Zoom sur le fonctionnement d'une pompe à chaleur !

L’eau, la terre ou l’air : oui, la nature est riche en sources d’énergie… gratuites ! C’est précisément sur ce principe que repose la pompe à chaleur. Mais savez-vous vraiment comment ce système réussit à puiser l’énergie contenue dans le milieu ambiant pour chauffer la maison ou l’eau sanitaire ? Ne froncez pas les sourcils ;). Si le fonctionnement d’une pompe à chaleur reste un mystère pour vous, voici de quoi vous éclairer. Après tout, pour une fois que pomper l’air n’est pas péjoratif, autant faire le tour de la question !

Une pompe à chaleur, comment ça marche ?

Pour comprendre le fonctionnement d’une pompe à chaleur à la maison, commençons par dégrossir le sujet en nous focalisant sur les grandes lignes. Au programme, cinq grands principes à mémoriser pour y voir plus clair. Prêt, feu, lisez !

Un choix écologique qui rime avec économies d’énergie

Parce qu’il se base sur l’utilisation d’une énergie naturelle et gratuite, le fonctionnement de la pompe à chaleur s’inscrit dans une démarche éco-responsable qui veut du bien à Mère Nature, mais aussi à notre facture. Et pour cause, quand il s’agit de puiser des calories présentes dans l’environnement qui nous entoure, on dépense forcément moins d’énergie pour chauffer la maison. Bien sûr, l’investissement de départ pour installer et faire fonctionner une pompe à chaleur a un coût (ce qui n’est pas sans nous rappeler ses homologues les panneaux solaires et compagnie). Cependant, à l’usage et sur le long terme, on finit par amortir le prix payé :). C’est à ce moment-là que tout bascule… dans le bon sens ; puisque les pompes à chaleur fournissent plus d’énergie qu’elles n’en consomment. L’investissement initial vous le rend donc bien sur la facture énergie :).

Bref. Si vous envisagez de construire votre maison ou que vous réfléchissez à changer le système de chauffage, voilà un parti pris à envisager pour faire un pas engagé vers la Planète et au passage, dépenser moins. Avouons-le, sur le papier, c’est plutôt bien parti pour s’intéresser de plus près aux pompes à chaleur !

Le but ultime : chauffer la maison et l’eau sanitaire… mais pas que !

Déjà, ce qu’il faut savoir, c’est que la raison d’être d’une pompe à chaleur – aussi appelée PAC – n’est autre que de chauffer la maison ou de la fournir en eau chaude sanitaire. Mais si vous êtes l’heureux propriétaire d’une piscine, chauffer l’eau du bassin est aussi l’une de ses missions clés ! Et ce n’est pas tout. En effet, ce système de chauffage peut aussi inverser la tendance et se convertir, lorsqu’il s’agit d’un modèle réversible, en climatisation. Un vrai couteau suisse capable de produire de la chaleur par temps froid ou de nous rafraîchir en été. Qui dit mieux ?

Les éléments terre, air ou eau : à la base du système ?

Si le fait de chauffer ou de refroidir la maison est l’objectif clé d’une PAC, pour y parvenir, celle-ci s’appuie sur les éléments présents dans notre environnement : l’air, l’eau ou la terre. Pourquoi ça ? Eh bien parce que chacun d’eux contient naturellement (et gratuitement) de l’énergie. Alors, autant exploiter ces carburants naturels !

C’est précisément ce que fait une pompe à chaleur. Grâce à un mécanisme d’échange de chaleur, elle récupère les calories d’une source dite « froide » (le sol du jardin, l’air environnant ou l’eau d’une nappe) pour augmenter son niveau de température et restituer une chaleur à une température plus élevée dans le logement. Tout ça en s’appuyant sur les ressources à disposition que nous offre la planète !

Côté fonctionnement, ça marche… en circuit fermé

Un fonctionnement en circuit fermé ? Ok. Mais ne nous voilà pas plus avancé pour comprendre comment ce dispositif fait pour puiser l’énergie que nous offre Mère Nature. À moins qu’on vous explique ;). Alors, on parle de circuit fermé (et étanche) parce qu’entre la récupération de la chaleur dans le sol, dans l’air ou dans l’eau, et sa restitution dans la maison, le fonctionnement de la pompe à chaleur forme un cycle. À savoir que cette chaleur gratuite captée à l’extérieur est transférée à l’intérieur par l’intermédiaire d’un fluide frigorigène (sous état liquide ou gazeux selon les organes qu’il traverse) utilisé pour chauffer le logement. Ces organes sont au nombre de 4. On parle de l’évaporateur, du compresseur, du condensateur et du détendeur.

Un fonctionnement baptisé… air/air, air/eau, eau/eau, sol/sol ou sol/eau (traduction SVP !)

Le terme de pompe à chaleur est généralement suivi de deux mots jumeaux (ou faux-jumeaux). Ils s’appellent air/air, air/eau, sol/sol, sol/eau ou eau/eau. Mais alors, que traduit ce drôle de langage codé ? Eh bien sachez que le premier terme désigne l’origine du prélèvement de la chaleur dans l’environnement naturel (dans l’air, le sol ou l’eau), alors que le second évoque le mode de distribution de cette chaleur dans le logement. C’est tout de suite plus clair ? Tant mieux :).

À chaque système de PAC son mode de fonctionnement !

Dans la famille (nombreuse) des pompes à chaleur, il y a le père, le fils, la cousine, la belle-sœur. Bref, il y a du monde ! Forcément, selon le modèle choisi, le mode de fonctionnement diffère… Venez, on va regarder de plus près pour voir comment est-ce que ça marche tout ça ! À savoir qu’on s’est concentré en particulier sur trois typologies de PAC : la pompe à chaleur air/eau, air/air et eau/eau.

Comment fonctionne la pompe à chaleur air/eau ?

Dans la saga des pompes à chaleur, commençons par parler du fonctionnement de la pompe à chaleur air/eau. Eh bien, celle-ci puise les calories présentes dans l’air extérieur pour les restituer et les injecter dans le système de chauffage via un plancher chauffant, des radiateurs ou des ventilo-convecteurs. C’est d’ailleurs l’un de ses atouts : nous offrir l’embarras du choix ;). Sans oublier que ce dispositif se démarque des autres en ce qu’on peut la choisir pour une utilisation standard… ou alors, miser sur un fonctionnement de pompe à chaleur réversible ! De quoi diffuser de l’air chaud en hiver et de l’air froid en période de canicule l’été. Pas mal, non ?

Produire de la chaleur en utilisant l’énergie contenue dans l’air ambiant, ça, on l’a intégré. En revanche, comment la PAC s’y prend pour y parvenir, voilà qui est un peu plus vague… À moins peut-être de détailler son fonctionnement, étape par étape, sachant que les composants clés sont : l’évaporateur (qui capte l’énergie à l’extérieur), le compresseur (qui consomme l’énergie électrique), le condenseur (qui restitue cette énergie en chaleur) et le détendeur (qui permet de boucler le cycle) :

La première étape ? Permettre au fluide frigorigène de s’évaporer à faible température grâce à sa mise en contact avec l’air extérieur. Il peut ainsi passer à l’état de gaz plus facilement et se réchauffer, même lorsque les températures extérieures sont dans le rouge (en-dessous de 0°C on entend).
Une fois que le fameux fluide frigorigène est à l’état gazeux, il se faufile dans le compresseur qui le fait monter en pression. L’idée : augmenter sa température afin qu’il soit suffisamment chaud pour offrir ses calories à l’eau du système de chauffage !
Pour transmettre sa chaleur aux radiateurs (ou au plancher chauffant ou encore aux ventilo-convecteurs), le condenseur porte le fluide frigorigène à condensation pour le faire passer à l’état liquide. C’est ainsi qu’il le met en contact avec le circuit d’eau de chauffage pour l’alimenter en chaleur.
Pour baisser en pression, le fluide frigorigène passe ensuite dans un détendeur. Objectif : retrouver son état liquide…. initial. Eh oui, tout naît, tout vit et tout recommence ! Le fluide frigorigène peut alors entamer une nouvelle chaîne. C’est ça le cycle de vie de la PAC air/eau ;).

Comment fonctionne une pompe à chaleur air/air ?

Passons maintenant au fonctionnement de la pompe à chaleur air/air ! Son principe ? Capter des calories se baladant dans l’air extérieur grâce à une unité placée à l’extérieure de l’habitation, afin de les injecter à l’intérieur de l’habitat en propageant de l’air chaud. D’où la redondance “air/air” dans l’appellation de ce type de PAC puisque l’énergie est puisée dans l’air ambiant, et est ensuite diffusée dans l’air intérieur de notre nid douillet !

Concernant le mode de diffusion de l’air chaud dans la maison, ça se passe via des ventilo-convecteurs (fonctionnant à l’élec’) à fixer sur une cloison ou encastrés au plafond ou dans un mur. Autre possibilité ? Opter pour un diffuseur centralisé, installé dans une buanderie par exemple, et qui diffuse l’air chaud à travers des gaines calorifugées jusqu’à des grilles placées dans chaque espace de la maison. Quoi qu’il arrive, on oublie l’idée de chauffer l’eau sanitaire, un projet exclu par ce choix de PAC, qui s’est concentrée sur le chauffage.

Mais concrètement, comment ça se passe cette histoire ? Eh bien reprenons le fluide frigorigène, pilier du dispositif de toute PAC qui se respecte. Celui-ci passe de l’état liquide à la forme gazeuse de façon à métamorphoser les calories contenues dans l’air ambiant extérieur en air chaud.

Hop, par ici un petit résumé du processus mis en place :

On disait donc que le fluide frigorigène récupérait les calories de l’air extérieur à l’état liquide. Grâce à cette énergie, la température du fluide augmente jusqu’à se transformer en gaz et s’évaporer.
Le compresseur (encore lui) aspire ensuite et compresse le fluide frigorigène pour mettre le fluide gazeux sous haute pression.
C’est ensuite grâce à la condensation du fluide sous haute pression que l’on peut transmettre la chaleur de l’air à l’intérieur. Et hop, magie, le gaz repasse à l’état liquide.
Ultime étape avant de recommencer le cycle éternel des PAC ? Faire chuter la pression du fluide frigorigène via le détendeur et préparer le fluide liquide avant la phase d’évaporation.

Bon à savoir : les PAC air/air coûtent moins chères à l’utilisation dans les régions où le climat est tempéré car mesdames sont sensibles aux grandes variations thermiques. De fait, le rendement de la plupart des pompes à chaleur air/air chute de façon importante lorsque les températures tombent dans le négatif. Sans compter qu’il est généralement conseillé de coupler le système d’une pompe à chaleur air/air avec un chauffage d’appoint, de façon à s’assurer que l’apport de chaleur sera suffisant en cas de grand froid !

Comment fonctionne une pompe à chaleur eau/eau ?

On parle de PAC hydrothermique pour évoquer les pompes à chaleur eau/eau. Côté fonctionnement, leur particularité est de récupérer de l’énergie dans l’eau d’une rivière, d’un plan d’eau ou dans les nappes phréatiques des lacs. Le but : chauffer la maison ou l’eau chaude sanitaire via un plancher chauffant, un chauffe-eau ou des radiateurs connectés à un chauffage central. Sans oublier que la bonne nouvelle, c’est que ce type de dispositif est compatible avec un système réversible !

Les étapes du process qui lui sont propres ? Allez, on vous fait une description express :

Ses capteurs enterrés à la verticale ou à l’horizontale se charge de récupérer des calories dans l’eau des nappes phréatiques du point d’eau naturel le plus proche. D’ailleurs, la présence d’un point d’eau de proximité est une condition à son installation, car sans elle, impossible d’envisager un principe eau/eau (il faut bien aller chercher l’énergie à la source que voulez-vous) ! Pas étonnant donc qu’une étude de l’eau s’impose avant tous travaux d’installation.
Les calories puisées sous terre sont transmises dans le liquide frigorigène de la pompe et transformées en chaleur.
Grâce à cette chaleur, l’alimentation du circuit de chauffage central est assurée :).

Garantir un fonctionnement optimal de la pompe à chaleur, mode d’emploi

Maintenant que vous en savez plus sur le fonctionnement des PAC, d’autres interrogations surgissent. Comment savoir si ma pompe à chaleur fonctionne ? Comment assurer sa performance ? On a entendu vos questions existentielles jusqu’ici ;). Pour que vous soyez serein, voici quelques trucs et astuces à connaître en matière de fonctionnement optimal et d’entretien ! À ne pas négliger car ils peuvent faire toute la différence…

Vérifiez les bons signaux au quotidien

Il existe deux façons de s’assurer que votre pompe à chaleur fonctionne bien au quotidien : vérifier la présence de bulles d’air au niveau du voyant liquide et vérifier son étanchéité à l’aide d’un détecteur électronique. Ce contrôle régulier vous permet de repérer rapidement tout risque d’anomalie, de façon à faire appel à un spécialiste sans que le dysfonctionnement ou la fuite n’aient pris trop d’ampleur.

Faites entretenir régulièrement votre pompe à chaleur

La clé pour un dispositif en bonne santé, c’est sans aucun doute de l’entretenir avec soin ! Certaines PAC impliquent un entretien annuel obligatoire (lorsque le liquide réfrigérant contenu fait plus de 2 kg, notamment pour les pompes à chaleur sol/sol ou sol/eau), d’autres peuvent se contenter d’une révision tous les 2 à 3 ans. Soyez donc attentif à la récurrence requise pour cette maintenance lors de l’achat et de l’installation !

Et voilà ! Vous avez toutes les clés en main (du moins côté fonctionnement) pour passer le cap de la PAC. Alors, cap ou pas cap ?