Une pompe à chaleur (ou PAC) fonctionne sur un principe simple : elle récupère les calories contenues dans un élément extérieur (l’eau, l’air ou le sol) pour les restituer à l’intérieur de la maison. Si elle est réversible, elle peut servir à chauffer un logement ou à le rafraîchir. Il existe différents modèles de pompe à chaleur, qui correspondent aux différentes sources de provenance des calories.
Principe de fonctionnement des PAC
La pompe à chaleur est un
dispositif de chauffage qui rencontre de plus en plus de succès, particulièrement dans les constructions neuves, mais aussi en rénovation. En raison des normes énergétiques (RT 2012 ou RE 2018), les nouveaux logements se doivent d’être le plus performant possible d’un point de vue thermique, tout en étant moins gourmands énergétiquement parlant. Les pompes à chaleur (qu’on abrège le plus souvent par PAC) répondent parfaitement à ces deux exigences. En effet, ce sont des dispositifs qui permettent de
capter les calories déjà présentes dans l’environnement et de les utiliser pour chauffer ou pour rafraîchir la maison. Pour se faire, la pompe à chaleur utilise un
principe de transfert thermique entre l’environnement et un liquide caloporteur (appelé fluide frigorigène) dont l’état se modifie en fonction de sa pression. Les calories sont prélevées dans l’environnement naturel (eau, air ou sol) et sont transmises au fluide frigorigène. Cela entraîne une augmentation de sa température et le liquide se transforme en gaz (comme la vapeur de l’eau qui bout). Ce gaz est ensuite transféré dans le compresseur où la pression est telle que sa température atteint les 90°C (c’est une des particularités du fluide frigorigène). Ce gaz chaud est transmis au condensateur, qui se charge de distribuer cette source de chaleur soit directement, soit à un circuit de chauffage central ou à un dispositif de production de l’eau chaude sanitaire. Durant ce dernier transfert, le gaz baisse en température et reprend progressivement sa forme liquide initiale. Le cycle est terminé et peut alors reprendre à zéro.
Pour alimenter une PAC, il y a deux sources principales de calories naturelles :
- l’air extérieur (on parle alors de PAC aérothermique);
- le sol, l'eau d'un puits ou d'une nappe phréatique (on parle alors de PAC géothermique).
Il existe différents modèles de PAC qui sont identifiés par l’origine des calories qui l’alimentent et par la façon dont elles sont restituées dans la maison. Chaque modèle a ses particularités, ses avantages et ses défauts.
À chaque PAC ses caractéristiques
La pompe à chaleur air-air
Elle puise les calories nécessaires à son fonctionnement dans l’air extérieur et les restitue de différentes façons en propulsant l'air chaud dans la maison :
- par des ventilo-convecteurs qui peuvent être installés directement au mur (comme des radiateurs) ou bien encastrés dans le mur ou le plafond. On parle de "split";
- par un diffuseur centralisé dans la chaufferie ou la buanderie. L’air est alors conduit à travers des gaines calorifugées, et diffusé dans la maison par des grilles réparties dans chacune des pièces.
Ce type de pompe est le modèle qui est le plus souvent installé et il convient mieux aux maisons situées dans des zones au climat tempéré. La pompe peut également jouer le rôle de climatiseur si elle est réversible (ce qui est le cas de la plupart des modèles de PAC air-air). Pour climatiser la maison, la PAC inverse son dispositif et pompe l’air intérieur pour le rejeter vers l’extérieur. En fonction de la qualité de l’isolation thermique générale de la bâtisse, un
chauffage d’appoint est souvent nécessaire avec ce type de PAC.
La pompe à chaleur air-eau
Elle puise ses calories dans l’air extérieur et les restitue en chauffant de l’eau, sur le même principe qu’une chaudière classique. L’eau chaude circule donc dans un réseau de canalisations et de radiateurs répartis dans la maison. L’un des gros avantages de la PAC air-eau (pour les modèles à haute température qui chauffent l’eau à plus de 65°C) est qu’elle peut s’adapter à un système de chauffage central à radiateurs à eau existant. Elle est également compatible avec un plancher chauffant ou avec des radiateurs à basse température. Elle peut également rafraîchir la maison (ce n’est pas une réelle climatisation) et servir à la production d’eau chaude sanitaire (de l’ECS).
Les pompes à chaleur sol-sol et sol-eau
Elles puisent leurs calories dans le sol environnant la construction et les restituent via une technique dite de "détente directe". Les calories sont en effet directement rediffusées par un circuit unique qui fait circuler le liquide frigorigène dans un système de plancher chauffant et/ou de radiateurs basse température. Ces PAC ont un bon rendement, mais elles ne sont, la plupart du temps, pas réversibles (lorsqu’elles le sont, elles ne peuvent que rafraîchir le logement et non le climatiser). Elles peuvent permettre la production d’ECS (l’eau chaude sanitaire). Il faut disposer d’une importante surface de jardin dans le cas de capteurs horizontaux pour récupérer les calories du sol ou prévoir un budget en conséquence pour le forage dans le cas de capteurs verticaux.
La pompe à chaleur eau-eau
Elle puise ses calories dans une source d’eau située près du logement (nappe phréatique, puits, lac ou cours d’eau) et peut à la fois servir pour le chauffage du logement et pour la production d’ECS. Elle est compatible là encore avec un système de plancher chauffant et/ou de radiateurs basse température. Les modèles dits à haute température (l’eau y est chauffée à plus de 65°C) sont compatibles avec les radiateurs d’un système de chauffage central déjà existant. Il faut bien sûr prendre en compte la possibilité – ou non – d’accéder à un point d’eau à proximité du logement. Un puits désaffecté peut convenir.
Les aides financières pour l'installation d'une PAC
Dans le cadre de la transition énergétique, l’État attribue (en 2018) des aides sous la forme de crédits d’impôts ou de primes énergie pour favoriser la mise en place de solutions moins gourmandes énergétiquement parlant à l’exception notable des PAC air-air :
- Crédit d'impôt (CITE);
- Éco-prêt taux zéro;
- TVA à 10%;
- primes énergie;
- autres aides locales et régionales.
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