Comment fonctionne une pompe à chaleur ?

Le principe peut sembler presque magique, mais il s’appuie en réalité sur une mécanique bien connue : celle du réfrigérateur, fonctionnant en sens inverse. La pompe à chaleur capte les calories présentes naturellement à l’extérieur (air, sol, eau) et les transforme en chaleur utilisable à l’intérieur.

Tout repose sur un cycle dit « thermodynamique » : le fluide frigorigène s’évapore en absorbant de l’énergie. Il est ensuite compressé pour augmenter sa température, puis restitue cette chaleur au réseau de chauffage via un condenseur. Une fois refroidi, le fluide passe par un détendeur et le cycle recommence.

En d’autres termes, la pompe à chaleur ne crée pas de chaleur, elle la déplace. Résultat : pour 1 kWh d’électricité consommée, elle peut en produire entre 3 et 5 sous forme de chaleur, selon le coefficient de performance (COP).

Toutes les pompes à chaleur ne se ressemblent pas. Leur efficacité dépend largement de la ressource énergétique utilisée :

• PAC air-air : sans doute la plus répandue, elle récupère les calories de l’air extérieur pour les restituer via des ventilo-convecteurs. Beaucoup de modèles sont réversibles, offrant aussi la fonction climatisation ;
• PAC air-eau : plus courante dans les maisons équipées d’un chauffage central, elle transmet les calories à un circuit d’eau alimentant radiateurs ou plancher chauffant ;
• PAC géothermique : elle exploite les calories enfouies dans le sol ou dans une nappe phréatique. Plus coûteuses à installer, elle offre néanmoins un rendement stable, même durant un hiver rigoureux.

Pour résumer, la pompe à chaleur n’invente pas l’énergie, elle la prélève là où l’énergie existe déjà.

Le fonctionnement d’une PAC repose sur un enchaînement précis de transformations physiques. Quatre éléments clés se partagent le travail : l’évaporateur, le compresseur, le condenseur et le détendeur. Voici comment se déroule son cycle.

• L’évaporateur capte les calories présentes dans l’air extérieur, le sol ou l’eau grâce à l’unité placée dehors. Le fluide frigorigène, en absorbant cette chaleur, monte en température et se transforme en vapeur.
• Le compresseur prend ensuite le relais : il aspire cette vapeur et la comprime, ce qui accroît fortement sa pression et sa température.
• Le condenseur intervient pour restituer cette chaleur au logement. Dans une PAC air-eau, il chauffe l’eau circulant dans le réseau de chauffage (radiateurs, plancher chauffant). Dans une PAC air-air, il diffuse l’air chaud directement via des ventilo-convecteurs.
• Le détendeur abaisse la pression du fluide, qui se refroidit et redevient liquide, prêt à recommencer un nouveau cycle.

Autre atout qui séduit les particuliers : certaines PAC sont dites « réversibles ». En inversant le cycle frigorifique, elles fonctionnent comme un climatiseur en été. Un confort supplémentaire qui les rend attractives dans des régions aux étés de plus en plus chauds.

Concrètement, en hiver, la chaleur est prélevée à l’extérieur et insufflée à l’intérieur. En été, c’est l’inverse : la chaleur de la maison est rejetée dehors. Une manière de prolonger leur utilité sur toute l’année.

Reste une limite : la pompe à chaleur n’aime pas les températures glaciales. Si certains modèles haute performance continuent à fonctionner jusqu’à –15 °C, la plupart perdent en efficacité en dessous de –5 °C. D’où l’importance, dans certaines zones, de prévoir un chauffage d’appoint.

Autre détail technique, mais crucial : par temps humide et froid, l’unité extérieure peut givrer. Notez cependant que les fabricants ont prévu un cycle de dégivrage automatique, qui inverse temporairement le fonctionnement de la machine pour faire fondre la glace. Une garantie pour maintenir le rendement.

Si la pompe à chaleur attire, c’est qu’elle coche deux cases stratégiques pour les ménages : réduire leur facture et limiter leurs émissions de CO₂. Alimentée à l’électricité, elle consomme beaucoup moins qu’un chauffage 100 % électrique classique. Et comme elle exploite une énergie renouvelable, elle contribue à la transition énergétique des logements.

Un argument qui explique en partie pourquoi le gouvernement multiplie les incitations, comme MaPrimeRénov’ ou les certificats d’économie d’énergie (CEE), pour encourager son installation.