Les pompes à chaleur air-eau

Les PAC air-eau fonctionnent à l'électricité. Elles puisent la chaleur de l’air extérieur pour l’amener à l’intérieur de l’habitation via le circuit d’eau du chauffage central. Le système s’avère donc intéressant puisqu’il permet de valoriser une énergie gratuite et locale. Le revers de la médaille reste que les performances du chauffage sont variables mais cette limite est rarement évoquée dans les discours commerciaux. Conseils Thermiques fait le point sur les éléments à considérer avant d’envisager un projet de pompe à chaleur air-eau.


pompe à chaleur Air Eau

Fonctionnement de la pompe à chaleur air-eau

Principe : La PAC air-eau prélève de l'énergie dans l’air extérieur (source froide) et augmente son niveau de température. Elle restitue ensuite de la chaleur au circuit de chauffage central (source chaude).

fonctionnement pompe a chaleur air eau

Fonctionnement de pompe à chaleur air-eau (Induscabel.be)

Composants : Pour réaliser ce cycle, la pompe à chaleur est composée le plus souvent de deux unités. Un groupe extérieur chargé de capter et de valoriser les calories de l’air. On y trouve généralement le détendeur, l’évaporateur et le compresseur.

composants pompe a chaleur air eau

Composants principaux d’une pompe à chaleur air-eau (Viessmann)

Un groupe intérieur qui transmet l’énergie au chauffage grâce à un condenseur. Les deux unités sont reliées entre elles par des liaisons frigorifiques.

principe pompe à chaleur Air EauFonctionnement : Le fluide frigorigène qui circule en circuit fermé entre les deux unités va successivement changer d’états selon les composants qu’il traverse. C’est ce qui permet une élévation de la température entre la source froide et la source chaude :

  1. Evaporateur : Le fluide se vaporise sous l’effet de la chaleur de l’air extérieur.
  2. Compresseur : La pression du fluide augmente ce qui élève sa température.
  3. Condenseur : Le fluide se condense. L’énergie libérée est captée par le circuit de chauffage.
  4. Détendeur : La pression du liquide diminue et sa température s'abaisse.

Consommation d’électricité : Ce cycle thermodynamique consomme de l’électricité nécessaire au fonctionnement des composants. Mais en définitive, la pompe à chaleur produit plus d’énergie qu’elle n’en consomme, c’est tout l’intérêt du système.

Performances des pompes à chaleur air-eau

Coefficient de performance (COP) : Le COP traduit l’efficacité de la pompe à chaleur pour une température donnée. Ainsi, un COP de 4 signifie que la pompe à chaleur produit 4 kW pour 1 kW. On trouve aussi parfois le SCOP (coefficient de performance saisonnier) qui est mesuré sur toute une saison de chauffe. Mais prudence, ces indicateurs ne reflètent pas les performances réelles de la pompe à chaleur air-eau. Ils sont cependant utiles pour comparer les produits entre eux.

Il n’est pourtant pas rare de voir des tournures marketing qui laissent rêveur : « C'est magique, pour 1 kW consommé, la PAC peut restituer jusqu’à 5 kW ! ». Il convient cependant de tempérer cette part « d’énergie gratuite » car la réalité est plus nuancée. Prenons un exemple concret avec une PAC air-eau de 10 kW dont voici les caractéristiques techniques :


Pl. chauffant - 35 °CRadiateur - 45°CRadiateur - 55°C
COP à +7°C4.02100%3.2781%2.4561%
COP à –7°C2.4962 %250%1.6942%
Puissance à +7°C10 kW100 %8.3 kW83%7 kW70%
Puissance à –7°C7.4 kW74%7.4 kW74%7 kW70%
Appoint en optionDe 3 à 6 kW

Climat : On constate d’abord qu’une pompe à chaleur air-eau est plus adaptée lorsque la température extérieure est clémente. Pour une installation sur plancher chauffant, on perd par exemple 38% d’efficacité entre +7 et -7°C. Ce système est donc plutôt à éviter en zone H1 où le climat est rigoureux. Dans ces régions, on étudiera en premier lieu la possibilité d’une chaudière à granulés ou au gaz.

performances pompe a chaleur air eau

La PAC air-eau est d’autant plus performante que les températures sont douces et les émetteurs à basse température.

Emetteurs de chaleur : On remarque ensuite qu’une pompe à chaleur air-eau est bien plus efficace sur un plancher chauffant (35°C) que sur un radiateur haute température (55°C). Cela s’explique car la différence de température entre la source froide (l’air) et la source chaude (le chauffage) est plus faible. A 7°C, le COP est de 4.02 pour le plancher chauffant et de 2.45 pour le radiateur standard soit une baisse de 39%.

Puissance dégressive : On note enfin que la puissance délivrée par la pompe à chaleur baisse lorsqu’il fait plus froid. Paradoxalement, c’est à ce moment que les besoins de l’habitation sont les plus importants. Un appoint est donc le plus souvent nécessaire et l'est toujours si la PAC produit de l’eau chaude sanitaire. Le « point de bivalence » définit la température à partir de laquelle cet appoint est requis :

dimensionnement pompe a chaleur air eau

En bleu : La PAC perd de sa puissance avec la baisse des températures extérieures.
En rouge : A l’inverse, les besoins de chaleur de la maison augmentent.
En vert : Un appoint est nécessaire en deçà du point de bivalence.

Appoint : L’appoint peut être assuré par une résistance électrique. Cela induit un coût de fonctionnement élevé pour l’appoint quand les conditions météorologiques se dégradent.

En rénovation, on peut également conserver une ancienne chaudière qui peut fonctionner de façon ponctuelle. On parle alors de « chaudière en relève de PAC » ou de « mode bivalent ». Les intérêts sont les suivants : limiter le coût de l'appoint (par rapport à une résistance électrique), éviter de surdimensionner la PAC, avoir une solution de secours.

pompe a chaleur air eau en relève de chaudière

Dans cette rénovation, l’ancienne chaudière fioul assure un appoint plus économique qu’une résistance électrique.

Que retenir ? Il est très difficile d’obtenir des chiffres fiables sur les performances in situ d’une pompe à chaleur air-eau car on peut faire dire « ce qu’on veut » au COP du fait de sa nature variable. Il est d’ailleurs bien souvent donné dans les meilleures conditions possibles.

Pour avoir une idée globale, on peut raisonnablement retenir qu’une PAC air-eau aura le plus souvent un COP compris entre 2.5 et 3.

Les différents types de pompes à chaleur air-eau

On distingue les pompes à chaleur dites « basse température » et celles dites « haute température ».

Pompe à chaleur basse température : Une PAC air-eau basse température pourra alimenter des émetteurs de chaleur basse température c’est-à-dire les planchers chauffants (35°C) et les radiateurs basse température (45°C).

radiateurs à eau basse et haute température

Les radiateurs basse température (à gauche) ont une surface d’échange supérieure aux radiateurs classiques.

Pompe à chaleur haute température : Une PAC air-eau haute température convient pour des radiateurs haute température (55 à 70°C) mais aussi pour chauffer l’eau chaude sanitaire.

Comment choisir ? Sur une installation neuve, on partira généralement sur une PAC basse température car les performances sont meilleures et les besoins sont faibles. Cela permet d'utiliser des émetteurs basse température.

installation pompe a chaleur air eau maison neuve

Installation d’une PAC air-eau basse température dans une maison neuve – Ets Jourdan Crespin

Dans le cas d’une rénovation, il faut étudier la possibilité de faire fonctionner les radiateurs existants à basse température. C’est souvent le cas si ceux-ci sont surdimensionnés et/ou que la maison a bénéficié d'une rénovation énergétique. Sinon, on peut envisager le changement des émetteurs ou s’orienter sur un modèle de PAC haute température.

Dimensionnement des pompes à chaleur air-eau

Le bon dimensionnement d’une PAC air-eau est LE critère déterminant d’une installation réussie.

Etude thermique obligatoire : Le professionnel doit impérativement se déplacer au domicile pour effectuer une visite technique rigoureuse. Il doit calculer le volume de la maison, les déperditions, le volume d’eau du circuit de chauffage, la taille des radiateurs dans chaque pièce. Il pourra ainsi déterminer la température de fonctionnement des chauffages et choisir une PAC en conséquence.

Sous-dimensionnement : En cas de sous-dimensionnement, la pompe à chaleur air-eau ne pourra pas assurer le chauffage de la maison pendant les jours les plus froids de l’hiver qui causera une sensation de froid pour les occupants.

remplacement chaudière fioul par pompe a chaleur air eau

Remplacement d’une chaudière fioul par une PAC air-eau de 11 kW (Breizh Energie Systèmes).

Surdimensionnement : En cas de surdimensionnement, le coût de l’installation augmente sensiblement et le compresseur est très sollicité par des cycles marche arrêts fréquents. Cela entraîne une usure prématurée (coût d’entretien élevé) et des consommations électriques inutiles.

Isolation avant tout changement de chauffage : Avant de changer votre chauffage (quel qu’il soit), il convient d’abord de renforcer l’isolation du logement. Cela permet de réduire durablement sa facture de chauffage et de choisir par la suite une pompe à chaleur moins puissante. Elle sera à la fois mieux adaptée aux nouveaux besoins et moins chère.

Confort de la pompe à chaleur air-eau

En hiver : Le chauffage central apporte généralement un bon confort en diffusant une part de la chaleur par convection (chauffage de l’air) et par rayonnement (chauffage direct des corps et des parois). Le plancher chauffant et les radiateurs basse température offriront un confort supérieur par rapport aux radiateurs classiques car leur température de fonctionnement est plus proche de celle de l’air.

installation plancher chauffant

Le plancher chauffant est un émetteur très confortable mais sa mise en place nécessite des travaux importants en rénovation.

En été : Les pompes à chaleur air-eau peuvent aussi contribuer au confort d’été si elles sont dotées d’une fonction de rafraîchissement (en option). Il s’agit d’inverser le cycle de la PAC pour capter la chaleur dans le logement puis la rejeter dehors. Cela concerne uniquement les planchers chauffants. On peut ainsi atteindre un abaissement de la température entre 3 et 4°C. Une régulation est nécessaire afin que la température du plancher chauffant ne descende pas trop bas par rapport à celle de l’air ambiant (risque de condensation).

pompe à chaleur Air Eau inverterTechnologie Inverter : Vous trouverez probablement le terme « Inverter » sur des documentations commerciales de pompes à chaleur air-eau. Il désigne la régulation du compresseur qui est capable de faire varier sa vitesse pour moduler la puissance de la PAC (par opposition à une régulation « tout ou rien »). En pratique, cela se traduit par des températures plus homogènes et un confort accru. Cette technologie augmente également la durée de vie du composant qui démarre moins fréquemment et limite ses consommations électriques par la même occasion. La technologie inverter est aujourd'hui le standard et seuls quelques produits bas de gamme ne le proposent pas.

Bruit des pompes à chaleur air-eau

Une PAC peut s’avérer bruyante pour les habitants et pour le voisinage si l’installation n’est pas optimisée. L’AFPAC (Association Française pour la Pompe à Chaleur) a défini des règles précises en ce sens. On retient notamment que l’unité extérieure devra être positionnée loin des fenêtres, sur un support anti-vibratile massif, dans un lieu dégagé pour éviter la réverbération et avec une ventilation qui n’est pas dirigée vers les voisins.

bruit pompe a chaleur air eau

Lorsqu’il n’est pas possible de respecter toutes ces conditions, un écran antibruit doit être envisagé. Dans tous les cas, il est préférable d’avertir ses voisins pour éviter de créer des tensions inutiles.

Entretien et dépannage des pompes à chaleur air-eau

Entretien : L’entretien quotidien se limite à un dépoussiérage de l’unité extérieure ce qui en fait un système très peu contraignant. Tous les ans, un entretien doit être réalisé par un professionnel qualifié pour contrôler l’état du circuit frigorifique.

Fiabilité : L’Agence Qualité Construction pointe une fiabilité relative des pompes à chaleur en indiquant que « les compresseurs et les cartes électroniques semblent être des composants relativement fragiles par rapport à d’autres appareils. ».

Les pannes peuvent également être aggravées par une installation incorrecte (une unité extérieure installée dans un vide sanitaire et qui ne peut pas se refroidir correctement par exemple), par un mauvais dimensionnement (sur-sollicitation du compresseur) ou par un réseau électrique de mauvaise qualité (coupures, micro-coupures, chute de tension).

dépannage pompe a chaleur air eau

Entretien et dépannage d’une pompe à chaleur air-eau (Ets A.M.E - Ouaddah Meghazi)

De plus, l’agence note que « la majorité des composants de la pompe à chaleur ne sont pas réparables » ce qui induit des coûts de maintenance élevés (changement de toute une unité), 1705€ TTC en moyenne selon l’étude.

Garantie : Les pompes à chaleur sont le plus souvent garanties 2 ans. Une extension de garantie à 5 ans peut être proposée sur le compresseur pour un coût d’environ 250€ HT ou en contrepartie d’un contrat de maintenance. On trouve aussi des extensions de garantie concernant tout le système. Comptez entre 300 et 500€ HT selon la durée de la garantie (5 à 7 ans).

Bilan environnemental des pompes à chaleur air-eau

Intérêt environnemental : La PAC utilise de l’électricité pour fonctionner. On considère qu’il faut produire 2.58 kWh d’électricité (au niveau des centrales) pour en consommer 1 kWh (dans la maison). Il y a donc un bénéfice environnemental pour la PAC lorsque son COP est supérieur à 2.58.

Gaz à effet de serre : Le fluide frigorigène qui circule dans la pompe à chaleur possède généralement un fort Pouvoir de Réchauffement Global (PRG). Le taux de fuite se situe autour de 2% par an et 5% en fin de vie :

FluidePRGExemple
CO21Concrètement, cela signifie
qu’1 kg de R410a rejeté a le même
pouvoir de réchauffement que 2088 kg de Co2.
Les fluides avec un PRG > 750 seront interdits
dès 2025 (réglementation européenne).
R2903
R32675
R134a1 430
R410a2088

On préférera donc une PAC utilisant du R32 qui a un PRG 3 fois inférieur au R410a. Tous les ans, il faut faire vérifier la bonne étanchéité du circuit frigorifique par un professionnel. Même chose en fin de vie où le fluide devra être collecté pour être traité ou détruit.

fluide r32 pompe à chaleur Air EauQue retenir ? Malgré ces contraintes, l’institut Negawatt a calculé qu’une PAC utilisant un fluide avec un fort PRG (type R410a) émettait moins de CO2 qu’une chaudière gaz, de l’ordre de 4 fois moins selon les hypothèses choisies.

On peut retenir qu’il y a bien un intérêt environnemental pour la PAC air-eau qui se situe entre la chaudière à granulés ou à bûches (énergie renouvelable et faiblement émettrice de CO2) et la chaudière gaz (énergie fossile).

Prix des pompes à chaleur air-eau

Prix : Le prix moyen d’une pompe à chaleur air-eau installée par un professionnel est de 12 500€ TTC. Comme le système est performant, il est éligible aux aides financières ce qui fait que le reste à charge se situe plutôt entre 4 000 et 10 000€ TTC selon les conditions de ressources de chacun.

Pour obtenir le meilleur prix, il convient de contacter plusieurs professionnels pour établir une certaine concurrence.

Pour cela, Conseils Thermiques s'associe à plusieurs partenaires afin de vous mettre en relation avec des artisans locaux certifiés RGE. Vous pourrez ainsi étudier plusieurs propositions techniques et commerciales gratuitement et sans engagement.

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La plupart des travaux de rénovation énergétique donnent droit à des subventions (prime énergie). Si vous avez déjà un devis (non signé), vous pouvez encore y prétendre.

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Choix du professionnel : Pour bénéficier des aides, le professionnel retenu devra être titulaire d’une des certifications RGE suivantes.

qualification pompe à chaleur


Rappelons que le devis d’une pompe à chaleur doit toujours s’accompagner d’une étude thermique rigoureuse. N’hésitez pas à passer votre chemin si vous estimez que la visite technique a été trop sommaire.

Avantages et inconvénients des pompes à chaleur air-eau

Pour terminer ce tour d’horizon, on pèse le pour et le contre de ce système :

AvantagesInconvénients
Performant dans les régions chaudes (zone H3)Peu adapté au climat rigoureux (zone H1)
Bien adapté aux émetteurs basse températureMoins adapté aux radiateurs haute température
Adaptation parfois possible des chauffages existantsAppoint le plus souvent nécessaire
Confort du chauffage centralBruit de l’unité extérieure
Rafraîchissement possible sur plancher chauffantSi rafraîchissement, conso. électriques en été
Entretien limité, pas de stockage de combustibleFiabilité et coût de maintenance
Bénéfice environnemental si COP > 2.58Réseau électrique de bonne qualité (sans coupures)
Eligible aux aides financièresFluide frigorigène dangereux pour l’environnement

Conclusion : Un système intéressant… mais pas pour toutes les situations !



Le principe de la pompe à chaleur air-eau est très intéressant en soit puisqu’il permet de produire plus d’énergie qu’il n’en consomme. Mais cela n’en fait pas pour autant un système « magique » et adapté à toutes les situations. Il faut considérer que les performances chutent de façon sensible avec le froid ce qui rend le système peu adapté dans les régions froides (zone H1).

A l’inverse, la PAC air-eau sera plus pertinente en zone H3 où les températures sont clémentes et d’autant plus si les émetteurs de chaleur fonctionnent à basse température.

Il faut dans tous les cas étudier différents systèmes de chauffage comme la chaudière à granulés, à bûches ou au gaz. Consultez par exemple notre comparatif entre la chaudière à granulés et la PAC air-eau.

Pour en savoir plus sur les pompes à chaleur, nos articles sur les modèles Air Air et géothermiques pourraient vous intéresser.


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