Comment fonctionne une pompe à chaleur ?

La pompe à chaleur (PAC) est un système de plus en plus utilisé dans les foyers français. Concrètement, un peu plus d’un foyer sur trois utilise ce dispositif pour le chauffage et la climatisation.

Grâce aux aides financières du gouvernement (CITE, coup de pouce chauffage, aide de l’Anah…), l’État incite les ménages à l’adopter afin d’en finir avec les chaudières au fioul assez polluantes.

Contrairement aux chaudières fonctionnant avec les énergies fossiles, la pompe à chaleur utilise l’énergie renouvelable et permet aux ménages de faire des économies sur leur facture d’énergie. Découvrez-en davantage sur le fonctionnement de la pompe à chaleur.

Principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur (PAC)

La pompe à chaleur (PAC) fonctionne de la même manière qu’un réfrigérateur, mais dans le sens inverse. Le réfrigérateur utilise la chaleur extérieure pour produire du froid. Quant à la pompe à chaleur, elle extrait la chaleur de l’environnement (la terre, l’air, l’eau…) et la restitue dans la maison.

Même si la PAC s’adapte à plusieurs situations en fonction de la source d’énergie utilisée, son principe d’action est facile à comprendre. Concrètement, l’appareil fonctionne en quatre étapes. Lors de la première étape, l’évaporateur puise les calories de la source extérieure (l’eau de la nappe phréatique, l’air ambiant, ou le sol).

La chaleur ainsi récupérée est transmise au liquide caloporteur basse pression. C’est la deuxième étape du fonctionnement de la pompe à chaleur. Une fois chargé de calories, le fluide caloporteur change d’état et devient un gaz (vapeur basse pression).

Le compresseur réchauffe davantage ce gaz caloporteur pour le transformer en vapeur haute pression. Pour fonctionner, le compresseur utilise de l’électricité : c’est la seule consommation d’énergie d’une pompe à chaleur.

Lors de la troisième étape, la puissance thermique du condenseur agit sur le gaz caloporteur chauffé pour le ramener à sa forme originelle (liquide). Pendant l’opération, le gaz caloporteur chauffé transfère sa chaleur à l’eau du circuit de chauffage. C’est cela qui explique son retour à l’état liquide.

Le fluide frigorigène qui ressort de cette phase est un liquide haute pression. Il faudra le ramener sous forme de liquide basse pression (liquide qui passera dans l’évaporateur pour récupérer à nouveau les calories provenant de l’environnement extérieur).

Le mécanisme sus décrit représente la quatrième et dernière étape du fonctionnement d’une pompe à chaleur. Lors de cette phase, c’est le détendeur qui fait baisser la pression du liquide frigorigène pour permettre au fluide de recommencer son circuit de transformation.

Quels sont les différents types de pompe à chaleur

Les pompes à chaleur se différencient principalement les unes des autres grâce à la source d’énergie utilisée (sol, eau, air). Ainsi, le nom de chaque type de pompe à chaleur indique à la fois le type de milieu dans lequel l’énergie est extraite et là où elle est restituée. En pratique, toutes les combinaisons sont possibles. Cependant, voici les principaux modèles de pompe à chaleur que l’on retrouve dans le commerce :

• La pompe à chaleur air-air ;
• La pompe à chaleur air-eau ;
• La pompe à chaleur eau-eau ;
• La pompe à chaleur sol-eau.

Cette grande variété de modèles est l’une des forces de la PAC. En effet, il est toujours possible de trouver une pompe à chaleur qui convient à n’importe quel type de logement.

Comment fonctionne une pompe à chaleur air-eau ?

L’air extérieur est chauffé en permanence grâce au rayonnement solaire. La pompe à chaleur air-eau exploite les calories situées dans l’air ambiant pour réchauffer l’intérieur de la maison. On parle de pompe à chaleur aérothermique. Grâce au mécanisme de la PAC ci-dessus décrit, le système permet de chauffer l’air intérieur et d’obtenir de l’eau chaude sanitaire dans la maison.

Comment fonctionne une pompe à chaleur air-air ?

La pompe à chaleur air-air est le second type de PAC aérothermique. Les calories récupérées dans l’air ambiant extérieur permettent de réchauffer l’air intérieur. L’air chauffé à l’intérieur de la pompe à chaleur air-air est diffusée dans la maison grâce à des ventilo-convecteurs. Les systèmes de diffusion d’air les plus utilisés sont : les consoles murales, les cassettes et les gaines encastrables.

Comment fonctionne une pompe à chaleur sol-eau ?

Encore appelée pompe à chaleur géothermique, la pompe à chaleur sol-eau puise les calories du sol. Le dispositif nécessite l’installation d’une sonde géothermique horizontale ou verticale d’une longueur variable dans le sol. Ce sont les sondes qui captent la chaleur de la terre pour l’envoyer dans le système de la PAC.

Comment fonctionne une pompe à chaleur eau-eau ?

La pompe à chaleur à eau peut utiliser deux différentes sources d’énergie. Il s’agit de la nappe phréatique et les eaux de surface (lacs, fleuves, ruisseaux). Cependant, le modèle qui extrait les calories dans les nappes aquifères est le plus utilisé. Ici, l’eau souterraine est conduite à travers un échangeur de chaleur qui permet d’extraire les calories qui s’y trouvent.

Fonctionnement des pompes à chaleur réversibles

La pompe à chaleur généralement utilisée pour réchauffer l’air intérieur d’un logement peut être également utilisée pour rafraîchir l’intérieur d’une maison. Ici, le processus ci-dessus décrit est inversé. Le liquide frigorigène circule alors en sens inverse pour chasser la chaleur vers l’extérieur de la maison.

La pompe à chaleur réversible la plus courante utilise l’aérothermie (PAC air-air). Grâce à sa double fonctionnalité, l’appareil offre un rendement intéressant, impacte moins l’environnement et permet de réaliser des économies sur la consommation énergétique.

Néanmoins, dans les régions où l’hiver est trop froid, il faut généralement prévoir un chauffage d’appoint électrique pour compléter la PAC réversible afin d’obtenir un confort optimal.