Le fonctionnement d’une PAC

Le principe de la géothermie consiste à extraire l’énergie contenue dans le sol pour l’utiliser sous forme de chaleur. Les profondeurs de la terre recèlent d’énormes quantités de chaleur naturelle. Pour peu qu’on sache l’exploiter, cette réserve de chaleur réapprovisionnée en permanence est inépuisable et gratuite. La géothermie présente l’avantage de ne pas dépendre des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent…), c’est donc une énergie fiable et stable dans le temps.

Une pompe à chaleur géothermique fonctionne comme un réfrigérateur à l’envers ! Le système thermodynamique du réfrigérateur puise de la chaleur à l’intérieur de celui-ci, ce qui en abaisse la température, et la rejette à l’extérieur dans l’air de votre cuisine. La pompe à chaleur géothermique, quant à elle, puise la chaleur dans le sol à l’extérieur et la restitue à l’intérieur de votre logement pour en assurer le chauffage.

Les pompes à chaleur reliées à la géothermie fonctionnent selon les mêmes principes de base que ceux de la plupart des appareils de chauffage et de refroidissement (climatisation, réfrigérateur, etc.).

D’un point de vue scientifique, le principe de la pompe à chaleur est décrit ci-dessous.

Il existe deux types de pompes à chaleur :

• Pompe à chaleur à compression (la plus classique),
• Pompe à chaleur a absorption (relativement rare).

Pompe à chaleur à compression :

Principe d’une pompe à chaleur à compression (Source : ADEME, AFPG)

D’un point de vue températures, le fluide caloporteur provenant du sous-sol a une température d’environ 12°C (moyenne pour une installation pour le particulier). Cette température permet la vaporisation du fluide frigorigène circulant dans la pompe à chaleur (au niveau de l’évaporateur). Une vapeur basse pression d’une dizaine de degrés est ainsi crée. Cette dernière passe par le compresseur (unique consommateur d’électricité de la PAC) qui, comme son nom l’indique, comprime la vapeur. Cela induit une augmentation naturelle de la température de la vapeur à environ 40/45°C (lois de thermodynamiques). Cette vapeur haute température et haute pression va ensuite passer dans le condenseur où se situe également le réseau d’eau de chauffage de la maison. Par échange thermique, le circuit d’eau de la maison a une température d’une quarantaine de degrés alors que le fluide frigorigène de la PAC perd 10 degrés pour atteindre une température de 30 à 35 °C. Ce fluide est toujours en haute pression mais devient liquide. Enfin, le détendeur permet un abaissement de la pression et donc de la température. La température à la sortie du circuit est d’environ de 7°C. C’est à cette température que le fluide caloporteur du circuit extérieur retourne dans le sol pour se réchauffer. Il y a donc trois boucles distinctes qui cèdent leur température via des échangeurs de chaleur, sans aucun contact entre les fluides.

Pompe à chaleur à absorption :

Ce type de pompes à chaleur utilise un fluide composé d’ammoniac et chauffé par la combustion de gaz. Cette technologie ne sera pas développée puisqu’elle est relativement rare.

Le coefficient de performance :

Une pompe à chaleur est définie par son coefficient de performance (COP). Il correspond au rapport entre la quantité de chaleur ou de froid produit (kWth) et la quantité d’énergie électrique consommée (kWe). Ce coefficient est en moyenne ce 4. Cela signifie que pour un 1 kWe consommé, 4 kWth sont restitués. Ce COP tend à augmenter car les technologies en jeu sont de mieux en mieux maitrisées. Actuellement, le COP peut atteindre 6. C’est ainsi qu’il est possible d’avoir 75 à 83% d’énergie gratuite puisée dans le sol et seulement 17 à 25% d’énergie électrique consommée.