La pompe à chaleur est un instrument de chauffage travaillant sur l'échange de chaleur entre l'intérieur de la maison et l'extérieur. Son principe est d'aspirer les molécules de chaleur en dehors de la maison – même lorsque l'air est froid – pour les injecter à l'intérieur. Et, dans l'autre sens, d'aspirer les molécules d'air froid de l'intérieur de la maison pour les renvoyer vers l'extérieur. Pour résumer, elle refroidit l'extérieur du logement pour chauffer l'intérieur.
Utilité
L'installation d'une pompe à chaleur efficace dans un logement peut conduire à de substantielles économies de consommation, et donc de frais de chauffage, pour autant que l'installation réponde à un certain nombre de critères. Plus la source de chaleur est élevée, même au cœur de l'hiver, plus son efficacité est grande. Celle-ci peut être grandement accrue si la pompe est couplée à une installation solaire.
Fonctionnement détaillé
La pompe, animée par un compresseur électrique, anime un circuit d'échange de chaleur. Ce circuit est réalisé en faisant circuler un gaz synthétique, du propane ou du gaz carbonique (CO2) dans une tuyauterie, qui va chercher la chaleur dans un environnement externe (eau, air, ou sol).
Puis cette chaleur est transmise au système de chauffage domestique, généralement de l'eau qui circule dans les radiateurs ou le chauffage au sol. Pour accroître l'efficacité du système, le gaz circulant dans la tuyauterie peut être détendu, pour mieux absorber les molécules de chaleur. Puis il est compressé pour se chauffer lui-même et transmette son énergie à l'intérieur de la maison.
Comment mesurer son efficacité ?
L'efficacité d'une pompe à chaleur se mesure en comparant l'énergie produite à celle consommée pour assurer le fonctionnement de l'appareil. Le tout donne le « coefficient de performance » (COP), dont l'unité de compte est le kilowattheure (kWh).
Exemple :
Mettons que la pompe consomme 1 kWh pour extraire d'un sol à zéro degrés une énergie suffisante pour chauffer de l'eau à 35 degrés. Mettons que l'énergie ainsi produite atteigne 4,5 kWh. L'énergie produite est ainsi de 4,5 fois supérieure à celle consommée. L'on parle, ainsi, d'un coefficient de performance (COP) de 4,5.
Les trois types de pompe à chaleur
La pompe à chaleur fonctionne selon trois types différents : la pompe « air-eau », la pompe « sol-eau » et la pompe « eau-eau ».
La pompe « air-eau »
La pompe « air-eau » aspire l'air extérieur et en restitue l'énergie au circuit d'eau assurant le système de chauffage interne. Ce système est le meilleur marché de tous mais il est aussi le moins efficace en raison des grandes variations de la température de l'air. Elle est ainsi fréquemment couplée à une autre installation de chauffage.
La pompe « sol-eau »
La pompe « sol-eau » va rechercher la chaleur dans les grandes profondeurs du sol (géothermie) : plus l'on fore profondément, plus la température du sol est élevée. Pour une maison de taille moyenne, un forage de 120 à 150 mètres est suffisant car il produit une chaleur de 15 degrés environ qui, couplée à la pompe, permet de produire assez d'énergie pour chauffer le logement. Plus l'on creuse plus la température extraite est élevée. Mais les coûts augmentent aussi.
La pompe « eau-eau »
La pompe « eau-eau » fonctionne aussi par géothermie, mais elle va rechercher directement l'eau chaude des profondeurs du sol, soit une nappe, soit une rivière souterraine. Elle la ramène directement dans le circuit de chauffage avant de la rejeter, refroidie. Ce système offre le meilleur rendement, mais le captage est délicat à mettre en œuvre car il touche des couches géologiques intactes et risque ainsi d'affecter la température de l'eau ainsi captée ou d'introduire des polluants externes.
Comment rendre une pompe à chaleur encore plus efficace ?
La pompe à chaleur déploie le maximum d'efficacité dans les immeubles très bien isolés disposant de systèmes de chauffage au sol. L'énergie nécessaire pour chauffer le volume habitable est ainsi moindre que ne le nécessitent les radiateurs à eau conventionnels.
L'installation de panneaux solaires photovoltaïques peut produire une partie de l'électricité nécessaire au fonctionnement de la pompe à chaleur, tandis que des panneaux solaires thermiques accélèrent le chauffage de l'eau.