Comment fonctionne une pompe à chaleur (PAC) ?

il y a 5 mois   •   7 minutes de lecture

Table des matières

Plus d’un million de pompes à chaleur ont été vendues en France en 2022. Cette solution de production renouvelable de chaleur et de froid a le vent en poupe et la tendance devrait s’accélérer. Lors du Conseil de planification écologique du 25 septembre 2023, le Président Emmanuel Macron a annoncé vouloir tripler la production française de pompes à chaleur en cinq ans.

Si la pompe à chaleur séduit tant, ce n’est pas sans raison : peu émettrices de gaz à effet de serre, les PAC mobilisent des énergies renouvelables naturelles, locales et inépuisables. Elles sont reconnues pour leur efficacité énergétique et leur contribution à réduire l’empreinte carbone des bâtiments.

Mais les pompes à chaleur sont-elles adaptées pour les locaux professionnels ? Découvrez les types de PAC, leurs atouts pour votre entreprise et votre engagement dans la transition énergétique.

Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur (PAC) ?

Une pompe à chaleur (PAC) est un système de production renouvelable de chaleur ou de froid. Elle exploite des phénomènes physiques et chimiques pour transférer de la chaleur d’un milieu à un autre.

Quel est le principe de la pompe à chaleur ?

La chaleur est une circulation d’énergie thermique entre deux objets. Elle se déplace toujours des objets les plus chauds vers les plus froids. La PAC utilise cette propriété pour extraire la chaleur de l’environnement et la transférer dans un autre milieu.

Schéma de fonctionnement d'une pompe à chaleur
Schéma de fonctionnement d'une pompe à chaleur - Source : Izi

Le fluide frigorigène ou réfrigérant est au cœur du système. Selon son état liquide ou gazeux, ce fluide absorbe ou restitue la chaleur dans un cycle répétitif en quatre étapes : l’évaporation, la compression, la condensation et la détente.

Les composants clés d’une pompe à chaleur

La pompe à chaleur fonctionne à l’inverse des réfrigérateurs et des congélateurs. Chaque étape du processus de transfert de chaleur est réalisée via un composant :

•  L’évaporateur : pour capter les calories de la source extérieure (air, eau, sol), le fluide frigorigène circule dans l’évaporateur situé à l’extérieur du bâtiment, sous forme liquide et froide. En se déplaçant dans un milieu plus chaud, le fluide absorbe les calories, monte en température et se transforme en gaz.

•  Le compresseur : selon le principe de la compression, le compresseur augmente la pression du gaz pour accélérer sa montée en température.

•  Le condensateur : le fluide chaud et comprimé est acheminé vers le condensateur. Celui-ci libère les calories absorbées et les transfère dans le circuit de chauffage.

•  Le détenteur : libéré de sa chaleur, le réfrigérant perd en pression et en température et revient à son état initial liquide. Le détendeur accélère ce phénomène. Le fluide frigorigène est alors prêt à recommencer le cycle.

Une PAC réversible inverse le processus pour transférer à l’extérieur la chaleur accumulée dans les bâtiments.

schéma principe pompe à chaleur
Schéma fonctionnement PAC - Source : Afpac

Pompe à chaleur et efficacité énergétique

Le rendement énergétique correspond au rapport entre la quantité d’énergie produite et la quantité d’électricité utilisée. Il se traduit par le coefficient de performance (COP). Mathématiquement, plus la consommation électrique est faible, plus l’efficacité énergétique est élevée.

La consommation électrique des pompes à chaleur a longtemps été un frein à leur déploiement. Mais cet argument repose sur une idée reçue. La consommation d’une pompe à chaleur classique reste bien inférieure à celle d’une chaudière au fuel.

Avec des coefficients de performance COP entre 3 et 7, les pompes à chaleur sont un mode de chauffage au rendement élevé. Elles produisent en moyenne entre 3 et 7 kW d’énergie calorifique pour 1 kW d’électricité consommée.

Quels sont les différents types de pompes à chaleur (PAC) ?

Les pompes à chaleur sont classées en deux catégories en fonction de leur source de chaleur : les PAC aérothermiques (air-air et air-eau) et les PAC géothermiques (eau-eau et sol-eau). Le premier terme désigne la source d’énergie et le second précise le mode de diffusion de la chaleur.

PAC air-air : des modèles accessibles à tous

Avec 772 324 unités vendues en 2022, la pompe à chaleur air-air est le modèle le plus plébiscité en France. Moins chères que les autres PAC, elles séduisent par leur performance et leur rapidité d’installation.

Les PAC air-air puisent les calories de l’air extérieur pour réchauffer l’air intérieur. On les reconnaît visuellement à leur ventilateur extérieur qui capte l’air et le dirige vers l’évaporateur. Le cycle du transfert de chaleur peut alors commencer. La chaleur produite est diffusée via un circuit de distribution d’air, composé de conduits et d’unités murales.

Le système de climatisation réversible est le grand atout des PAC air-air. Elles peuvent être utilisées en mode inverse l’été pour climatiser les locaux.

PAC air-eau : un modèle en plein boom

En 2022, 346 313 pompes à chaleur air-eau ont été vendues en France, en progression de 30 % par rapport à 2021. La pompe à chaleur air-eau fonctionne comme sa cousine air-air. La différence ? Le mode de diffusion de la chaleur.

La PAC air-eau utilise le système de chauffage existant. La chaleur absorbée dans l’air est transportée via un fluide caloporteur qui alimente les radiateurs ou les planchers chauffants. Elle peut aussi produire de l’eau chaude sanitaire. Elle est idéale pour remplacer une chaudière au fuel, sans réaliser de gros travaux.

PAC eau-eau : une production de chaleur constante

La pompe à chaleur eau-eau utilise les calories de l’eau captée en sous-sol, dans les nappes phréatiques, un terrain aquifère ou un cours d’eau souterrain.

Les PAC eau-eau permettent de s’affranchir des contraintes du climat. La chaleur de l’eau souterraine reste en effet quasi constante. En revanche, l’installation d’une PAC eau-eau nécessite de coûteux travaux de captage. Ce système pose également la question de la disponibilité à long terme de la ressource en eau.

PAC géothermique sol-eau : une source inépuisable d’énergie

Les pompes à chaleur sol-eau séduisent par leur efficacité et leur durabilité. Elles exploitent la chaleur emmagasinée dans le sol. Avec sa température constante, celle-ci garantit une performance énergétique stable toute l’année.

La PAC sol-eau est cependant moins accessible à tous. Elle exige des investissements élevés et un terrain avec de grandes profondeurs ou superficies pour permettre un captage vertical ou horizontal.

Entreprises : quels sont les avantages environnementaux et économiques de l’utilisation d’une PAC ?

La pompe à chaleur est une solution de chauffage et de climatisation économique et écologique, accessible à toutes les entreprises. Pour bien choisir votre modèle, vous devrez réaliser un bilan thermique pour évaluer vos besoins et bien dimensionner votre équipement.

Économies d’énergie : comment la PAC réduit-elle vos coûts ?

La production de chaleur via une pompe à chaleur réduit vos factures d’énergie en diminuant les besoins d’achat d’électricité, de gaz ou d’autres combustibles fossiles. Ce choix renforce votre autonomie énergétique, tout en vous protégeant de la volatilité des prix sur les marchés des énergies.

L’installation d’une pompe à chaleur aérothermique est relativement abordable, avec une rentabilité garantie à moyen et long terme en fonction du modèle choisi.

Écologie : l’impact environnemental positif des PAC ?

Les pompes à chaleur utilisent des sources d’énergies naturelles, locales et inépuisables. Ce sont des solutions renouvelables performantes pour chauffer et climatiser les locaux de votre entreprise. Peu émettrices de gaz à effet de serre, elles améliorent le bilan carbone de vos bâtiments.

La performance environnementale de votre chauffage peut être renforcée en reliant la pompe à chaleur à un système de production d’électricité photovoltaïque.

Comme tout système de production, la pompe à chaleur a son talon d’Achille écologique : le fluide frigorigène. La transition est en cours pour remplacer le gaz synthétique R410A par le R32. Mais si son impact environnemental est 75 % moins élevé que celui du R410A, le R32 reste un Hydro Fluoro Carbone (HFC) qui favorise l’effet de serre.

Avec un pouvoir de réchauffement global (PRG) de 675 kg éq. CO2, le R32 dépasse l’objectif européen de 400 kg éq. CO2 maximum en 2030. Une solution se profile à l’horizon avec le gaz R290 – plus connu sous le nom de propane -, un gaz réfrigérant naturel très écologique et efficace mais...inflammable.

Confort : maintenez une température idéale toute l’année

La pompe à chaleur produit rapidement de la chaleur toute l’année, quelles que soient les températures extérieures.

Si leur efficacité diminue lors des périodes de grand froid, la majorité des modèles ont un fonctionnement optimal jusqu’à une température extérieure de – 7°C. Vous pouvez opter pour des modèles encore plus robustes, qui résistent à des températures allant jusqu’à -15 °C voire – 20°C.

Pourquoi une filière française de production de pompes à chaleur ?

Faire de la France le leader de l’industrie verte en France : c’est l’ambition affichée par le gouvernement qui prépare le projet de loi industrie verte. La relocalisation en France de la totalité de la chaîne de production de pompes à chaleur s’inscrit dans cette stratégie nationale de transition énergétique, combinant réindustrialisation et décarbonation.

Le marché de la pompe à chaleur est prometteur. 20 millions de pompes à chaleur sont aujourd’hui installées en Europe, dont 3 millions en France. Et l’État anticipe une accélération des ventes dans les prochaines années. Convaincue que « l’utilisation de pompes à chaleur efficaces dans les bâtiments, l’industrie et les réseaux de chaleur locaux est essentielle pour réduire les émissions de gaz à effet de serre », la Commission Européenne prépare un plan d’action pour la filière.

Premier marché européen de la pompe à chaleur, la France entend d’ores et déjà se positionner comme premier producteur européen. 

Pour aller plus loin, n’hésitez pas à consulter notre article sur les réseaux de chaleur.

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