Le fonctionnement d’une pompe à chaleur expliqué simplement

Le principe de base, lui, n’a rien de très compliqué : la PAC prélève un peu de chaleur d’une « source froide », comme le sol du jardin, l’air environnant ou encore l’eau d’une nappe, puis augmente sa température, avant de la restituer à une température plus élevée au cœur du logement. Ce faisant, elle produit en moyenne 4 fois plus de chaleur qu’elle ne consomme d’électricité² et le tout, en recourant à une énergie renouvelable et gratuite : l’air extérieur. Mais dans le détail, ça donne quoi ?

Une pompe à chaleur fonctionne systématiquement sur un principe appelé « thermodynamique », en transférant la chaleur d’un milieu à basse température vers un milieu à haute température, grâce à un fluide frigorigène. Pour ce faire, la PAC fonctionne grâce à plusieurs composants intégrés dans son cycle frigorifique :

Si le fonctionnement de la pompe à chaleur varie d’une technologie à l’autre (PAC géothermique, PAC aérothermique, etc.), toutes ont en commun ce principe élémentaire. Mais voyons plutôt…

Le cycle de fonctionnement des pompes à chaleur étape par étape

Ici, tout commence avec un élément essentiel, sans qui rien ne serait possible : le fluide frigorigène. Le fluide frigorigène, aussi appelé fluide caloporteur, est une substance utilisée dans les systèmes de climatisation, de réfrigération et de chauffage, comme les pompes à chaleur, pour transférer de la chaleur. C'est à lui que revient la tâche de capter la chaleur de l'environnement extérieur pour l'amener à l'intérieur du logement, comme ceci : 

• 1
  L’évaporation : le fluide frigorigène, sous forme liquide à basse pression et température, capte les calories présentes dans l’air extérieur (ou d’une autre source comme l’eau ou le sol) via un échangeur thermique. Cette chaleur permet au fluide de s'évaporer et de se transformer en gaz à basse pression.
• 2
  La compression : ce gaz est ensuite comprimé dans un compresseur. La compression augmente la pression, mais aussi la température du fluide, le transformant en un gaz chaud et haute pression.
• 3
  La condensation : ce gaz chaud et sous haute pression passe dans un condenseur (ou échangeur thermique), où il transfère sa chaleur au circuit de chauffage de la maison (radiateurs, plancher chauffant, etc.). En cédant sa chaleur, le fluide frigorigène se condense et redevient liquide.
• 4
  La détente : après avoir cédé sa chaleur, le fluide liquide passe par un détendeur, qui abaisse sa pression. Cela provoque une baisse de la température du fluide, prêt à recommencer un nouveau cycle en captant à nouveau la chaleur dans l’air, l’eau ou le sol.

Pour mieux comprendre, découvrez en image le fonctionnement de votre appareil, grâce à notre schéma de pompe à chaleur :

Pour faire simple, imaginez que le fluide frigorigène n’est autre qu’un livreur de chaleur. Il part d’un endroit froid, capte de l’énergie (c’est le fameux colis à livrer), la transporte, puis la livre à l’intérieur de la maison, où il dépose sa marchandise (la chaleur) et revient pour recommencer. 
Le compresseur agit comme un ascenseur, en augmentant la température du fluide pour qu’il puisse livrer sa chaleur efficacement, tandis que le détendeur est comme un frein qui réduit la pression avant que le livreur ne reparte à nouveau chercher plus de chaleur à l’extérieur. Le tour est joué !

Les différents types de pompes à chaleur : différentes applications pour différents besoins

Vous le savez désormais : les PAC fonctionnent toutes grâce à un principe commun. Notez cependant que parmi elles, il existe différents dispositifs, qui présentent leurs propres particularités :

Quiconque s’est déjà intéressé aux pompes à chaleur n’a pu échapper à ce terme : le COP ou coefficient de performance. Cet indicateur clé mesure tout simplement l’efficacité de la pompe à chaleur, puisqu’il s’agit du ratio entre « énergie produite » et « énergie consommée ». Autrement-dit, plus le COP est élevé, plus la pompe à chaleur produit de la chaleur pour chaque unité d'énergie consommée. Par exemple, un COP de 4 signifie qu'avec 1 kWh d'énergie consommé, la pompe à chaleur produit 4 kWh de chaleur.

 

Ça ne s’arrête pas là, puisqu’en matière de pompes à chaleur, il existe un autre indicateur de performance incontournable : le SCOP. Le Système de Coefficient de Performance Saisonnière mesure l'efficacité d'une pompe à chaleur sur une période de chauffage entière. Là encore, plus le SCOP est élevé, plus la pompe à chaleur est performante, car elle produit plus de chaleur pour la même quantité d'énergie consommée sur toute la saison.

En somme, le COP évalue l'efficacité sur une période courte (en conditions idéales), tandis que le SCOP évalue l'efficacité sur une saison complète, en tenant compte des fluctuations réelles des conditions de fonctionnement. Le COP donne donc une idée de l'efficacité dans des conditions idéales et le SCOP reflète l'efficacité réelle sur une saison complète. C’est pourquoi, le SCOP est généralement un peu plus bas que le COP, car il prend en compte des conditions variables.

Pour une pompe à chaleur air-air, par exemple, selon l’Ademe, le coefficient de performance saisonnier (SCOP) doit être supérieur ou égal à 3,9³.

Vous l’aurez compris, le fonctionnement de la pompe à chaleur est à la fois simple et extrêmement efficace. Ces systèmes, qu'ils soient air-air ou air-eau, reposent sur des principes largement éprouvés pour fournir une solution de chauffage performante et écoénergétique. 
La complexité réside moins dans le principe de fonctionnement que dans le choix du modèle adapté à vos besoins spécifiques et dans l’installation du système, pour laquelle l'expertise d'un professionnel certifié RGE est essentielle.

 

Chez Butagaz Eco-énergie, nous comprenons les enjeux de ces projets et nous nous engageons à vous accompagner de manière personnalisée, pour vous garantir une installation optimale et durable. 
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