Les pompes à chaleur — PAC — font de plus en plus l’apanage des Français. Un foyer sur trois utilise ce système économique et écologique pour le chauffage.
Une PAC vous permet de diviser par trois vos factures de chauffage, simplement parce qu’elle utilise l’énergie gratuite de l’extérieur pour assurer le chauffage et la production d’eau chaude dans votre logement.
Si vous installez un tel équipement, vous pouvez amortir votre investissement en quelques années seulement.
Dans ce dossier, nous allons particulièrement nous focaliser sur le fonctionnement d’une PAC, les différents modèles disponibles et les avantages qu’elle peut vous offrir.
Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur ?
Les PAC sont des équipements destinés à déplacer la chaleur d’un endroit à un autre.
Pour ce faire, elles utilisent un compresseur associé à une structure de circulation de liquide ou de gaz réfrigérant qui permet de déplacer l’énergie thermique d’un environnement à basse température vers un autre qui est à haute température.
Le fait est que le système de pompage de la chaleur consomme moins d’électricité.
Une PAC peut assurer seule la totalité du chauffage et la production d’eau chaude sanitaire, c’est-à-dire que vous n’avez plus besoin d’utiliser un autre générateur d’appoint. Mais il est également possible de la coupler à une chaudière fonctionnant au fioul ou au gaz pour réduire davantage votre facture énergétique.
Dans ce cas, la chaudière n’intervient que lorsque la PAC ne peut plus fournir suffisamment de puissance, par exemple pendant les saisons hivernales lorsque les températures deviennent extrêmes.
Les pompes à chaleur réversibles sont actuellement très tendance parce qu’elles permettent d’obtenir la température idéale à l’intérieur de votre logement, été comme hiver.
En effet, ce type d’équipement peut modifier le sens de fonctionnement de la PAC grâce à un simple mode inverseur. Ceci permet de passer le cycle du mode chauffage au mode rafraîchissement.
Autrement dit, au lieu d’aspirer de l’air, le compresseur devient un évaporateur. Dans ce cas, il faut noter qu’on ne parle pas de climatisation, mais de rafraîchissement.
Lorsqu’une PAC est parfaitement au point, elle peut produire 3 à 4 kWh de chaleur, voire plus, à partir de 1 kWh d’électricité.
Les principaux éléments qui composent une PAC
Pour avoir une meilleure idée du mode de fonctionnement d’une PAC, il est important de comprendre les différents éléments qui la composent.
Les capteurs
Les capteurs ont pour rôle d’absorber les calories qui permettent de réchauffer ou de refroidir un liquide frigorigène.
Celui-ci peut à son tour chauffer ou rafraîchir soit l’eau soit l’air de votre circuit de chauffage.
Dans les habitations classiques, la PAC peut puiser la chaleur dans le sol par le biais d’un conduit en cuivre qui, quant à lui, est protégé par une couche de polyéthylène.
Il existe deux types de capteurs.
D’une part, il y a le capteur horizontal qui doit être placé à une profondeur d’environ 60 à 120 cm. Le conduit se présente comme des boucles qui occupent environ un espace deux fois plus grand que celui de la maison à chauffer et il est interdit de planter des arbres aux racines profondes sur cette zone. Vous pouvez tout simplement y planter du gazon ou des petites plantes.
D’autre part, il y a le capteur vertical, également appelé sonde géothermique. Il suffit de placer une boucle verticale d’une profondeur de 30 à 80 mètres. Ce système coûte plus cher lors de son installation et il prend moins de place dans votre jardin.
L’évaporateur (chaleur pompée à la source froide)
L’évaporateur joue le rôle d’un échangeur thermique.
Il récupère la chaleur dans l’environnement, alors que le fluide frigorigène dans les conduits reste froid et à l’état liquide.
Comme la source qu’il traverse – que ce soit de l’eau, du sol ou de l’air – affiche une température plus élevée, le frigorigène va récupérer les calories et changer d’état en devenant gazeux. C’est le phénomène d’évaporation.
Le condenseur (chaleur pompée à la source chaude)
Ce système s’assure de transformer le fluide frigorigène de l’état gazeux à l’état liquide.
Le détendeur ou réducteur de pression
La pression exercée par le fluide frigorigène doit être contrôlée quand il est à l’état liquide.
C’est le détendeur qui assure cette fonction.
Le compresseur
Cet appareil est alimenté par un moteur électrique et il est dédié à comprimer le fluide frigorigène gazeux afin d’augmenter sa température et sa pression.
Certains modèles de PAC sont dotés d’un compresseur scroll qui, comparé à un compresseur à piston, est plus silencieux.
De plus, il a une durée de vie plus longue et peut fournir un air plus chaud (10 à 15 °F) quand l’installation passe en mode chauffage.
Les éléments suscités sont communs aux diverses PAC. À ceux-ci peuvent s’ajouter d’autres équipements comme le tableau de commande qui contrôle si le système doit passer en mode refroidissement ; en mode dégivrage ou chauffage.
On compte également le serpentin d’évaporation qui, avec le condenseur, chauffe ou refroidit l’air en fonction de la direction du flux du liquide réfrigérant. Il ne faut pas oublier les vannes d’inversion qui sont conçues pour modifier le débit du réfrigérant, ainsi que les tuyaux de réfrigération.
Ces canalisations assurent la liaison des équipements extérieurs et intérieurs.
D’autres PAC peuvent être dotées de bandes chauffantes qui sont essentielles pour le chauffage d’appoint. Elles sont utilisées pour ajouter de la chaleur supplémentaire pendant les journées froides, en récupérant rapidement les températures plus basses.
Enfin, il y a les conduits qui distribuent l’air vers les différentes pièces de votre maison.
Intérêts de la pompe à chaleur – PAC
Le principal avantage de l’utilisation d’une PAC réside dans le fait qu’elle peut récupérer l’énergie gratuite de l’environnement pour pouvoir la valoriser dans votre circuit de chauffage.
Lorsqu’elle passe en mode chauffage, les performances d’une PAC sont caractérisées par son coefficient de performance (COP). Cet indicateur peut varier de 3 à 7 en fonction du type de dispositif installé.
Sur votre équipement, si vous voyez un COP 4, cela signifie que pour 1 kWh d’électricité qui sert à alimenter le compresseur, vous bénéficiez de 4 kWh d’énergie produite en termes de chauffage.
En mode rafraîchissement, les performances d’une PAC peuvent être déterminées par son EER, c’est-à-dire le coefficient d’efficacité énergétique, ou bien le COP froid.
Une PAC fonctionne généralement en priorité lorsque son rendement est optimal. Mais lorsque les températures extérieures sont trop basses, la chaudière existante peut prendre le relai pour couvrir les besoins de chauffage ainsi que la production d’eau chaude sanitaire.
Ce fonctionnement est essentiel pour réduire considérablement la consommation d’énergie fossile et pour réduire votre facture de chauffage. Dans la foulée, vous participez à la réduction globale d’énergie et à la réduction des émissions de gaz à effet de serre.
À noter que les coûts de fonctionnement d’une PAC sont nettement inférieurs à ceux d’un système de chauffage traditionnel qui utilise par exemple le propane ou le fioul.
Et ce n’est pas tout ! Ce type d’installation offre plus de sécurité et de fiabilité, notamment si vous utilisez des modèles certifiés « NF PAC », un label mis en place par l’AFAQ-AFNOR CERTIFICATION.
Les différents types de pompes à chaleur
Il existe plusieurs éléments qui différencient les différents modèles de PAC, à savoir la source d’énergie utilisée et son système de diffusion thermique (plancher chauffant, radiateurs, etc. …).
Voici donc les différentes sortes d’installations que vous pouvez mettre en place :
Les pompes à chaleur à eau
Les pompes à chaleur à eau fonctionnent en prélevant la chaleur dans l’eau comme les fleuves ou les nappes phréatiques.
Leurs principaux atouts sont une bonne performance et le fait qu’elles peuvent fonctionner en autonomie (sans chauffage d’appoint). Elles permettent également de chauffer l’eau sanitaire ou de la rafraîchir dans certains cas.
À noter que ces installations ne sont compatibles qu’avec des radiateurs basse température et/ou avec un plancher chauffant. De plus, il faut la présence d’un point d’eau ou d’une nappe à proximité.
Parfois, il est même nécessaire de procéder à un forage, ce qui peut couter cher. Enfin, la mise en place d’une PAC à eau nécessite certaines démarches administratives, car il faut souvent modifier les sous-sols.
Les pompes à chaleur géothermiques
Ce type d’installation a pour but de puiser l’énergie présente dans le sol.
Elle peut donc nécessiter la mise en place d’une sonde géothermique horizontale ou verticale dans le sol, dont la longueur peut être plus ou moins importante.
Par conséquent, la mise en place de la PAC peut nécessiter un grand jardin, notamment si vous décidez d’installer des capteurs horizontaux. Les travaux peuvent alors occasionner un surcoût pour le forage.
Les PAC au sol sont aussi très performantes et elles peuvent fonctionner en autonomie (sans chauffage d’appoint).
Tout comme les PAC à eau, elles permettent de chauffer ou de rafraîchir l’eau sanitaire, mais elles ne sont compatibles qu’avec les radiateurs basse température ou le plancher chauffant.
Les pompes à chaleur air/eau
Ces PAC utilisent l’air à l’extérieur comme source d’énergie ou l’eau en guise de fluide caloporteur.
Elles peuvent être dotées d’un kit hydraulique placé à l’intérieur de votre habitation et qui est connecté au circuit d’eau.
Des thermostats extérieurs doivent également être installés pour réguler la température.
Les PAC air-eau sont assez performantes, mais il est possible de les utiliser sans chauffage d’appoint si vous optez pour des systèmes performants.
Leur principal avantage ?
Elles sont moins chères que les deux premiers modèles, c’est-à-dire les PAC à eau ou au sol. Utilisables en appartement, elles peuvent chauffer ou rafraîchir les pièces de votre habitation ou chauffer l’eau sanitaire.
Encore une fois, elles ne sont compatibles qu’avec radiateurs basse température ou avec un plancher chauffant.
Les pompes à chaleur air/air
Les PAC air/air fonctionnent comme des climatiseurs réversibles.
Elles prélèvent la chaleur extérieure et la renvoient à l’intérieur de votre habitation via des consoles ou des unités murales.
Pendant l’hiver, elles peuvent fonctionner de façon inverse, et ce, grâce à la technologie « inverter ». Celle-ci permet de réguler la puissance en fonction de vos besoins réels.
Ces PAC peuvent être utilisées avec un échangeur, des ventilo-convecteurs ou un plancher chauffant. Par contre, elles ne constituent pas un système de chauffage autonome, car elles doivent fonctionner en complément de votre chauffage existant.
À noter que les PAC air/air peuvent fonctionner avec des capteurs solaires. Dans ce cas, la chaleur captée par le liquide caloporteur dans le panneau solaire va s’accumuler sous l’effet du soleil.
Elle sera ensuite transmise à votre ballon de stockage d’eau chaude et faire baisser votre consommation énergétique jusqu’à 70 %.
Quid du rendement des pompes à chaleur ?
Le rendement d’une PAC varie en fonction de la technologie qu’elle utilise et de la différence de températures entre la température à l’extérieur de votre habitation et celle du circuit de chauffage.
Plus l’écart de température entre ces deux environnements est petit, meilleur est le rendement de l’installation.
Mais comme nous l’avons déjà susmentionné, l’un des paramètres qui permet de déterminer la performance d’une PAC est son COP.
Pour faire simple, cela permet de connaître le rapport entre l’électricité consommée par l’installation et la chaleur qu’elle produit pour une certaine différence de température.
À titre exemple, si la documentation de votre PAC indique « COP 4,5 », cela signifie que, si la température du sol est de 0 °C et que la température de l’eau de chauffage est de 35 °C, l’équipement produit 4,5 kWh de chaleur pour chaque kilowattheure d’électricité consommée.
Votre installation est donc 4,5 fois plus efficace qu’un système de chauffage utilisant uniquement de l’électricité.
Lorsque vous décidez d’installer une PAC, il est recommandé d’opter pour un modèle dont le COP est d’au moins 3, bien que le maximum aujourd’hui soit de 7.
Pour mieux vous expliquer le concept, prenons l’exemple d’un logement qui a besoin de 3000 watts en matière de chauffage. Si vous utilisez un convecteur électrique, il consommera 3000 watts.
Par contre, une PAC dont le COP est de 3 n’aura besoin que de 1000 watts, ce qui vous permet d’économiser jusqu’à 2000 watts d’électricité. En réalité, les 2 000 watts supplémentaires seront puisés dans les environnements extérieurs comme l’eau, le sol ou l’air, en fonction du modèle de PAC choisi. Plus le COP est élevé, moins vous consommerez donc de l’énergie.
Malheureusement, le COP n’est pas toujours très fiable, car les fabricants de PAC testent leurs produits dans des conditions de fonctionnement optimales.
De ce fait, les températures d’expérimentation peuvent varier de 7 °C à 35 °C. Pourtant, le COP peut varier en fonction du climat, c’est-à-dire qu’elle est déterminée par la différence entre la température à l’extérieur de votre habitation et la température souhaitée.
C’est pour cette raison qu’il faut considérer un autre paramètre : le COPA. Ceci permet de mesurer la performance de la PAC sur toute une année. Pendant les jours très froids, la performance de la PAC peut fortement baisser, notamment si vous avez installé un air/eau, car il sera difficile de récupérer des calories dans l’air extérieur. Dans ce cas, l’installation doit donc faire appel à un autre élément de chauffage pour créer de la chaleur et consommera plus d’électricité.
On notera que la plupart des PAC peuvent actuellement fonctionner jusqu’à -5 °C et certains modèles peuvent même offrir un bon rendement jusqu’à -25 °C.
Quel est le prix d’une pompe à chaleur ?
Les prix des PAC peuvent être élevés, compte tenu des différents types de matériels à installer pour faire fonctionner l’ensemble du système. Mais sachez également que les coûts peuvent varier d’un modèle à l’autre.
La fourchette de prix pour une installation complète est d’environ 7 000 à 10 000 euros. La mise en place d’une PAC eau glycolée/eau à capteurs verticaux peut même vous coûter jusqu’à 20 000 euros.
À cela, il faut ajouter les frais d’exploitation et de maintenance du système ainsi que le prix des émetteurs. Prévoyez 3 000 à 5 000 euros supplémentaires pour une maison de 100 mètres carrés si vous voulez installer un système de radiateurs basse température.
Ce prix est de 40 à 75 euros pour chaque mètre carré pour l’achat et la pose d’un plancher chauffant.
Ces coûts peuvent sembler élevés, mais ils sont généralement inférieurs à ceux des systèmes traditionnels. Par exemple, si vous remplacez un ancien système de chauffage fonctionnant au gaz, vous réaliserez d’énormes économies. C’est notamment le cas lorsque vous remplacez un radiateur électricité avec une PAC performante. Vous pourriez économiser jusqu’à plus de 550 euros par an.
Conclusion
Près de 20 millions de ménages ont décidé d’installer des PAC en 2019. Certaines de ces installations sont des unités réversibles, c’est-à-dire qu’elles ne couvrent qu’une partie des besoins en chauffage et en eau chaude des habitations, mais cette tendance va changer.
Les PAC deviendront l’une des installations les plus courantes dans les maisons nouvellement construites dans de nombreux pays. Selon les chiffres récents, leur part de marché devrait tripler d’ici 2030.
De plus, sachez que l’État demande actuellement aux fournisseurs d’énergie de promouvoir la transition énergétique. Ils doivent donc aider les particuliers à faire des économies d’énergie dans leur logement, comme c’est le cas pour une nouvelle installation d’une PAC. Par conséquent, vous pourrez obtenir des primes pour la réalisation de ce genre de travaux écologique.
Toutefois, si vous voulez bénéficier de tous les avantages d’une PAC et des aides et subventions existantes, faites-vous accompagner par des professionnels dans le domaine à chaque étape de votre projet, depuis le choix de votre PAC jusqu’à son installation.