Pompe à chaleur : prix, fonctionnement, quel modèle choisir ?

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Pompe à chaleur

La pompe à chaleur (PAC) est un dispositif de chauffage qui fonctionne aux énergies renouvelables tirées du milieu extérieur de l’habitation (air, eau et sol). Pouvant transmettre la chaleur et le froid, ce système peut faire office de climatiseur et de chauffage. Cette PAC est idéale pour limiter l’émission de gaz à effet de serre et pour réduire la facture de chauffage. D'autant plus que l’État offre de nombreuses subventions incitant à opter pour ce dispositif de chauffage thermodynamique.

La pompe à chaleur, un système de chauffage thermodynamique et écologique

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur

Ce dispositif utilise l’énergie calorifique contenue dans l’air, la nappe phréatique et le sol pour réchauffer une maison, l’eau sanitaire ou l’eau du système de chauffage central. Il fonctionne suivant le principe inverse d’un réfrigérateur.

Fonctionnement Pompe à chaleur

Cette pompe thermodynamique capte la chaleur et la transfère d’un milieu donné vers un autre. Ce transfert se fait par le biais d’un fluide caloporteur aussi appelé frigorigène. Cette substance s’évapore à basse température sous l’effet de la pression de l’atmosphère.

L’évaporateur prend aussitôt le relais pour transporter le frigorigène. Le liquide prélève ainsi l’énergie calorifique contenue dans le milieu extérieur comme dans l’eau, l’air ou le sol.

Sous l’augmentation de la température, le fluide caloporteur s’évapore pour se retrouver à l’état gazeux. Le compresseur aspire ensuite le gaz et le presse. La température de ce gaz s’élève proportionnellement à l’augmentation de la pression.

Ce n’est qu’à ce stade que le gaz chaud va être envoyé vers le condenseur ou le système de chauffage du logement. Le gaz va y perdre une partie de sa chaleur soit :

  • en entrant directement en contact avec l’émetteur principal de la chaleur tel que l’air ambiant dans les pièces à chauffer ;
  • en entrant en contact avec un réseau (tel que celui d’eau de l’habitation à réchauffer) assurant la transmission de cette énergie calorifique à l’émetteur final.

Cette perte de chaleur refroidit le gaz qui se liquéfie. Un détendeur vient abaisser la pression soumise à ce gaz, ce qui le refroidit encore plus. Ce gaz refroidi revient vers l’évaporateur pour démarrer un nouveau cycle.

Les avantages d’une pompe à chaleur

Son installation permet de réaliser d’importantes économies sur la facture de chauffage et de climatisation. Cette PAC permet aussi de préserver la nature en réduisant la quantité de gaz à effet de serre émis et en limitant l’épuisement des sources naturelles d’énergie telles que le bois, le fioul, le gaz…

Les conditions d’efficacité d’une pompe à chaleur

La performance d’une PAC dépend de nombreux facteurs dont la température de la source de chaleur. La nappe phréatique, l’air extérieur ou le sol dans lequel cette pompe puise l’énergie thermique qu’elle diffuse, doit avoir une température élevée.

Les systèmes géothermiques s’affichent comme étant les plus efficaces. En effet, la température à de fortes profondeurs, reste élevée quel que soit le temps qu’il fait en surface. La température de l’eau située à environ 50 m sous le sol, s’affiche toujours dans les 10 à 14°C.

L’installation d’une pompe à chaleur varie suivant l’étendue et la composition du sol ainsi que le modèle souhaité.

Le fonctionnement d’une PAC nécessite-il de l’énergie ?

Ce dispositif de chaleur fonctionne évidemment avec de l’électricité. Toutefois, il n’en nécessite qu’à une quantité moindre par rapport à ce que requièrent les autres systèmes de chauffage. En contrepartie, l’utilisateur pourra profiter gracieusement et plus efficacement de l’énergie se trouvant dans la nature. Il n’y a donc plus besoin d’un quelconque combustible que ce soit du fioul, du bois, de gaz…

Les différents types de pompe à chaleur

Les pompes à chaleur sont décrites suivant la nature de la source de chaleur et de l’émetteur principal d’énergie calorifique :

  • Les pompes aérothermiques (air/air, air/eau),
  • Les pompes à chaleur géothermiques (sol/air, sol/sol)
  • Les pompes hygrothermiques (eau/eau),

La base de leur fonctionnement reste toutefois, toujours le même principe physique.

La pompe à chaleur eau/eau

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur eau/eau

Fonctionnement d'une pompe à chaleur eau/eau

Une pompe à chaleur de type eau/eau est le dispositif le plus performant au niveau énergétique.

Ce système de chauffage utilise l’énergie calorifique contenue dans les eaux souterraines pour réchauffer une habitation.

Le puits de retour et le puits d’évacuation sont creusés à proximité de la maison et entre 25 et 150 mètres sous le sol selon sa composition. L’eau souterraine est pompée de la nappe phréatique au niveau du puits de pompe.

L'eau rejoint ensuite l’évaporateur puis après un cycle de chauffage, transmet son énergie à l’eau du système de chauffage domestique en place. Ainsi refroidie, l’eau est enfin rejetée dans la nappe phréatique par le biais de la pompe d’évacuation.

Durant tout ce cycle, l’eau n’est jamais en contact avec l’air pour éviter l’oxydation. Le système de chauffage avec pour principal cœur : la PAC, est donc complètement étanche.

Un prix assez élevéLe rendement de la PAC eau/eau est très élevé grâce à la constance de la température de ces eaux. En revanche, le prix d'un tel appareil est élevé à cause notamment du coût du forage nécessaire pour son installation.

Les avantages d’une pompe à chaleur à nappe phréatique

  • C’est le dispositif le plus performant par rapport aux autres modèles de pompe à chaleur existant,
  • Il est peu encombrant et ne nécessite que très peu d’espace au sol,
  • L’eau aspirée par la pompe peut avoir d’autres utilisations comme pour la chasse d’eau, l’arrosage du jardin,
  • Ce modèle peut aussi abaisser la température à l’intérieur d’une maison durant la période estivale. Il est à rappeler que durant cette période, la température de la nappe phréatique est nettement inférieure à celle ambiante.

Les inconvénients d’une pompe à chaleur à nappe phréatique

  • Creuser des puits nécessite des travaux de forage. Cela augmente la facture et fait que cette PAC soit très chère. Cependant, son coût élevé est facilement amorti sur le long terme.
  • Il se peut que la profondeur du puits soit conséquente, car il doit aller jusqu'au niveau de la nappe phréatique aussi loin que puisse être cette dernière. L’importance de cette profondeur implique plus de frais, d’autant plus qu’il faut plus d’électricité pour assurer un pompage efficace.
  • Le pompage de la nappe phréatique est soumis à une autorisation. Il existe aussi une taxe de nappe phréatique, toutefois, il est possible de demander à en être exempté si l’eau pompée est rejetée dans la nappe phréatique sans aucun lourd traitement chimique.
  • C’est un modèle écologique notamment si l’énergie électrique qu’il utilise est issue de l’énergie provenant du soleil, des vents…

L’eau de toute étendue d’eau naturelle telle qu’un lac, une rivière, un fleuve… peut aussi être pompée à l’instar de l’eau de la nappe phréatique.

Le coût d’une pompe à chaleur eau/eau

Il faut prévoir un budget d’au moins 15 000€ pour acquérir une PAC eau/eau. Son rendement élevé et son intéressante durée de récupération viennent toutefois, contrebalancer ce coût élevé. D’autant plus que l’acquisition de ce modèle de chauffage permet de prétendre aux diverses aides financières proposées par l’État.

La pompe à chaleur terre-eau

Le processus de fonctionnement de ce modèle de PAC

La chaleur du sol provient soit du soleil soit du magma souterrain. Cette chaleur géothermique est collectée par tout un réseau de canaux souterrains pour réchauffer l’eau présente dans l’installation de chauffage principal d’une maison. Ces collecteurs peuvent être placés soit horizontalement, soit verticalement par rapport au sol. Leur positionnement est choisi suivant l’étendue disponible et la composition du sol.

Le rendement est proportionnel à la température géothermique.

Le positionnement horizontal

Le réseau de canalisation est enterré horizontalement par rapport au sol à une profondeur d’1,5 m.

Cette valeur est définie par le fait qu’à cette profondeur, le sol est bien protégé du gel, du froid et garde ainsi, toute sa température. Quant à la superficie nécessitée, elle doit être égale à au moins le double de la surface requise pour vivre.

Si ce réseau est étalé sur une surface plus petite, alors il se peut que l’eau circulant dans ces canalisations, gèle. Si la surface est plus petite alors il est essentiel d’additionner de l’antigel dans ce liquide.

Toutefois, l’ajout d’antigel épaissit ce liquide, ce qui complique fortement son aspiration. Cette complication implique une plus grande consommation d’énergie donc une réduction du rendement.

Un dimensionnement réduit expose au risque de non-remboursement de l’investissement réalisé.

Le positionnement vertical

Selon la composition du sol et la puissance souhaitée pour le système de chauffage à installer, des forages allant entre 25 et 150m peuvent être requis.

La température géothermique est d'ailleurs sensiblement stable à partir de 50 m de profondeur. Les fluctuations de la température extérieure n’ont aucune influence sur celle géothermique à partir de ces 50 m. Le rendement est donc élevé et stable sur toute l’année.

Les atouts de ce modèle de PAC

Ce modèle permet d’obtenir un rendement et un COP élevés. Il est possible que des travaux de terrassement soient nécessités.

Toutefois, il faut savoir que ces travaux sont nettement plus légers pour un positionnement horizontal que pour ceux nécessités par une mise en place verticale. Le réseau de canalisation constitue un système fermé, d’où une économie de liquide de refroidissement par sa réutilisation. Le système ainsi, disposé peut être commuté à un dispositif de refroidissement naturel.

Les inconvénients de la pompe à chaleur sol/eau

La superficie requise pour cela est assez importante. De plus, elle ne peut pas se prêter à la plantation. Il est à rappeler que durant la période hivernale, la température géothermique est assez basse. Comme les tuyaux ne sont pas enfoncés en profondeur, le rendement n’est pas aussi élevé qu’en période estivale.

De quoi dépend le rendement de ce modèle ?

Le rendement dépend d’une façon importante de l’énergie géothermique disponible dans le sol. Il convient dans ce cas de prendre en compte la composition du sol, mais aussi la profondeur à laquelle les tuyaux ont été disposés. Le rendement d’un sol argileux est le double de celui d’un sol sableux.

Le prix d’une pompe à chaleur sol/air

Un budget de 10 000€ au minimum est à prévoir pour l’installation d’une telle PAC à tuyauterie horizontale. Les travaux de forage viennent s’ajouter aux tâches indispensables pour le même modèle, mais avec des canalisations verticales. La facture peut dans ce cas, s’élever dans les 11 000 à 18 000€.

La pompe à chaleur air/eau

Le principe de fonctionnement de ce dispositif de chauffage

Ce type de PAC tire l’énergie thermique de l’air extérieur pour réchauffer l’eau circulant dans le système de chauffage central de l’habitation (plancher chauffant ou radiateur basse ou haute température).

C’est le fluide frigorigène contenu dans cette pompe qui permet la réalisation de cette technique appelée aérothermie. Ce liquide très froid capte l’énergie stockée dans l’air aussi bien en hiver comme en été.

Une fois réchauffé, ce liquide s’évapore pour devenir du gaz. Sous l’effet de la compression, ce gaz continue à chauffer avant d’être propulsé dans le circuit de chauffage de l’habitation. C’est de là qu’il va se diffuser dans chaque pièce pour la réchauffer.

La PAC air/eau est surtout recommandée pour être utilisée couplée avec une chaudière ou d’un appoint électrique. L’ensemble formé lorsqu’elle est couplée avec une chaudière basse température, est appelé PAC hybride.

Les points forts d’une PAC air/eau

Ce type de PAC peut produire une quantité d’énergie plus élevée que celle dont il a besoin pour fonctionner. De plus, elle n’occasionne aucune mauvaise odeur ni tout autre polluant. Ce dispositif se chauffe rapidement et la chaleur produite est constante. Il permet aussi de prétendre aux diverses aides financières proposées par l’État.

Ne nécessitant aucun travail de forage, il est plus économique que les modèles géothermiques. Toutefois, sa rentabilité est peu élevée, car la température de l’air extérieur est instable. Son efficacité est donc plus conséquente durant la période chaude.

Pour une construction neuve, il est conseillé de l’utiliser avec un plancher chauffant. Ces deux dispositifs peuvent tous les deux fonctionner à faible température et leur combinaison assure une rentabilité optimisée.

Pour des travaux de réhabilitation, la PAC air/eau peut efficacement remplacer ou optimiser la chaudière thermique.

Les différents types de PAC air/eau

Le fonctionnement et la composition différencie les divers types de pompes à chaleur air/eau :

  • Le modèle monobloc dont tous les éléments sont assemblés dans un seul contenant. Leur installation est plus rapide et simple,
  • Le modèle bibloc ou split qui comporte quant à lui, deux blocs.

Un modèle monobloc ou bibloc peut être haute ou basse température.

  • Le modèle haute température qui permet de chauffer jusqu’à 55°C l’eau du système de chauffage central,
  • Le modèle basse température permet quant à lui, de réaliser une économie plus conséquente sur la durée. Réversible, il peut aussi réduire la température ambiante dans une habitation lors de la période chaude. Sa rentabilité est optimisée s’il est combiné avec un plancher chauffant.

Une autre utilisation de la pompe à chaleur air/eau

Elle peut aussi réchauffer l’eau d’une piscine. C’est le modèle le plus rentable de tous les autres systèmes de chauffage existant. En effet, elle permet en moyenne de faire gagner quotidiennement dans les 2°C à l’eau de cette piscine. Cela sous-entend qu’il suffit d’une semaine pour gagner dans les 14°C. Il est indispensable de recouvrir sa piscine durant la soirée pour limiter les déperditions de chaleur.

Une pompe à chaleur air/eau coûte généralement dans les 4 000 à 7 000€.

La pompe à chaleur air-air

Cet appareil permet de réchauffer une habitation dans un respect total de l’environnement. Son fonctionnement peut être comparé avec celui d’une climatisation, mais il en diffère par le fait que l’air diffusé est ici chauffé et non refroidi.

Le principe d’une pompe à chaleur air/air

La chaleur captée par l’unité extérieure provient ici de l’air extérieur et est transmise à l’air ambiant. Ce captage est possible par l’existence du liquide frigorigène dans le compresseur de l’unité extérieure. L’air y est ensuite réchauffé par compression avant d’être diffusé dans a pièce à vivre. Son rendement fluctue donc beaucoup avec la température extérieure.

Les atouts d’une PAC air/air

Cette pompe est idéale pour les espaces réduits non équipés de dispositif de chauffage. Elle est aussi très facile et rapide à installer, car elle ne nécessite aucun travail de forage ni de terrassement. Plus économique que les systèmes géothermiques, elle est surtout recommandée pour les petites habitations.

Réversible, elle peut très bien jouer le rôle de climatiseur durant la période estivale. Elle peut aussi très bien jouer le rôle d’appareil de chauffage supplémentaire.

Il faut prévoir dans les 4 000€ aux 7 000€ pour l’acquisition d’une pompe air/air.

Quelques conseils pour choisir la pompe à chaleur adaptée à une habitation

Le PAC permet de réduire jusqu'à -75% la facture de chauffage d’une habitation. Il faut tenir compte de ces critères pour être sûr de faire le bon choix de pompe à chaleur :

Le type de pompe

Trois familles de pompes à chaleur sont accessibles sur le marché :

  • Les pompes à chaleur aérothermiques sont les moins coûteux du marché. Elles puisent la chaleur dans l’air extérieur et la diffuse par le biais de l’eau d’un radiateur ou par de l’air chauffé. Ces modèles sont plus adaptés aux habitations situées dans les zones à climat doux.
  • Les PAC géothermiques tirent la chaleur dans le sol. Leur installation requiert une superficie assez étendue de sol à laisser à l’abandon, car il ne peut recevoir de culture. Elles sont plus chères à installer, car leur réseau de tuyauterie nécessite dans la plupart des cas, des travaux de forage et de terrassement.
  • Les PAC hydrothermiques sont conseillées à toutes les habitations ayant une importante réserve d’eau à leur disposition. Leur installation nécessite une autorisation. Très performantes, elles ne peuvent toutefois, être couplées qu’avec des radiateurs basse température ou un plancher chauffant.

La puissance et les dimensions

Choisir les bonnes dimensions est essentiel pour optimiser les performances d’une pompe à chaleur. Si cette dernière est en effet, surdimensionnée, elle sera plus chère à l’acquisition, car le prix de ce dispositif augmente avec sa puissance. De plus, si la puissance est trop élevée, l’énergie utilisée est aussi conséquente et les cycles de fonctionnement plus rapides. Ces redémarrages et ces cycles de fonctionnement court peuvent user prématurément le compresseur. Quant à un sous-dimensionnement, il ne répondra pas du tout aux besoins de chauffage des occupants de la maison. Le recours à un appoint électrique sera indispensable. Cela va occasionner d’autres frais. Durant la période froide, une PAC sous dimensionnée doit tourner plus longtemps, ce qui se répercutera négativement sur sa longévité.

La performance

Le COP ou coefficient de performance est le rapport entre l’énergie restituée sous la forme de chaleur et l’énergie requise pour la production de la chaleur. C’est le critère permettant d’étudier cette performance. Pour illustrer cela, un COP de cinq signifie que la PAC en question peut produire cinq kilowattheures d’énergie en n’utilisant qu’un kilowattheure. Toutefois, ce critère ne considère qu’une température extérieure nominale. Il n’est donc pas très fiable pour comparer deux PAC différentes.

Le COPA est l’équivalent du COP sur toute une saison de chauffe. Il permet d’affiner l’évaluation de l’efficacité d’une pompe à chaleur.

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Les diverses aides financières existantes

Le coût d’une pompe à chaleur représente un véritable investissement en étant assez cher dès même son acquisition. C’est pour pallier à cela que l’État a décidé de mettre en place de nombreux dispositifs d’appuis financiers pour l’achat et la pose par des professionnels qualifiés et certifiés d’une PAC. Il en est ainsi du crédit d’impôt de 30%, de l’éco-prêt à taux zéro, du taux de TVA réduit 5,5%… Il est aussi possible de prétendre aux aides de l’Anah, les différentes aides locales qui permettent toutes de réduire significativement la valeur de la facture d’acquisition et de pose.

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