Comprendre le fonctionnement de la pompe à chaleur

La pompe à chaleur (PAC) est un appareil utilisant un dispositif thermodynamique. Elle est principalement utilisée comme solution de chauffage dans le résidentiel. L’opération thermodynamique consiste à produire une grande quantité de chaleur à destination du logement, pour le chauffage ou pour l’eau chaude sanitaire. Le fonctionnement de cet appareil se base sur l’exploitation de l’énergie présente dans la nature. Focus sur la pompe à chaleur, son fonctionnement, ses avantages et les différents modèles disponibles.

Une pompe à chaleur, c’est quoi au juste ?

Connue comme la star des chauffages, la pompe à chaleur est présente dans plus de 98% des maisons. Comme son nom l’indique, il s’agit d’une pompe qui sert à pomper de la chaleur. Son principe consiste à extraire de l’énergie à l’extérieur de l’habitation pour l’injecter à l’intérieur.

Cet appareil thermodynamique récupère la chaleur présente dans l’air, dans l’eau ou dans la terre, pour le transférer dans un espace à chauffer ou pour produire de l’eau chaude. C’est ce qu’on appelle les calories. Dans les bureaux, la pompe à chaleur sert soit pour le chauffage soit de rafraichissement en été. Dans ce cas, il s’agit de la pompe à chaleur réversible, qui diffère du modèle classique par ses caractéristiques. Cette pompe est capable de produire du froid en été.

Les composants de la pompe à chaleur

La pompe à chaleur se compose de quatre éléments principaux :

• Un compresseur pour comprimer et pour réchauffer
• Un condenseur pour permettre le passage de l’état vapeur à l’état gazeux
• Un détendeur pour faire diminuer la pression dans le circuit et permettre au gaz de repasser à l’état liquide
• Un évaporateur pour transmettre les calories du circuit primaire vers la partie interne de la pompe à chaleur

Il est, toutefois, possible de trouver des pompes à chaleur équipées d’autres éléments, notamment pour améliorer les performances et la sécurité, comme suit :

• La vanne d’inversion de cycle permet de changer le mode de fonctionnement de l’appareil, soit d’inverser l’écoulement du fluide pour obtenir le mode froid et le mode chaud
• Le pressostat permet d’arrêter la pompe à chaleur lorsque la pression est trop haute ou trop basse
• La bouteille anti coup de liquide empêche le liquide de passer dans le compresseur
• L’échangeur sur le fluide caloporteur permet de faciliter la haute température

Comment fonctionne une pompe à chaleur ?

Le principe du fonctionnement de la pompe à chaleur repose sur le phénomène physique « le changement d’état ». Le fluide frigorifique commence par capter les calories ambiantes à l’extérieur de l’habitation. Suite à cela, le fluide passe d’un état liquide à un état d’ébullition. Le point d’évaporation est à -5°C. La vapeur est créée, aspirée, compressée et chauffée par le compresseur qui l’expédie à haute pression vers le condenseur.

C’est ce qui définit le premier principe de la thermodynamique. La condensation peut alors démarrer. Quant au détendeur, il permet de réduire la pression dans le circuit pour que le gaz repasse à l’état liquide. La quantité de fluide qui circule est alors régularisée. Le cycle peut ainsi recommencer.

Les types de pompes à chaleur

Il existe plusieurs types de pompes à chaleur. Il y a la pompe à chaleur géothermique, la pompe à chaleur aérothermique et la pompe à chaleur hydrothermique. Plusieurs éléments viennent les différencier, notamment la source d’énergie, la source d’énergie utilisée et le système de diffusion thermique.

La pompe à chaleur sol (géothermie) :

Elle utilise l’énergie gratuite de la terre pour permettre un chauffage et une production d’eau chaude performants et économes. Cette pompe à chaleur requiert l’installation d’une sonde géothermique horizontale ou verticale dans le sol. C’est un appareil qui offre d’excellents résultats et qui fonctionne en toute autonomie, sans chauffage d’appoint. Cependant, son installation nécessite un grand jardin. L’autre inconvénient est qu’elle est compatible uniquement avec des radiateurs à basse température et les planchers chauffants.

La pompe à chaleur à air (aérothermie) :

Elle exploite les calories présentes dans l’air extérieur pour produire de la chaleur pour le logement et de l’eau chaude. C’est un système relativement simple et qui permet de faire d’importantes économies d’énergie. Il est adaptable à un système de chauffage existant et est rentable assez rapidement. Toutefois, la pompe à chaleur aérothermique présente quelques inconvénients. Elle capte les calories dans l’air ambiant et produit de l’air selon les calories captées. Plus l’air est froid et moins la pompe sera performante. Elle nécessite alors l’installation d’un système de chauffage d’appoint.

La pompe à chaleur à eau (hydrothermie) :

Elle puise des calories de chaleur dans une nappe phréatique, dans un étang ou dans une rivière pour générer du chauffage de manière très économique. C’est une pompe à chaleur qui offre de très bonnes performances et qui est capable de fonctionner en toute autonomie. En revanche, elle est compatible uniquement avec des radiateurs à basse température et des planchers chauffants. Il est également essentiel d’avoir un point d’eau ou une nappe à proximité du logement. Des démarches administratives sont également nécessaires pour la modification des sous-sols.

Les conseils pour bien choisir sa pompe à chaleur

Face aux nombreux modèles de pompes à chaleur présents sur le marché, il n’est pas toujours facile de choisir le type adapté à ses besoins et à son logement. Il est essentiel de bien choisir les dimensions et la puissance de la pompe à chaleur. Si ces deux critères sont mal choisis, il peut y avoir des coûts supplémentaires.

Les rendements et les performances ne seront pas à la hauteur espérée. Il y aura des dépenses énergétiques supplémentaires et une usure plus rapide de la pompe à chaleur. Il faut également évaluer les performances d’une pompe à chaleur. Pour ce faire, il convient d’analyser le COP de la pompe à chaleur (coefficient de performance). Celui-ci correspond au rapport entre l’énergie thermique utile restituée au chauffage et l’énergie électrique nécessaire à la pompe à chaleur pour y parvenir. Pour cela, il convient de susciter l’aide d’un professionnel. Il vous conseillera sur la puissance adaptée à vos besoins.

Quel budget et quelles subventions ?

Le choix de la pompe à chaleur dépend également du budget. Pour un petit budget, la pompe à chaleur à air (aérothermique) reste le meilleur investissement. En revanche, pour un budget plus conséquent, il convient de choisir entre la pompe à chaleur à eau (hydrothermie) et la pompe à chaleur à sol (géothermie). En ce qui concerne les aides pour l'achat et la pose d'une pompe à chaleur, plusieurs possibilités sont à considérer.

Depuis le 1er septembre 2014, les particuliers peuvent bénéficier, sans conditions de ressources, de 30% du montant total de la facture sous la forme d’un crédit d’impôt proposé par l’État. L’éco-prêt à taux zéro est aussi très intéressant, car les intérêts sont payés par l’État. Enfin, les autres types de subventions pour l’achat et l’installation d’une pompe à chaleur par un professionnel certifié sont les aides de l’Anah et les aides locales.