Le Repaire des Sciences
Sciences Physiques et Chimiques

 

 

 

 

    

Les pompes à chaleur : comment ça marche ?

 

 

La pompe à chaleur pompe la chaleur d'un endroit et la restitue à un autre. C'est pour ça, que fort logiquement, elle s'appelle une "pompe à chaleur". Toutes les pompes à chaleur fonctionnent en gros sur le même principe. Il s'agit d'un circuit d'un liquide qui "porte la chaleur" : caloriporteur. Quand on le force à s'évaporer, il prend de la chaleur à ce qui l'entoure. Vous connaissez ce principe : c'est celui de la sueur. On sue parce qu'en s'évaporant, l'eau nous refroidit. Puis on force le liquide caloriporteur, en le comprimant (c'est pour ça que les pompes à chaleur ont toutes un compresseur), à se liquéfier. Ce faisant, il restitue la chaleur qu'il a prise à l'autre endroit pour s'évaporer. Pour une maison, il est évident qu'il est intéressant de refroidir l'extérieur si c'est pour chauffer l'intérieur. Pour un frigo dans une cuisine, le frigo refroidit son intérieur en chauffant la cuisine !

S'il faut de la chaleur pour faire s'évaporer un fluide, c'est que ses molécules sont très attirées les unes par les autres. Pour en décoller quelques unes, il faut secouer très fort, donc chauffer. Ou en tous les cas, quand une molécule quitte le liquide, elle est cognée par ses voisines, qui l'éjectent. Une fois la molécule partie, ses ex-voisines s'agitent moins : elles ont utilisé leur énergie pour éjecter la molécule. Donc elles sont moins chaudes. L'évaporation refroidit donc.

Inversement, lorsqu'une molécule sous forme gazeuse arrive dans un fluide, elle est attirée par ses voisines. Du coup, juste au moment où elle arrive, elle prend encore plus de vitesse (parce qu'elle est attirée) et elle va cogner ses nouvelles voisines. Qui du coup s'agitent plus : la condensation (passage du gaz au liquide) fournit donc de la chaleur.

Voilà comment ça fonctionne !

Pour l'instant, la plupart des chauffages fonctionnent en utilisant de l'énergie (électrique dans le cas du chauffage électrique, ou chimique dans le cas du chauffage au fioul ou au gaz) et en la dissipant complètement. C'est à dire que pour avoir de la chaleur, on fait brûler le fioul ou le gaz et on fait passer l'électricité dans une résistance pour qu'elle se transforme en chaleur. Et pour tout dire, c'est un beau gâchis. Parce que cette énergie, on pourrait l'utiliser pour alimenter une pompe à chaleur !

Le gaz contient de l'énergie "chimique". Quand vous brûlez 1 Joule de gaz ou de fioul (c'est une unité d'énergie comme le kilowatt heure ou la calorie) ça fournit 1 Joule de chaleur à votre maison. Mais si vous utilisez une pompe à chaleur, pour chaque Joule fourni à la pompe, elle en pompe entre 3 et 7 à l'extérieur ! Bref, elle peut aller jusqu'à vous fournir 7 Joules d'énergie. Conclusion : pour l'instant, notre mode de chauffage reflète le fait que nous avons de l'énergie en abondance suffisante pour pouvoir la gaspiller ! Mais comme ça risque de ne pas durer (il va falloir dans quelques années consommer 4 à 5 fois moins d'énergie qu'aujourd'hui) beaucoup de monde risque de se mettre à la pompe à chaleur. Ca va devenir très rentable.

Il peut paraître paradoxal qu'une pompe à chaleur soit encore capable de tirer de la chaleur lorsqu'il fait froid à l'extérieur (genre 4°C par exemple). Oui, mais en fait, tout dépend de l'échelle que l'on prend. Quand un corps est chaud, c'est que ses molécules s'agitent. Si elles s'agitent c'est qu'elles ont de l'énergie (on dit cinétique). Si les molécules d'un objet ne bougent plus du tout, on est au zéro absolu, 0 Kelvin. Le Kelvin est la véritable unité de température. En fait, 4°C correspond à 273+4 = 277 Kelvin. Alors que vous, à 37°C, vous êtes à 273+37 = 310 Kelvin. En fait, 4°C c'est vraiment chaud de ce point de vue. Ca contient encore beaucoup de chaleur, on peut en prendre.

Des pompes à chaleur, vous en connaissez : il y a les frigos, les climatisations (qui prennent la chaleur à l'intérieur pour le rejeter à l'extérieur), ce qu'on appelle aussi la géothermie (en fait c'est une pompe à chaleur qui prend la chaleur dans le sol). Il y a plein de sortes de pompes à chaleur. L'une des plus faciles à mettre en œuvre est une climatisation à l'envers, qui prend la chaleur à l'air extérieur et la restitue à l'intérieur. Et ça marche pas mal !