🌡️ Chauffer et refroidir

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   L'évaporateur capte la chaleur du dehors

   Dans l'unité extérieure circule un fluide frigorigène à très basse température, autour de -10 °C. Même quand il fait 0 °C dehors, l'air est plus chaud que ce fluide : il lui cède donc de la chaleur, et le fluide se met à bouillir. C'est le point que tout le monde trouve contre-intuitif : il y a de la chaleur récupérable dans de l'air froid.

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   Le compresseur remonte la température

   Il comprime cette vapeur froide, et comprimer un gaz le chauffe. La vapeur ressort à 60 ou 80 °C. C'est le seul organe qui consomme de l'électricité, et c'est là que se joue tout le rendement de la machine.

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   Le condenseur rend la chaleur au logement

   La vapeur brûlante cède sa chaleur à l'eau du circuit de chauffage, ou directement à l'air de la pièce dans une PAC air-air. En se refroidissant, elle redevient liquide.

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   Le détendeur boucle le cycle

   Il fait chuter brutalement la pression du liquide, qui se refroidit d'un coup et repart vers l'évaporateur à -10 °C. Rien n'est consommé, rien n'est jeté : le même fluide tourne indéfiniment.

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   Le dégivrage, la contrainte de l'hiver

   Entre 5 °C et -5 °C avec de l'humidité, du givre se forme sur l'évaporateur et bouche l'échange. La machine inverse alors son cycle quelques minutes pour faire fondre ce givre, ce qui consomme de l'électricité sans chauffer la maison. C'est la principale cause d'écart entre le rendement annoncé et le rendement réel.

Simuler ce que donnerait une PAC chez moi →

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   Le brûleur mélange gaz et air

   Le dosage est réglé pour une combustion complète. Sur les modèles à modulation, la puissance de la flamme s'ajuste en continu au besoin, au lieu de tout ou rien.

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   L'échangeur transmet à l'eau

   Un bloc en inox ou en aluminium sépare les fumées de l'eau du circuit de chauffage. La chaleur traverse le métal, jamais les gaz.

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   Les fumées sont refroidies au maximum

   Brûler du méthane produit du CO₂ et de la vapeur d'eau. Si on refroidit ces fumées sous environ 55 °C, la vapeur se condense en gouttelettes et libère sa chaleur latente, celle qu'il avait fallu dépenser pour la vaporiser. On récupère ainsi une chaleur qui, autrefois, partait dans le ciel.

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   Les condensats sont évacués

   Cette eau de condensation est légèrement acide et rejoint les eaux usées, ce qui impose une évacuation dédiée. C'est la vraie différence d'installation avec une chaudière classique.

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   La condition à respecter

   L'eau qui revient des radiateurs doit être plus froide que 55 °C, sinon les fumées ne condensent jamais. Une chaudière à condensation réglée à 70 °C fonctionne, mais elle perd tout l'intérêt pour lequel on l'a payée.

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   Géothermie de surface : un sol à température constante

   À partir de dix mètres de profondeur, le sol reste entre 10 et 14 °C toute l'année, été comme hiver. On y installe soit des capteurs horizontaux enterrés à 80 cm sur une grande surface de jardin, soit des sondes verticales de 80 à 150 mètres, qui ne prennent presque pas de place au sol.

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   La pompe à chaleur y puise au lieu de puiser dans l'air

   Le principe de la machine est exactement celui décrit plus haut. La différence est capitale : sa source froide ne descend jamais à -5 °C, donc son rendement ne s'effondre pas le jour où on en a le plus besoin, et il n'y a jamais de dégivrage.

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   Géothermie profonde : on descend chercher de l'eau chaude

   La température de la Terre augmente d'environ 3 °C tous les 100 mètres. En Île-de-France, la nappe du Dogger, entre 1 500 et 2 000 mètres, est à 55-85 °C.

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   Le doublet : un puits qui produit, un puits qui réinjecte

   L'eau chaude est remontée par un premier forage, elle cède sa chaleur dans un échangeur, puis elle est intégralement réinjectée dans la même nappe par un second forage, à un kilomètre de là. Rien n'est prélevé, la nappe ne se vide pas.

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   Un réseau de chaleur distribue

   La chaleur ainsi captée part dans un réseau enterré qui alimente des immeubles, des écoles, des piscines. On ne consomme que l'électricité des pompes de circulation.

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   Le séchage

   La chaleur chasse d'abord l'eau restée dans le bois. Cette étape ne produit rien, elle consomme. Une bûche à 30 % d'humidité gaspille une grande partie de son énergie à s'auto-sécher, et encrasse le conduit au passage.

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   La pyrolyse

   Au-delà de 200 à 300 °C, le bois se décompose et libère des gaz combustibles. Ces gaz portent environ les deux tiers de l'énergie de la bûche : ce sont eux qu'on voit brûler, les flammes ne touchent presque pas le bois lui-même.

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   La post-combustion, la vraie différence

   Un poêle moderne injecte de l'air secondaire préchauffé juste au-dessus du foyer, dans la zone la plus chaude, pour brûler ces gaz complètement. C'est ce qu'on appelle la double combustion. Sans elle, ces gaz partent imbrûlés dans le conduit : c'est exactement ce que fait une cheminée ouverte.

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   La combustion du charbon de bois

   Une fois les gaz partis, il reste le carbone solide, qui rougeoie sans flamme. C'est la phase la plus propre et la plus régulière.

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   La chaleur sort par deux voies

   Le rayonnement de la vitre et de la fonte chauffe directement les corps et les murs en face, et la convection de l'air qui circule autour du corps de chauffe réchauffe la pièce. Un poêle en pierre ollaire ou en faïence privilégie le premier, un poêle en tôle le second.

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   Un absorbeur noir capte le rayonnement

   Une plaque métallique recouverte d'un traitement dit sélectif absorbe la lumière visible mais réémet très peu d'infrarouge. Elle peut monter à plus de 150 °C en plein soleil.

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   Le vitrage ou le vide empêchent la chaleur de repartir

   Dans un capteur plan, une vitre piège le rayonnement infrarouge, exactement comme une serre. Dans un capteur à tubes sous vide, c'est le vide qui supprime les pertes par convection, ce qui reste efficace même par temps froid.

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   Un fluide caloporteur emporte la chaleur

   De l'eau additionnée de glycol, pour ne pas geler l'hiver, circule dans des tubes soudés à l'absorbeur.

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   La régulation ne fait circuler qu'à bon escient

   Deux sondes comparent la température du capteur et celle du bas du ballon. Le circulateur ne démarre que si le capteur est le plus chaud, sinon l'installation refroidirait le ballon la nuit.

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   Le ballon stocke la journée

   Un serpentin plongé dans le ballon transmet la chaleur à l'eau sanitaire. Un appoint électrique ou gaz prend le relais les jours sans soleil.

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   L'eau entre en haut, ressort en bas

   Elle perd 10 à 20 °C au passage. C'est cet écart, multiplié par le débit, qui donne la puissance réellement délivrée.

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   La convection met l'air en mouvement

   L'air froid entre par le bas du radiateur, se réchauffe au contact du métal, s'allège et remonte. Cela crée une boucle permanente dans la pièce, et c'est aussi ce qui explique les traces noires sur le mur au-dessus des radiateurs.

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   Le rayonnement chauffe les corps, pas l'air

   La surface chaude émet des infrarouges qui traversent l'air sans le réchauffer et déposent leur énergie sur les murs, les meubles et les personnes en face. C'est la part la plus confortable, et celle qui permet de se sentir bien à une température d'air plus basse.

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   Le robinet thermostatique régule, il ne chauffe pas

   Ce n'est pas un bouton de puissance : c'est une sonde mécanique qui ferme le débit quand la pièce atteint la consigne. Le mettre à fond ne chauffe pas plus vite, cela chauffe seulement plus longtemps.

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   La règle qui coince en rénovation

   La puissance d'un radiateur dépend de l'écart entre la température de l'eau et celle de la pièce. Passer d'une eau à 70 °C à une eau à 45 °C fait perdre plus de la moitié de la puissance. Pour chauffer autant avec de l'eau tiède, condition d'un bon rendement de pompe à chaleur, il faut donc des radiateurs deux à deux fois et demie plus grands.

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   Une batterie à ailettes multiplie la surface

   Le tube d'eau est garni de centaines de fines lamelles métalliques, ce qui offre à l'air une surface d'échange énorme dans un volume minuscule.

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   Le ventilateur force le passage

   Au lieu d'attendre que l'air monte tout seul, on le pousse à travers la batterie. La convection forcée échange cinq à dix fois mieux que la convection naturelle.

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   Conséquence : de l'eau tiède suffit

   On obtient la puissance d'un grand radiateur avec de l'eau à 35 ou 45 °C et un appareil compact. C'est l'émetteur qui s'accorde le mieux avec une pompe à chaleur en rénovation, quand on ne peut pas casser les sols.

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   Il sait aussi faire du froid

   En envoyant de l'eau à 7 ou 12 °C dans la même batterie, il rafraîchit. Mais l'air humide qui touche une surface froide condense : il faut alors un bac à condensats et une évacuation, sans quoi l'eau finit au plafond du voisin du dessous.

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   Ses deux défauts

   Le bruit du ventilateur, même à basse vitesse, et la sensation de courant d'air. Il demande aussi un nettoyage régulier du filtre, faute de quoi le débit s'écroule.

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   L'effet Joule fait la chaleur

   Le courant traverse un fil résistant qui s'échauffe. Toute l'électricité consommée devient de la chaleur, sans exception.

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   L'air circule tout seul

   L'air froid entre par la grille du bas, se réchauffe au contact de la résistance, et ressort très chaud par la grille du haut.

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   Le rendement de 100 % est un piège de vocabulaire

   Il est exact : un kWh d'électricité donne un kWh de chaleur. Mais une pompe à chaleur en rend trois ou quatre avec le même kWh acheté. À confort égal, la facture est donc trois à quatre fois plus élevée.

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   Aucune inertie

   Il chauffe instantanément et s'arrête instantanément, ce qui donne une température qui oscille en permanence autour de la consigne. Comme l'air sort très chaud, il monte au plafond : on a chaud à la tête et froid aux pieds, et les poussières qui brûlent sur la résistance donnent l'odeur caractéristique de l'hiver.

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   Ses cousins plus confortables

   Le panneau rayonnant chauffe une façade qui rayonne vers la pièce, le radiateur à inertie chauffe un bloc de fonte, de céramique ou un fluide, qui restitue lentement. Ils consomment exactement autant, mais le confort n'a rien à voir.

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   Des tubes noyés dans la dalle

   Un serpentin en polyéthylène réticulé ou en multicouche est posé en escargot ou en méandre, tous les 10 à 30 cm, sur un isolant, puis noyé dans la chape.

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   Une surface énorme, donc une eau tiède

   Comme c'est tout le sol qui émet, il suffit d'une eau à 28 ou 35 °C là où un radiateur en demanderait 60. Chaque degré d'eau en moins fait gagner deux à trois points de COP à la pompe à chaleur : c'est là qu'est le vrai gain économique.

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   Un confort particulier

   La réglementation limite la surface du sol à 28 °C. Le profil de température obtenu est le meilleur possible physiologiquement : chaud aux pieds, plus frais à la tête, exactement l'inverse d'un convecteur.

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   Une inertie qu'il faut accepter

   La dalle met plusieurs heures à monter en température, et autant à redescendre. On ne pilote pas un plancher chauffant au thermostat comme un radiateur : on le laisse tourner en régime lent et régulier, et il faut anticiper les changements de météo.

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   En été, on inverse

   On envoie de l'eau à 16 ou 18 °C dans les mêmes tubes. Le gain est de 2 à 4 °C sous la température qu'il ferait sans rien, ce qui est déjà considérable en confort. La limite est absolue : il ne faut jamais descendre sous le point de rosée, sinon la dalle se couvre de condensation et le sol devient glissant. C'est pour cela qu'un plancher rafraîchissant ne remplace pas une climatisation.