Un COP de 10, c'est vraiment dans des conditions très optimales. En pratique, le COP d'une pompe à chaleur est compris entre 3 et 4, et encore s'il fait 10°C dehors.

En supposant un COP de 3.5, de l'électricité produite dans une centrale thermique à cycle combiné (rendement 40%) et 2% de pertes en ligne, le COP "gris" de la pompe à chaleur est alors de 3.5*0.4*0.98 = 1.4 (ratio chaleur produite / gaz brulé donc).

Par contre, si l'électricité est produite dans une centrale nucléaire (rendement thermique 30%), le COP est égale à 3.5*0.3*0.98 = 1.0.

@Jaune d'oeuf : en effet, mais je voulais également prendre un nombre relativement rond.

En supposant un COP de 3.5, de l'électricité produite dans une centrale thermique à cycle combiné (rendement 40%) et 2% de pertes en ligne, le COP "gris" de la pompe à chaleur est alors de 3.5*0.4*0.98 = 1.4 (ratio chaleur produite / gaz brulé donc).
Par contre, si l'électricité est produite dans une centrale nucléaire (rendement thermique 30%), le COP est égale à 3.5*0.3*0.98 = 1.0.

Ceci est un autre problème, car ça prend en compte la performance de l’ensemble de la chaîne de production et de distribution de l’électricité, jusqu’à sa consommation dans ta maison. Dans ce cas là, le COP d’un radiateur électrique est lui aussi réduit, ce qui laisse toujours le COP d’une pompe à chaleur supérieur à celui de tout autre chauffage.

Je suis tes articules sur ce sujet (et bien d'autres en fait) et je suis toujours un peu perdu (pour bien d'autres également :p).

Ici, ce que je ne comprends pas, c'est comment est-ce qu'on peut parler de rendement avec une pompe à chaleur ? On déplace de la chaleur OK. Mais l'énergie dépensée pour augmenter la température de d'une pièce avec une pompe à chaleur fait qu'on a un rendement...
...

Je sais pas comment terminer ma phrase tellement je sais que je vais dire une énorme connerie.

PLS TIMO HELP

@Sonny : il n’y a pas de rendement en fait, car on ne transforme rien.

On parle généralement d’un rendement quand on transforme quelque A en quelque de B.
Par exemple, quand je transforme 10 joules sous la forme d’énergie chimique en 3 joules d’énergie cinétique plus 7 joules en énergie thermique perdue (on a donc environ 30% de rendement, et ces chiffres sont le maximum qu’on peut obtenir avec un moteur à explosion).

On parlera d’un rendement quand on plante 10 plants de tomates à 1 €, qu’on arrose avec 1 000 litres d’eau (1 €), pour récupérer en fin de saison 20 kg de tomates à 2 € le kilo. Dans ce cas on dépense 11 € et on récupère 40 €. Le rendement est donc très bon !
Ce n’est pas un rendement énergétique, donc on peut très bien avoir un rendement supérieur à 1.
On ne parle pas d’un rendement énergétique car on ne transforme pas d’énergie (mais de l’argent).

Pour un chauffage avec une PàC, on ne parle pas d’un rendement énergétique non plus car il n’y a pas de transformation d’énergie.
On parle plutôt d’un COP, pour désigner la quantité d’énergie récupérée par rapport à l’énergie injectée (ou dépensée). Dans le ce cas, le COP peut être supérieur à un. Si on veut parler de rendement, on devrait alors parler d’un rendement financier et pas énergétique.

@Le Hollandais Volant : Merci pour ta réponse. C'est beaucoup plus clair pour moi. :)

Je me demande ce tu allais donné comme dernier exemple ? "Si tu loue une"

Salut et encore merci pour tes articles.

Possèdes-tu une source vers un article compréhensible qui explique un peu plus le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur ?

edit : Y'a un début de réponse ici https://couleur-science.eu/?d=2014/09/14/22/48/50-comment-produit-on-du-froid

De ce que j'ai compris on joue sur le changement d'état d'un fluide qui a une particularité de se condenser/évaporer à des températures "chelou". Si le fluide s'évapore dans le frigo en "aspirant" la chaleur, comment peut-il se liquifier (ou condenser?) à l'extérieur du frigo, vu qu'il y fait plus chaud ? tout doit-être histoire de pressuriser/dépréssuriser le fluide lors qu'il entre et sort du bloc a réchauffer/refroidir alors ?

:thinking:

@Ced : je n’ai pas de lien tout fait, mais il suffit de chercher~

On joue effectivement sur le changement d’état : changer l’état d’un corps constitue en lui-même un transfert de chaleur.
Ainsi, si on a 1 kg de glace à 0 °C, que le fasse fondre (c’est à dire qu’on lui apporte de la chaleur) pour avior 1 kg d’eau à 0 °C, qu’on le transporte et qu’on le fasse solidifier de nouveau pour avoir 1 kg de glace à 0 °C, alors on aura récupéré la chaleur apportée lors de la fonte. Ce qu’on a transporté n’aura pas changé de température, seulement d’état, mais de la chaleur aura été transportée.

C’est ce qui se passe dans une pompe à chaleur (et dans un frigo aussi). Le changement d’état est forcé en jouant sur la pression du fluide (le changement d’état ici sont la vaporisation et la liquéfaction).
Le fluide fonctionne dans un cycle fermé, mais voici une description de ce qui se passe.

1). En sortie du compresseur, le fluide est comprimé, liquide et chaud.
Il passe à l’intérieur de la maison et sa chaleur est transmise à l’air de la pièce. La pièce se réchauffe et le fluide (toujours liquide et à haute pression) refroidit.

2) Le liquide (froid et comprimé) est transporté dehors, dans un circuit enterré dans le sol (ou au contact de l’air).
Là il passe dans un détendeur : sa pression baisse et sa température diminue encore. Sa pression baisse suffisament pour passer sous la « pression de vapeur saturante » et le liquide se met à bouillir et se transforme en gaz.
Cette transformation consomme de la chaleur : au lieu d’avoir un liquide froid, on a maintenant un gaz très froid.
Le gaz étant maintenant plus froid que le sol (ou l’air), la chaleur du sol (ou de l’air) est transmise au gaz : il se réchauffe (du moins il prend la température de dehors).

3) Le gaz est transporté vers le compresseur, qui le comprime au point de le liquéfier.
Cette transformation libère de la chaleur : d’un gaz frais on passe à un liquide chaud.

4). retour au 1).

@Sonny : ah non, c’est juste un bout de texte tapé au mauvais endroit~

Merci pour les explications. Je remarque que ces changements d'états à des températures pareilles, ça reste très contre intuitif / difficile à imager... Une fois qu'on a réussi à prendre du recul sur ça, ça se comprend :)

Je suppose que c'est surtout du au fait qu'on n'expérimente jamais ces transitions liquide/gaz si ce n'est qu'avec de l'eau à pression atmosphérique terrestre...

@Ced : une façon de l'expérimenter c'est avec de l'alcool ou de l'acétone sur la main.
Ça donne une sensation de froid très perceptible.

Pour passer à l'état de gaz, l'alcool a besoin d'énergie, de chaleur, qu'il va puiser dans la main. La main perd donc cette chaleur et refroidit (d'où la sensation).

La transpiration a le même effet : forcer de la sueur à s'évaporer pour refroidir le corps.

Bonjour,
Je ne comprends pas la phrase « une pompe à chaleur ne transforme pas l’électricité en chaleur ».
Le compresseur compresse le gaz et cela le fait chauffer, cela ne consiste pas en une transformation d’électricité en chaleur ?

@John Die : Une résistance électrique transforme directement le courant électriques en calories, par l’intermédiaire de l’effet Joule.

Une pompe à chaleur réchauffe notre salon, mais ce n’est pas en transformant l’électricité en calories. Les calories qu’elle nous produit sont des calories que la pompe va chercher dehors et « pomper » dans la maison.

La PÀC compresse bien des gaz (ce qui l’échauffe), mais après elle le détend aussi (ce qui la refroidit considérablement). Le truc c’est que la compression est faite dans ton salon, histoire que l’échauffement te réchauffe, et la détente est faite dehors : de cette façon, le dehors réchauffe l’air détendu très froid. Les calories sont donc transmises de dehors vers le fluide froid, puis transportées par le fluide dans la maison, où une compression les libère.

Bonjour @Le Hollandais Volant,

Merci, c’est très gentil de répondre alors les conversations ont déjà quelques années.

Je dois avouer que je ne comprends pas votre réponse, et que je ne sais même pas pourquoi... Je pense qu’il me manque quelques pièces du puzzle, je ne sais pas lesquelles.

J’ai lu beaucoup de doc sur les pompes à chaleur et regardé des vidéos. Je parviens à comprendre quelques phénomènes physiques mais seulement de manière isolée, je n’arrive pas à les faire tourner ensemble (tels que pression de vapeur saturante, la relation entre pression et température...).

1) Si je prends votre explication et que je la confronte avec un autre exemple : j’ai une pompe à vélo dans les mains, position ouverte au maximum, il y a de l’air dedans, disons à 15 degrés. Je bouche l’entrée d’air avec mon pouce, et je compresse la pompe de toute mes forces. La température de l’air augmente disons de 20 degrés, je sens le chaud sur mes mains. Est-ce dans cet exemple c’est moi qui produis ces 20 degrés ? Est-ce que cette situation est comparable avec une pompe à chaleur ?

2) C’est peut-être le fait de me dire que la chaleur reçue dans mon salon, Q2, est égale à Q1 (chaleur captée dehors) + W (énergie fournie par la pompe). Peut-être que je comprends mal cette égalité ?

3) Intuitivement j’ai l’impression que la clé c’est de comprendre que le fluide frigorigène a pour propriété d’être porté à ébullition à basse température. On pourrait très bien le remplacer par de l’eau, à condition que dehors il fasse dans les 115 degrés et que dans la maison il fasse 120 ?

Voilà comment je crois qu’il faudrait que je comprenne la PAC.
Par exemple (mes chiffres sont hasardeux) : dehors, il fait 8 degrés. La température d’ébullition du fluide est à -10. Le fluide arrive dans l’évaporateur après avoir été détendu, il est à 7. La chaleur captée est de 18 degrés ? Ce sont 18 degrés qui vont être transférés à côté et, si je veux, rendus dans le salon ?

4) J’ai aussi du flou à ce niveau là : est-ce que la pression est constante, côté chaud (par ex 5 bars), puis côté froid (1 bar) ?
Qu’est-ce qui fait que le fluide sous forme de gaz se condense, c’est la pression ou la perte de chaleur (la perte de chaleur je dirais dans le cas où la pression est constante). Que se passerait-il si le gaz était extrêmement compressé ? Il se condenserait aussi ? Cette avalanche de questions c’est juste pour vous donner une idée de mon incompréhension :)

@John Die :
Je vais répondre à la 1) pour le moment, il faut y aller pas à pas.

Vous prenez donc une pompe à 15 °C. Vous bouchez la pompe et vous compressez : ça chauffe, disons à 50 °C.
Vous relâchez et l’air dans la pompe repasse à 15 °C : les molécules reprennent leur place et tout redevient comme avant.

À présent, reprenez la pompe à 15 °C. Compressez (ça monte à 50 °C), mais ne relâchez pas. Attendez.
Naturellement, la pompe à 50 °C, toujours comprimée, se trouve dans l’air ambiant à 15 °C va redescendre à 15 °C. Durant ce refroidissement, la pompe reste sous pression car vous ne relâchez pas.

Une fois la pompe refroidie, relâchez.
Or, quand on relâche, ça refroidit : on passe donc de 15 °C à quelque chose de plus froid, par exemple 5 °C !

Vous pouvez essayer : ça marche. C’est peut-être difficile à voir car votre main risque également de chauffer la pompe. Mais on peut tout à fait boucher la pompe avec de la colle ou autre et constater que ça marche bien. Une caméra thermique peut aider, si vous en avez.

Pour cette première partie, est-ce que ceci vous semble logique, compris ?

@Le Hollandais Volant : Oui cela me semble très clair !

@John Die : Parfait.

Alors on continue.
Imagines chez toi il fait 20 °C et dehors il fait 10 °C. Tu veux chauffer ta maison avec ta pompe.

Une solution est la suivante :
– tu compresses la pompe dans la maison : la pompe chauffe à 50 °C.
– tu maintiens comprimé. Du coup, la chaleur quitte la pompe et chauffe l’air de la maison. La pompe redescend à 20 °C.
– tu garde comprimé, et tu vas dehors.
– dehors, tu relâches : la pompe descend à 5 °C à cause de la détente..
– Or, dehors il fait 10 °C. Donc les calories vont de l’air de dehors vers ta pompe. La pompe, détendue, est maintenant réchauffée à 10 °C.
– tu maintiens détendu, et tu rentres dans la maison.
– tu compresses la pompe (retour à la première étape) : la chaleur quitte la pompe et réchauffe ta maison, etc.
– etc.

Avec ce système, la pompe capte les calories dehors pour les relâcher dans la maison. Le tout est juste de détendre la pompe dehors, et de la comprimer dans la maison.

Ça va toujours ?

@Le Hollandais Volant : oui ça va !

@Le Hollandais Volant : ton exemple est fantastique parce qu’on voit même pourquoi ce principe est moins efficace quand la température extérieure est trop basse (?)

@Le Hollandais Volant : en fait à ce stade j’ai des petites questions. Si :
- j’attends que la pompe redescende à 20 °C dans mon salon (d’ailleurs c’est un tout petit peu plus que 20 °C non ?)
- j’ouvre le circuit en retirant mon pouce, l’air s’échappe avec un effet détendeur donc froid et tout est raté car ça refroidit la pièce
- mais si je fais échapper cet air par un trou dans le mur il ne refroidit pas le salon.
Ça donnerait quoi une pompe dans le salon qui compresserait l’air et qui le rejetterait dehors quand elle aurait fini de réchauffer la pièce (je suis quasi certain que c’est une idée stupide) ?. Je pense à ça car on a commencé à compresser un air à 20 °C, mais après on revient avec un air à 10 °C à compresser.

Mais non je suis idiot : cet air compressé, son aspiration crée une dépression dans la pièce, donc de l’air venant de l’extérieur doit nécessairement être aspiré l’intérieur, et il est froid donc c’est raté. Le système doit être fermé.

Ok pardon je te suis jusqu’à présent !

@John Die : je vois que tu as compris.

Le circuit fermé n’est pas une obligation, c’est juste plus pratique, et puis dans les faits on utilise un autre fluide que de l’air pour les frigos, les clim ou les PAC.
D’ailleurs, on tire également parti de la chaleur latente de changement d’état du fluide, qui permet de capter/libérer beaucoup plus dé calories qu’une simple détente/compression.

Ça donnerait quoi une pompe dans le salon qui compresserait l’air et qui le rejetterait dehors quand elle aurait fini de réchauffer la pièce (je suis quasi certain que c’est une idée stupide) ?. Je pense à ça car on a commencé à compresser un air à 20 °C, mais après on revient avec un air à 10 °C à compresser.

Si, ça fonctionnerait, à condition que la détente se produise bien dehors.

L’air a beau être à 10 degrés, c’est toujours bien plus que les 5 degrés qu’on rejette, et c’est là l’essentiel.

Et comme tu l’as compris juste au dessus : si dehors il fait 4 degrés, rejeter de l’air à 5 degrés ne fonctionne plus. De même si dans la pièce il fait 51 degrés.
Dans ce cas il faudrait détendre très fortement le gaz dehors (pour refroidir sous les 5 degrés) et le compresser au delà des 50 degrés dans la maison.
C’est possible, mais le rendement (le coefficient de performance) sera moins bon.

Certaines voitures sont équipées de petites pompes à chaleur en guise de chauffage (question de rendement, pour les voitures électriques surtout). Ça marche généralement bien mais tant qu’il ne fait pas en dessous de 5-7 degrés. Dans ce cas, il faut le chauffage par résistances. Mais dans une maison, les PAC arrivent à capter des calories même quand il fait très froid dehors.

Au passage, ce système avecla pompe et aller dehors/dedans, c’est celui de la pompe à chaleur.
C’est exactement la même chose.

Juste, ce n’est pas toi qui te déplace avec une pompe à vélo qui traporte de l’air comprimé qu’on a laissé refroidir ou détendu qu’on a laissé réchauffé, mais un dispositif qui véhicule un fluide, tantôt comprimé (et liquide), tantôt détendu (et gazeux).

L’idée est la même :
– 1 : détendre suffisamment le liquide (pour qu’il s’évapore) dehors, et ainsi absorber les calories dehors,
– 2 : transporter le fluide (devenu gaz) dans la maison.
– 3 : comprimer le fluide pour le liquéfier et récupérer les calories de la compression ET de la liquéfaction. Les calories sont envoyées dans la pièce pour la réchauffer (et le fluide refroidit)
– 4 : renvoyer ce liquide refroidit dehors
– 5 retour au 1.

Le tout en circuit fermé.

Ce système fonctionne car le compresseur et le détendeur consomment par exemple 200 W d’électricité, mais le fluide lui, capte disons 400 W de calories dehors qu’il libère dedans. Donc pour 200 Wh d’énergie consommé, on réchauffe de 400 Wh.

Là où un convecteur électrique produit 200 Wh de chaleur pour 200 Wh consommé.

Enfin, ce système, si on fait tourner le fluide dans l’autre sens peut capter les calories dans la maison et les rejeter dehors : on a alors un climatiseur, qui refroidit l’intérieur de la maison (et réchauffe le dehors). C’est aussi le principe du frigo.
Frigo, pompe à chaleur, climatiseur, ce sont des machines toutes identiques d’un point de vu thermodynamique. Ils sont justes optimisés pour capter la chaleur dans l’air / l’eau / le sol et le renvoyer dans une pièce / dehors / sur la grille au dos du frigo…

@Le Hollandais Volant : bonjour et merci beaucoup pour tes explications. Ton exemple avec la pompe est génial.

J’ai l’impression qu’il me manque un point de compréhension. En fait je maîtrise mal le fait que Energie=chaleur, mais que chaleur n’est pas toujours température. Par exemple je croyais que quand on chauffait une eau à 110 °C, la température de la vapeur d’eau était 110 °C. En fait non, elle est à 100 °C. Pour autant, ces 10 °C n’ont pas disparus. Est-ce qu’ils sont simplement contenus en énergie cinétique dans la masse d’eau évaporée ? La somme de l’énergie dans cette masse évaporée est bien équivalente à une énergie de 110 °C ?
En fait j’aimerais bien suivre le gaz dans le circuit avec un crayon, dire quelle est la température localement, savoir retrouver à différents endroits l’énergie prise dehors, la différencier de la température, savoir sous quelle forme elle est... bref je ne maîtrise pas bien le fait que le changement d’état transporte de l’énergie.

@John Die : à l’état le plus stable, les molécules sont immobiles et ensembles. C’est le solide.

Si on apporte assez dl’énergie, entre vont se mettre en mouvement, mais toujours rester ensembles. C’est le liquide.

Si on apporte encore plus d’énergie, elles vont se détacher les unes des autres. C’est le gaz.

Donc si on a de l’eau à 20 degrés, l’apport d’énergie va monter ça jusqu’à une température limite, la température d’ébullition (qui dépend de la pression et la composition de l’air, notamment l’hygrométrie). C’est 100 degrés.

Si on chauffe encore, l’énergie apportée sera captée pour passer de l’état liquide à gazeux, sans augmenter la température.

On peut dire que :

liquide + énergie = gaz

Cette équation est valable dans les deux sens. Ça signifie que si on a du gaz et que l’on force le passage à l’état liquide, alors on récupère de la chaleur.

C’est le rôle d’un condenseur/compresseur dans une PAC ou un frigo. Cette chaleur est évacuée.

Inversement, le liquide froid qui l’on force à bouillir redevient gazeux mais encore plus froid : l’énergie thermique devient de l’énergie de changement d’état (enthalpie).

Dans une PAC, le gaz hyperfroid dehors est réchauffé par l’air froid de dehors. Le transfert thermique est donc bien de dehors vers le gaz.

@Le Hollandais Volant : Ok merci.

Avec tes explications, je me dis ceci : dans la partie basse pression, dans l'évaporateur, si on prend la température du fluide, celle-ci est toujours à sa température d'ébullition. Et l'énergie qu'il y a en plus, c'est de la chaleur latente.

Mais j'ai vu une vidéo où il est fait des relevés de température à certains points clés.
Notamment : en sortie de détendeur, il fait 0°C, en sortie d'évaporateur, il fait 5°C, mais juste avant l'aspiration dans la pompe, il fait 10°C, alors qu'on est toujours à la même pression. Je ne comprends pas ce qu'il se passe. La température d'ébullition est bien inférieure pourtant ? Et on est pas censé être à pression constante dans toute la partie à refroidir ?

https://www.youtube.com/watch?v=AM8w-WfuHdw

@John Die :

dans la partie basse pression, dans l'évaporateur, si on prend la température du fluide, celle-ci est toujours à sa température d'ébullition. Et l'énergie qu'il y a en plus, c'est de la chaleur latente.

Oui, c’est ça.

La pression est si basse que ça bout à basse température. La chaleur latente dont tu parle, c’est l’énergie qui entre dans le fluide (en provenance de l’environnement).
Cela car l’ébullition consomme de la chaleur (latente). Ça semble étrange à dire, on peut refroidir un fluide en le faisant bouille !

Véritasium, sur Youtube, avait fait une expérience comme ça, avec de l’azote liquide dans un récipient dont il abaissait constamment la pression. au final, c’était tellement froid qu’il avait gelé de l’azote en forçant l’ébullition !

Et on est pas censé être à pression constante dans toute la partie à refroidir ?

Avec une installation idéale et parfaite, oui, absolument.
Mais les installations réelles ne sont pas parfaites. Dans cet exemple de 5/10/15 °C, cela nous arrange : cela montre que le fluide commence à absorber de l’énergie thermique dès la détente. Or, dans le cas d’un frigo comme d’une PÀC, c’est ce que nous voulons : on veut que le fluide capte des calories.

Ensuite, ce fluide est comprimé et liquéfié, et ces calories sont relâchées, idéalement là où on veut qu’ils soient relâchés.

@Le Hollandais Volant : d’accord merci pour tes explications j’y vois bien plus clair !!

Merci pour ce sujet, c'est facile de trouver sur internet une définition du COP, mais c'est plus dur comprendre la subtilité du sujet et les confusions possibles avec le rendement