La pompe à chaleur s’impose aujourd’hui comme l’une des solutions de chauffage les plus performantes, notamment lorsqu’elle exploite la chaleur du sol ou de l’eau souterraine dans le cadre de la géothermie. Ce système thermodynamique permet de chauffer ou rafraîchir un logement en captant les calories présentes dans l’environnement, avec une consommation d’électricité très faible.
Une pompe à chaleur est un dispositif thermodynamique qui prélève la chaleur présente dans un milieu naturel (air, eau ou sol) pour la transférer vers un autre milieu, généralement l’intérieur d’un logement, afin de le chauffer ou de le climatiser.
Son fonctionnement repose sur un principe similaire à celui d’un réfrigérateur, mais inversé : au lieu d’extraire la chaleur de l’intérieur pour la rejeter à l’extérieur, la pompe à chaleur capte l’énergie thermique de l’environnement extérieur pour la restituer dans l’habitation.
Dans le domaine de la géothermie, le terme pompe à chaleur (PAC) désigne principalement les systèmes de chauffage domestique utilisant l’énergie du sol ou de l’eau souterraine. Une pompe à chaleur géothermique peut fonctionner uniquement en mode chauffage, uniquement en mode climatisation, ou être réversible afin de produire du froid en été et de la chaleur en hiver.
On distingue plusieurs types de pompes à chaleur selon la source d’énergie captée et le mode de diffusion : air/air, air/eau, eau/eau ou sol/sol. Le premier terme correspond à la source de chaleur, tandis que le second définit le système de diffusion dans le logement.
Pompe à chaleur air/air
La chaleur est prélevée dans l’air et est transférée directement à l’air du local à chauffer ou à refroidir.
Pompe à chaleur air/eau
La chaleur est prélevée dans l’air et est transférée à un circuit d’eau qui alimentera par exemple un plancher chauffant et/ou rafraîchissant, des radiateurs ventilo-convecteurs ou aérothermes.
Principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur géothermique
Pompe à chaleur géothermique eau/eau
Le système prélève la chaleur dans un circuit d’eau en contact avec un élément qui lui fournira la chaleur (terre, nappe phréatique) pour la transférer à un autre circuit d’eau (système généralement adopté pour la géothermie.
Pompe à chaleur géothermique sol/sol
La pompe à chaleur sol/sol puise la chaleur dans la terre et la diffuse dans la maison via un plancher chauffant. Très efficace, la pompe à chaleur sol / sol est conseillée dans le cadre de construction ou d’importantes rénovations, le plancher chauffant étant un émetteur lourd à installer.
La performance énergétique d’une pompe à chaleur se traduit par le rapport entre la quantité de chaleur produite par celle-ci et l’énergie électrique consommée par le compresseur. Ce rapport est le coefficient de performance (COP) de la pompe à chaleur géothermique.
Le COP ou coefficient de performance est de l’ordre de 5 sur les modèles de pompe à chaleur géothermiques installés actuellement (cela signifie que pour 1 kW d’électricité consommée, la maison recevra 5 kW de chaleur).
Les systèmes les plus performants ont des COP de 7. Les systèmes à air, moins performants, ont des COP variant de 2 à 5,20.
NB : la chaleur des premières dizaines de mètres du sol n’est pas due à la chaleur profonde de la terre, mais au rayonnement solaire, la pompe à chaleur (PAC) est souvent qualifiée de géothermique, ce qui est abusif car il s’agit en réalité d’un chauffage solaire utilisant l’électricité.
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La pompe à chaleur géothermique comporte un circuit de captage formé de capteurs.
Dans le cas de capteurs horizontaux :
le circuit est constitué de tubes en boucle, enterrés à faible profondeur entre 0,60 et 1,20 mètre, sur une surface devant représenter entre 1,5 et 2 fois la surface à chauffer. Y circule le fluide frigorigène.
Dans le cas de capteurs verticaux :
le circuit est composé de 2 tubes de 75 mètres (sondes géothermiques), distants de 10 m et reliés entre eux en formant une boucle. Son avantage sur les capteurs horizontaux est la faible surface qu’il requiert.
Quant à la pompe à chaleur géothermqiue elle-même, elle est constituée, dans l’ordre du cycle:
- un évaporateur permettant l’évaporation du fluide frigorigène grâce à la chaleur captée,
- un compresseur aspirant le fluide vaporisé et élevant la température (1),
- un condensateur faisant revenir le fluide à l’état liquide,
- un détendeur abaissant la pression du liquide frigorigène.
(1) C’est après l’élévation de la température que le fluide transmet sa chaleur directement à l’air à chauffer ou à l’eau du circuit de chauffage.
La pompe à chaleur géothermique est le système de chauffage qui émet le moins de CO2 (voir tableau comparatif)
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FAQ SUR LE FONCTIONNEMENT D’UNE POMPE À CHALEUR
Comment fonctionne une pompe à chaleur ?
Une pompe à chaleur capte les calories présentes dans l’environnement naturel (air, eau ou sol) grâce à un fluide frigorigène, puis les compresse afin d’augmenter leur température avant de les diffuser dans le logement. Ce cycle thermodynamique permet de produire plus d’énergie thermique qu’elle ne consomme d’électricité.
Quelle est la différence entre une pompe à chaleur air/air, air/eau et géothermique ?
La différence réside dans la source d’énergie captée et le mode de diffusion. Une pompe à chaleur air/air diffuse directement la chaleur dans l’air ambiant, une pompe à chaleur air/eau alimente un circuit de chauffage à eau (radiateurs, plancher chauffant), tandis qu’une pompe à chaleur géothermique puise la chaleur dans le sol ou l’eau souterraine, offrant généralement un meilleur rendement.
Qu’est-ce que le COP d’une pompe à chaleur ?
Le COP, ou coefficient de performance, mesure l’efficacité d’une pompe à chaleur. Un COP de 5 signifie que pour 1 kWh d’électricité consommée, la pompe fournit 5 kWh de chaleur. Plus le COP est élevé, plus le système est performant et économique.
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