La consommation d’une pompe à chaleur

publié le 12/10/2020 | mis à jour le 17/07/2024 | par Aurélie Hubert

Comment fonctionne une pompe à chaleur ?

Avec plus de 1,2 million d’appareils vendus en 2022 selon les chiffres d’Observ’ER (l’Observatoire des énergies renouvelables), la pompe à chaleur est désormais l’équipement de chauffage central individuel le plus installé dans les foyers. Elle séduit les Français pour son caractère à la fois écologique et économique.

Le principe d’une pompe à chaleur

Une PAC est un dispositif qui puise les calories stockées dans l’air, le sol ou l’eau pour produire de la chaleur destinée au chauffage de la maison et, dans certains cas, à l’eau sanitaire. Son fonctionnement repose sur le principe de la thermodynamie (transferts de chaleur grâce à un échangeur thermique).

S’il existe plusieurs modèles de pompes à chaleur, tous reposent sur le même principe :

1. L’appareil récupère les calories présentes dans l’environnement extérieur.
2. Il les transfère dans un circuit fermé et étanche, dans lequel circule dans un fluide frigorigène qui est, à cette étape, sous forme de vapeur basse pression après être passé par un évaporateur.
3. Un compresseur électrique permet d’augmenter la pression de ce fluide et, par conséquent, sa température.
4. Les calories, qui affichent désormais une température plus élevée, sont alors transférées dans le logement pour produire du chauffage ou de l’eau chaude sanitaire (ECS).
5. Le fluide refroidi passe ensuite par un condenseur, ce qui lui permet de retrouver son état liquide.
6. Enfin, un détenteur permet d’abaisser sa pression. À ce stade, le fluide est prêt à effectuer un nouveau cycle.

Les différents modèles de pompe à chaleur

On distingue deux grandes catégories de pompes à chaleur : les PAC aérothermiques et les PAC géothermiques.

Notons que les termes « air-air », « air-eau », « sol-eau » ou encore « eau-eau » permettent également de désigner les différents types de PAC, mais de façon plus précise. Dans ces appellations :

• le premier terme correspond à l’environnement dans lequel sont prélevées les calories (dans l’air, le sol ou l’eau) ;
• le second correspond à la façon dont ces calories sont redistribuées.

La pompe à chaleur aérothermique (PAC air-air ou air-eau)

La pompe à chaleur aérothermique puise la chaleur dans l’air extérieur. Celle-ci peut ensuite être diffusée de différentes manières, selon le type d’appareil :

• la pompe à chaleur air-air (dite « à détente directe ») diffuse de l’air chaud dans le logement via des ventilo-convecteurs ;
• la pompe à chaleur air-eau (dite « mixte ») chauffe l’eau du circuit de chauffage alimentant des radiateurs à eau ou un plancher chauffant. Bien souvent, elle permet également de chauffer l’eau sanitaire.

La pompe à chaleur géothermique (sol-eau, sol-sol ou eau-eau)

Les pompes à chaleur géothermiques puisent l’énergie calorifique dans le sol (PAC sol-eau ou sol-sol) ou dans l’eau d’une nappe phréatique, d’une rivière ou d’un lac (PAC eau-eau) grâce à des capteurs placés à plusieurs centimètres de profondeur, voire à plusieurs mètres (selon les modèles). Une PAC géothermique fonctionne comme un système de chauffage central en diffusant la chaleur via des radiateurs hydrauliques ou un chauffage au sol.

Les composants d’une pompe à chaleur qui consomment de l’électricité

Parce qu’elle s’appuie sur une source d’énergie 100 % gratuite, la pompe à chaleur est particulièrement économique (notons par ailleurs qu’elle affiche un faible impact environnemental puisque l’air, la terre et l’eau sont des sources renouvelables).

Néanmoins, une pompe à chaleur a besoin de consommer de l’électricité afin de faire fonctionner le compresseur, pièce centrale du dispositif et composant le plus énergivore de l’appareil, car il est combiné à moteur électrique.

Dans le cas d’une PAC aérothermique, l’électricité sera également nécessaire au bon fonctionnement :

• du ventilateur de l’unité extérieure ;
• du système de dégivrage qui permet de limiter le givre lié au phénomène de condensation, notamment lorsque les températures extérieures sont très basses ;
• de la résistance électrique équipant certains modèles de PAC : agissant comme un radiateur électrique classique, celle-ci permet de booster l’efficacité de la pompe à chaleur lorsque la production de chaleur est insuffisante en période de grand froid. Elle est en revanche particulièrement gourmande en électricité.

Zoom sur les indicateurs de performance d’une pompe à chaleur

Toutes les pompes à chaleur ne se valent pas en matière de performance et, notamment, de rendement énergétique. Pour comparer les différents modèles entre eux, il est possible de se fier aux indicateurs suivants.

Le coefficient de performance (COP)

Le coefficient de performance d’une pompe à chaleur désigne le rapport entre l’énergie produite et l’énergie utilisée par l’appareil (c’est-à-dire l’électricité consommée et facturée). Il se traduit par la formule suivante :

Coefficient de performance = chaleur restituée (en kWh) / énergie électrique consommée (en kWh)

Un COP de 4 signifie, par exemple, que pour 1 kWh (kilowattheure) d’électricité consommée, la pompe à chaleur produit 4 kWh de chaleur.

Vous l’aurez compris : plus le COP est élevé, meilleures sont les performances de l’appareil.

À titre indicatif, les PAC aérothermiques affichent généralement un COP de 3 ou 4, tandis que les PAC géothermiques offrent en moyenne un COP de 4 ou 5 (les modèles les plus performants peuvent même atteindre un COP de 6). Notez que même avec un COP de 3, une pompe à chaleur consomme deux à trois fois moins d’énergie qu’un ensemble de radiateurs électriques !

Le coefficient de performance saisonnier (SCOP)

Le coefficient de performance saisonnier, ou SCOP, est plus représentatif de la consommation électrique réelle d’une pompe à chaleur, car il est calculé sur la totalité de la période de chauffe et représente une moyenne annuelle. Il mesure donc l’efficacité saisonnière de l’appareil en mode chauffage et se traduit par la formule suivante :

Coefficient de performance saisonnier = besoins annuels de chauffage (kWh/an) / consommation d’électricité annuelle de l’appareil en mode chauffage (kWh/an)

À noter : le SCOP est affiché sur l’étiquette énergie de chaque appareil (une obligation européenne depuis 2013).

Le coefficient d’efficacité frigorifique (SEER)

Lorsque la pompe à chaleur est réversible, l’indicateur de performance de l’efficacité saisonnière en mode froid est appelé coefficient d’efficacité frigorifique ou SEER (pour Seasonal Energy Efficiency Ratio).

Il se traduit par la formule suivante :

Coefficient d’efficacité frigorifique = besoins annuels de climatisation (kWh/an) / consommation d’électricité annuelle de l’appareil en mode climatisation (kWh/an)

Comme le SCOP, le SEER est toujours indiqué sur l’étiquette énergie de l’appareil.

Étiquette énergie et seuils de performance

Retrouvez, dans le tableau ci-dessous, les seuils de performance en matière de SCOP et de SEER pour l’attribution de la classe énergétique d’une pompe à chaleur.

L’efficacité énergétique saisonnière (ETAS)

L’efficacité énergétique saisonnière ou ETAS s’exprime en pourcentage et permet de connaître le rendement global d’une pompe à chaleur pour toute une saison de chauffe.

Calculé à partir du SCOP et ramené en énergie primaire, cet indicateur est très utile pour comparer le rendement d’une PAC par rapport à d’autres systèmes de chauffage. Cette norme universelle est mise en place depuis 2015, conformément à la réglementation européenne en matière d’écoconception des appareils de chauffage.

Pour être autorisée à la commercialisation en Europe, une pompe à chaleur doit afficher une efficacité énergétique saisonnière d’au moins :

• 102 % pour un modèle moyenne ou haute température ;
• 117 % pour un modèle basse température.

Les facteurs qui font varier la consommation d’une pompe à chaleur

Il est très difficile de prévoir avec précision la consommation électrique du chauffage, et notamment celle d’une pompe à chaleur, car celle-ci est variable en fonction de différents critères. Voyons cela plus en détails.

Le type de pompe à chaleur

Comme le rappelle l’ADEME, « une pompe à chaleur est d’autant plus efficace que la différence entre la température du milieu où est puisée la chaleur et celle des émetteurs de chaleur du logement est réduite. »

Les pompes à chaleur aérothermiques puisent les calories dans l’air : elles sont, par conséquent, très sensibles aux variations de température. Plus il fait froid dehors, plus leur rendement énergétique est impacté : la pompe à chaleur doit consommer davantage d’électricité pour chauffer l’habitation. Pour assurer le chauffage même en période de grand froid, certains modèles sont d’ailleurs dotés d’une résistance électrique, qui fonctionne comme un chauffage d’appoint : dans ce cas, la consommation d’énergie augmente bien évidemment. Malgré cela, il est toujours rentable d’installer une pompe à chaleur chez soi !

Les pompes à chaleur géothermiques, quant à elles, puisent les calories dans le sol ou l’eau à l’aide de capteurs enterrés à plusieurs centimètres, voire plusieurs mètres de profondeur. Elles offrent donc de meilleures performances et un rendement plus stable. En revanche, elles sont plus onéreuses, car plus complexes à mettre en place (un critère à prendre en compte avant de choisir et d’installer votre pompe à chaleur).

Notez également qu’une pompe à chaleur basse température (PAC air-eau ou sol-eau basse température) consomme moins d’électricité pour produire du chauffage qu’une PAC moyenne ou haute température. En revanche, pour être performante, elle doit être impérativement combinée à des émetteurs à « chaleur douce », tels que des radiateurs hydrauliques à basse température.

La puissance de la pompe à chaleur

La puissance d’une pompe à chaleur désigne la quantité maximale d’électricité qu’elle consomme lorsqu’elle est en marche. Elle est exprimée en kW (kilowatts) et est généralement comprise entre 4 kW et 12 kW pour les modèles à usage domestique.

La puissance d’une PAC doit être déterminée en fonction de la surface à chauffer dans le logement. Comptez :

• entre 900 et 1 200 W (watts) par mètre carré pour une PAC aérothermique ;
• entre 500 et 900 W (watts) par mètre carré pour une PAC géothermique.

Pour chauffer une maison de 100 m² par exemple, il faudra donc opter pour :

• une PAC aérothermique d’une puissance comprise entre 9 et 12 kW ;
• une PAC géothermique d’une puissance comprise entre 5 et 9 kW.

À noter : ces données sont des valeurs indicatives et sont donc à prendre avec précaution. En effet, la puissance réelle nécessaire d’une pompe à chaleur pour chauffer efficacement une habitation dépend également d’autres paramètres, tels que son emplacement géographique (climat régional) et la qualité de son isolation thermique.

Les caractéristiques du logement

Une même pompe à chaleur consommera plus ou moins d’énergie selon les caractéristiques du logement dans lequel elle est installée. Ainsi, la facture d’électricité variera en fonction de :

• la surface de l’habitation et sa hauteur sous plafond (plus il y a de volume à chauffer, plus il faut produire de la chaleur, donc plus une PAC a besoin d’électricité) ;
• les besoins en chauffage et en eau chaude sanitaire (le cas échéant) du foyer :
  • nombre d’occupants,
  • température de consigne souhaitée ;
• la qualité des réglages (un mauvais réglage peut entraîner une surconsommation de la pompe à chaleur, c’est d’ailleurs pourquoi il est conseillé de faire appel à un professionnel) ;
• la zone climatique où se situe le logement (plus les hivers sont rigoureux, plus la pompe à chaleur a besoin d’électricité afin d’extraire les calories, notamment s’il s’agit d’une PAC aérothermique) ;
• le type d’émetteurs de chaleur (radiateurs à eau basse température ou non, planchers chauffants ou ventilo-convecteurs) ;
• la qualité d’isolation du logement.

Estimer la consommation de sa pompe à chaleur

Combien coûte une pompe à chaleur en l’électricité à l’année ? Bien que la consommation électrique d’une PAC varie selon de nombreux facteurs, certaines données nous permettent d’avoir des éléments de réponse.

La consommation estimée d’une PAC en kilowattheures

Selon l’ADEME, une pompe à chaleur consomme, en moyenne :

• 51 kWh par mètre carré et par an pour un modèle aérothermique ;
• 35 kWh par mètre carré et par an pour un modèle géothermique.

Attention : ces valeurs datent d’une étude menée en 2010 pour le Plan Bâtiment Grenelle. On peut donc supposer que les performances des appareils se sont améliorées aujourd’hui, bien qu’aucune nouvelle étude n’ait été réalisée depuis.

Ainsi, pour une maison individuelle de 120 m², la consommation électrique estimée sera de :

• 6 120 kWh/an si elle est équipée d’une PAC aérothermique ;
• 4 200 kWh/an si elle est équipée d’une PAC géothermique.

La consommation estimée d’une PAC en euros

Le prix du kilowattheure du tarif réglementé de vente de l’électricité actuellement en vigueur (février 2024) est de 0,2516 € TTC en option Base, pour une puissance de compteur de 9 kVA.

En partant sur cette base, pour notre maison individuelle de 120 m², le coût de la consommation de la pompe à chaleur s’élèvera à :

• 1 540 € TTC si elle est équipée d’une PAC aérothermique ;
• 1 057 € TTC si elle est équipée d’une PAC géothermique.

Des outils de simulation proposés par les fabricants

De nombreux fabricants mettent à disposition des outils de simulation en ligne afin de permettre aux futurs acquéreurs d’une pompe à chaleur d’estimer de façon la plus précise possible leur consommation électrique pour un appareil donné, en fonction des caractéristiques du logement.

C’est le cas, notamment, d’Atlantic avec son outil Projipac. Sur son site, le fabricant donne un exemple concret pour illustrer l’influence de la zone climatique du logement sur la consommation de l’appareil, avec le cas de figure suivant :

• contexte du projet :
  • maison individuelle de plain-pied,
  • surface de 120 m²,
  • hauteur sous plafond de 2,5 m,
  • construction en 1995,
  • pas de rénovation de l’isolation ;
• usage de la PAC :
  • chauffage seul,
  • PAC alimentant des radiateurs à eau à 55 °C ;
• modèle de PAC choisi : PAC aérothermique air-eau Alfea Excellia M, puissance 8 kW (sortie en 2023).

Pour chauffer l’habitation à une température de 19 °C (la température idéale en journée, selon les recommandations de l’ADEME), la pompe à chaleur consommera, d’après l’outil d’Atlantic :

• 3 703 kWh/an (soit 31 kWh/m²/an) pour une maison située à Caen dans le Calvados (14) ;
• 3 485 kWh/an (soit 29 kWh/m²/an) pour une maison située à Niort dans les Deux-Sèvres (79) ;
• et 4 270 kWh/an (soit 36 kWh/m²/an) une maison située à Bourges dans le Cher (18).

Remarque : cet exemple confirme l’hypothèse que les nouvelles pompes à chaleur sont plus performantes que celles fabriquées il y a une dizaine d’années, lors de la réalisation de l’étude de l’ADEME mentionnée précédemment.

Comment optimiser la consommation électrique de sa pompe à chaleur ?

Voici quelques conseils pour bénéficier d’un rendement énergétique optimisé et ainsi limiter la consommation électrique de sa PAC.

Les points de vigilance

Au préalable, faisons le point sur les trois cas de figure pour lesquels la performance d’une pompe à chaleur ne sera pas optimale. Il est important d’être vigilant à ce sujet car, si vous êtes concerné, votre pompe à chaleur ne vous permettra pas de réduire la facture d’électricité de façon significative.

Une mauvaise isolation thermique

Lorsqu’un logement est mal isolé, il laisse facilement s’échapper la chaleur (on parle de déperditions thermiques). Dans ce cas, l’ADEME recommande vivement d’investir dans des travaux d’isolation avant de remplacer le système de chauffage existant. Une fois les travaux réalisés, les besoins en chauffage seront moins importants et la pompe à chaleur pourra être moins puissante (donc moins coûteuse à l’achat comme à l’usage).

Une pompe à chaleur mal dimensionnée

Le dimensionnement de la pompe à chaleur doit être parfaitement adapté aux besoins en chauffage de l’habitation :

• lorsqu’une PAC est sous-dimensionnée, elle fonctionne constamment en surrégime sans pour autant chauffer efficacement l’habitation ;
• à l’inverse, lorsqu’elle est trop puissante, elle consomme davantage d’électricité que nécessaire. En outre, l’appareil s’use plus rapidement.

Notre conseil : avant d’installer une pompe à chaleur, faites réaliser une étude thermique. Celle-ci vous donnera des indications précieuses sur la qualité de l’isolation du logement et permettra ainsi de définir la puissance de PAC la plus adaptée.

De mauvais réglages de l’appareil

C’est une évidence : de bons réglages sont essentiels pour optimiser le rendement énergétique d’une pompe à chaleur. Il faut notamment porter une attention particulière au réglage de la pression de la PAC.

Bien entretenir sa PAC pour maintenir de bonnes performances

L’entretien de votre pompe à chaleur permet de conserver son efficacité, mais également de prolonger sa durée de vie : vérifiez régulièrement l’état des filtres et du ventilateur de l’unité extérieure (dans le cas d’une PAC aérothermique). Les pannes de votre PAC seront ainsi moins fréquentes.

Par ailleurs, sachez que le contrôle et la maintenance des pompes à chaleur produisant du chauffage sont obligatoires depuis 2020. L’entretien doit être réalisé tous les 2 ans par un chauffagiste professionnel et ses modalités diffèrent selon le type de PAC.

Les astuces pour limiter sa consommation d’électricité

Enfin, il existe des astuces et bonnes pratiques pour économiser encore davantage d’énergie :

• faites installer un thermostat connecté pour PAC, afin de piloter efficacement votre chauffage et de bénéficier d’un excellent confort thermique au quotidien ;
• réglez la température de consigne à 19 °C en journée et diminuez votre chauffage la nuit (17 °C), conformément aux réglementations de l’ADEME ;
• nettoyez régulièrement vos émetteurs de chaleur ;
• à l’arrivée du froid, retardez la mise en route de l’appareil en portant des vêtements plus chauds en intérieur et allumez le chauffage lorsque cela devient vraiment nécessaire ;
• enfin, appliquez des écogestes au quotidien :
  • fermez vos volets dès la tombée de la nuit,
  • fermez les portes donnant sur des pièces non chauffées (couloirs, buanderie, etc.),
  • aérez 5 minutes matin et soir afin d’évacuer l’humidité du logement,
  • etc.