Comment fonctionne une pompe à chaleur air/eau ?

Une pompe à chaleur air/eau chauffe votre logement et, le plus souvent, votre eau chaude sanitaire, en puisant l’énergie présente dans l’air extérieur. Elle ne « fabrique » pas de chaleur en brûlant un combustible : elle la déplace de l’extérieur vers l’intérieur. C’est ce qui explique son rendement, mais aussi ses limites. Voici, étape par étape, ce qui se passe réellement dans l’appareil.

Le principe : déplacer la chaleur plutôt que la produire

Votre réfrigérateur fonctionne déjà comme une pompe à chaleur : il extrait la chaleur de l’intérieur du compartiment et la rejette à l’arrière de l’appareil. Une pompe à chaleur air/eau fait exactement l’inverse : elle extrait la chaleur de l’air extérieur et la rejette dans le circuit d’eau de votre maison.

Cela peut sembler paradoxal en hiver, mais un air à 0 °C ou même à -10 °C contient encore beaucoup d’énergie thermique. Il suffit d’un fluide capable de s’évaporer à une température encore plus basse pour la récupérer.

Les 4 étapes du cycle frigorifique

Au cœur de l’appareil circule un fluide frigorigène (du R32 ou du R290 sur la plupart des modèles récents) dans un circuit fermé. Il passe en permanence par quatre étapes.

1. L’évaporation : capter les calories de l’air

Le ventilateur de l’unité extérieure fait passer l’air à travers un échangeur, l’évaporateur. Le fluide frigorigène qui y circule est très froid et à basse pression : au contact de l’air, pourtant frais, il se réchauffe et passe de l’état liquide à l’état gazeux. Il vient d’absorber de l’énergie.

2. La compression : faire monter la température

Ce gaz est aspiré par le compresseur, qui augmente fortement sa pression. Comme l’air d’une pompe à vélo qui chauffe quand on gonfle un pneu, le gaz comprimé monte en température, jusqu’à dépasser largement celle dont votre chauffage a besoin. Le compresseur est la pièce maîtresse de la pompe à chaleur et le principal poste de consommation électrique.

3. La condensation : céder la chaleur à l’eau

Le gaz chaud traverse un second échangeur, le condenseur, où circule l’eau de votre chauffage. Il lui cède sa chaleur, se refroidit et redevient liquide. L’eau ainsi réchauffée part vers les radiateurs, le plancher chauffant ou le ballon d’eau chaude.

4. La détente : revenir au point de départ

Le fluide liquide, encore sous pression, passe enfin par un détendeur qui fait chuter brutalement sa pression et sa température. Il redevient très froid, prêt à capter de nouveau les calories de l’air. Le cycle recommence, sans interruption, tant que le logement demande de la chaleur.

Monobloc ou bi-bloc : deux architectures

Il existe deux grandes familles de pompes à chaleur air/eau, qui fonctionnent de la même façon mais ne sont pas organisées de la même manière.

• La pompe à chaleur monobloc regroupe tout le circuit frigorifique dans l’unité extérieure. Seuls des tuyaux d’eau entrent dans la maison. L’installation est plus simple et aucun fluide frigorigène ne circule à l’intérieur, mais les canalisations extérieures doivent être protégées du gel.
• La pompe à chaleur bi-bloc (ou « split ») sépare une unité extérieure et un module hydraulique intérieur, reliés par des liaisons frigorifiques en cuivre. Elle permet d’éloigner davantage les deux éléments, mais sa mise en œuvre exige un installateur habilité à manipuler les fluides frigorigènes.

Le choix dépend de la configuration de votre logement, de la distance entre l’emplacement de l’unité extérieure et la chaufferie, et de la place disponible à l’intérieur.

Chauffage et eau chaude sanitaire

La plupart des pompes à chaleur air/eau assurent aussi la production d’eau chaude sanitaire, grâce à un ballon intégré au module intérieur ou à un ballon séparé. Une vanne trois voies oriente l’eau chaude produite soit vers le chauffage, soit vers le ballon, en donnant généralement la priorité à l’eau chaude.

L’eau du ballon est habituellement maintenue autour de 50 à 55 °C, avec une montée périodique à plus de 60 °C pour prévenir le développement des légionelles.

Le COP : ce qui fait le rendement d’une pompe à chaleur

Le COP (coefficient de performance) mesure le rapport entre la chaleur restituée et l’électricité consommée. Un COP de 4 signifie que 1 kWh d’électricité produit 4 kWh de chaleur, les 3 kWh restants étant puisés gratuitement dans l’air. Le SCOP, ou COP saisonnier, fait la moyenne sur toute une saison de chauffe : c’est l’indicateur le plus représentatif de ce que vous consommerez réellement.

Ce rendement varie en permanence selon deux paramètres :

• La température extérieure : plus l’air est froid, plus le compresseur doit travailler pour en extraire la chaleur.
• La température de l’eau de chauffage : produire de l’eau à 35 °C pour un plancher chauffant est beaucoup plus facile que produire de l’eau à 60 °C pour d’anciens radiateurs.

À titre indicatif, une même machine peut afficher un COP supérieur à 4 avec un air à +7 °C et une eau à 35 °C, et descendre autour de 2 par -7 °C avec une eau à 55 °C. Elle reste alors plus efficace qu’un chauffage électrique classique, mais l’écart se réduit. C’est pourquoi le choix de la température de fonctionnement est déterminant lorsqu’on remplace une chaudière par une pompe à chaleur.

La régulation : la loi d’eau

Une pompe à chaleur bien réglée ne chauffe pas l’eau à température fixe. Elle suit une « loi d’eau », ou courbe de chauffe : une sonde mesure la température extérieure et la régulation calcule la température d’eau juste nécessaire. Par exemple, 30 °C dans les radiateurs quand il fait 10 °C dehors, 45 °C quand il gèle.

Ce réglage, effectué à la mise en service puis affiné, a un impact direct sur la consommation. Nous détaillons comment l’ajuster dans notre article quelle température régler sur une pompe à chaleur.

Et quand il fait très froid ?

Les modèles actuels fonctionnent jusqu’à -15 °C, voire -20 °C selon les gammes. Leur puissance diminue toutefois quand la température chute, au moment précis où la maison en demande le plus. Deux mécanismes prennent alors le relais :

• Le dégivrage : par temps froid et humide, du givre se forme sur l’évaporateur. La pompe à chaleur inverse brièvement son cycle pour le faire fondre. Le petit nuage de vapeur qui s’échappe alors de l’unité extérieure est tout à fait normal.
• L’appoint : une résistance électrique, ou une chaudière dans le cas d’un système hybride, complète la production lors des journées les plus froides.

En Île-de-France, les hivers restent relativement doux et les températures inférieures à -5 °C ne concernent que quelques jours par an. Une pompe à chaleur correctement dimensionnée y travaille donc la plupart du temps dans de bonnes conditions. Tout l’enjeu est de bien choisir sa puissance pour que l’appoint reste exceptionnel.

Ce que cela change pour votre logement

Une pompe à chaleur air/eau se raccorde au circuit de chauffage central existant : radiateurs à eau ou plancher chauffant. Elle ne nécessite ni conduit de fumée, ni livraison de combustible, ni raccordement au gaz. Elle demande en revanche un emplacement adapté pour l’unité extérieure, une alimentation électrique suffisante et un réseau de chauffage en bon état.

Chez Confiance Énergie, chaque projet commence par une visite technique pour vérifier ces points et dimensionner l’installation au plus juste. Découvrez notre accompagnement sur la page installation de pompe à chaleur air/eau, ou demandez un devis gratuit pour votre logement.