Comprendre le fonctionnement d’une pompe à chaleur

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Depuis quelques années, la pompe à chaleur a le vent en poupe.
Si ce mode de chauffage est de plus en plus privilégié par les ménages français, notamment grâce à sa haute performance énergétique,  son fonctionnement reste parfois méconnu du grand public.
D’où provient l’énergie ? Comment celle-ci est-elle transformée en chaleur ? Est-elle suffisante pour assurer le chauffage d’un logement ? Autant de questions que nous allons élucider.

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Principe et fonctionnement d’une pompe à chaleur

Qu'est-ce qu'une pompe à chaleur ?

La pompe à chaleur est un dispositif qui permet de transférer l’énergie thermique d’une source froide vers un lieu à chauffer.

Elle prélève des calories à l’extérieur du logement dans l’air, le sol ou l’eau avant de les restituer sous forme de chaleur au sein de votre habitation.

Elle peut être utilisée aussi bien comme système de chauffage (afin de réchauffer l’air ambiant ou l’eau sanitaire) ou de refroidissement (notamment pour la climatisation l’été).

Fonctionnement général d'une pompe à chaleur

On peut dire que le fonctionnement d’une pompe à chaleur est composée de 3 cycles :

– La captation de l’énergie thermique

– L’augmentation de la température de cette énergie thermique

– L’utilisation de cette chaleur au sein du logement

Pour ce faire, elle est constituée d’un circuit fermé ou circule un fluide frigorigène qui a la particularité de pouvoir transporter facilement cette chaleur et de changer d’état (liquide ou gazeux) rapidement.

Un fluide frigorigène est un fluide pur ou un mélange de fluides purs dont la principale propriété est de s’évaporer à une faible température lorsqu’il est soumis à une certaine pression.
En passant de l’état liquide à gazeux, le fluide va absorber la chaleur qu’il pourra restituer par la suite.

Celui-ci va alors traverser successivement les différents éléments de la pompe à chaleur :

1 - L'évaporateur

L’évaporateur va d’abord récupérer les calories de la source froide (l’air, l’eau ou le sol) grâce au fluide frigorigène à l’état liquide, avant d’être transformé en vapeur.

Le fluide frigorigène sera toujours plus froid que la température ambiante : ce qui est décisif est l’écart de température entre la source extérieure et le fluide.

2 - Le compresseur

Le fluide devenu gazeux va ensuite être aspiré et passé dans un compresseur qui va augmenter la pression du gaz et donc sa chaleur.

C’est ici que se situe l’unique consommation énergétique d’une pompe à chaleur : à travers l’électricité produite pour faire fonctionner le compresseur.

3 - Le condenseur

Le fluide frigorigène dorénavant réchauffé  peut transmettre sa chaleur au logement.

En cédant sa chaleur, le fluide retrouve son état liquide tout en conservant une haute pression.

4 - Le détendeur

Le fluide frigorigène est encore trop chaud pour capter à nouveau la chaleur de l’environnement.
Il doit donc être refroidi afin de pouvoir être ré-utilisé.

Lorsque celui-ci traverse le détendeur, sa pression diminue. Par conséquent sa température chute aussi, ce qui lui permet de pouvoir recommencer un cycle et d’absorber à nouveau la chaleur

Les différents types de pompe à chaleur

Si toutes les pompes à chaleur obéissent au même processus, il existe toutefois des particularités selon le type de pompe à chaleur installé :

Fonctionnement d’une pompe à chaleur aquathermique

Une pompe à chaleur aquathermique puise  la chaleur dans l’eau située généralement dans un puit ou une nappe phréatique (à une température comprise entre 7 et 12°C).

Il faudra parfois réaliser un ou plusieurs forages afin d’atteindre la nappe phréatique ainsi que pour ramener l’eau puisée à sa source.

Prix moyen : 10 000  € à 15 000 €

La hauteur du forage est un élément fondamental qui justifiera ou non l’installation . Si celui-ci est trop profond, l’électricité consommée afin de remonter l’eau à la surface serait trop importante ce qui annulerait les bénéfices énergétiques de la pompe à chaleur.

Avantages

Inconvénients

Fonctionnement d’une pompe à chaleur géothermique

La pompe à chaleur géothermique puise l’énergie du sol grâce à différents capteurs avant de la transmettre au logement.

Il existe 3 types d’installation : 

Captage horizontal

La chaleur est récupérée à travers des capteurs horizontaux enterrés à faible profondeur (aux alentours d’un mètre).

Cette technique d’installation nécessite d’avoir un terrain d’une surface supérieure à celle qui sera chauffée. 

Prix moyen : 9000 à 14 000€

Captage vertical

Une sonde géothermique est insérée grâce à un forage de 50 à 150 mètres de profondeur. 

A défaut d’avoir une grande surface extérieure, cette solution est généralement préconisée pour ceux qui disposent d’un petit terrain. 

Prix moyen : 15 000 à 20 000 €

Captage vertical dans une nappe phréatique

L’eau est puisée directement dans la nappe phréatique grâce à des capteurs. 

C’est une solution extrêmement pratique pour ceux qui habitent dans des régions froides : en effet l’eau de la nappe phréatique est toujours chaude et ne subit jamais de gel.  

Prix moyen : 12 000  à 17 000€

Avantages

Inconvénients

Fonctionnement d’une pompe à chaleur aérothermique

Une pompe à chaleur aérothermique utilise l’air extérieur comme source d’énergie qu’elle rediffuse au sein du circuit de chauffage et d’eau chaude  ou d’un plancher chauffant. 

Il existe deux grandes familles de pompe à chaleur aérothermique : 

La pompe à chaleur air-air

L’air qui est puisé à l’extérieur est réchauffé et ensuite diffusé au sein du logement grâce à des ventilo-convecteurs (bloc de ventilation). 

Si le logement dispose d’une VMC (Ventilation Mécanique Controlée), l’air peut également être capté à l’intérieur de celui-ci. 

Prix : 6000 à 10 000 €

La pompe à chaleur air-eau

Les calories captées dans l’air extérieur sont chauffées puis injectées dans l’eau du système de chauffage ou d’eau chaude sanitaire. 

Elle peut également s’utiliser avec un plancher chauffant hydraulique. 

C’est le type de pompe à chaleur le plus installé.

Prix moyen : 8000 € à 16 000 €

Avantages

Inconvénients

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