Le système de chauffage fait partie des éléments indispensables pour assurer le confort et le bien-être des occupants. En ce temps où l’économie d’énergie est devenue une véritable quête, la pompe à chaleur (PAC) est devenue incontournable. Le principe de ce système repose sur le transfert de l’énergie à l’extérieur de l’habitation vers l’intérieur à travers un radiateur, un ventilo-convecteur ou encore un plancher chauffant. La pompe à chaleur est une alternative au chauffage électrique classique, à la chaudière à gaz ou encore au poêle à granulés de bois.

1- Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur

La pompe à chaleur est un appareil thermodynamique qui permet de capturer la chaleur contenue dans l’air, dans le sol ou dans l’eau, afin de la restituer à l’intérieur de la maison après transformation d’un fluide frigorigène pour chauffer les pièces et aussi pour produire l’eau chaude sanitaire. Il existe aussi une pompe à chaleur réversible qui a la particularité de fonctionner comme une climatisation en apportant de la fraîcheur en été en plus de produire de la chaleur l’hiver. La pompe à chaleur est devenue l’appareil de chauffage le plus populaire pour deux raisons : l’économie d’énergie et l’écologie. Avec cette technique de chauffage qui utilise principalement les éléments de nature, on peut chauffer le logement et obtenir de l’eau chaude sanitaire à un prix très avantageux. L’économie réalisée sur sa facture énergétique est estimée jusqu’à 60%, cela dépend par ailleurs de plusieurs paramètres tels que l’installation de départ, le type de PAC choisi, le coefficient de performance…

  • Un investissement bien rentabilisé sur le moyen terme

Certes, l’installation d’une pompe à chaleur constitue un investissement important, mais on peut donc réaliser une économie importante à moyen terme. L’utilisation d’une pompe à chaleur permet de préserver l’environnement. En effet, cette technique de chauffage exploite essentiellement l’énergie naturellement produite par la nature pour nous la restituer. C’est donc une technique très écologique qui permet de réduire les émissions de CO2 comparé au système de chauffage conventionnel qui utilise du combustible fossile, du bois ou encore de l’électricité. Mais pour accroitre son efficacité, il est impératif de soigner l’isolation de l’habitation étant donné que la pompe à chaleur produit un chauffage à basse température (35°C) alors que les radiateurs conventionnels peuvent en produire environ 50 à 70°C.

 

  • Les techniques utilisées par la pompe à chaleur pour capter la chaleur 

Le circuit thermodynamique est le principe de fonctionnement de la pompe à chaleur, il permet d’élever la température grâce à un compresseur. Le circuit de diffusion de la chaleur peut être réalisé à l’aide d’un fluide caloporteur pour alimenter un chauffage au sol ou un système de radiateurs, ou par une ventilation de l’aire chauffée par la pompe à chaleur. La pompe à chaleur utilise trois techniques pour capter la chaleur :

  • La géothermie, la chaleur dégagée par la terre est récupérée via des capteurs calorifiques enterrés dans le sol.
  • L’hydrothermie, la chaleur est récupérée de la nappe phréatique avec des capteurs calorifiques.
  • L’aérotherme, la chaleur est capturée dans l’air ambiant via un système de ventilateur.

  • Une pompe à chaleur « monovalente » ou « bivalente »

Une pompe à chaleur est dite « monovalente » lorsqu’elle peut fournir à elle seule la totalité de la chaleur nécessaire pour chauffer une habitation. Une pompe à chaleur « bivalente » fonctionne avec un autre système de chauffage d’appoint pour assurer un chauffage optimal en hiver.

 

  1. Le fonctionnement d’une pompe à chaleur en détail

Comme on l’a vu plus haut, la pompe à chaleur est disponible en plusieurs modèles selon les milieux auxquels la chaleur est puisée. On distingue essentiellement quatre types de pompe à chaleur, à savoir la PAC « air-eau » qui prend la chaleur dans l’air extérieur, la PAC « sol-eau » qui puise la chaleur dans le sol, la PAC « eau-eau » qui prend la chaleur dans la nappe phréatique, le lac ou la rivière, et enfin la PAC « air-air » qui prend la chaleur dans l’air extérieur. Contrairement aux trois premiers types de pompe à chaleur qui chauffent l’eau du circuit de chauffage central, la PAC « air-air » insuffle directement de l’air chaud à l’intérieur.

  • Pompe à chaleur « air-eau »

La pompe à chaleur « air-eau » récupère la chaleur directement dans l’air extérieur et la restitue à l’intérieur. Elle est reliée à un système de chauffage central préexistant. Etant donné qu’elle utilise l’air comme source d’énergie, le rendement de la PAC « air-eau » peut varier selon les saisons. En effet, l’air connaît de grandes variations de température, ce qui fait que le rendement de la pompe à chaleur peut baisser en hiver. La raison est que la température de l’air extérieur peut diminuer fortement alors que c’est pendant le grand froid que le bâtiment a le plus besoin de chaleur. Auparavant, l’installation d’une PAC « air-eau » était particulièrement recommandée pour un logement neuf ou rénové nécessitant un plus faible chauffage toute l’année, de 35°C au départ du circuit d’eau de chauffage. Pour les maisons situées en altitude ou dans une région de climat très froid, la PAC « air-eau » doit être appuyé par une autre source de chaleur d’appoint. Mais avec l’évolution de la technologie, certains appareils peuvent fonctionner dans une large fourchette de température de l’air à l’extérieur allant de -20°C à +35°C. La pompe à chaleur à « vitesse régulée » peut même s’adapter aux besoins du logement et à la température extérieure. Cette fonction permet aussi à l’appareil de limiter l’enclenchement du dispositif de dégivrage dès que la température de l’air extérieur avoisine les 7°C. Le problème de givre, qui augmente nettement avec le taux d’humidité, affaiblit le rendement de l’appareil et accroit la consommation d’électricité.

 

On distingue trois types de pompe à chaleur « air-eau » :

  • La PAC « air-eau » intérieure qui se place dans le logement, généralement dans un angle pour permettre une aspiration et une éjection de l’air dans deux directions bien séparées. Son installation nécessite une grande entrée et sortie d’air, ainsi qu’un système d’évacuation efficace pour évacuer l’eau de condensation.
  • La PAC « air-eau » split qui se compose de deux parties, l’une à l’intérieur du bâtiment (compresseur) et l’autre à l’extérieur (évaporateur).
  • La PAC « air-eau » extérieure qui se place à l’extérieur du logement.

 

Lorsqu’on envisage d’installer une PAC « air-eau » dans un logement rénové, il est conseillé de conserver son ancien système de chauffage conventionnel.

 

  • Pompe à chaleur « sol-eau »

La PAC « sol-eau » ou pompe à chaleur géothermique puise l’énergie dans le sol. L’installation peut se faire en surface avec des capteurs horizontaux, ou en profondeur avec des capteurs verticaux. L’appareil capte donc la température du sous-sol grâce aux capteurs afin de restituer la chaleur à l’intérieur du logement. Le principe de géothermie est plutôt simple, la terre emmagasine de la chaleur provenant du soleil et du magma. Au fur et à mesure que le forage descend, la température s’élève et reste stable pendant toute l’année. À 300 mètres de profondeur, la température atteint environ 20°C. La chaleur géothermique peut être utilisée pour réchauffer le circuit d’eau de chauffage via l’installation de réseau de tuyau sous-terrain. Mais cette température n’est pas suffisamment élevée pour réchauffer une habitation, d’où la nécessité d’utiliser une PAC « sol-eau ». Ce type de pompe à chaleur est équipé de compresseur, d’évaporateur et de condenseur. La chaleur récupérée est ensuite diffusée dans la maison en utilisant le système de chauffage central. La pompe à chaleur utilise toutefois une petite quantité d’électricité pour assurer le transfert de chaleur.

Selon l’espace disponible à l’extérieur de la maison, les tuyaux du système géothermique peuvent être placés horizontalement ou verticalement dans le sol. La pose horizontale des tuyaux nécessite au moins une profondeur de 1,5m pour que le système puisse être à l’abri du gel tout en recevant assez de chaleur. Une superficie de 200 à 400 m² est nécessaire pour l’installation des tuyaux horizontalement. L’installation des capteurs horizontaux nécessite moins de travaux de terrassement qu’avec un réseau de tuyaux vertical, mais il faut s’assurer à ce que le réseau de tuyaux soit d’un dimension plus grande, car avec des tuyaux trop petits, le risque de gel du liquide est élevé. Ajouter un liquide antigel peut être la solution contre le gel, mais cela aura un impact sur la consommation d’énergie, car le liquide devient plus épais et le pompage est plus difficile.

 

La pose horizontale des tuyaux est la solution lorsqu’on manque d’espace pour installer une PAC « sol-eau ». Cela nécessite des forages en profondeur, allant de 25 à 150 mètres, selon la composition du sol et la puissance de chauffe souhaitée. Des boyaux en matière synthétique sont placés dans les forures, ces capteurs sont ensuite branchés à l’évaporateur de la PAC sol-eau. Généralement, la température devient constante à partir de 50 mètres de profondeur, ce qui fait que le rendement de la pompe à chaleur sera constant pendant toute l’année. Le principal avantage de cette installation est son rendement élevé. Les saisons n’ont pas d’influences sur ce rendement, et le réseau de tuyaux vertical ne risque pas de geler en hiver.

 

  • Pompe à chaleur « eau-eau »

La PAC « eau-eau » est une pompe à chaleur qui partage le même principe de fonctionnement avec la PAC « sol-eau ». En effet, elle utilise aussi une sonde géothermique qui puise directement la chaleur de l’eau dans un lac, une rivière ou une nappe phréatique. L’échange thermique de la PAC « eau-eau » se fait dans un circuit ouvert : la PAC prélève la chaleur de l’eau amenée par les capteurs et rejette ensuite l’eau refroidie. La PAC « eau-eau » se caractérise par un excellent rendement, mais le forage doit se faire jusqu’à la nappe phréatique. La PAC « eau-eau » peut aussi puiser sa chaleur depuis un lac ou une rivière. Il est conseillé de poser des filtres et de vérifier régulièrement son état pour éviter l’encrassement du circuit de pompage. Le rendement énergétique de ce chauffage est excellent, mais le faire fonctionner en tandem avec des capteurs solaires est parfois recommandé pour affronter les températures rigoureuses en hiver.

 

  • Pompe à chaleur « air-air »

La PAC « air-air » utilise l’énergie calorifique de l’air à l’extérieur pour chauffer le logement. C’est une technique de chauffage à moindre coût permettant de diviser par trois la facture de chauffage. La pompe à chaleur « air-air » a besoin de deux unités pour fonctionner : un récupérateur de calories de l’air situé à l’extérieur et un ventilo-convecteur à l’intérieur pour diffuser la chaleur. Les deux unités sont reliées par un circuit de fluide frigorigène. L’installation du système est très simple. L’unité extérieure s’installe dans le jardin ou dans la cour tandis que l’unité intérieure se place simplement au-dessus des portes des pièces à chauffer.

 

3- Comment choisir une pompe à chaleur ?

Avant d’acheter une pompe à chaleur, il faut retenir certains critères pour optimiser le chauffage que la pompe à chaleur soit utilisée en mode « monovalent » ou « bivalent ».

 

  • Le type de pompe à chaleur

On distingue 5 types de pompe à chaleur qui sont regroupés dans trois grandes familles selon la technique utilisée pour puiser la chaleur disponible dans l’environnement :

  • Pompe à chaleur aérothermique (PAC air-air, PAC air-eau)
  • Pompe à chaleur géothermique (PAC sol-eau, PAC sol-sol)
  • Pompe à chaleur hydrothermique (PAC eau-eau)

 

La pompe à chaleur peut aussi remplir certaines fonctions selon les besoins des occupants : réversible ou non, chauffage de piscine, couplage avec VMC…

 

  • L’installation

Le choix du type de pompe à chaleur à installer dépend essentiellement de la source énergétique disponible, de la maison elle-même (construction neuve ou rénovation), de la région, de la surface du terrain à l’extérieur de la maison et de la performance énergétique. La PAC air-air est un système de chauffage autonome. L’installation se fait donc indépendamment du chauffage déjà existant pour assurer le chauffage ou le rafraichissement de la maison comme système de chauffage principal ou d’appoint. Son installation est donc possible aussi bien pour une construction neuve ou pour une maison partiellement rénovée. La pompe à chaleur air-eau est un système de chauffage qui se branche sur le système de chauffage conventionnel. Elle peut remplacer ou compléter un nouveau système de chauffage ou déjà existant dans une maison ancienne. La pompe à chaleur géothermique (PAC sol-eau, PAC sol-sol) ou la PAC eau-eau s’installe généralement sur un nouveau système de chauffage au sol d’une construction neuve ou lors d’une rénovation totale d’une habitation. L’installation nécessite des travaux plus conséquents, notamment pour la mise en place des capteurs.

  • La puissance

La performance de la pompe à chaleur varie en fonction de sa puissance. Mais pour optimiser la performance de son installation, il convient de solliciter l’intervention d’un professionnel chargé de l’étude thermique pour effectuer une analyse de l’habitat, un calcul de puissance nécessaire selon le volume et l’isolation de la maison.  Le dimensionnement de la pompe à chaleur est une étape cruciale pour connaitre la puissance qui convient le mieux à l’habitat et assurer le bon fonctionnement de la PAC. Le calcul de la puissance devra aussi prendre en compte la déperdition thermique de la maison. Ce professionnel peut apporter des conseils sur le choix du type de pompe à chaleur qui répond le mieux au besoin d’une habitation.

 

  • Le budget

Le choix d’une pompe à chaleur dépend également du budget. La pompe à chaleur air-air est actuellement la moins chère à l’achat avec une installation facile. La pompe à chaleur hydrothermique et géothermique constitue un investissement important tant dans l’achat du matériel que dans le coût d’installation. Le devis proposé par les professionnels de système de chauffage prend généralement en compte le prix d’une pompe à chaleur, la surface du logement à chauffer et le coût de main-d’œuvre. Heureusement, l’achat et l’installation d’une pompe à chaleur peuvent bénéficier d’aides de l’Etat, de l’Anah, de la banque, de la collectivité locale ou encore des fournisseurs d’énergies par le biais des certificats d’économie d’énergie (CEE) comme la pompe à chaleur fait partie des travaux qui réduisent la consommation d’énergie.

 

Ces aides de l’Etat se présentent habituellement sous trois formes :

  • Crédit d’impôt de 30 % (le crédit d’impôt de transition écologique – CITE)
  • TVA réduite (5,5%)
  • Eco-prêt à taux zéro

 

Les aides de l’Anah et les collectivités locales se présentent sous forme de chèques énergie tandis que celles des fournisseurs d’énergie se présentent sous forme de prime énergie. Mais pour pouvoir bénéficier de ces aides, la pompe à chaleur doit respecter un certain coefficient de performance et être installée par un professionnel certifié Reconnu Garant de l’Environnement (RGE).