Principes généraux de
fonctionnement
d'une pompe à chaleur
Une pompe à chaleur (PAC) est une machine thermodynamique destinée à assurer le chauffage d'une habitation à partir d'une source de chaleur externe dont la température est inférieure à celle du local ou du système à chauffer. C'est donc un système de chauffage qui transfère des calories (donc de l'énergie) d'un milieu à bas niveau de température pour les restituer à un autre milieu à une température plus élevée. L'écoulement naturel de la chaleur s'effectuant toujours d'un corps chaud vers un corps froid, on pourrait définir également la pompe à chaleur comme un matériel permettant de réaliser l'écoulement de chaleur inverse du sens naturel, c'est-à-dire d'un milieu froid vers un milieu chaud. Une dépense d'énergie sera bien entendu inévitable pour réaliser ce transfert inverse. L'intérêt de la pompe à chaleur réside dans le fait que l'énergie nécessaire pour assurer ce transfert est faible en valeur relative par rapport à l'énergie transférée du premier milieu appelé « source froide » vers le deuxième appelé « source chaude ». En pratique, pour prendre des calories à un milieu froid, il suffit de le refroidir d'avantage alors que pour restituer ces calories à un milieu chaud, il convient de le réchauffer. Dans une pompe à chaleur, cette opération se fait grâce à un fluide qui présente la particularité de changer d'état (liquide ou gazeux) quand on modifie sa pression.
Le liquide tend à bouillir quand sa pression baisse et le gaz tend à se condenser quand on augmente sa pression. Paradoxalement, le liquide bout à des températures négatives tout en produisant un froid intense. La condensation du gaz s'accompagne d'un fort dégagement de chaleur. L'énergie à dépenser est celle nécessaire à un compresseur qui effectue l'augmentation de pression du gaz. L'intérêt du principe tient dans le fait qu'une faible quantité d'énergie fournie au compresseur permet de transférer une grande quantité de chaleur de la « source froide » vers la « source chaude ». L'utilisateur ne paie donc que l'énergie nécessaire au fonctionnement du compresseur et la récupère intégralement additionnée de celle prélevée gratuitement à la « source froide » air, eau ou terre selon le type de pompe à chaleur. Le coefficient de performance appelé « COP » est le rapport de l'énergie totale obtenue sur l'énergie dépensée. La performance d'une pompe à chaleur varie considérablement en fonction de l'écart de température entre la source froide et la source chaude. Un grand écart de température dégrade la performance (COP = 2 par exemple), inversement, un faible écart permet une excellente performance (COP = 6 par exemple). Remarquons qu'un chauffage électrique a un COP de 1.