Que faut-il savoir sur le fonctionnement d’une pompe à chaleur ?
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Sommaire
Le réchauffement climatique et la transition énergétique sont des enjeux majeurs de notre société. La recherche de solutions de chauffage et de climatisation (2 postes énergivores de nos habitations) durables et efficaces, constitue donc une priorité. La pompe à chaleur fait partie des alternatives les plus prometteuses. Découvrez le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur et les bonnes raisons de l’installer !
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Quel est le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur ?
Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur ?
La pompe à chaleur (PAC) est un dispositif de chauffage thermodynamique. Cela signifie qu’elle récupère les calories présentes dans l’environnement (l'air, l'eau ou le sol) et les transfère vers un circuit de chauffage (radiateurs, plancher chauffant…) et/ou d’eau sanitaire selon le modèle choisi.
La pompe à chaleur est donc considérée comme une solution écologique et économique de chauffage et de production d’eau chaude sanitaire (ECS).
En utilisant les calories naturellement présentes dans l’environnement, qui sont gratuites et illimitées, elle n’a pas besoin de combustible pour fonctionner, contrairement à une chaudière ou un poêle. Elle n’a besoin que d’électricité pour se mettre en marche, et en faible quantité.
Comment fonctionne une pompe à chaleur ?
Le fonctionnement d’une pompe à chaleur repose sur un cycle thermodynamique. L’appareil est constitué de 4 éléments principaux, à savoir :
un compresseur ;
un évaporateur ;
un condenseur (on parle aussi d'échangeur thermique) ;
un détenteur.
Un fluide caloporteur circule entre ces composants et change d’état (liquide/gaz) pour capter et libérer de la chaleur. Il permet de la transporter jusqu'à vos émetteurs de chaleur (radiateurs, planchers chauffants ou ventilo-convecteurs).
Plus concrètement, le mécanisme de fonctionnement d’une pompe à chaleur se déroule comme suit :
l’évaporateur capte les calories contenues dans la nature (air, eau ou sol), ce qui fait passer le fluide frigorigène de l’état liquide à l’état gazeux ;
le compresseur augmente la pression et la température du gaz pour augmenter son niveau d’énergie thermique (le chauffer) ;
le condenseur cède la chaleur produite à un circuit de chauffage (radiateur, plancher chauffant, circuit de production d’ECS ou ventilo-convecteur), ce qui fait revenir le fluide frigorigène à l’état liquide ;
le détenteur baisse la pression et refroidit le liquide frigorigène pour le préparer à recommencer le cycle. Et ainsi de suite jusqu’à ce que la température à l’intérieur du logement soit confortable.
🔎 À noter : en fonction des types de pompes à chaleur, les unités et leur installation ne sont pas les mêmes. Dans tous les cas, quel que soit le modèle, une pompe à chaleur a besoin d'électricité pour fonctionner. Heureusement, sa consommation électrique est moins importante que l'énergie produite !
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Quel est le fonctionnement des différents types de pompes à chaleur ?
Il existe 3 sortes de pompes à chaleur :
la pompe à chaleur air-air ;
la pompe à chaleur air-eau ;
la pompe à chaleur géothermique.
Il existe aussi une pompe à chaleur hybride qui combine une pompe à chaleur air-eau et une chaudière à condensation à gaz.
Chacune d’entre elles possède ses propres avantages et inconvénients. On vous explique quel est leur principe de fonctionnement ci-dessous.
Comment fonctionne une pompe à chaleur air-air ?
La pompe à chaleur air-air capte la chaleur présente dans l’air extérieur pour la transférer à l’intérieur du logement grâce à un système de ventilation. Pour fonctionner, elle doit être associée à des ventilo-convecteurs, que l'on appelle aussi des splits.
La PAC air-air est particulièrement adaptée aux climats tempérés, car sa performance dépend de la température extérieure. Son efficacité diminue considérablement lorsqu’il fait froid puisque l’air extérieur, d’où sont extraites les calories, est lui-même froid.
La pompe à chaleur air-air est appréciée pour sa facilité d’installation et son coût moins cher que les modèles de PAC air-eau et géothermiques. Son fonctionnement réversible est également un avantage, car elle peut aussi bien produire du chauffage que de la climatisation.
Cependant, lorsqu’il fait froid, la PAC air-air ne suffit pas. Elle doit venir en appoint d’un autre système de chauffage, comme un poêle à bois ou une chaudière à granulés pour pouvoir profiter d’un bon confort thermique.
Comment fonctionne une pompe à chaleur air-eau ?
La pompe à chaleur air-eau extrait les calories présentes dans l’air extérieur et les transfère au circuit d’eau du dispositif de chauffage hydraulique (radiateurs, planchers chauffants ou circuit d’ECS) pour chauffer une surface ou pour produire de l’eau chaude sanitaire.
Son efficacité dépend aussi des températures extérieures, mais elle est davantage adaptée aux climats froids. Les nouvelles générations de PAC air-eau sont notamment conçues pour résister aux températures négatives, certains modèles pouvant fonctionner jusqu'à -20 °C.
L’installation d’une PAC air-eau est plus complexe et plus coûteuse que celle d’une PAC air-air, mais elle a l'avantage de pouvoir être associée à des radiateurs ou un plancher chauffant déjà présents dans le logement.
C’est en outre un appareil polyvalent (chauffage et production d’ECS) qui possède un bon rendement énergétique* et qui est considéré comme plus respectueux de l’environnement. L’eau a une capacité thermique plus élevée que l’air.
Une pompe à chaleur air-eau vous permet de faire jusqu'à 40% d'économies d'énergie, soit environ 1 000 €.
*Le rendement énergétique désigne le rapport entre l’énergie nécessaire à un équipement pour fonctionner (l'énergie absorbée) et sa capacité à produire lui-même de l’énergie (l'énergie utile).
Comment fonctionne une pompe à chaleur géothermique (sol-eau, sol-sol et eau-eau) ?
La pompe à chaleur géothermique capte les calories contenues dans le sol ou l’eau souterraine au moyen de capteurs enterrés horizontalement ou verticalement. Les calories captées sont transférées au circuit d’eau chaude d’un système de chauffage hydraulique central ou à un cumulus, comme pour une PAC air-eau.
Le captage horizontal est réalisé pour les modèles de PAC sol-sol ou sol-eau : les capteurs horizontaux sont enfouis à moins de 1,20 m de profondeur, par un terrassement du terrain. Celui-ci doit pouvoir accueillir une surface de capteurs au moins 2 fois supérieure à la surface de l'habitation à chauffer par la PAC géothermique.
Le captage vertical est mis en place pour capter l'énergie de l’eau souterraine (nappe phréatique, rivière, etc.), souvent pour une PAC eau-eau. Il faut alors enfouir les capteurs verticaux à une profondeur d'environ 100 m, au moyen d'un forage du terrain.
Résultat : cet appareil très performant permet à la fois de chauffer l’intérieur de votre maison et de produire de l’eau chaude sanitaire. La PAC géothermique vous permet de faire jusqu'à 70 % d'économies d'énergie !
Cependant, l’installation d’une pompe à chaleur géothermique est plus complexe et plus onéreuse que pour les 2 autres modèles de PAC.
Sa performance reste toutefois plus importante, avec moins de pertes thermiques. La température du sol reste stable, même lorsqu’il fait froid et cela permet donc au système de fonctionner de manière optimale, quelle que soit la température extérieure.
Pompe à chaleur réversible : comment ça marche ?
Les pompes à chaleur réversibles sont une solution polyvalente pour le chauffage et la climatisation du logement. Elles s’appliquent aux pompes à chaleur aérothermiques (air-air ou air-eau) dont le fonctionnement peut être inversé.
Ce fonctionnement inversé est possible grâce à un dispositif appelé inversion de cycle qui change le sens de circulation du fluide frigorigène dans le circuit des pompes à chaleur.
En résumé, le principe d’une PAC réversible est simple. En hiver, elle puise les calories contenues dans l’air extérieur et les transfère à l’intérieur pour chauffer la maison. En été, c’est l’inverse ! Les calories contenues dans l’air ambiant dans la maison sont extraites et rejetées à l’extérieur. L’espace de vie est ainsi rafraîchi.
Les 5 avantages des pompes à chaleur
1. Un système de chauffage performant
Le principal avantage d’une pompe à chaleur concerne son rendement énergétique élevé.
Les pompes à chaleur ont, en effet, un excellent COP (coefficient de performance). Celui-ci représente le rapport entre quantité d’énergie thermique produite (pour le chauffage ou le refroidissement) et la quantité d’énergie consommée par le système pour cette production.
Une pompe à chaleur qui a un COP égal à 3, par exemple, produit 3 fois plus d’énergie qu’elle n’en consomme. Plus le COP est élevé et plus l’installation est efficace du point de vue énergétique.
Et en plus, à l’heure actuelle, les pompes à chaleur, notamment les modèles géothermiques, font partie des dispositifs de chauffage les plus économes en énergie !
2. Des économies sur vos factures d'énergie
En installant un système de chauffage performant et qui consomme peu d'énergie, il est plus simple de faire des économies sur vos factures de chauffage et/ou d’eau chaude !
Ainsi, avec une pompe à chaleur, vous pouvez faire 40 % d'économies en moyenne, et jusqu'à 70 % avec une PAC géothermique !
Résultat : vous chauffez votre maison à moindre prix et vous réalisez d’importantes économies d’énergie. Vous n’aurez donc aucune difficulté à amortir votre investissement initial !
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3. Un impact environnemental réduit
Troisième avantage non négligeable : l’utilisation d’une pompe à chaleur s’inscrit dans une démarche de transition énergétique.
Grâce à elle, vous n'êtes plus dépendant des énergies fossiles (vous n’utilisez ni gaz, ni fioul) et vous réduisez vos émissions de CO2 (il n’y a pas de combustion, contrairement à une chaudière ou un poêle).
Comme nous l’avons expliqué, les pompes à chaleur puisent les calories dont elles ont besoin dans l’eau, l’air et le sol, qui sont des ressources gratuites et renouvelables, et n’utilisent que de l'électricité pour pouvoir fonctionner.
4. Un appareil qui répond à tous vos besoins
Les pompes à chaleur sont des appareils polyvalents ! En fonction des modèles et de la technologie, elles peuvent être utilisées pour le chauffage, la production d’eau chaude sanitaire et la climatisation de votre maison.
Vous devez donc choisir l'équipement qui répond aux besoins de votre foyer, en prenant en compte plusieurs éléments (besoins énergétiques, composition du foyer, surface de l’habitation, zone géographique, etc.).
Il est également possible d’opter pour un chauffe-eau thermodynamique, en fonction de vos besoins (une PAC spécialement dédiée à la production d'ECS).
💡 Notre conseil : faites confiance à un professionnel RGE (Reconnu Garant de l’Environnement) pour vous accompagner dans votre projet de chauffage et vous donner des conseils personnalisés.
5. Un équipement éligible aux aides financières
Le coût pour la pose d’une pompe à chaleur représente un investissement plus ou moins important. Voici des fourchettes de prix pour les différents types de PAC, installation comprise :
PAC air-air : entre 4 000 et 18 000 € ;
PAC air-eau : entre 10 000 et 18 000 € ;
PAC géothermique : entre 20 000 et 40 000 € (hors comprise).
Toutefois, si les travaux sont réalisés par un artisan RGE, votre projet de pompe à chaleur sera éligible à certaines aides financières. Les aides disponibles et leurs montants, comme MaPrimeRénov' ou la Prime Énergie, dépendent du type de PAC installée.
Aide | PAC air-eau | PAC air-air | PAC hybride | PAC géothermique |
|---|---|---|---|---|
| MaPrimeRénov' | Jusqu'à 5 000€ | ✖️ | Jusqu'à 5 000€ | Jusqu'à 11 000€ |
| Prime Effy (CEE) | Jusqu'à 4 450€ | Jusqu'à 834 € | Jusqu'à 4 450€ | Jusqu'à 5 560€ |
| Taux de TVA réduit | 5,5 % sur le matériel et sa pose | 10 % sur la pose | 5,5 % sur le matériel et sa pose | 5,5 % sur le matériel et sa pose |
| Éco-PTZ | Jusqu'à 15 000 € | ✖️ | Jusqu'à 15 000 € | Jusqu'à 15 000 € |
Ces aides sont des dispositifs mis en place par l’État pour encourager et soutenir les efforts de chaque foyer en matière de développement durable et de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES). Profitez-en pour investir dans un chauffage performant !
💡 L’astuce : il existe aussi des aides locales pour réduire le coût d’une pompe à chaleur et vous aider à financer votre projet. Renseignez-vous auprès de votre mairie, de votre département ou de votre région pour savoir quels dispositifs sont mis en place près de chez vous !
Exemple d'installation d'une pompe à chaleur air-eau en Seine-et-Marne (77)
Contexte : en avril 2024, notre client, une famille de 5 personnes vivant en Seine-et-Marne (77), envisage d'améliorer l'efficacité énergétique de leur maison de 100 m². Ils souhaitent bénéficier des aides disponibles pour l'installation d'une pompe à chaleur air-eau, notamment pour réduire leurs factures d'énergie et améliorer leur confort au quotidien.
| Revenus annuels | 49 000 € |
| Catégorie | Très modeste |
| Date réalisation des travaux | Avril 2024 |
| Montant total des travaux | 11 802 € |
| Montant de MaPrimeRénov' | 4 000 € |
| Montant de la Prime Effy | 4 000 € |
| Montant total des aides | 8 000 € |
Reste à charge
| 3 802 € |
Projection des économies réalisées sur la facture de chauffage
| Système de chauffage | Gaz |
| Facture de chauffage avant travaux | 1 400 € |
| Économie moyenne en % | 50 % |
| Facture de chauffage après travaux | 700 € |
Économies réalisées
| 700 € |
*Exemple basé sur un cas réel de travaux réalisés par Effy. Les économies sont une projection non contractuelle, dont le calcul est basé sur des moyennes observées pour des logements et installations équivalents.
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FAQ : Fonctionnement d’une pompe à chaleur
En hiver, les pompes à chaleur aérothermique (air-air et air-eau) fonctionnent moins bien. Leur fonctionnement repose sur le captage des calories dans l’air extérieur, mais si celui-ci est froid, voire très froid, l’efficacité de la PAC sera réduit. La géothermie, en revanche, est plus efficace en hiver !
La consommation électrique d’une pompe à chaleur dépend de son rendement et de la taille de l’installation. Néanmoins, les pompes à chaleur restent moins énergivores que les systèmes de chauffage traditionnels, comme les chaudières.
Elles produisent en effet plus d'énergie qu'elles n'en consomment, car elles ne créent pas directement de la chaleur, mais elles extraient et rediffusent celle de l’eau, de l’air ou du sol.
Les pompes à chaleur ont plus d’avantages que d’inconvénients ! Cependant, aucun appareil n’est parfait et une pompe à chaleur peut être plus ou moins bruyante selon le modèle et la gamme sélectionnés.
Il est conseillé de bien vous renseigner avant votre achat pour éviter les mauvaises surprises. Vous pouvez aussi être accompagné dans votre achat et l’installation par un professionnel RGE, c’est plus sûr !
