Comment fonctionne une pompe à chaleur air-eau

Une pompe à chaleur air-eau fabrique très peu de chaleur par elle-même. Elle va la chercher dans l’air du jardin, même en hiver, puis la remonte en température pour la donner à l’eau de vos radiateurs ou de votre plancher chauffant. Le gros du travail électrique revient au compresseur, qui fait tourner tout le circuit. C’est pour ça qu’une machine bien réglée rend plus de chaleur qu’elle ne consomme de courant.

Sur les chantiers, la question revient presque toujours sous la même forme. Comment une boîte installée dehors peut-elle chauffer une maison en plein mois de janvier ? La réponse tient dans un circuit fermé où un fluide change d’état en traversant quatre organes. Une fois ce cycle compris, le fonctionnement d’une pompe à chaleur air-eau devient logique, du COP affiché sur la fiche technique jusqu’au nuage de vapeur qui sort de l’unité extérieure certains matins.

Une pompe à chaleur air-eau, c’est quoi au juste ?

Une pompe à chaleur air-eau est un appareil de chauffage central qui prélève des calories dans l’air extérieur et les transmet à l’eau du circuit de chauffage. L’eau chaude part ensuite vers des radiateurs, un plancher chauffant ou des ventilo-convecteurs. Elle remplace donc une chaudière au gaz ou au fioul sans changer la façon dont la chaleur arrive dans les pièces. Là où la chaudière brûle un combustible, la pompe à chaleur déplace une chaleur qui existe déjà dehors.

L’ADEME présente les pompes à chaleur aérothermiques comme des appareils qui puisent dans l’air extérieur une chaleur gratuite et renouvelable. Sur sa page de conseils pour se chauffer avec une pompe à chaleur, l’agence précise que le modèle air-eau convient quand la maison dispose déjà d’un chauffage central hydraulique. Le modèle air-air vise plutôt les logements chauffés avec des radiateurs électriques.

Le cycle thermodynamique en quatre étapes

Pour comprendre comment fonctionne une pompe à chaleur air-eau, il suffit de suivre une goutte de fluide frigorigène pendant un tour du circuit. Ce circuit est fermé et le fluide ne s’use pas. Il passe dans l’évaporateur, le compresseur, le condenseur puis le détendeur avant de recommencer.

L’évaporateur est la grande batterie à ailettes placée derrière le ventilateur de l’unité extérieure. Le fluide y arrive liquide, très froid et à basse pression. L’air du jardin traverse les ailettes et, plus chaud que le fluide, lui cède ses calories. Le fluide se met alors à bouillir. Il ressort sous forme de gaz, ce qui explique que l’air soufflé par l’unité extérieure soit plus froid que l’air ambiant.

Le gaz est ensuite aspiré par le compresseur, le principal consommateur d’électricité de l’installation. En comprimant le gaz, il fait grimper sa pression et sa température, un peu comme une pompe à vélo qui chauffe quand on gonfle un pneu. Selon Bosch, les pompes à chaleur modernes utilisent une technologie dite inverter, qui ajuste en permanence la vitesse du compresseur au besoin de la maison.

Le gaz chaud traverse alors le condenseur, un échangeur à plaques où circule de l’autre côté l’eau de votre chauffage. Les deux fluides ne se mélangent jamais. En cédant ses calories, le fluide refroidit et redevient liquide. L’eau du circuit repart plus chaude vers les radiateurs ou le plancher chauffant.

Il reste un liquide tiède et sous forte pression. Le détendeur fait chuter cette pression d’un coup, ce qui ramène le fluide bien en dessous de la température de l’air extérieur. Le fluide peut alors capter à nouveau la chaleur de l’air. Sur les machines réversibles, une vanne à quatre voies inverse le sens de circulation pour rafraîchir la maison en été ou dégivrer l’unité extérieure en hiver.

Le schéma d’une pompe à chaleur air-eau, du jardin au radiateur

Un schéma d’une pompe à chaleur air-eau se lit comme deux boucles qui se touchent dans un échangeur. La première est celle du fluide, qui fait le cycle décrit plus haut. La seconde est celle de l’eau de chauffage, qui va du module intérieur aux radiateurs puis revient refroidie. La place de cet échangeur, dehors ou dans la maison, distingue une monobloc d’une split.

Un support de formation d’OpenClassrooms consacré aux métiers du chauffage détaille ce que contient chaque unité. Le groupe extérieur abrite le compresseur, la vanne à quatre voies, un échangeur, le ventilateur et le détendeur. L’unité intérieure, souvent appelée module hydraulique, regroupe l’échangeur à plaques, le vase d’expansion, la résistance électrique d’appoint et le circulateur. S’y ajoute le régulateur, où l’installateur règle la loi d’eau.

Le COP et le SCOP, deux chiffres à ne pas confondre

Le premier chiffre que l’on regarde sur une fiche technique est presque toujours le COP, pour coefficient de performance. Il indique combien de kilowattheures de chaleur la machine fournit pour un kilowattheure d’électricité consommé. Un COP de 4 veut dire qu’elle livre quatre fois plus de chaleur qu’elle ne prend de courant. Plus l’écart entre l’air capté et l’eau produite est faible, plus le COP grimpe.

Le COP, une photo prise à une température donnée

Un COP n’a de sens qu’accompagné de ses conditions de mesure. Le règlement européen n° 813/2013 sur l’écoconception fixe des conditions nominales communes à tous les fabricants. L’air extérieur y est à +7 °C et l’eau sort à 35 °C en basse température ou à 55 °C en moyenne température. La fiche produit prévue par ce texte donne aussi le COP déclaré à d’autres températures, dont −7 °C et +2 °C. Comparer deux machines sur leur seul COP à +7 °C revient à comparer deux voitures sur leur consommation en descente.

Le SCOP, le bilan de toute une saison

Le SCOP, coefficient de performance saisonnier, corrige ce défaut. Le règlement le définit comme le rapport entre la demande annuelle de chauffage de référence et la consommation annuelle d’énergie de la machine. Le calcul repose sur une saison type, celle d’un climat dit moyen qui correspond aux températures de Strasbourg. Un SCOP affiché pour 35 °C ou pour 55 °C renvoie donc à cet hiver de référence.

Sur l’étiquette énergie, vous lirez plutôt un pourcentage appelé efficacité énergétique saisonnière, noté ηs ou ETAS. Le règlement 813/2013 l’obtient en divisant le SCOP par un coefficient de 2,5, puis en appliquant de petites corrections. Un SCOP de 4 donne ainsi un ETAS proche de 160 % avant corrections. Ce pourcentage sert à comparer une pompe à chaleur avec une chaudière sur la même échelle.

Ce que mesurent les maisons habitées

L’ADEME a équipé de capteurs 90 pompes à chaleur air-eau et 10 géothermiques dans des maisons individuelles, pendant une année complète. Son avis sur les performances réelles publié en octobre 2025 juge les performances moyennes très bonnes, mais un tiers des installations pourrait faire mieux. Selon le ministère de l’Économie, le SCOP moyen mesuré atteint 2,9 pour les machines air-eau, avec des écarts de 1,8 à 4,5 selon les maisons. À machine comparable, la pose et le réglage font une grosse différence.

Lire la fiche technique d’une pompe à chaleur air-eau

Une fiche technique aligne des valeurs serrées où il est facile de se perdre. Certaines lignes aident à comparer deux modèles, d’autres disent si la machine tiendra le coup les jours de grand froid. Le tableau ci-dessous reprend les plus utiles, avec les termes de la réglementation européenne.

Ligne de la fiche	Ce qu’elle indique	Ce que vous en tirez
COP à +7/+35 (A7/W35)	Rendement avec un air à +7 °C et une eau à 35 °C	Une base de comparaison, rien de plus
COP à −7/+35	Rendement par temps froid, eau à basse température	Plus proche de vos journées d’hiver
Puissance calorifique à −7 °C	Chaleur fournie quand il gèle	À comparer au besoin du bilan thermique
SCOP à 35 °C et à 55 °C	Rendement sur une saison type	Prendre 55 °C si vous gardez des radiateurs classiques
Température bivalente (Tbiv)	Température sous laquelle l’appoint complète	Plus elle est basse, moins l’appoint travaille
Température limite (TOL)	Température sous laquelle la machine ne chauffe plus	À comparer aux minimales de votre commune
Température maximale de l’eau (WTOL)	Eau au-delà de laquelle la machine s’arrête	Utile si vos radiateurs demandent une eau chaude

Les températures Tbiv, TOL et WTOL sont définies dans l’annexe I du règlement 813/2013, qui demande au fabricant de les déclarer. Pour le climat moyen, ses conditions de référence prévoient une température bivalente d’au plus +2 °C et une température limite d’au plus −7 °C. La valeur réelle de chaque modèle figure sur sa fiche. L’ADEME rappelle aussi qu’un appareil trop puissant consomme plus que nécessaire et qu’une machine en sous-régime s’use plus vite. Avant de comparer plusieurs installateurs, vérifiez que chaque offre repose sur un bilan thermique de votre logement.

La température de l’eau, le réglage qui change tout

Si vous ne deviez retenir qu’un point du fonctionnement d’une pompe à chaleur air-eau, ce serait celui-ci. Plus l’eau envoyée dans les radiateurs est chaude, plus le compresseur force. Dans son article sur la manière de maximiser la performance d’une pompe à chaleur, l’ADEME rappelle qu’une chaudière chauffe souvent son eau à 60 °C. Une pompe à chaleur travaille de préférence entre 35 et 45 °C. Selon le même article, baisser de 10 °C la température de l’eau fait gagner environ un point de COP.

La loi d’eau, aussi appelée courbe de chauffe

La loi d’eau fixe automatiquement la température de l’eau de chauffage selon la température extérieure. L’ADEME prend un exemple simple. Avec 10 °C dehors, elle peut envoyer une eau à 35 °C. Par −5 °C, elle enverra peut-être une eau à 45 ou 50 °C. Une loi d’eau trop haute fait chauffer la machine pour rien alors qu’une loi d’eau trop basse laisse les pièces fraîches.

Ce réglage est l’une des deux causes de mauvaises performances relevées par l’ADEME, avec les radiateurs mal dimensionnés. Selon le ministère de l’Économie, corriger ces deux points ferait gagner environ un point de rendement. L’ADEME met aussi en garde contre le cyclage, ces arrêts et redémarrages trop fréquents qui usent la machine. D’après l’agence, une pompe à chaleur ne devrait pas démarrer plus d’une fois par heure.

Radiateurs, plancher chauffant ou ventilo-convecteurs

Un plancher chauffant ou de grands radiateurs se contentent d’une eau tiède, alors que de petits radiateurs demandent une eau plus chaude qui fait baisser le rendement. L’ADEME tire de ses mesures une conclusion rassurante pour les maisons anciennes. La performance ne dépend pas de l’isolation du logement si les radiateurs sont assez grands pour fonctionner à basse température. Remplacer un ou deux radiateurs dans les pièces les plus froides peut suffire. Faites-les vérifier lors de la visite, puisque d’éventuels remplacements entrent dans le prix d’une PAC air-eau chez vous.

Quand il gèle dehors, que fait la machine ?

C’est une crainte fréquente chez les propriétaires. La pompe à chaleur continue de fonctionner quand il fait froid, mais son rendement baisse parce que l’écart entre l’air et l’eau augmente. L’ADEME écrit que les pompes à chaleur aérothermiques sont sensibles à la température extérieure. Elles ont besoin d’un appoint, le plus souvent électrique et intégré à l’installation.

Le givre sur l’évaporateur et le dégivrage

Par temps froid et humide, l’humidité de l’air se dépose en givre sur les ailettes de l’évaporateur. SuisseEnergie, le programme de l’Office fédéral suisse de l’énergie, explique dans sa fiche sur le dégivrage des pompes à chaleur air-eau qu’un évaporateur givré transmet beaucoup moins bien la chaleur. La machine lance donc régulièrement un dégivrage. Le procédé le plus courant, présent dans 80 % des installations selon la fiche, inverse le cycle pour faire fondre la glace.

Pendant un dégivrage, un nuage de vapeur peut sortir de l’unité extérieure et de l’eau couler sous la machine. C’est le signe que la glace fond et cette eau doit pouvoir s’écouler au pied de l’appareil. SuisseEnergie précise qu’un dégivrage trop fréquent consomme de l’énergie pour rien. Sa fiche conseille de contrôler ce réglage tous les trois à cinq ans.

L’appoint et la vague de froid de janvier 2024

Selon Bosch, l’appoint ne s’active que les jours les plus rudes. Sous la température bivalente, une résistance électrique prend le relais en partie, avec un rendement bien moins bon que celui de la machine. L’ADEME décrit aussi des installations hybrides, où une chaudière existante complète une pompe à chaleur moins puissante pendant les périodes de froid. Ce choix se discute avec des artisans RGE par région lors de la visite technique.

Le ministère de l’Économie a publié une mise au point sur l’efficacité des pompes à chaleur en hiver, appuyée sur la campagne de l’ADEME. Lors de la vague de froid du 20 janvier 2024, il faisait −4 °C en moyenne en France et jusqu’à −12 °C par endroits. Le rendement moyen de l’échantillon est resté à 2 ce jour-là. En altitude ou dans l’est de la France, la puissance disponible à basse température mérite pourtant plus d’attention que le COP affiché en tête de catalogue.

L’eau chaude sanitaire avec la même machine

Une pompe à chaleur air-eau peut aussi produire l’eau chaude sanitaire. L’ADEME indique que ces modèles sont souvent installés avec un ballon de 180 à 200 litres, adapté à une famille de 4 à 5 personnes. Le support d’OpenClassrooms décrit une vanne à trois voies motorisée qui sert le ballon en priorité puis renvoie l’eau vers les radiateurs. En été, la machine ne démarre que pour réchauffer le ballon.

Si votre foyer consomme peu d’eau chaude, l’ADEME conseille plutôt de séparer la production d’eau chaude et le chauffage. Un chauffe-eau thermodynamique, petite pompe à chaleur dédiée au ballon, fait alors l’affaire. Vous évitez de garder au chaud un grand volume d’eau dont vous ne vous servez pas. Ce choix modifie le budget d’une installation complète.

Pompe à chaleur air-eau ou air-air, ce qui les sépare

Les deux familles reposent sur le même cycle et captent la chaleur de l’air extérieur. La différence se joue à l’intérieur. La machine air-eau chauffe l’eau d’un réseau hydraulique, alors que la machine air-air souffle de l’air chaud dans les pièces.

Critère	Pompe à chaleur air-eau	Pompe à chaleur air-air
Ce qui est chauffé	L’eau du chauffage central	L’air des pièces
Émetteurs	Radiateurs, plancher chauffant, ventilo-convecteurs	Unités intérieures soufflantes
Eau chaude sanitaire	Possible avec un ballon	Non
Logement adapté selon l’ADEME	Maison avec chauffage central hydraulique	Logement chauffé par radiateurs électriques

Pour l’ADEME, la machine air-eau est la solution la plus complète pour remplacer une chaudière, puisqu’elle couvre aussi l’eau chaude. Certains modèles rafraîchissent la maison en été en inversant le cycle. L’agence signale pourtant qu’avec des radiateurs classiques, de la condensation peut se former et abîmer l’installation. Bosch juge les chauffages au sol ou muraux mieux adaptés au rafraîchissement. Si vous hésitez entre les deux, une demande de devis en ligne permet de poser la question à plusieurs professionnels.

Les bonnes questions à poser à l’installateur

Avec le fonctionnement d’une pompe à chaleur air-eau en tête, vous pouvez mener la visite technique avec des questions précises. L’ADEME recommande de vérifier la loi d’eau prévue au devis, la compatibilité des radiateurs, le suivi des performances, les références de l’entreprise et sa certification RGE. La fiche technique ajoute deux questions.

• La loi d’eau sera-t-elle réglée pour ma maison et décrite dans le devis ?
• Mes radiateurs peuvent-ils chauffer avec une eau à basse température ?
• Quelle est la puissance de la machine à −7 °C ?
• Quelles sont la température bivalente et la température limite du modèle ?
• Un suivi des performances est-il prévu après la mise en service ?
• L’entreprise est-elle certifiée RGE avec des références proches de chez moi ?

La certification RGE, pour Reconnu garant de l’environnement, est demandée pour bénéficier des aides publiques, comme le rappelle l’ADEME. Cherchez des installateurs de votre région, parce que la proximité facilite le dépannage et l’entretien. Méfiez-vous d’une offre qui ne mentionne ni la température d’eau prévue ni le comportement de la machine par grand froid.

Une demande de devis gratuite permet de comparer plusieurs offres sur ces mêmes questions. Après la pose, notez pendant les premières semaines le nombre de démarrages par heure, la température de départ de l’eau et le confort dans les pièces. Ces trois indices suffisent à repérer une loi d’eau mal calée ou un appoint qui travaille trop. Un appel à l’installateur pendant le premier hiver règle souvent ce qui coûterait sinon plusieurs saisons de chauffage.

Questions fréquentes

Comment fonctionne une pompe à chaleur air-eau en hiver ?

Elle continue de capter la chaleur de l’air extérieur, même sous zéro, mais son rendement baisse quand l’écart entre l’air et l’eau à produire grandit. Le 20 janvier 2024, en pleine vague de froid, le rendement moyen mesuré par l’ADEME est resté à 2. Par temps humide, la machine dégivre régulièrement son unité extérieure. Un appoint électrique ou une chaudière prend le relais les jours les plus froids.

Jusqu’à quelle température extérieure une pompe à chaleur air-eau fonctionne-t-elle ?

Chaque modèle déclare sa température limite de fonctionnement, notée TOL sur la fiche technique. En dessous de cette valeur, la machine ne fournit plus de chaleur et l’appoint assure seul le chauffage. Le règlement européen 813/2013 prévoit pour le climat moyen une température limite d’au plus −7 °C dans ses conditions de référence. Comparez la valeur du modèle proposé aux minimales de votre commune.

Une pompe à chaleur air-eau fonctionne-t-elle avec des radiateurs classiques ?

Oui, à condition que les radiateurs soient assez grands pour chauffer avec une eau à basse température. L’ADEME a observé que la performance ne dépend pas du niveau d’isolation de la maison quand les radiateurs sont bien dimensionnés. De petits radiateurs obligent à envoyer une eau plus chaude, ce qui fait baisser le rendement. Remplacer un ou deux radiateurs suffit parfois à régler le problème.

Pourquoi une pompe à chaleur produit-elle plus de chaleur qu’elle ne consomme ?

Elle ne crée pas d’énergie, elle déplace la chaleur contenue dans l’air extérieur vers l’eau du chauffage. L’électricité sert surtout à faire tourner le compresseur, qui remonte la température du fluide frigorigène. La chaleur prise à l’air est gratuite, d’où un COP supérieur à 1. Les pompes à chaleur air-eau suivies par l’ADEME ont fourni en moyenne 2,9 kWh de chaleur par kWh d’électricité sur l’année.

Quelle est la différence entre une pompe à chaleur air-eau et air-air ?

Les deux captent la chaleur de l’air extérieur avec le même cycle. La pompe à chaleur air-eau chauffe l’eau d’un circuit de radiateurs ou de plancher chauffant et peut produire l’eau chaude sanitaire. La pompe à chaleur air-air chauffe directement l’air des pièces et ne produit pas d’eau chaude, selon l’ADEME. La première remplace une chaudière, la seconde convient plutôt à un logement chauffé à l’électricité.

Une pompe à chaleur air-eau produit-elle l’eau chaude sanitaire ?

Oui, si elle est associée à un ballon. Une vanne à trois voies envoie alors l’eau chaude en priorité vers le ballon, puis vers les radiateurs. L’ADEME cite des ballons de 180 à 200 litres, qui conviennent en général à un foyer de 4 à 5 personnes. Pour un foyer qui consomme peu d’eau chaude, un chauffe-eau thermodynamique séparé peut être plus pertinent.