une nappe phréatique). Un évaporateur porte alors le fluide à ébullition jusqu’à ce qu’il se transforme à l’état gazeux.

2. La compression

Alimenté par un moteur électrique, un compresseur se charge ensuite de comprimer le gaz pour augmenter sa température.

3. La condensation

Une fois monté à haute pression et haute température, ce gaz rejoint un condenseur, qui transfère la chaleur au circuit d’eau chaude de la maison. Ce circuit est relié aux émetteurs de chaleur tels que les radiateurs et le plancher chauffant, et peut également alimenter l’eau chaude sanitaire (ECS).

4. La détente

Après avoir transmis les calories de chaleur, le fluide perd en pression grâce à un détenteur, puis se condense et retourne progressivement à l’état liquide. Le fluide rejoint ensuite l’évaporateur et le cycle thermodynamique recommence.

À noter : Il existe des PAC basse et moyenne température, chauffant l’eau entre 35 et 55°C, et des PAC haute température pouvant chauffer l’eau à plus de 55°C. 

Comment fonctionnent les différents types de pompe à chaleur ?

Si toutes les pompes à chaleur fonctionnent sur le même principe de transformation de chaleur, il existe plusieurs modèles différenciés par leur mode de fonctionnement. Vous avez peut-être entendu parler de PAC “air-eau”, “sol-eau”, etc. ? Le premier terme désigne l’origine du prélèvement de chaleur tandis que le second se réfère au mode de transmission de la chaleur à l’intérieur du bâtiment. Voici les principaux types de PAC à connaître.

Les PAC aérothermiques

Les pompes à chaleur aérothermiques récupèrent les calories contenues dans l’air extérieur pour les chauffer et les restituer à l’intérieur d’un logement.

La PAC air-eau est la technologie la plus courante et aussi la plus abordable financièrement. Elle permet de chauffer l’eau chaude qui circule dans vos radiateurs, planchers chauffants ainsi que l’eau chaude sanitaire. Attention : en cas de basses températures, son fonctionnement peut être altéré. 

D’autre part, la PAC air-air est reliée à un ventilo-convecteur placé à l’intérieur du logement. Ce modèle permet donc de chauffer une pièce grâce à l’air soufflé, mais ne permet pas de chauffer de l’eau.

Les PAC géothermiques

La chaleur contenue dans les sols est inépuisable et ne subit pas autant de variations de température que l’air extérieur. Les PAC géothermiques sol-eau fonctionnent à l’aide de sondes ou capteurs, placés à l’horizontale ou à la verticale sous terre. Les capteurs géothermiques doivent avoir une longueur suffisamment conséquente. À l’intérieur de ces circuits circule le fluide caloporteur, qui permet de transporter les calories du sol jusqu’à l’unité de la PAC.

Les PAC hydrothermiques

Les PAC hydrothermiques (PAC eau-eau) utilisent l’énergie présente dans un cours d’eau ou une nappe phréatique. Ces installations sont assez peu répandues de par la complexité de leur mise en place. En effet, il est souvent nécessaire de forer le sol à deux endroits : une sonde verticale sert à faire circuler l’eau jusqu’à la PAC qui récupère la chaleur, puis une autre sert à renvoyer l’eau refroidie vers la nappe. C’est le principe de l’aquathermie.

Les PAC réversibles

Parmi les pompes à chaleur aérothermiques, on distingue également les PAC réversibles. Leur cycle thermodynamique peut s’inverser pour produire du froid, offrant l’avantage de pouvoir être utilisées été comme hiver. La PAC puise alors les calories à l’intérieur du logement et les expulse à l’extérieur. D’après l’Ademe, “elles assurent une baisse modérée de la température, de l’ordre de 3 à 4°C de moins qu’à l’extérieur”. Il s’agit plutôt d’un rafraîchissement qu’un refroidissement du logement.