La pompe à chaleur : cours de CAP Monteur en installations thermiques

Quand on pense chauffage, on imagine une flamme : une chaudière gaz ou fioul qui brûle un combustible. La pompe à chaleur, que l'on écrit souvent PAC, fonctionne autrement. Elle déplace de la chaleur déjà présente dans l'environnement vers l'endroit où l'on en a besoin. Cette idée change la façon de poser, de régler et de dépanner une installation.

Dans ce cours, tu vas suivre le chemin de la chaleur : où elle est prise, comment le fluide la transporte, où elle est cédée, et comment on mesure l'efficacité de l'ensemble. Tu verras ensuite les grandes familles de PAC que tu rencontreras en chantier, puis les erreurs que les élèves font le plus souvent.

Le marché de la pompe à chaleur se développe fortement, en France comme en Europe.² Pour un futur monteur, cela veut dire une chose concrète : tu poseras et entretiendras de plus en plus d'appareils de ce type. Les acteurs du secteur se sont d'ailleurs organisés au sein d'une association française de la pompe à chaleur pour coordonner leurs actions.²

Côté diplôme, la PAC se place dans le chapitre « Les énergies » du CAP. Elle relève du thème de la production de chaleur et d'eau chaude sanitaire, dont la première partie porte sur les générateurs.⁵ Le référentiel cite des pompes à chaleur monobloc ou sans liaison frigorifique pour l'habitat individuel ou le petit collectif.⁵ Le métier que prépare ce CAP consiste notamment à implanter, équiper et poser des générateurs, des chaudières, des émetteurs de chaleur, de la VMC ou des panneaux solaires.⁶

Imagine une éponge qui boit de l'eau à un endroit et la lâche ailleurs. Dans une PAC, l'éponge est un fluide frigorigène qui circule en boucle fermée. À un endroit du circuit, il absorbe de la chaleur ; à un autre, il la restitue. Le fluide ne se consomme pas : il tourne en continu.

Comment le fluide peut-il prendre de la chaleur à de l'air qui paraît déjà froid ? Parce que le fluide devient encore plus froid que cette source. Le cours de référence de STI explique que le froid est produit par la détente et l'évaporation du fluide frigorigène.² Un fluide plus froid que l'air extérieur reçoit de la chaleur de cet air, comme une boisson glacée se réchauffe sur une table.

Le chauffe-eau thermodynamique illustre très bien ce mécanisme : le fluide de la PAC, très froid, prend de la chaleur à l'air, se déplace, puis cède cette chaleur à la cuve pour chauffer l'eau.⁴

Pour bien retenir le fonctionnement, découpe-le en trois temps. Ce découpage est une aide de mémorisation que tu peux réutiliser à l'oral devant un jury.

Une pompe à chaleur consomme de l'énergie pour fonctionner, mais elle livre davantage de chaleur qu'elle n'en consomme. Pour comparer, on utilise un rapport appelé COP.

Le COP n'a pas d'unité : c'est un quotient de deux énergies exprimées dans la même unité (par exemple deux valeurs en kWh). S'il vaut 3, la PAC restitue 3 kWh de chaleur pour 1 kWh absorbé.

On classe les PAC selon deux choses : où elles prennent la chaleur et à quoi elles la donnent. Les noms l'indiquent : « air/eau » signifie qu'on prend la chaleur dans l'air et qu'on la donne à de l'eau.

Prenons l'exemple des pieux géothermiques. Le bâtiment et le sol échangent leur chaleur par des tubes disposés en double. Dans ces tubes, l'eau reste enfermée dans une boucle qui relie les pieux à un collecteur, lui-même branché sur la pompe à chaleur.³ Le fluide caloporteur remonte ainsi les calories du sol jusqu'à la PAC, qui les transfère ensuite.³

Une PAC utilise de l'électricité pour son fonctionnement, mais elle livre davantage de chaleur qu'elle n'en consomme. C'est ce qui la rend intéressante pour réduire l'impact d'un logement.

Cela rejoint la mission du chauffagiste : réaliser des installations qui apportent du confort aux utilisateurs tout en préservant l'environnement et en économisant l'énergie.⁶ Il intervient sur tous types de bâtiments : résidentiels, tertiaires, industriels ou agricoles.⁶

Au CAP, tu apprends à identifier les générateurs, à les poser, puis à régler l'ensemble. Un peu plus de la moitié de ton emploi du temps est consacrée aux enseignements technologiques et professionnels. On y étudie entre autres l'émission de chaleur, la régulation d'une installation, sa mise en service et sa maintenance.⁶

Cette démarche te sert autant pour une pose que pour un dépannage : tu poses chaque élément sur un schéma, tu suis le chemin de la chaleur, tu repères ce qui manque ou ce qui bloque.