Pompe à chaleur: Evaporateur, compresseur, détenteur

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L'industrie des pompes à chaleur se porte bien. Surfant sur la vague environnementale qui commence à guider les achats des français (surtout en matière d'énergie) et pimentant ce contexte avec une démarche commerciale pour le moins offensive, les industriels de la PAC ont multiplié leurs ventes par 4 depuis 2002. Explication d'un tel succès : une énorme communication autour du respect de l'environnement et des économies d'énergie. Un argument qui ne met pas tout le monde au diapason. Mais, avant de rentrer dans le débat, il est indispensable de souligner que toutes les PAC ne se ressemblent pas : certaines pourront couvrir la totalité des besoins de chauffage des habitations quand d'autres exigeront d'être secondées ; certaine puiseront leur énergie dans la terre, d'autres dans l'eau ou dans l'air. Alors ? Toutes les PAC se valent-elles ? Quel appareil choisir et pour quelle utilisation ?

Pomper la chaleur

Loin d'être nouveau, le principe thermodynamique sur lequel reposent les pompes à chaleur existe depuis le début du XXe siècle. S'il a, pendant des décennies, été utilisé pour créer du froid (avec le réfrigérateur), ce processus peut tout aussi bien produire de la chaleur. C'est ce que proposent les pompes à chaleur. Pour ce faire, une source naturelle est exploitée, l'air, l'eau ou encore la terre. La pompe à chaleur vient y puiser de l'énergie sous forme de calories. Il s'agira ensuite de les démultiplier avant de les restituer à l'intérieur de l'habitation. Ce « tour de passe-passe » est rendu possible grâce à un fluide frigorigène et à quatre composants qui le font circuler et changer d'état :

L'évaporateur est un échangeur thermique qui récupère les calories dans l'environnement. Au cours de cette phase, le fluide frigorigène contenu dans les circuits est froid et à l'état liquide. La source (eau, sol, air) qu'il traverse affiche une température plus élevée que celle du fluide. Aussi, à son contact, le frigorigène récupère les calories et, selon le principe d'ébullition, il change d'état et devient gazeux : c'est l'évaporation.

Le compresseur aspire le fluide frigorigène devenu gaz au cours de l'évaporation et le comprime (augmentation de la pression) afin d'élever sa température. On obtient un gaz chaud à pression élevée qui est alors dirigé vers le condenseur. Le condenseur est le second échangeur thermique du système. Son rôle est de restituer les calories puisées. S'y croisent le gaz chaud sorti du compresseur et le réseau contenant le fluide à réchauffer (eau du réseau de chauffage ou air). A ce stade, le gaz va transférer ses calories au fluide. Le fluide devient chaud et circule jusqu'aux diffuseurs de chaleur de la maison tandis que le gaz, refroidi, retourne à l'état liquide : il condense.

Le détenteur a pour fonction de faire baisser la pression du fluide frigorigène dont la température diminue encore par cette action. A la sortie du détenteur, la température est donc inférieure à la température de la source. Et le fluide peut retourner capter les calories à l'extérieur.

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Source ADEME (cliquer sur l'image pour agrandir)

Partant de ce schéma de fonctionnement, les circuits (et les fluides) d'une pompe à chaleur peuvent varier. Il existe ainsi des PAC à détente directe, ne comportant qu'un seul circuit où le même fluide parcourt capteurs, pompes et émetteurs (elles réclament donc beaucoup de fluide frigorigène). Les PAC mixtes, elles, comptent deux circuits : un reliant les capteurs à la pompe où circule le fluide frigorigène et un pour les émetteurs où circule de l'eau chaude. Enfin, certaines PAC comportent trois circuits : celui des capteurs où circule de l'eau additionnée d'antigel, celui de la pompe où circule le fluide frigorigène et celui des émetteurs où circule de l'eau chaude. On parle alors de PAC à fluides intermédiaires.