Comment fonctionne une pompe à chaleur air-eau ?

Le principe : prendre la chaleur de l’air pour chauffer l’eau

Une pompe à chaleur air-eau ne fabrique pas de chaleur : elle la déplace. Elle capte les calories présentes dans l’air extérieur, même quand il fait froid, et les transfère à l’eau de votre circuit de chauffage (radiateurs ou plancher chauffant), et souvent aussi à un ballon d’eau chaude sanitaire.

C’est le même principe qu’un réfrigérateur, mais à l’envers. Votre frigo sort la chaleur de l’intérieur de la caisse et la rejette par la grille à l’arrière. La PAC air-eau prend la chaleur dehors et la relâche dans votre maison. Tant que l’air contient un peu d’énergie (et c’est le cas bien en dessous de 0 °C), la machine peut en extraire.

Une installation classique comprend :

• une unité extérieure, avec un ventilateur, un échangeur à ailettes (l’évaporateur) et le compresseur ;
• un module hydraulique intérieur (parfois intégré à l’unité extérieure sur les modèles monobloc), qui contient l’échangeur vers l’eau, le circulateur, les sondes et souvent une résistance d’appoint ;
• une régulation : la télécommande ou l’écran qui pilote la température et affiche les codes erreur.

Si vous hésitez encore entre plusieurs technologies, notre guide sur les différents types de pompe à chaleur compare l’air-eau aux autres solutions.

Le cycle frigorifique en quatre étapes

Le cœur de la PAC est un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène (R32, R410A ou, de plus en plus, R290, c’est-à-dire du propane). Ce fluide a une propriété précieuse : il s’évapore à très basse température. Il tourne en boucle en passant par quatre étapes.

1. L’évaporation (unité extérieure). Le fluide arrive froid et liquide dans l’évaporateur. Le ventilateur y souffle l’air extérieur, plus chaud que le fluide. Le fluide absorbe cette chaleur et se transforme en gaz.
2. La compression. Le compresseur, alimenté à l’électricité, comprime ce gaz. En augmentant sa pression, il augmente fortement sa température. C’est la seule étape qui consomme vraiment de l’énergie.
3. La condensation (échangeur vers l’eau). Le gaz chaud traverse un échangeur, souvent un échangeur à plaques, où il cède sa chaleur à l’eau du chauffage. En se refroidissant, il redevient liquide.
4. La détente. Le liquide passe par un détendeur (souvent électronique) qui fait chuter brutalement sa pression et sa température. Il repart vers l’évaporateur, prêt à capter de nouveau la chaleur de l’air.

Côté eau, c’est le circulateur qui pousse l’eau réchauffée vers les radiateurs puis la ramène vers la PAC. Sans débit d’eau suffisant, la chaleur produite ne peut pas être évacuée : c’est l’une des causes de pannes les plus fréquentes, détaillée dans notre guide sur le circulateur de la pompe à chaleur.

COP et SCOP : comprendre le rendement

Le COP (coefficient de performance) mesure le rapport entre la chaleur restituée et l’électricité consommée. Un COP de 4 signifie que pour 1 kWh d’électricité, la PAC fournit 4 kWh de chaleur. Les 3 kWh restants viennent gratuitement de l’air extérieur.

Attention, le COP affiché sur une fiche technique est mesuré dans des conditions de laboratoire précises, par exemple un air à 7 °C et une eau produite à 35 °C. Dans la vraie vie, ces conditions changent tous les jours.

C’est pourquoi on regarde plutôt le SCOP (COP saisonnier). Il estime le rendement moyen sur toute une saison de chauffe, pour un climat de référence. Il est plus bas que le COP « vitrine », mais bien plus proche de ce que vous verrez sur votre facture. Sur l’étiquette énergie, cette performance est aussi exprimée en pourcentage, sous le nom d’efficacité énergétique saisonnière (ETAS).

Deux règles simples à retenir :

• plus il fait froid dehors, plus le COP baisse, car la machine doit « remonter » un plus grand écart de température ;
• plus l’eau envoyée dans les radiateurs est chaude, plus le COP baisse aussi, pour la même raison.

Selon l’ADEME, une PAC air-eau bien installée et bien réglée est trois à quatre fois plus efficace qu’une chaudière. La condition « bien réglée » compte beaucoup, comme le montre la partie suivante.

La température de départ, le réglage qui change tout

La température de départ est la température de l’eau qui sort de la PAC vers vos émetteurs. C’est le paramètre qui influence le plus la consommation.

La plupart des PAC la calculent automatiquement grâce à une loi d’eau (ou courbe de chauffe) : une sonde mesure la température extérieure et la régulation ajuste l’eau en conséquence. Quand il fait 10 °C dehors, l’eau part tiède ; quand il gèle, elle part plus chaude.

Type d’émetteur	Température de départ habituelle	Effet sur le rendement
Plancher chauffant	environ 30 à 35 °C	Très favorable
Radiateurs basse température ou surdimensionnés	environ 40 à 45 °C	Favorable
Radiateurs anciens en fonte ou acier	55 °C et plus	Rendement nettement réduit

Une courbe de chauffe réglée trop haut fait consommer inutilement et peut provoquer des arrêts en surchauffe. Une courbe trop basse donne une maison froide par grand froid et une résistance d’appoint qui se déclenche souvent. Le bon réglage se trouve en ajustant progressivement, idéalement avec l’installateur.

Le dégivrage : pourquoi l’unité extérieure fume en hiver

Quand l’air extérieur est froid et humide, l’évaporateur descend sous 0 °C et l’humidité de l’air s’y dépose en givre. Une couche de glace empêche l’air de passer et fait chuter la performance. La PAC doit donc régulièrement dégivrer.

Le plus souvent, elle le fait par inversion de cycle : pendant quelques minutes, le circuit frigorifique fonctionne à l’envers. La machine prend un peu de chaleur à l’eau du chauffage pour la renvoyer vers l’évaporateur et faire fondre la glace. Pendant ce temps :

• le ventilateur s’arrête ;
• un nuage de vapeur sort de l’unité extérieure (c’est normal, ce n’est pas de la fumée) ;
• de l’eau s’écoule sous la machine ;
• les radiateurs peuvent tiédir brièvement.

Pour que ce dégivrage se passe bien, il faut assez d’eau dans le circuit et un bon débit. Sur les petits circuits, un ballon tampon apporte le volume nécessaire. Il faut aussi que l’eau de fonte puisse s’évacuer : si elle regèle sous l’unité, un bloc de glace peut remonter dans l’échangeur ou bloquer le ventilateur.

Par grand froid : ce que la PAC sait faire, et ses limites

Une PAC air-eau fonctionne par températures négatives, mais trois choses se dégradent quand le froid s’installe :

• le COP baisse, donc chaque kWh de chaleur coûte plus cher ;
• la puissance disponible baisse, alors que la maison en demande davantage ;
• les dégivrages sont plus fréquents, surtout autour de 0 °C avec une humidité élevée.

Chaque modèle a une température extérieure minimale de fonctionnement, indiquée sur sa fiche technique. En dessous, ou quand la PAC ne suffit plus, un appoint prend le relais : résistance électrique intégrée, ou chaudière dans le cas d’une PAC hybride.

Tout se joue au dimensionnement. L’installateur doit calculer les besoins de la maison à la « température de base » de votre commune, c’est-à-dire la température extérieure la plus froide à prendre en compte dans votre région. Une PAC sous-dimensionnée fait tourner l’appoint électrique très souvent ; une PAC surdimensionnée multiplie les démarrages et arrêts courts, ce qui use le compresseur.

Les pannes typiques qui découlent de ce fonctionnement

Connaître le fonctionnement permet de comprendre la plupart des codes erreur. Voici les grandes familles, avec des exemples tirés des manuels des fabricants.

Problèmes de débit d’eau

Si l’eau ne circule pas assez vite, la chaleur s’accumule dans l’échangeur ou, en dégivrage, l’échangeur risque de geler. Causes classiques : filtre encrassé, air dans le circuit, pression d’eau trop basse, circulateur fatigué, vanne fermée. Exemples : 7H chez Daikin Altherma (problème de débit d’eau, décliné en 7H-04 pendant la production d’eau chaude, 7H-05 en chauffage, 7H-06 en rafraîchissement ou dégivrage), L9 chez Mitsubishi Ecodan (débit faible détecté par le contrôleur de débit), H62 chez Panasonic Aquarea.

Surchauffe ou risque de gel de l’eau

Chez Mitsubishi Ecodan, L3 signale une protection contre la surchauffe de l’eau, L6 une protection antigel de l’eau du circuit et P6 la protection antigel de l’échangeur à plaques. Ces défauts sont souvent liés, eux aussi, à un manque de débit.

Pressions anormales dans le circuit frigorifique

Quand la chaleur n’est pas évacuée côté eau, la pression du fluide monte. Chez Daikin, E3 correspond au déclenchement du pressostat haute pression. Le code apparaît dans le circuit frigorifique, mais la cause se trouve parfois côté eau.

Sondes et communication

Une sonde de température défaillante fausse toute la régulation. Une coupure de liaison entre unités bloque la machine : chez Mitsubishi, E9 indique que l’unité extérieure ne reçoit plus de signal de l’unité intérieure.

Pour interpréter le code précis de votre appareil, consultez notre page codes erreur par marque ou décrivez-le à Cody, notre assistant de diagnostic.

Entretien et bons réflexes

Pour les PAC de 4 à 70 kW, un entretien par un professionnel est obligatoire tous les deux ans (décret n° 2020-912 du 28 juillet 2020). Le technicien vérifie notamment l’étanchéité du circuit frigorifique et vous remet un rapport.

Entre deux visites, vous pouvez sans risque :

• dégager l’unité extérieure : feuilles, neige, végétation à distance ;
• vérifier que l’eau de dégivrage s’évacue et ne forme pas de bloc de glace ;
• surveiller la pression d’eau affichée sur le manomètre et noter toute baisse répétée ;
• relever le code erreur exact et le moment où il apparaît (dégivrage, eau chaude, nuit très froide).