Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur ?

Florian Billaud - publié le 06/09/2019 à 11:00

La consommation énergétique est un gros poste de dépense au sein d’une maison et trouver un moyen de faire des économies d’énergie et de réduire sa facture est devenu indispensable pour les ménages. La pompe à chaleur répond à cette problématique grâce à sa capacité à faire réaliser des économies d’énergie, son fonctionnement écologique et sa performance. Toutefois, tous les systèmes ne se valent pas : voyons ensemble comment fonctionne ce dispositif et quels sont les différents types de pompes à chaleur.

Retour sur l’histoire de la pompe à chaleur

Dans l’imaginaire collectif, il y a une idée reçue qui laisse à penser que le principe de la pompe à chaleur a été inventé très récemment. Il n’en est rien, ce principe remonte à l’élaboration des grandes lois de la thermodynamique en 1834.

Les pompes à chaleur (PAC) ont vu le jour au début du 20e siècle, mais elles ont connu leur premier essor suite au choc pétrolier dans les années 70 et 80. Le prix des énergies fossiles ayant fortement augmenté à cette époque, la population a cherché à se chauffer autrement et à faire des économies d’énergie. Toutefois, on notera qu’elles étaient moins performantes qu’à l’heure actuelle avec une moyenne de coefficient de performance (COP) de 2.

C’est à partir de 1997 et l’apparition des nouvelles PAC que les économies d’énergie deviennent substantielles. Les pompes à chaleur ne sont plus systématiquement couplées à un autre système de chauffage, le COP passe en moyenne de 2 à 4 et leur installation se démocratise. Il faudra néanmoins attendre l’année 2014 pour dépasser les 150 000 installations de PAC en France.

Comment fonctionne la pompe à chaleur pour engendrer des économies d’énergie ?

Le principe d’une pompe à chaleur est simple, et vous allez rapidement comprendre comment elle nous fait faire des économies d’énergie.

Le soleil chauffe l’eau, l’air et le sol en permanence grâce à son rayonnement. La pompe à chaleur capte cette énergie thermique, gratuite et renouvelable, et s’en sert pour chauffer votre logement. Elle offre un très bon rendement, car elle permet d’obtenir 3 kWh de chaleur avec seulement 1 kWh d’électricité nécessaire à son fonctionnement, c’est donc là que se font les économies d’énergie.

La pompe à chaleur possède 5 éléments principaux à savoir :

  • Un évaporateur ;
  • Un compresseur ;
  • Un condenseur ;
  • Un détendeur ;
  • Un fluide frigorigène.

D’abord, il faut savoir que le fluide frigorigène s’écoule entre les capteurs de chaleur situés à l’extérieur du logement et les émetteurs de chaleur situés à l’intérieur. Partant de là, voici un cycle de fonctionnement d’une PAC :

  • La chaleur prélevée à l’extérieur de l’habitation est transférée au fluide frigorigène qui se transforme en vapeur via l’évaporateur ;
  • Le fluide ainsi transformé à l’état de vapeur passe dans le compresseur qui élève la température du fluide ;
  • Le fluide transmet ensuite sa chaleur à l’eau du circuit de chauffage intérieur de l’habitation ;
  • Le détendeur de la PAC fait baisser la pression du fluide qui revient à l’état liquide et ainsi de suite.

C’est donc lorsque le fluide frigorigène passe de l’état liquide à l’état gazeux qu’il libère de la chaleur et chauffe l’eau qui va circuler dans le système de chauffage. Tant que la température extérieure n’est pas trop basse, les économies d’énergie sont par conséquent intéressantes. En revanche, quand les températures sont en dessous de 10 °C, voire dans les négatives, les économies d’énergie sont franchement moindres puisque cela réduit grandement l’efficacité de la PAC. C’est pourquoi, selon la région où vous résidez, il sera indispensable de coupler votre installation avec un autre système de chauffage. Les deux installations pourront partager le même réseau de chauffage (radiateur à eau, plancher chauffant).

Les pompes à chaleur les plus courantes

Il existe plusieurs types de pompes à chaleur. Les plus connues sont les PAC air-eau et air-air, mais il existe aussi des pompes géothermiques qui englobent les pompes eau-eau qui captent la chaleur des nappes phréatiques et les pompes sol-eau qui puisent la chaleur dans la terre via un système horizontal ou vertical implanté dans la terre.

En France, les pompes les plus couramment installées en vue de faire des économies d’énergie sont les pompes air-air et les pompes air-eau.

Les pompes à chaleur aérothermique air-air

Elles transforment l’énergie naturellement contenue dans l’air en chaleur qu’elles injectent ensuite, directement chez vous via des convecteurs soufflants. Ces pompes peuvent aussi servir d’air conditionné et de climatiseur en été, mais ne se destinent pas au chauffage de l’eau sanitaire. Pour ces pompes à chaleur dites « réversibles », le système de fonctionnement est alors inversé puisque la pompe à chaleur puise les calories présentes dans la maison et les rejette vers l’extérieur.

Pour ce type d’installation, il vous faudra prévoir un budget compris entre 6 000 et 10 000 euros en moyenne, hors pose. Pour la pose, il vous faudra prévoir environ 600 euros de plus.

Les pompes à chaleur aérothermique air-eau

Elles utilisent elles aussi la chaleur de l’air extérieur qui est prélevé, mais celle-ci est ensuite injectée à l’intérieur de l’habitation au travers du système de chauffage classique. Ce modèle de pompe à chaleur peut chauffer l’eau chaude sanitaire, mais ne peut pas servir de climatisation. Ces pompes peuvent soit se substituer totalement à une chaudière et alimenter un circuit de radiateurs à eau, soit se coupler à un système préexistant. 

Il vous en coutera de 5 000 à 15 000 euros hors pose, selon que vous choisissiez une pompe basse température ou haute température, et environ 2 000 euros pour la pose.

Nous retiendrons que les pompes à chaleur de type aérothermiques sont simples d’installation, car elles ne nécessitent pas d’autorisation spécifique ni de tubes à enterrer dans votre jardin. Elles vous permettront de faire des économies d’énergie tant qu’elles sont utilisées de façon optimale. D’un jour à l’autre les températures sont fluctuantes : aux périodes les plus froides de l’année, quand la température de l’air extérieur approche les 0 °C et que le temps est humide, il peut y avoir une perte de rendement. C’est dû à la formation de givre qui obstrue l’évaporateur, ce qui entraine une consommation d’énergie supplémentaire pour le dégivrage et fait ainsi disparaitre les belles économies d’énergie.

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