DIS PAPA, C’EST QUOI UNE POMPE A CHALEUR ?

Papa – Nono, le principe de fonctionnement des pompes à chaleur (PAC en abrégé) est utilisé depuis plus d’un siècle, et chaque maison a depuis longtemps au moins une PAC dans sa cuisine : c’est tout simplement le réfrigérateur !

Nono – Ben ça alors ! Oui, mais un frigo fait du froid, mais pas de la chaleur…

P – Erreur Nono : la chaleur absorbée à l’intérieur du frigo par l’évaporateur (là où se font les glaçons) est restituée à l’extérieur par le condenseur. Si tu regardes l’arrière du frigo, tu vas voir une plaque noire avec des ailettes ; si tu mets la main dessus pendant que ton frigo tourne, tu vas te brûler ! Cette plaque noire s’appelle le condenseur ; ce condenseur va évacuer sous forme de chaleur (brûlante) la chaleur intérieure du frigo.

N – J’en découvre des choses ! Alors, si j’ai bien compris, il suffirait de faire tourner sans arrêt mon frigo pour chauffer la cuisine ?

P – Hélas,ce n’est pas si simple. Le réfrigérateur est prévu pour s’arrêter automatiquement quand on atteint zéro degrés dans le bac à glaçons ; il ne tournera pas suffisamment longtemps pour réchauffer correctement la cuisine.

N – Alors y’a qu’a laisser la porte du frigo ouverte, comme ça il tournera sans arrêt et chauffera la cuisine !

P – Et non, car dans ce cas toute la chaleur dégagée par le condenseur du frigo sera totalement annulée par le refroidissement de l’air dans le compartiment du bac à glaçons. Non seulement tu vas consommer du courant électrique pour rien, mais le frigo ne va pas aimer :
il n’est pas assez solide pour tourner 24 heures sur 24 et il va rendre l’âme assez rapidement ! 

N – Même si je construis un frigo suffisamment robuste pour tourner toute la journée, ça ne marchera pas ? 

P – Non : je te répète que le frigo produira la même quantité de chaleur et de froid, donc rien au total, ni réchauffement, ni refroidissement de la pièce où il est installé. Au début des réfrigérateurs, grand-mère avait eu la même idée que toi, mais en sens inverse : un jour où elle avait trop chaud elle a ouvert la porte du frigo pour rafraîchir sa maison. Résultat : 450 € pour remplacer le frigo !

N – Alors, j’ai une idée : on va couper le frigo en deux et on va mettre le bac à glaçons dans une autre pièce de la maison. Au moins, la pièce qui a le radiateur va chauffer. Voila une bonne idée !

P –Tu te rapproches de la solution ! Ta solution serait bonne si tu prends soin de bien fermer la porte qui sépare les deux pièces. La pièce où se trouve le condenseur sera chauffée, mais celle qui aura le bac à glaçons (l’évaporateur) deviendra une véritable chambre froide ! Si c’est le débarras, ce n’est peut être pas trop grave, mais si c’est ta chambre, brrrr…

N – Et ben, j’ai une dernière idée : si on mettait le bac à glaçons carrément dehors ? Au moins là ça ne gênera personne si on refroidit un peu plus la température extérieure.

P – Bravo Nono ; tu viens d’inventer le chauffage par pompe à chaleur ! Bien sûr, il faudra un compresseur beaucoup plus gros que celui du réfrigérateur de la cuisine et construit spécialement pour le chauffage, mais tu as trouvé le principe : on pompe la chaleur à l’extérieur pour la renvoyer à l’intérieur après en avoir augmenté la température par l’intermédiaire de ce que l’on appelle, en bon français, un groupe frigorifique qui fonctionne à l’électricité.

N – J’ai entendu dire qu’une PAC pouvait aussi refroidir ma maison en cas de fortes chaleurs ; c’est vrai ?

P – Et oui ! L’hiver, on pompe de la chaleur dehors pour chauffer la maison. Il est relativement facile techniquement d’inverser le fonctionnement de la PAC pour que l’été elle refroidisse l’intérieur de la maison et dégage la chaleur dehors. La même PAC sert de chaudière l’hiver et de climatiseur l’été.

N – Mais, papa, quel est l’intérêt du chauffage avec une PAC par rapport à un convecteur électrique ? Mon instituteur m’a expliqué que dans un convecteur il y avait ce qu’on appelle une résistance, une sorte de petit fil électrique qui chauffe quand on le branche sur une prise de courant. C’est quand même beaucoup plus simple.

P – Là, Nono il faut entrer un peu plus dans les détails, mais pour toi je vais faire simple. Une puissance s’évalue dans une unité qui s’appelle le watt. Dans un convecteur électrique, si tu consommes 1 000 watts de courant électrique, tu produiras 1 000 watts de chaleur. Avec une PAC, si le moteur du groupe frigorifique consomme 1 000 watts de courant électrique, la PAC produira plus de 1 000 watts de chaleur, d’où une économie d’énergie par rapport au convecteur ; à chaleur produite égale, tu consommeras moins d’électricité.

N – Papa, y’a quelque chose qui me chagrine : l’autre jour notre instituteur nous a dit qu’une machine ne pouvait jamais avoir un rendement supérieur à 100 % alors que toi tu dis le contraire !

P – C’est bien pour cela qu’on ne parle pas de rendement dans le cas des PAC mais de coefficient de performance, ou COP en abrégé.
Si ta PAC consomme 1 000 watts de courant électrique et qu’elle te fournit 3 000 watts de chaleur, on dira que son COP est de trois.
Le COP d’une PAC est difficile à calculer, car cela dépend de beaucoup de paramètres,
par exemple de la température extérieure, l’hygrométrie, l’emplacement de la PAC, du fluide frigorigène (1), et de l’altitude de la maison, etc. etc.

N – t’es formidable Papa, j’ai tout compris sur les PAC et les COP !

(1): Les anciens réfrigérateurs utilisent du R12 plus communément appelé fréon comme réfrigérant.
Le fréon R 12 fait partie de la famille des CFC (2) qui détruisent la couche d'ozone. Aujourd'hui le fréon est interdit.
ATTENTION !! De plus en plus de réfrigérateur utilisent un fluide a base de BUTANE, l’ISOBUTANE R600A, inflammable et explosif, n’essayez jamais de réparer un réfrigérateur en cas de percement de l'évaporateur ou du condenseur.

(2):   Les chlorofluorocarbones ou CFC, aussi dénommés hydrocarbones fluorés, sont des gaz dont la molécule est formée notamment d'atomes de chlore, de carbone et de fluor. Ils ont été largement utilisés comme gaz réfrigérants et comme agents propulseurs dans les aérosols. Leur utilisation produit des composés chlorés qui sont inoffensifs à basse altitude, ininflammables et non-toxiques mais qui dans la stratosphère libèrent du chlore qui contribue à détruire la  couche d’ozone.

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