Comment fonctionne une pompe à chaleur ?

Une pompe à chaleur ne fabrique pas de chaleur : elle en déplace. Toute la mécanique tient dans un circuit fermé où un fluide change d'état quatre fois par cycle, et c'est ce détour par l'évaporation qui explique pourquoi l'appareil restitue trois à quatre fois plus d'énergie qu'il n'en consomme.

La formule fait tiquer, parce qu'elle ressemble à une promesse de mouvement perpétuel. Il n'en est rien : l'électricité consommée fait tourner un compresseur, et la chaleur est prélevée dehors, dans l'air, dans le sol ou dans une nappe, puis transportée à l'intérieur. Un réfrigérateur fait la même chose dans l'autre sens, en rejetant les calories du compartiment sur sa grille arrière. Une pompe à chaleur, c'est un réfrigérateur dont on aurait mis la grille dans le salon.

Le cycle du fluide frigorigène, étape par étape

Le fluide frigorigène a une propriété qui fait tout le travail : il bout à très basse température, autour de moins 40 degrés pour les fluides courants. À moins 5 dehors, l'air ambiant est donc brûlant de son point de vue, et suffit à le faire passer de l'état liquide à l'état gazeux.

Le cycle comporte quatre temps, toujours les mêmes quel que soit le modèle :

• Dans l'évaporateur, placé côté extérieur, le fluide capte les calories de l'air ou du sol et se vaporise.
• Le compresseur aspire ce gaz et le comprime. La pression monte, la température aussi, jusqu'à 60 ou 80 degrés. C'est la seule étape qui consomme de l'électricité.
• Dans le condenseur, côté intérieur, le gaz chaud cède sa chaleur au logement et redevient liquide.
• Le détendeur fait chuter la pression, le fluide refroidit d'un coup, et le cycle recommence.

Ce dernier point explique la plupart des déceptions. Le COP chute quand il fait froid : plus l'écart se creuse entre la source extérieure et la température de départ du chauffage, plus le compresseur travaille. À moins 7 dehors, une machine annoncée à 4,5 tombe souvent sous 2,5. Regardez plutôt le SCOP, coefficient saisonnier moyenné sur une saison de chauffe complète.

L'aérothermie : capter la chaleur de l'air

C'est la famille la plus vendue, parce que c'est la moins chère à installer. Une unité extérieure, un ventilateur, aucun terrassement.

La pompe à chaleur air/air souffle directement de l'air chaud dans les pièces, par des unités murales que l'on appelle des ventilo convecteurs. Elle chauffe vite, elle se pilote pièce par pièce, et elle devient climatisation l'été en inversant le cycle. Son défaut est connu de tous ceux qui en ont une : elle brasse de l'air, donc elle fait du bruit et assèche l'ambiance. Elle ne produit pas d'eau chaude sanitaire.

La pompe à chaleur air/eau, elle, transmet la chaleur non pas à l'air du logement mais à l'eau d'un circuit de chauffage : plancher chauffant, radiateurs basse température, et souvent un ballon d'eau chaude sanitaire. C'est le modèle qui remplace une chaudière sans toucher aux émetteurs, à condition qu'ils acceptent de fonctionner autour de 45 degrés : sur de vieux radiateurs en fonte prévus pour 70 degrés, le rendement s'effondre.

La géothermie : aller chercher la stabilité du sol

Sous un mètre de terre, la température ne bouge presque plus : entre 10 et 14 degrés toute l'année, quelle que soit la météo. Une pompe à chaleur géothermique exploite cette régularité et échappe donc au problème précédent. Ses performances en janvier ressemblent à celles d'octobre.

Trois techniques de captage coexistent. Le capteur horizontal enterre des tubes en serpentin à 60 ou 120 centimètres, sur environ une fois et demie la surface à chauffer : il faut du terrain, et plus question d'y planter des arbres. La sonde verticale descend entre 50 et 100 mètres, occupe quelques mètres carrés, et coûte nettement plus cher à forer. Le captage sur nappe phréatique pompe l'eau souterraine, offre les meilleurs rendements, mais suppose une nappe accessible et une déclaration en préfecture.

Côté distribution, une sol/eau utilise deux fluides, le frigorigène dans la machine et un caloporteur dans le plancher chauffant. Une sol/sol n'en utilise qu'un, le frigorigène circulant directement dans les émetteurs, ce qui simplifie l'installation mais impose un plancher dédié. L'eau/eau, alimentée par la nappe, reste la configuration la plus performante du lot.

Réversible ou non, une question à trancher avant l'achat

La plupart des modèles savent inverser leur cycle et rafraîchir en été. La réversibilité se choisit à la commande, jamais après coup, et suppose des émetteurs compatibles. Un plancher chauffant rafraîchissant fait tomber la température de deux ou trois degrés, appréciable en août mais loin d'une climatisation.

Reste le sujet des aides. Remplacer une chaudière au fioul ou au gaz ouvre droit à des dispositifs publics, conditionnés au recours à un installateur certifié. Vérifiez les barèmes en cours au moment du projet : ils ont été revus plusieurs fois ces dernières années.