Principe de la pompe à chaleur géothermique

La pompe à chaleur (PAC) géothermique permet de capter la chaleur emmagasinée dans le sol  et de la transformer pour chauffer des pavillons individuels.
La température de ces terrains  variant de 10 à 15°C, il est nécessaire d’installer un système thermodynamique pour relever le niveau de température : la pompe à chaleur. Cet appareil fonctionne sur le même principe qu’un réfrigérateur, mais produit l’effet inverse : de la chaleur !

L’installation d’une PAC géothermique comporte :

• Soit des capteurs horizontaux : le circuit est constitué de tubes en boucle, enterrés à faible profondeur entre 0,60 et 1,20 mètre, sur une surface devant représenter entre 1,5 et  2 fois la surface à chauffer.  Le fluide frigorigène y circule .

Pour des capteurs horizontaux, le terrain devra être de 200 M2 minimum. Un sol rocheux, des arbres avec racine sont des obstacles à leur installation.

• Soit des capteurs verticaux : le circuit est composé de 2 tubes de 75 mètres (sondes géothermiques), distants de 10m et  reliés entre eux en formant une boucle. Son avantage sur les capteurs horizontaux est la faible surface qu’il requiert.

• La pompe à chaleur est constituée, dans l’ordre du cycle, d’un évaporateur permettant l’évaporation du fluide frigorigène grâce à la chaleur captée, d’un compresseur aspirant le fluide vaporisé et en en élevant la température , d’un condensateur faisant revenu le fluide à l’état liquide, et d’un détendeur rabaissant la pression du liquide frigorigène.  C’est après l’élévation de la température que le fluide transmet sa chaleur directement à l’air à chauffer ou à l’eau du circuit de chauffage. Elle permet d’alimenter un réseau de chauffage comme un plancher chauffant basse température, des ventilo-convecteurs à eau, ou des radiateurs basse température.

Pompe à chaleur réversible

Elle peut  assurer non seulement la production de chaleur en hiver, mais aussi la production de froid en été.
Elle est dans ce cas équipée d’un dispositif permettant d’inverser le cycle du fluide frigorigène. Le condenseur devient l’évaporateur de la pompe, l’évaporateur devient condenseur : la PAC puise alors des calories dans le logement pour les rejeter à l’extérieur (dans les capteurs enterrés).

La production d’eau chaude sanitaire
Certains modèles permettent de chauffer l’eau d’un ballon en récupérant une partie de la chaleur du fluide frigorigène à l’aide d’un échangeur de chaleur. Cette fonction n’est assurée que pendant la période de chauffage de l’habitation. En dehors de cette période, une résistance électrique placée dans le ballon prend le relais.

L’installation de pompe à chaleur nécessite l’intervention d’entreprises spécialisées. Elles doivent avoir la qualification QualiPAC, appellation de confiance délivrée par l’AFPAC (Association Française pour les Pompes à Chaleur).

Cette certification engage l’entreprise à respecter une charte qualité afin de fournir auprès des particuliers une offre de qualité, tant pour le matériel proposé que pour sa pose, et incluant notamment des prestations de bilan thermique, de suivi de dossier, et d’informations sur les aides fiscales et financières.

Caractéristiques

Les différents différents procédés de pompes à chaleur.

La principale différence tient à la nature des fluides circulant dans les capteurs et les émetteurs de chauffage, et donc à la technologie des PAC utilisées.

• Le procédé à détente directe

Le fluide frigorigène circule dans les capteurs et le plancher chauffant. Les constructeurs parlent alors de PAC sol / sol. Ce procédé n’est utilisable qu’avec des capteurs horizontaux.

• Le procédé avec fluide intermédiaire

De l’eau additionnée d’antigel circule dans les capteurs et de l’eau circule dans les émetteurs de chauffage. Le fluide frigorigène reste confiné dans la PAC. On parle de PAC de type eau glycolée / eau. Le procédé est utilisable en capteurs horizontaux ou verticaux.

• Le moyen terme ou procédé mixte

Le fluide frigorigène de la PAC circule dans les capteurs et de l’eau circule dans les émetteurs de chauffage. Les PAC sont de type sol / eau. Ce procédé n’est utilisable qu’avec des capteurs horizontaux.

Caractéristiques techniques d’une pompe à chaleur

Le COP : Coefficient de Performance de la pompe à chaleur

Le COP représente le nombre de kWh de chaleur produits, pour 1 kWh d’électricité consommée.

COP = (Quantité de chaleur produite) / (Quantité d’électricité consommée), sans unité.

Le COP d’une pompe à chaleur (PAC) géothermique se situe le plus souvent entre 3 et 4.

La puissance calorifique : capacité de production de chaleur

La puissance calorifique (en kW) représente la capacité de production de chaleur de la pompe à chaleur (PAC). Elle doit être calculée précisément par l’installateur pour éviter le sous-dimensionnement (maison pas assez chauffée) ou le surdimensionnement (maison assez chauffée mais surconsommation d’électricité).

Les puissances des pompes à chaleur (PAC) géothermique se situent le plus souvent entre 5 et 20 kW.

Coût d’installation des PAC

La pompe à chaleur (PAC) géothermique est plus chère à l’achat que les systèmes classique (chaudières au gaz ou au fuel, chauffage électrique…). L’ADEME indique le prix d’achat indicatif suivant :

- Prix pour une pompe à chaleur sur capteurs horizontaux : 85 € TTC à 135 € TTC par m² chauffé
- Prix pour une pompe à chaleur à capteurs verticaux : 145 € à 185 € TTC par m² chauffé

(Source : ADEME – Guide pratique “Les pompes à chaleur”)