Une pompe à chaleur (PAC) est un système thermodynamique qui transfère de la chaleur d'une source froide (air extérieur, sol, nappe phréatique) vers un milieu plus chaud (logement, eau chaude sanitaire). En consommant 1 kWh d'électricité, elle fournit 3 à 5 kWh de chaleur — ce rapport est le coefficient de performance (COP). Elle peut aussi fonctionner en mode réversible pour la climatisation.
🔄Cycle thermodynamique en 4 étapes
Source froide → fluide
Le frigorigène liquide à basse pression absorbe la chaleur de la source froide (air ext. ~5–15°C) et s'évapore. Chaleur latente de vaporisation.
Montée en pression et température
Le compresseur électrique comprime la vapeur froide → la température monte (50–70°C). Seule étape consommant de l'électricité.
Fluide chaud → logement
Le gaz chaud à haute pression se condense dans l'unité intérieure, cédant sa chaleur au logement via l'échangeur (plancher chauffant, radiateurs).
Retour à basse pression
Le détendeur abaisse brutalement la pression du liquide → il refroidit fortement et revient à l'évaporateur. Le cycle recommence.
📊Types de PAC comparés
| Type | Source froide | COP moy. | Invest. typique | Aide MaPrimeRénov' |
|---|---|---|---|---|
| Aérothermique air/air | Air extérieur | 3,0–4,0 | 3 000–8 000 € | Non |
| Aérothermique air/eau | Air extérieur | 3,0–4,2 | 8 000–15 000 € | Oui (jusqu'à 5 000 €) |
| Géothermique sol/eau | Sol (1,2–1,5 m) | 3,5–4,5 | 15 000–25 000 € | Oui |
| Géothermique sonde verticale | Sol profond (>80 m) | 4,0–5,0 | 20 000–35 000 € | Oui |
| Aquathermique eau/eau | Nappe phréatique | 4,5–6,0 | 15 000–30 000 € | Oui |
| PAC thermodynamique ECS | Air ambiant | 2,5–3,5 | 1 500–3 500 € | Oui (1 200 €) |
📅Chronologie
Sadi Carnot publie ses Réflexions sur la puissance motrice du feu. Il pose les bases du cycle thermodynamique — fondement théorique de la PAC.
William Thomson (Lord Kelvin) décrit le principe de la pompe à chaleur : la chaleur peut être transférée d'un corps froid à un corps chaud en fournissant du travail mécanique.
Heinrich Zoelly (Suisse) installe la première PAC géothermique fonctionnelle. Premier bâtiment chauffé par échange thermique avec le sol.
Robert Webber développe la première PAC géothermique résidentielle aux USA. Popularisation des pompes à chaleur en Scandinavie (Suède, Norvège).
Crises pétrolières : forte croissance des PAC en Europe du Nord comme alternative aux chaudières fioul. La Suède subventionne massivement les installations géothermiques.
Développement des PAC réversibles air/air pour la climatisation en Europe du Sud. Introduction des fluides frigorigènes HFC à faible GWP (R410A, R32).
Plan de déploiement massif en Europe suite à la crise du gaz (guerre Ukraine). La France passe de 600 000 à plus d'1 million de PAC vendues/an. MaPrimeRénov' booste les installations.
🔤Vocabulaire
- COPCoefficient of Performance — rapport énergie thermique produite / énergie électrique consommée. COP=3 → 3 kWh chaleur pour 1 kWh élec.
- SCOPSeasonal COP — COP moyen sur toute la saison de chauffe, plus représentatif que le COP instantané
- FRIGORIGÈNEFluide caloporteur du cycle (R32, R410A, R290 propane). Réglementation F-Gas stricte depuis 2015
- GWPGlobal Warming Potential — pouvoir réchauffant du frigorigène. R32 : GWP=675. R290 (propane) : GWP=3
- PAC RÉVERSIBLEInverse le cycle pour produire du froid en été (climatisation) et de la chaleur en hiver
- PLANCHER CHAUFFANTRéseau de tubes noyés dans la dalle, idéal avec PAC car fonctionne à basse température (30–35°C)