Cycle de la pompe à chaleur expliqué : thermodynamique, principe de fonctionnement, circulation du réfrigérant et sources d'énergie
22 octobre 2026
TL;DR
Une pompe à chaleur utilise l'électricité pour faire fonctionner un compresseur qui fait circuler le frigorigène à travers quatre étapes : l'évaporation, la compression, la condensation et la détente. Elle déplace la chaleur au lieu de brûler du carburant, de sorte qu'elle fournit plus de chaleur que l'électricité qu'elle consomme.
Points clés à retenir
Le cycle de la pompe à chaleur répète quatre étapes dans une boucle de réfrigérant scellée : l'évaporation, la compression, la condensation et la détente.
Une thermopompe fonctionne à l'électricité. Son frigorigène circule sans être brûlé ni consommé.
Le coefficient de performance (COP) mesure l'efficacité. Un COP de 3 signifie 3 unités de chaleur pour chaque unité d'électricité.
Le filtre à air est la seule pièce du cycle de la thermopompe que la plupart des propriétaires peuvent vérifier et changer eux-mêmes.
Quel est le cycle de la pompe à chaleur?
Le cycle de la thermopompe est le cycle de réfrigération par compression de vapeur, le même processus que celui utilisé par votre réfrigérateur, fonctionnant dans la direction qui réchauffe votre maison. Une thermopompe répète quatre étapes dans une boucle de réfrigérant scellée, en prélevant la chaleur à l'extérieur et en la libérant à l'intérieur en mode chauffage.
Évaporation.Le frigorigène liquide froid à basse pression entre dans la bobine extérieure. À cette pression, il bout sous la température de l'air extérieur, de sorte qu'il absorbe la chaleur et devient vapeur.
Compression.Le compresseur électrique comprime la vapeur dans un volume plus petit, augmentant sa pression et sa température au-dessus de la température de l'air intérieur.
Condensation.La vapeur chaude atteint la bobine intérieure. Votre ventilateur pousse l'air ambiant à travers la bobine, le réfrigérant cède sa chaleur et se condense en un liquide à haute pression.
Expansion.Une valve de détente réduit la pression du liquide. Le réfrigérant refroidit en dessous de la température extérieure et retourne à la bobine extérieure pour recommencer.
Le département américain de l'Énergieguide sur les thermopompes air-sourcedécrit la même séquence. Filterbuy a construit le diagramme ci-dessous pour ajouter l'étape que de nombreux diagrammes de cycle omettent : le filtre à air par lequel l'air ambiant passe avant d'atteindre la serpentin intérieur.
Comment le fluide frigorigène circule-t-il dans une thermopompe?
Le frigorigène circule dans une thermopompe en une boucle continue, passant entre l'état liquide et gazeux selon les variations de pression. Le côté à basse pression absorbe la chaleur, le côté à haute pression la libère, et le compresseur et le détendeur séparent les deux.
La majorité de la chaleur se déplace durant les deux changements de phase, lorsque le fluide frigorigène en ébullition ou en condensation absorbe ou libère la chaleur latente à une température pratiquement constante.
Quels principes thermodynamiques font fonctionner une pompe à chaleur ?
Deux lois de la thermodynamique expliquent le fonctionnement d'une pompe à chaleur : l'énergie se conserve, et la chaleur a besoin de travail pour circuler du froid vers le chaud.
La première loi : d'où vient la chaleur supplémentaire
La chaleur fournie à votre maison (Qh) égale la chaleur absorbée à l'extérieur (Qc) plus le travail fourni (W). OpenStax College Physics, un manuel libre examiné par les pairs de l'Université Rice, l'écrit comme Qh = Qc + W dans son chapitre sur les moteurs thermiques, les thermopompes et les réfrigérateurs.
Nous avons établi le bilan énergétique nous-mêmes. Un kilowattheure d'électricité équivaut à environ 3 412 BTU. Avec un COP de 3, une thermopompe la transforme en environ 10 236 BTU de chaleur. Le raccourci Filterbuy : la part de votre chaleur provenant de l'air extérieur égale 1 moins 1 divisé par le COP. C'est deux tiers avec un COP de 3 et environ 43 % au plancher du climat froid de 1,75. Consultez notre guide des coûts de chauffage des thermopompes pour connaître les coûts d'exploitation.
La deuxième loi : pourquoi une thermopompe a besoin d'un compresseur
La chaleur s'écoule naturellement du chaud vers le froid. Une thermopompe déplace la chaleur de l'air extérieur à 30 °F vers un salon à 70 °F. C'est l'inverse, donc la deuxième loi de la thermodynamique exige du travail. Le compresseur le fournit en rendant le frigorigène plus chaud que votre air intérieur.
Pourquoi la pression contrôle le point d'ébullition du frigorigène
Le point d'ébullition d'un frigorigène augmente avec la pression, et cette relation est le principe de fonctionnement du cycle de la thermopompe. Une basse pression permet au frigorigène de bouillir sous la température extérieure, et une haute pression lui permet de se condenser au-dessus de la température intérieure. L'eau suit la même règle, c'est pourquoi un autocuiseur cuit plus chaud qu'un pot ouvert.
Quelle est l'efficacité d'une thermopompe ? Coefficient de performance expliqué
L'efficacité d'une thermopompe est mesurée par le coefficient de performance (COP), le rapport entre la chaleur fournie et l'électricité consommée. Le chauffage par résistance électrique a un COP de 1. Une thermopompe air-air peut fournir jusqu'à trois fois plus d'énergie thermique à une maison que l'énergie électrique qu'elle consomme, selon le Département de l'énergie des États-Unis.
Le COP de chauffage idéal (Carnot) égale la température du côté chaud divisée par la différence de température chaud-froid, les deux en kelvins. Un écart plus grand signifie un plafond plus bas. Filterbuy a calculé ces plafonds pour la chaleur fournie à 95 °F.
Ideal COP: Filterbuy Carnot calculation for heat delivered at 95°F.
Le plancher du climat froid ENERGY STAR à 5 °F, un COP de 1,75, représente environ 28 % du plafond idéal que nous avons calculé. Les compresseurs et les ventilateurs perdent de l'énergie, et chaque serpentin a besoin d'une différence de température pour transférer la chaleur. ENERGY STAR exige que les thermopompes certifiées pour climat froid atteignent un COP d'au moins 1,75 à 5 °F tout en conservant au moins 70 % de leur capacité de chauffage à 47 °F, selon ses critères de thermopompe pour climat froid. Consultez nos guides sur les cotes d'efficacité des thermopompes comme SEER2 et HSPF2 et le rendement des thermopompes dans les climats froids.
Comment une thermopompe bascule-t-elle entre le chauffage et le refroidissement ?
Une thermopompe bascule entre le chauffage et le refroidissement grâce à une soupape d'inversion, une soupape quatre voies près du compresseur qui change la direction du flux de réfrigérant.
La même soupape gère le dégivrage. Lorsque du givre s'accumule sur la serpentin extérieure, la thermopompe bascule brièvement en mode refroidissement pour le faire fondre. En savoir comment fonctionnent le chauffage d'appoint et auxiliaire.
Qu'est-ce qui est normal quand une thermopompe fonctionne?
Une thermopompe a un aspect et un son différents d'une fournaise. Voici comment Filterbuy associe ce que vous remarquez à l'étape du cycle qui en est responsable.
Signes normaux:
Air froid soufflant de l'unité extérieure en hiver. La serpentin extérieure absorbe la chaleur (évaporation).
Air tiède provenant de vos bouches de ventilation. Les thermopompes livrent de l'air à une température plus basse que les fournaises au gaz sur des durées de fonctionnement plus longues.
Un whoosh, une pause, puis de la vapeur à l'extérieur. La soupape d'inversion bascule pour le dégivrage.
Un indicateur de chauffage auxiliaire pendant le dégivrage ou un coup de froid. Le chauffage d'appoint aide le cycle.
Appelez un technicien agréé pour:
Une épaisse couche de glace qui recouvre la serpentin extérieure pendant des heures. Notre liste de contrôle de préparation hivernale pour thermopompe explique la différence.
Un sifflement ou une production de chaleur qui diminue au fil des semaines, ce qui peut indiquer une fuite de réfrigérant.
Le chauffage d'appoint fonctionne la plupart du temps par temps doux.
Avant d'appeler, exécutez la vérification du flux d'air en trois étapes de Filterbuy:
Vérifiez le filtre à air pour savoir quand changer votre filtre à air.
Ouvrez tous les registres d'alimentation fermés et dégagez les meubles des grilles de retour.
Dégagez la neige et les feuilles autour de l'unité extérieure et taillez les arbustes à proximité.
Sur quoi fonctionne une thermopompe?
Une thermopompe fonctionne à l'électricité. L'électricité alimente le compresseur, le ventilateur extérieur, le souffleur intérieur, les commandes et tout élément de chauffage d'appoint. La chaleur elle-même provient de l'air extérieur ou du sol, et le réfrigérant ne fait que la transporter en circulant dans une boucle fermée sans être brûlé ni consommé.
L'électricité.La plupart des thermopompes centrales utilisent un circuit dédié de 240 volts.
Le réfrigérant.De nombreux systèmes existants utilisent le R-410A. Les nouvelles thermopompes résidentielles fabriquées ou importées depuis le 1er janvier 2025 doivent respecter une limite de potentiel de réchauffement climatique (PRC) de 700, selon les restrictions des CFC de l'EPA par secteur. Le R-454B et le R-32 sont des exemples courants.
Source de chaleur.Les modèles aérothermiques tirent la chaleur de l'air extérieur, et les modèles géothermiques la tirent du sol. Comparez les types de systèmes dans le guide des bases des thermopompes de Filterbuy.
Comment un filtre à air propre maintient le cycle de thermopompe sur la bonne voie
La bobine intérieure ne peut échanger la chaleur que avec l'air qui la traverse. Un filtre à air sale réduit ce flux d'air, ce qui s'oppose à la condensation en mode chauffage et à l'évaporation en mode refroidissement. Le Département de l'énergie des États-Unis note que l'efficacité et la performance de la thermopompe se détériorent lorsque le flux d'air tombe bien en dessous de 350 pieds cubes par minute (pcm) par tonne.
Chez Filterbuy, nous fabriquons des filtres à air plissés MERV 8, MERV 11 et MERV 13, nous examinons donc ce cycle du côté du ventilateur-souffleur. La charge de réfrigérant et la tuyauterie relèvent d'un technicien agréé. Le filtre de thermopompe vous appartient. Pour maintenir un flux d'air constant:
Vérifiez un filtre de 1 pouce chaque mois pendant les périodes de pointe.
Faites correspondre la taille imprimée sur votre cadre de filtre actuel, ou commandez des filtres à air personnalisés selon vos dimensions.
Filterbuy Filtres à air MERV 11 capturent des particules plus fines que les MERV 8, y compris les squames d'animaux. Consultez toujours le manuel de votre système de chauffage-climatisation pour connaître la cote MERV qu'il est conçu pour supporter.
Configurez la livraison automatique de filtres pour qu'un filtre frais arrive à temps.
Pour les pièces sans conduits, les systèmes de climatisation sans conduits Filterbuy sont assortis d'une garantie de 7 ans sur le compresseur et de 3 ans sur les pièces avec livraison rapide et gratuite en 2 jours dans la plupart des États américains.
« Une pompe à chaleur transfère la chaleur plutôt que de la convertir à partir d'un combustible comme les systèmes de chauffage par combustion. »
Département américain de l'énergie
L'avis de Filterbuy : Comme une pompe à chaleur ne peut que déplacer la chaleur que ses serpentins échangent avec l'air ambiant, nous traitons le flux d'air comme faisant partie du cycle lui-même.
Statistiques de soutien
Environ 13 % des maisons américaines chauffées principalement par une pompe à chaleur en 2020. Source : Guide de l'Administration de l'information énergétique des États-Unis Energy Explained sur la consommation d'énergie dans les maisons.
Les pompes à chaleur pourraient réduire la consommation d'énergie moyenne des maisons de 31 % à 47 %. Le Laboratoire national des énergies renouvelables a simulé 550 000 maisons américaines en 2024, comme l'a rapporté l'American Public Power Association.
Une installation défectueuse peut augmenter d'environ 30 % la consommation d'énergie pour le chauffage et la climatisation. La sous-charge en réfrigérant et le flux d'air intérieur incorrect font partie des défauts étudiés. Source : Recherche du NIST sur les défauts d'installation des systèmes de chauffage-climatisation.
Questions fréquemment posées
Quelles sont les 4 étapes du cycle de la thermopompe?
Les quatre étapes du cycle de la thermopompe sont l'évaporation, la compression, la condensation et la détente. Dans cet ordre, le réfrigérant absorbe la chaleur, gagne en pression, libère la chaleur et perd de la pression.
Une thermopompe utilise-t-elle du gaz?
Une thermopompe ne brûle pas de gaz. Elle fonctionne à l'électricité et transfère la chaleur avec du réfrigérant. Seuls les systèmes à double combustible ajoutent un fourneau au gaz pour secours, couvert dans le guide Filterbuy des thermopompes HVAC.
Pourquoi une thermopompe perd-elle de l'efficacité par temps froid?
L'écart de température entre l'air extérieur et la chaleur fournie s'élargit, donc chaque unité de chaleur nécessite plus de travail du compresseur et le COP baisse. Consultez les inconvénients d'une thermopompe.
Une thermopompe est-elle la même qu'un climatiseur?
Une thermopompe et un climatiseur partagent le même cycle de réfrigération. Un climatiseur ne déplace la chaleur que vers l'extérieur. Une thermopompe ajoute une valve d'inversion pour pouvoir aussi déplacer la chaleur vers l'intérieur. Comparez les systèmes de thermopompe par rapport aux foyers et climatiseurs.
Glossaire
Coefficient de performance (COP) :Chaleur fournie divisée par l'énergie électrique utilisée.
COP de Carnot :Le COP théorique maximal entre deux températures, mesuré en kelvins.
MERV :Valeur minimale de rendement de capture, l'indice de capture de particules d'un filtre sur une échelle de 1 à 16.
Maintenez le flux d'air de votre thermopompe sur la bonne voie. Trouvez votre taille exacte chez Filterbuy et magasinez des filtres à air fabriqués en Amérique par taille avec livraison rapide et gratuite en 2 jours dans la plupart des États américains.