Comment fonctionne une PAC ? Le Guide Complet

Vous entendez souvent parler des pompes à chaleur, mais vous ne savez pas vraiment comment elles fonctionnent ? Bonne nouvelle : ce système ingénieux ne produit pas la chaleur, il la transfère depuis la nature vers votre maison. Dans cet article, on vous explique simplement comment ça marche, étape par étape.

Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur ?

Une pompe à chaleur (PAC) est un système de chauffage qui n’utilise pas de combustion pour produire de la chaleur. Au lieu de cela, elle transfère les calories présentes naturellement dans l’air, le sol ou l’eau vers l’intérieur du logement.

C’est le même principe qu’un réfrigérateur… mais inversé : au lieu d’évacuer la chaleur, elle l’apporte dans votre habitation.

Les 3 sources d’énergie possibles

Une pompe à chaleur peut capter la chaleur à partir de différentes sources naturelles :

• L’air : extérieur (PAC air-air ou air-eau), disponible partout
  
• Le sol : via des capteurs enterrés (PAC sol-eau ou géothermique)
  
• L’eau : via une nappe phréatique ou une rivière (PAC eau-eau)
  

Ces sources sont gratuites, renouvelables et disponibles toute l’année, même en hiver.

Les 3 éléments clés d’une PAC

Chaque pompe à chaleur est constituée de composants qui assurent le cycle thermodynamique :

• L’évaporateur : il capte la chaleur depuis la source (air, sol ou eau)
  
• Le compresseur : il augmente la température du fluide frigorigène en le comprimant
  
• Le condenseur : il transfère la chaleur au circuit de chauffage de la maison
  

À cela s’ajoute un détendeur, qui fait baisser la pression du fluide pour recommencer le cycle.

Étapes du cycle thermodynamique

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur repose sur un cycle fermé dans lequel un fluide frigorigène circule en continu. Ce fluide change d’état (liquide/gaz) pour capter et restituer la chaleur. Voici les 4 grandes étapes de ce cycle :

1. Captation de la chaleur

Le fluide frigorigène entre d’abord dans l’évaporateur.
Au contact de la source (air, sol ou eau), il capte des calories et s’évapore à basse température. Même à –5 °C dehors, il peut extraire de la chaleur !

💡 Ce phénomène est possible car les fluides frigorigènes ont un point d’ébullition très bas.

2. Compression du fluide

Le gaz frigorigène est ensuite aspiré et comprimé par le compresseur.
En augmentant la pression, la température du fluide monte fortement (parfois jusqu’à 60 °C).

⚡ Cette étape est la seule qui consomme de l’électricité, d’où l’intérêt d’un bon rendement (COP élevé).

3. Restitution de la chaleur

Le fluide chaud passe ensuite dans le condenseur.
Il cède sa chaleur au circuit de chauffage (eau pour radiateurs ou air pour ventilo-convecteurs), et redevient liquide au contact d’un fluide plus froid.

🔁 C’est cette chaleur restituée qui chauffe votre maison ou votre eau chaude sanitaire.

4. Détente et redémarrage du cycle

Le fluide passe enfin par un détendeur qui fait chuter sa pression et sa température.
Il redevient capable de capter à nouveau de la chaleur… et le cycle recommence.

Les différents types de pompes à chaleur et leur fonctionnement spécifique

Toutes les pompes à chaleur reposent sur le même principe de transfert de chaleur, mais leur fonctionnement varie selon la source utilisée et la manière dont la chaleur est diffusée dans le logement.

Pompe à chaleur air-air

• Source : capte les calories de l’air extérieur
  
• Diffusion : restitue la chaleur dans l’air intérieur via des unités murales (ventilo-convecteurs)
  
• Fonctionnement : souvent réversible (chauffe en hiver, rafraîchit en été)
  

💡 Idéale pour les appartements ou petits logements sans circuit de chauffage central.

Pompe à chaleur air-eau

• Source : puise l’énergie dans l’air extérieur
  
• Diffusion : chauffe de l’eau envoyée vers des radiateurs ou un plancher chauffant
  
• Option : peut aussi produire de l’eau chaude sanitaire (ECS)
  

💡 C’est la PAC la plus utilisée pour remplacer une chaudière classique.

Pompe à chaleur sol-eau (géothermique)

• Source : puise la chaleur dans le sol via des capteurs enterrés (horizontaux ou verticaux)
  
• Diffusion : alimente un circuit de chauffage central
  
• Fonctionnement : très stable, rendement élevé toute l’année
  

💡 Nécessite un jardin ou un terrain disponible pour l’installation des capteurs.

Pompe à chaleur eau-eau

• Source : exploite la chaleur d’une nappe phréatique ou d’un plan d’eau souterrain
  
• Diffusion : comme une PAC sol-eau, elle chauffe l’eau du circuit de chauffage
  
• Rendement : excellent, mais dépend des conditions hydrogéologiques
  

💡 Un forage et une autorisation sont souvent nécessaires, notamment à Bruxelles.

Pompe à chaleur hybride

• Source : associe une pompe à chaleur (généralement air-eau) à une chaudière gaz à condensation
  
• Fonctionnement : la PAC assure le chauffage principal, et la chaudière prend le relais par grand froid
  
• Avantage : solution de transition idéale, surtout dans les maisons avec radiateurs haute température
  

💡 Le système choisit automatiquement l’énergie la plus rentable selon la température extérieure.

Pompe à chaleur haute température

• Source : air, sol ou eau selon le modèle
  
• Fonctionnement : capable de produire de l’eau à 60–70 °C, ce qui permet de conserver les anciens radiateurs
  
• Particularité : consomme plus qu’une PAC basse température, mais reste bien plus économe qu’une chaudière classique
  

💡 Parfait pour les rénovations où le remplacement des émetteurs n’est pas envisageable.

Comment marche une PAC en fonction des saisons ?

Une pompe à chaleur est conçue pour s’adapter aux besoins thermiques du logement tout au long de l’année. Certaines fonctionnent uniquement en mode chauffage, d’autres sont réversibles et peuvent aussi rafraîchir.

En hiver : priorité au chauffage

Lorsqu’il fait froid, la pompe à chaleur capte les calories dans l’air, le sol ou l’eau pour chauffer l’intérieur du bâtiment.
Même si l’air extérieur est à –5 °C, il contient encore suffisamment d’énergie pour être exploité par une PAC performante.

✅ Les modèles récents restent efficaces jusqu’à –15 °C (voire au-delà pour les PAC géothermiques).

En été : mode rafraîchissement (PAC réversibles)

Certaines PAC, notamment air-air et air-eau, sont réversibles. Elles peuvent inverser leur cycle pour évacuer la chaleur intérieure vers l’extérieur, comme une climatisation.

💡 Cela permet d’améliorer le confort en été sans installer un système de climatisation séparé.

Mi-saison : régulation automatique

Au printemps ou à l’automne, la PAC module automatiquement sa puissance en fonction des besoins.
Grâce à un thermostat ou à une régulation intelligente, elle évite les surchauffes inutiles et maintient une température stable avec une consommation réduite.

Quels sont les éléments qui influencent le bon fonctionnement ?

Pour que votre pompe à chaleur fonctionne efficacement, plusieurs facteurs doivent être pris en compte dès l’installation. Ces éléments jouent un rôle direct sur les performances, la consommation et la durabilité de votre système.

Le dimensionnement de l’installation

Une pompe à chaleur doit être adaptée à la taille et aux besoins thermiques du bâtiment.
Trop petite, elle tournera en permanence. Trop puissante, elle s’usera plus vite et consommera inutilement.

✅ Un professionnel doit réaliser une étude thermique pour bien dimensionner la PAC.

L’isolation du logement

Plus votre logement est bien isolé, moins la pompe à chaleur devra fournir d’efforts.
Les pertes de chaleur par les murs, les fenêtres ou la toiture peuvent faire chuter le rendement.

💡 Avant d’installer une PAC, mieux vaut investir dans l’isolation : c’est souvent plus rentable.

Le type d’émetteurs de chaleur

Le rendement est optimal avec des systèmes de basse température comme les planchers chauffants ou les radiateurs spécifiques.

• Radiateurs classiques : moins efficaces, surtout avec une PAC basse température
  
• Ventilo-convecteurs : utiles pour les PAC air-air
  
• Plancher chauffant : idéal avec les PAC air-eau ou géothermiques
  

L’entretien régulier

Une pompe à chaleur nécessite peu d’entretien, mais un contrôle annuel est fortement recommandé.

• Nettoyage des filtres, vérification du circuit, contrôle du fluide frigorigène
  
• Permet d’assurer des performances constantes et de prolonger la durée de vie
  

🔧 En Belgique, un entretien annuel peut être obligatoire pour certaines PAC contenant du fluide frigorigène.

FAQ sur le fonctionnement des pompes à chaleur

Une pompe à chaleur fonctionne-t-elle par très grand froid ?

Oui, surtout les modèles récents. Une PAC air-eau performante peut fonctionner jusqu’à –15 °C, et une PAC géothermique ou eau-eau garde un excellent rendement même par temps très froid, car la température du sol ou de l’eau reste relativement stable.

Est-ce que toutes les PAC peuvent produire de l’eau chaude sanitaire ?

Non. Seules certaines pompes à chaleur, comme les air-eau, sol-eau ou eau-eau, peuvent produire de l’eau chaude. Il faut souvent ajouter un ballon thermodynamique ou un module ECS dédié.

Faut-il un chauffage d’appoint avec une pompe à chaleur ?

Pas toujours. Si l’installation est bien dimensionnée et que la maison est bien isolée, la PAC suffit. Un chauffage d’appoint peut toutefois être utile en cas de grand froid ou dans les systèmes hybrides (PAC + chaudière).

Quelle est la différence entre une PAC réversible et une climatisation ?

Une PAC réversible fonctionne comme une climatisation, mais avec une fonction chauffage en plus. Elle peut chauffer en hiver et rafraîchir en été en inversant le cycle thermodynamique.

Est-ce qu’une pompe à chaleur est bruyante ?

Les PAC air-air ou air-eau peuvent produire un léger bruit au niveau de l’unité extérieure (comme un ventilateur). Toutefois, les modèles récents sont beaucoup plus silencieux et respectent les normes acoustiques en vigueur, surtout en milieu urbain.