Pompe à chaleur (PAC)

« voir les autres définitions

Avec ses rendements bien supérieurs au simple chauffage, la pompe à chaleur a de quoi séduire. L’investissement dans ce dispositif est également aidé par le système de CEE, rendant cette solution à la fois abordable et rentable en quelques années seulement.

Définition d’une pompe à chaleur

Une pompe à chaleur (souvent abrégée en PAC) est un système permettant de récupérer l’énergie thermique d’un milieu à basse température (sol, air extérieur, rivière…) pour la transférer vers un milieu à haute température (bâtiment). Le terme de « transfert » est important, car il n’y a pas de création de chaleur

Ce processus où l’air froid (parfois même en dessous de 0 degrés Celsius) vient apporter de l’énergie pour faire chauffer de l’air chaud est en opposition aux lois naturelles : comment est-ce donc possible ? Tout d’abord, sachons qu’une température égale à 0 degrés Celsius ne signifie pas une absence d’énergie : au contraire, elle représente 273 degrés Kelvin (30 degrés Celsius représentent 303 degrés Kelvin). Le but est donc de récupérer cette énergie disponible et gratuite et la transférer dans un milieu que l’on souhaite chauffer.

Fonctionnement d’une pompe à chaleur

Pour réaliser cela, le système fonctionne comme indiqué sur le schéma ci-dessous :

  1. Un détendeur va réduire la pression, ce qui va faire baisser la température du fluide frigorigène qui circule dans la pompe à chaleur ;
  2. Froid et sous basse pression, le liquide va se réchauffer au contact de l’environnement extérieur (eau, air, sol). En se réchauffant, le liquide s’évapore et se retrouve sous forme de vapeur ;
  3. La vapeur passe ensuite par un compresseur qui va augmenter la pression, ce qui va faire monter la température, de la même façon qu’une pompe à vélo va faire augmenter la température de la chambre à air en la comprimant ;
  4. La vapeur chaude va passer par un échangeur de chaleur afin de réchauffer le milieu : elle va refroidir et passer à l’état liquide.

Certaines pompes à chaleur sont réversibles : cela signifie qu’elles peuvent inverser le cycle afin de générer du froid. Ce dispositif est ainsi utilisé dans de nombreuses applications, en fonction des besoins :

  • En chaud : pompe à chaleur, sèche-linge…
  • En froid : climatiseur, réfrigérateur, clim de voiture

Différents types de pompe à chaleur

L’énergie récupérée en extérieur peut se trouver et se transférer dans des milieux différents, principalement l’eau, l’air, et le sol. Ainsi, il existe différentes formes de pompes à chaleur :

  • Pompe à chaleur géothermique : La chaleur est récupérée dans le sol au moyen de tubes dans lesquels le fluide va circuler. Cette technique nécessite d’avoir une surface extérieure entre 1,5 et 2 fois plus grande que la surface à chauffer, dans le cas d’un captage horizontal (les tubes sont enterrés jusqu’à 1,5 mètres de profondeur). Le captage vertical permet d’utiliser moins d’espace extérieur mais la profondeur (jusqu’à 100 mètres) engendre un coût d’installation plus conséquent.

  • Pompe à chaleur marine/aquatique : La pompe à chaleur marine se base sur le même principe que la pompe à chaleur géothermique, mais utilise une source d’eau (nappe phréatique, rivière, étang…) pour capter l’énergie.

  • Pompe à chaleur air/air et air/eau : L’énergie récupérée dans l’air extérieur sera transférée à l’air intérieur via un ventilo-convecteur dans le cas d’une PAC air/air, ou dans des radiateurs et planchers chauffants pour une PAC air/eau.

La pompe à chaleur a pour effet de prélever l’énergie thermique dans le milieu où elle récupère la chaleur. Dans le cas d’une pompe à chaleur géothermique, un sol se refroidissant en raison de l’utilisation d’une pompe à chaleur offrira de moins en moins d’énergie au fur et à mesure de son exploitation et diminuera l’efficacité de la pompe à chaleur. Il est ainsi bénéfique d’inverser le cycle en été (réchauffer le sol en refroidissant le bâtiment) afin de disposer à nouveau d’une source d’énergie pour les périodes froides. Le problème se pose moins pour les pompes à chaleur avec des capteurs au contact de l’eau (nappes phréatiques et cours d’eau), puisque le milieu se renouvelle davantage. Quant à la pompe à chaleur air/eau ou air/air, elles ne sont pas concernées par ce problème.

Efficacité énergétique d’une pompe à chaleur

L’avantage de ce système est que l’énergie électrique sera uniquement dépensée pour faire fonctionner les systèmes de compression et de ventilation. L’énergie dépensée et payée par le consommateur est ainsi bien moindre que celle nécessaire à un chauffage électrique, puisque les calories apportées à l’environnement intérieur sont prélevées de l’extérieur et non d’un système de chauffage gourmand en énergie.

Le rendement énergétique d’une pompe à chaleur est appelé COP, pour coefficient de performance. Il se calcule en divisant l’énergie restituée par l’énergie fournie. Ainsi, une pompe à chaleur restituant 3 kWh d’énergie thermique pour 1 kWh d’énergie électrique dépensé aura un rendement de 3.

C’est sur ce principe qu’est calculé le SCOP (coefficient de performance saisonnier), qui ajoute à ce calcul une variable de saisonnalité. Cet indicateur permet de déterminer et afficher sur les produits l’étiquette énergétique, en conformité avec la norme NF EN 14825. Les performances minimales requises sont quant à elles indiquées dans le règlement (UE) no 206/2012 de la commission du 6 mars 2012 (Annexe 1).

Marché français des pompes à chaleur

Selon l’association française pour les pompes à chaleur (AFPAC), le parc français des pompes à chaleur était de 3 200 000 en 2018, tous systèmes confondus (en prenant également en compte les chauffe-eaux thermiques, abrégés en « CET »).

En termes de ventes, une étude de l’observatoire des énergies renouvelables indique que les ventes de pompes à chaleur géothermiques (sol/sol, eau/eau) ont subi une lourde chute depuis 2012, passant de plus de 8 000 ventes annuelles à tout juste 3 000. Une tendance contraire aux pompes à chaleur aérothermiques (air/air et air/eau), dont les ventes annuelles ont plus que doublé depuis 2012, passant de 284 000 en 2012 à 592 000 en 2018. Si l’on prend en compte les chauffe-eaux thermiques, ce chiffre passe à 697 000 pour l’année 2018.

Le chiffre d’affaires des pompes à chaleur pour 2018 est estimé à 891 millions d’euros selon l’observatoire des énergies renouvelables.

Aides : Pompe à chaleur et CEE

Tout projet de pompe à chaleur permet de bénéficier d’aides de l’état. Parmi les opérations permettant d’obtenir des CEE, on retrouve :

  • BAR-TH-104 : Pompe à chaleur de type air/eau ou eau/eau ;
  • BAR-TH-159 : Pompe à chaleur hybride individuelle ;
  • BAR-TH-129 : Pompe à chaleur de type air/air
  • FICHE BAT-TH-113 : Pompe à chaleur de type air/eau ou eau/eau ;

« voir les autres définitions