Fonctionnement de la PAC géothermique

La pompe à chaleur (PAC) géothermique est aussi appelée pompe à chaleur "eau- eau" : le principe consiste à récupérer les calories de la terre avec un circuit d’eau enterré pour alimenter un second circuit d’eau chaude dans des radiateurs ou planchers chauffants à l’intérieur du logement. La PAC géothermique génère des réductions d’émissions de CO2 et des économies d’énergie.

Fonctionnement détaillé de la PAC géothermique

Vous avez certainement déjà gonflé vos pneus de vélo avec une pompe, et ressenti de la chaleur dans votre main. Votre pompe à chaleur géothermique fonctionne de la même manière. C’est cette chaleur qui est envoyée dans le logement plutôt que dans votre main.

Plus d’air dans la pompe, mais un fluide favorisant des échanges de calories. C’est le fluide caloporteur, ou réfrigérant. Quant à vous, vous êtes remplacé (ouf !) par un compresseur. C’est un petit moteur électrique, qui comprime le fluide réfrigérant.

Quand il est comprimé, le fluide réfrigérant se met à chauffer en passant sous forme de vapeur haute pression à 80 °C. La chaleur du liquide caloporteur est transmise à un circuit d’eau (60 °C) qui alimente les radiateurs ou les planchers chauffants de la maison (on parle de chauffage basse température, car ces radiateurs et planchers
chauffants fonctionnent avec une eau comprise entre 45 et 55 ° C). Cet échange de chaleur entre le liquide réfrigérant et le circuit d’eau intérieur se fait dans l’unité intérieure de la pompe à chaleur géothermique, que l’on appelle l’échangeur intérieur.

À la sortie de l’échangeur intérieur, le fluide caloporteur est décomprimé (cela s’appelle une détente) afin de pouvoir ensuite le re-comprimer dans le compresseur pour recréer de la chaleur. Si le fluide n’était pas détendu, il ne pourrait pas être renvoyé dans le compresseur à nouveau pour être comprimé. En renouvelant ce cycle thermodynamique compression-détente la pompe à chaleur géothermique produit une énergie de chauffage efficace et bon marché.

Quand le fluide réfrigérant est détendu, il se refroidit, et sa température baisse à 5°C. Si, au lieu de renvoyer un fluide froid à 5°C dans le compresseur, on envoie le liquide à 10°C, alors la compression génère plus de chaleur, utile au chauffage de l’habitation. Ce passage de 5°C à 10°C est rendu possible grâce à la chaleur de la terre que l’on récupère gratuitement.

Pour cela un deuxième circuit d’eau est installé dans la terre, soit horizontalement dans le jardin, soit verticalement, par forage jusqu’à des profondeurs importantes (souvent plus de 100 m de profondeur). La terre chauffe l’eau de ce circuit, qui à son tour transmet cette chaleur au fluide caloporteur, par l’intermédiaire de l’échangeur extérieur de la pompe à chaleur. Le forage vertical profond, plus cher que la disposition horizontale, permet souvent de traverser des nappes d’eau souterraines (nappes phréatiques). Ces nappes d’eau réchauffent mieux le circuit externe de la pompe à chaleur que la terre elle-même car l’eau est aussi un fluide caloporteur performant. De ce fait, le rendement par forage vertical est souvent meilleur que pour une disposition horizontale.

L’avantage de la géothermie par rapport aux échangeurs à air des pompes à chaleur air-eau ou air-air, réside dans le fait que la température de la terre en profondeur, ne varie pas beaucoup en fonction de la température extérieure. Ainsi, même si la température ambiante extérieure descend sous zéro degré, la terre peut continuer à chauffer le circuit d’eau de la pompe à chaleur. De ce fait, les coefficients de performance (COP) des pompes à chaleur géothermiques sont bien supérieurs à ceux des autres pompes à chaleur air-eau ou air-air.

Zéro émission de CO2 avec une PAC géothermique

La pompe à chaleur géothermique, ou pompe à chaleur eau-eau, utilise deux sources d'énergie : la chaleur de la terre, qui ne produit pas de CO2, et l’électricité. L’électricité sert à alimenter le compresseur et les pompes qui font circuler le réfrigérant et l’eau dans les circuits extérieur et intérieur.

Les émissions de CO2 de cette consommation électrique sont prises en charge par les producteurs d’électricité, car ils sont soumis aux quotas de CO2. Par conséquent, pour ne pas compter deux fois ces émissions, ce sont eux qui comptabilisent ces émissions de CO2. C'est pourquoi nous vous versons sur votre Compte CO2 l'intégralité des émissions évitées.

Pour être plus exhaustif, un kWh produit en France émet en moyenne 84 g de CO2. C’est une valeur très faible, surtout par comparaison avec nos voisins européens. Une maison de 130 m2 chauffée par pompe à chaleur géothermique émet entre 350 et 1 400 kg de CO2, en fonction de son isolation thermique et de sa situation géographique. La même maison chauffée au fioul, émet entre 3 700 et 18 000 kg de CO2, soit onze fois plus !

Et si vous avez installé votre pompe à chaleur géothermique après 2011, vous pouvez déjà recevoir votre prime carbone sur votre compte carbone.

Coefficient de Performance (COP) de la pompe à chaleur géothermique et économies d’énergie

Une caractéristique fondamentale d’une pompe à chaleur géothermique est le coefficient de performance, ou COP. Plus cette valeur est élevée, meilleure est la performance de votre PAC, et plus faibles seront vos factures d’énergie. Le coefficient de performance donne pour la quantité d’électricité consommée, la quantité de chaleur qui sera produite.

Le COP d’une pompe à chaleur eau-eau ne doit pas être inférieur à 3,6, et se situe plutôt entre 4 et 5, ce qui veut dire que la pompe à chaleur géothermique produit entre jusqu’à 5 kWh de chaleur, utile au chauffage de la maison, qu’avec un seul kWh d’électricité. Généralement, les autres solutions de chauffage produisent 1 kWh de chaleur avec 1 kWh d’énergie (chauffage fioul ou gaz par exemple). La pompe à chaleur géothermique vous permet donc de réaliser des économies d’énergie, et donc de diviser de votre facture de chauffage par 3 ou plus.

Chaud dedans : diffusion de la chaleur à l’intérieur du logement

La chaleur produite par la pompe à chaleur géothermique est récupérée par le circuit d’eau chaude qui circule dans la maison.

Ce circuit d’eau chaude peut alimenter des radiateurs basse-température, ou un plancher chauffant, ou les deux à la fois. Par exemple, le plancher chauffant fonctionne très bien avec du carrelage, mais moins efficacement avec un plancher en bois puisque le bois conduit moins bien la chaleur. Dans les pièces où un plancher est préféré au carrelage (des chambres) le chauffage est donc plutôt assuré par les radiateurs, tandis que dans les pièces à vivre (salon, cuisine), le chauffage est assuré par un plancher chauffant. C’est un avantage esthétique certain, qui s’ajoute au confort de pouvoir marcher pieds nus sur une surface tiède.

Si vous n'êtes toujours pas rassasiés par ces informations, vous pouvez consulter le site de l'Ademe sur les PAC géothermiques.

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