Une pompe à chaleur, c’est quoi exactement ? Partie 1/2

Quand on ne vous démarche pas pour un panneau solaire, le téléphone sonne pour une pompe à chaleur. C’est à la mode aujourd’hui, on nous dit que cela permet d’économiser de l’énergie, certains affirment que c’est une énergie renouvelable. Mais d’autres trouvent qu’elles sont bruyantes, certains soulignent la pollution due aux fluides frigorigènes.

Où est la vérité dans tout cela ?

1. Une pompe à chaleur c’est quoi ?

Rien de plus simple, le nom est transparent : c’est une pompe (comme celles qu’on utilise pour l’essence, les pneus, ou l’eau), sauf qu’elle sert à pomper… de la chaleur.

C’est  à dire qu’elle va refroidir un endroit déjà froid, pour réchauffer un endroit déjà chaud.

98 % des maisons en sont déjà équipées et cela depuis fort longtemps. « Mais qu’est ce qu’il nous raconte ! » allez-vous dire… Je persiste et je signe : on a presque tous un réfrigerateur à la maison !  Et cet appareil électroménager n’est rien de plus qu’une pompe à chaleur, qui refroidit l’intérieur déjà froid de votre frigo, tout en réchauffant votre logement déjà chaud.

Aujourd’hui, la tendance est à la pompe à chaleur pour le chauffage de votre logement.

Quels sont les avantages ? Quels sont les systèmes ? Comment ça marche ?

2. Fonctionnement d’une pompe à chaleur

Le fonctionnement est basé sur :

• La chaleur latente de changement d’état : tout corps, pour changer d’état, a besoin de beaucoup de chaleur (solide vers liquide, liquide vers vapeur) ou dégage beaucoup de chaleur (vapeur vers liquide, liquide vers solide).
• Les changements de température lors d’une compression ou d’une détente. Lorsqu’on comprime un fluide, il chauffe (faites l’expérience avec une pompe à vélo) alors que lorsqu’on détend un gaz, il se refroidi (dégonflez brutalement votre vélo, vous verrez que l’air qui sort de la valve est très froid).

Donc, pour faire une pompe à chaleur, il faut cinq choses :

• Un compresseur : pour comprimer (ce qui implique donc de réchauffer)
• Un condenseur : utilisé lors du passage de l’état vapeur à l’état gazeux pour céder la chaleur (vers votre logement)
• Un détendeur : pour refroidir.
• Un évaporateur : utilisé lors du passage de l’état liquide à l’état gazeux pour prendre de la chaleur (au sol, à l’air ou à l’eau).
• Et surtout, le fluide qui pourra se faire compresser, condenser, détendre et vaporiser !

Revenons sur le fluide : nous voulons chauffer un logement (donc la température recherchée est d’environ 20°C) en prenant de la chaleur à l’extérieur (sol, air, eau) où les températures sont comprises généralement entre -10°C et 20°C. Le fluide doit donc pouvoir devenir liquide ou gazeux dans ces fourchettes de température.

Il n’est donc pas envisageable de prendre de l’eau car elle ne s’évapore qu’autour de 100°C. On pourrait essayer avec autre chose de simple comme l’alcool ou l’ammoniac. L’alcool, lui, se vaporise à 80°C, alors qu’inversement, l’ammoniaque, se vaporise à -80°C. Bref, il n’y a pas de composé simple et abondant qui fonctionne.

Amoniac

Pour trouver des fluides qui correspondent à ces contraintes, on fait appel aux hydrofluorocarbures aussi dits HFC dont les températures d’évaporation sont intéressantes. Ce sont les composés chimiques qui remplacent les fameux CFC (chlorofluorocarbures) qui détruisaient la couche d’ozone. Quoi qu’il en soit, s’ils ne détruisent pas la couche d’ozone,  ces HFC restent nocifs pour l’environnement et contribuent à l’effet de serre.

La question du fluide résolue (si on estimes que leur impact sur l’environnement est acceptable), voyons maintenant comment fonctionne une pompe à chaleur

C’est un cycle fermé, il faut donc bien partir de quelque part. Commençons par le compresseur :

• Le fluide froid et à basse pression entre sous forme gazeuse  dans le compresseur. Il en ressort chaud et à pression élevée.
• Le gaz chaud arrive dans le condenseur. C’est là qu’il cède sa chaleur à votre logement (ou à votre ballon d’eau chaude). Le gaz, en se refroidissant, va devenir liquide (il condense).
• Le liquide circule maintenant tiède et toujours à haute pression. Il passe dans le détendeur (c’est comme une valve de vélo) où la détente va le rendre très froid et diminuer sa pression.
• Enfin, le liquide très froid va arriver dans l’évaporateur et il va se réchauffer avec la chaleur du milieu extérieur (votre sol, l’air extérieur…). Ainsi, il va passer de très froid à froid et de liquide à gazeux.
• Et le cycle recommence…

On a ainsi réussi à prendre de la chaleur à un endroit froid (le sol, l’air extérieur), pour le restituer à un endroit chaud (votre logement).

3. Efficacité d’une pompe à chaleur : le Coefficient de Performance (ou COP)

En général, pour les machines, on parle de rendement. Dans le cas d’une pompe à chaleur, c’est différent, on parle d’efficacité. Pourquoi ?

Pour le comprendre, définissons d’abord le rendement : on regarde l’énergie initiale dont on a besoin pour faire une action et l’énergie finale de cette action.

Exemple :

On brûle du pétrole pour faire avancer une voiture. Le rendement se calcule simplement :

Energie qui a fait avancer la voiture / Energie contenue dans le pétrole brulé.

Le rendement est toujours inférieur à 1. L’idée du rendement, c’est qu’on transforme une forme d’énergie en une autre : combustion en mouvement, électricité en chaleur, mouvement de l’eau en électricité…

Dans une pompe à chaleur, le seul endroit où on consomme de l’énergie, c’est dans le compresseur. Or le compresseur ne sert pas à réchauffer votre logement, mais à comprimer le fluide et le faire circuler. Et c’est là que la pompe à chaleur fait très fort : pour transférer 3 kWh de chaleur depuis l’extérieur vers votre logement, la pompe à chaleur (dont le COP indiqué est de 3) ne consommera que 1 kWh dans le compresseur !

Autrement dit, là où votre chaudière aura un rendement de 0.9, votre pompe à chaleur aura un une efficacité (une sorte de « rendement ») de 3.

Ainsi, une bonne pompe à chaleur pourra diviser votre facture par trois.

Dans le prochain article, nous verrons les différents types de pompes à chaleur. Nous verrons aussi par la suite que les pompes à chaleur peuvent se coupler avec une VMC : c’est la VMC double flux thermodynamique.

Follow