Une pompe à chaleur déplace la chaleur plutôt que de la générer par combustion. Elle capte les calories présentes dans l'air, le sol ou l'eau, même par temps froid, et les restitue à l'intérieur du logement. C'est ce transfert qui explique qu'elle rende bien plus d'énergie qu'elle n'en consomme.
Ce guide explique simplement le cycle thermodynamique qui rend cela possible, les indicateurs de rendement que sont le COP et le SCOP, les différentes familles de pompes à chaleur et les facteurs qui font varier leur efficacité au fil des saisons.
Le principe thermodynamique
Au cœur de la pompe à chaleur circule un fluide frigorigène capable de changer d'état à basse température. Ce fluide parcourt un circuit fermé et traverse quatre organes qui se succèdent en boucle. Chaque étape a un rôle précis dans le transport de la chaleur.
- •L'évaporateur : le fluide, très froid, capte les calories de la source extérieure (air, sol ou eau) et se vaporise.
- •Le compresseur : il comprime cette vapeur, ce qui élève fortement sa température. C'est le seul poste qui consomme de l'électricité.
- •Le condenseur : la vapeur chaude cède sa chaleur au circuit de chauffage ou à l'air intérieur, puis redevient liquide.
- •Le détendeur : il abaisse la pression du fluide, qui refroidit et se prépare à repartir vers l'évaporateur.
Ce cycle est le même que celui d'un réfrigérateur, mais utilisé à l'envers : au lieu de retirer la chaleur d'un espace pour la rejeter dehors, la pompe à chaleur va chercher la chaleur dehors pour la ramener dedans. Le compresseur consomme un peu d'électricité, et cette dépense suffit à déplacer plusieurs fois plus d'énergie sous forme de chaleur.
COP et SCOP
Le COP (coefficient de performance) mesure ce rapport : un COP de 4 signifie que pour 1 kWh d'électricité consommé, la pompe à chaleur restitue 4 kWh de chaleur. Le COP se mesure à une température donnée et ne reflète donc pas le comportement sur une année entière. Le SCOP (coefficient de performance saisonnier) corrige ce défaut : il intègre les variations de température au fil de la saison de chauffe et représente mieux le rendement réel.
Un SCOP élevé traduit une consommation électrique plus faible pour un même confort. C'est l'indicateur à comparer en priorité sur un devis, davantage que le COP annoncé à une seule température de laboratoire.
Air-eau, air-air ou géothermie
La pompe à chaleur air-eau puise les calories dans l'air extérieur et les transmet à l'eau du circuit de chauffage : radiateurs, plancher chauffant et ballon d'eau chaude. Elle remplace directement une chaudière et convient à la plupart des maisons dotées d'un chauffage central. La pompe à chaleur air-air, elle, souffle de l'air chaud dans les pièces via des unités intérieures, sans circuit d'eau, et assure aussi le rafraîchissement en été.
La géothermie capte la chaleur du sol par des capteurs enterrés. Plus stable que l'air, la température du sol garantit un rendement élevé même en plein hiver, au prix d'un investissement de départ et de travaux de terrassement plus importants. Le choix entre ces familles dépend du logement, du système de chauffage existant et du budget. Notre guide prix d'une pompe à chaleur air-eau détaille les fourchettes de coût par configuration.
Rendement, hiver et dégivrage
Le rendement d'une pompe à chaleur aérothermique dépend de l'écart entre la source froide et la température recherchée. Plus il fait froid dehors et plus l'eau de chauffage doit être chaude, plus le compresseur travaille et plus le rendement baisse. C'est pourquoi les émetteurs basse température, plancher chauffant ou radiateurs à grande surface, tirent le meilleur parti de la machine : ils se contentent d'une eau à 35 ou 40 °C plutôt qu'à 60 ou 70 °C.
En hiver, l'humidité de l'air peut givrer l'unité extérieure. La pompe à chaleur inverse alors brièvement son cycle pour dégivrer l'échangeur, une phase normale et automatique qui consomme un peu d'énergie. Les modèles récents fonctionnent jusqu'à -15 °C environ ; en deçà, une résistance d'appoint prend le relais pour les pointes de froid les plus rares. Un appareil bien dimensionné, associé à un logement correctement isolé, limite le recours à cet appoint.
La pompe à chaleur pour l'eau chaude
Le même principe thermodynamique alimente la production d'eau chaude sanitaire. Un chauffe-eau thermodynamique associe un ballon de stockage et une petite pompe à chaleur qui capte les calories de l'air ambiant ou extérieur. Avec un COP de l'ordre de 3, il divise par trois la consommation liée à l'eau chaude par rapport à un cumulus électrique classique.
Une pompe à chaleur air-eau peut également produire l'eau chaude via un ballon dédié, ce qui centralise chauffage et eau sanitaire sur un seul appareil. Pour choisir la solution adaptée à votre logement et obtenir un dimensionnement précis, consultez notre page pompe à chaleur.
Nos chargés de projet RGE rédigent ces guides à partir des chantiers réalisés et des barèmes en vigueur.
