La pompe à chaleur fonctionne sur un principe radicalement différent de l’effet Joule. Elle permet d’utiliser l’énergie thermique contenue dans notre environnement. L’air, le sol et l’eau souterraine emmagasinent une grande quantité d’énergie thermique sans cesse renouvelée grâce au rayonnement solaire et aux pluies. En utilisant cette énergie renouvelable et gratuite, la pompe à chaleur permet de se chauffer à un coût très économique grâce à un rendement énergétique inégalé (pour 1 kWh d’électricité consommé, on obtient environ 3 kWh de chaleur pour se chauffer).
Le secret du fonctionnement de la pompe à chaleur réside dans sa capacité à prélever de la chaleur dans un environnement froid à l’extérieur en hiver (ce qui le rend encore plus froid) pour la transférer à l’intérieur du logement à chauffer avec des niveaux de température jugés confortables. Cela est rendu possible grâce aux propriétés du fluide frigorigène (qui véhicule froid ou chaleur) circulant entre les capteurs de chaleur situés à l’extérieur du logement et les émetteurs de chaleur situés à l’intérieur du logement. Comme pour un réfrigérateur, c’est lorsque le fluide frigorigène « change de phase » (c’est à dire passe de l’état liquide à l’état gazeux ou l’inverse) qu’il libère ou « prend » de la chaleur. Il faut bien choisir les caractéristiques physiques (température, pression) du fluide pour qu’il soit capable de prélever de la chaleur dans un milieu déjà « frais » (quelques °C en hiver) pour la restituer dans la (les) pièce(s) à réchauffer. Le conditionnement du fluide frigorigène aux niveaux de pression et température adéquats nécessite le travail d’un compresseur électrique assisté d’un circulateur ou d’un ventilateur, d’où les consommations d’électricité.
La première utilisation de la pompe à chaleur découle directement du premier choc pétrolier de 1973-1974. Les premières pompes à chaleur étaient exclusivement destinées au chauffage. Elles ne pouvaient pas fonctionner lorsque les températures extérieures étaient trop basses.
Elles devaient donc être couplées avec une chaudière au gaz ou au fioul. Cette caractéristique a donné son nom au programme :
PERCHE (pompe à chaleur en relève de chaudière). Ce dernier connaît un certain succès commercial en raison de la hausse importante du prix des énergies fossiles, notamment du pétrole (entre septembre 1973 et août 1974, le fioul domestique augmente de 188 % contre 22 % pour l’électricité). Mais la qualité n’est pas au rendez-vous. En raison de coûts d’investissement consentis trop faibles et d’une défaillance de la filière d’installation, les contreperformances se multiplient. Le contre-choc pétrolier de 1985, en entraînant une chute importante des ventes PERCHE, confirme le déclin du programme. L’histoire de PERCHE a mis en lumière l’importance de la qualité dans la mise en œuvre d’un produit performant. Le produit était techniquement au point, le marché était porteur, mais les performances ne furent pas au rendez vous. Le retour d’expérience acquis avec PERCHE a montré la nécessité de partenariats performants tout au long de la vie du produit (fabrication, mise en œuvre, maintenance).
La génération de pompes à chaleur actuelles s’est développée à partir de 1997. Depuis, le développement est rapide même si les chiffres de ventes Français sont très en deçà de ceux de pays comme la Suisse ou la Suède.
Pour les logements neufs, la pompe à chaleur est le plus souvent couplée à des planchers à eau qui sont donc des « émetteurs intégrés au bâti ». Pour les opérations de rénovation, la pompe à chaleur vient se substituer aux chaudières à énergie fossile (le plus souvent fuel) tout en conservant les émetteurs du logement, c’est à dire les radiateurs à eau chaude classique. Le fait de conserver des émetteurs traditionnels oblige la pompe à chaleur destinée à la rénovation à produire une eau de circulation plus chaude. Il s’agit donc d’une nouvelle génération de pompe à chaleur dite « PAC haute température » qui permet d’accéder à un marché naissant en France.
Il existe 3 familles de pompes à chaleur que l’on peut classer en fonction de la nature du milieu auquel elles prélèvent de la chaleur : air, eau et sol.
