Schéma de pompe à chaleur : du cycle aux radiateurs

Un schéma de pompe à chaleur se lit à trois échelles. Le cycle du fluide frigorigène explique d’où vient la chaleur. L’architecture monobloc ou bi-bloc décide de ce qui traverse le mur. Le schéma hydraulique de la maison fait l’essentiel du rendement réel. C’est ce troisième niveau que les fiches commerciales montrent le moins. Pourtant, la campagne de mesures de l’ADEME sur 100 PAC (ADEME, 2025) attribue une bonne partie des écarts de performance à l’installation et aux réglages. Voici les trois schémas, commentés élément par élément, avec ce que chacun change pour vous : rendement, bruit et entretien.

Le schéma de principe : comment une PAC transporte la chaleur

Une pompe à chaleur prélève des calories dans une source froide (l’air extérieur, le sol ou une nappe d’eau) et les restitue dans le logement. Elle ne produit pas la chaleur, elle la déplace. Pour cela, elle utilise un fluide frigorigène qui circule en circuit fermé et change d’état à chaque étape. C’est le principe du réfrigérateur, inversé : le réfrigérateur rejette dans la cuisine la chaleur qu’il retire aux aliments, la PAC rejette dans la maison la chaleur qu’elle retire au jardin.

1. Évaporateur (côté source froide) : le fluide, très froid et à basse pression, absorbe la chaleur de l’air ou du sol et s’évapore. Même un air d’hiver reste plus chaud que lui.
2. Compresseur : il aspire ce gaz et le comprime. La pression monte, la température aussi. C’est l’organe qui consomme l’essentiel de l’électricité, et c’est surtout lui que l’on entend.
3. Condenseur (côté maison) : le gaz chaud cède sa chaleur à l’eau du chauffage (PAC air-eau) ou à l’air de la pièce (PAC air-air) et redevient liquide.
4. Détendeur : il fait chuter brutalement la pression du liquide, qui se refroidit fortement et repart vers l’évaporateur. Le cycle recommence.

Pourquoi elle restitue plus d’énergie qu’elle n’en consomme

L’électricité sert seulement à faire tourner le compresseur, les ventilateurs et les pompes. La chaleur prélevée dehors ne coûte rien. Le rapport entre la chaleur restituée et l’électricité consommée s’appelle le coefficient de performance, ou COP. Les PAC air-eau suivies par l’ADEME affichent un COP moyen de 2,9 (Techniques de l’Ingénieur, 2025) : pour chaque kilowattheure d’électricité, la maison reçoit un peu moins de trois kilowattheures de chaleur.

Méfiez-vous du chiffre affiché sur la fiche technique. Le COP catalogue est mesuré en laboratoire, avec une température extérieure et une température d’eau normalisées. La performance saisonnière réelle tient compte des jours de grand froid, des phases de dégivrage, des arrêts et redémarrages et de la production d’eau chaude. C’est elle que l’ADEME a mesurée dans des maisons habitées, à la minute, sur une année complète (ADEME via data.gouv.fr, 2025). Elle varie fortement d’une maison à l’autre.

Une règle physique commande tout le reste. Plus l’écart est grand entre la température de la source et celle de l’eau envoyée aux émetteurs, plus le compresseur force et plus le rendement baisse. Une PAC air-eau qui chauffe une eau tiède pour un plancher chauffant, par temps doux, travaille dans sa zone idéale. La même machine qui pousse une eau très chaude dans de petits radiateurs, par grand froid, en est loin. D’une manière ou d’une autre, les deux schémas suivants reviennent à cet écart.

Air-eau, air-air, géothermie : ce qui change sur le schéma

Le cycle frigorifique est le même pour toutes les technologies. Ce qui change, c’est ce qui l’entoure : la source dans laquelle l’évaporateur puise la chaleur et le circuit auquel le condenseur la cède. Le NF DTU 65.16, la norme de mise en œuvre des PAC, couvre d’ailleurs toutes ces familles (air-air, air-eau, eau-eau, eau glycolée-eau, sol-sol, sol-eau) pour les machines à compression électrique jusqu’à 70 kW (CAPEB, 2017).

• Air-eau : l’unité extérieure capte la chaleur de l’air, et le condenseur chauffe l’eau d’un réseau de radiateurs ou d’un plancher chauffant. Comme le schéma comporte un circuit d’eau, la PAC peut aussi produire l’eau chaude sanitaire grâce à un ballon.
• Air-air : la chaleur est soufflée directement dans les pièces par des unités intérieures murales, en console ou gainables. Le schéma ne comporte aucun circuit d’eau, donc pas d’eau chaude sanitaire. Il faut un autre appareil pour la produire : chauffe-eau électrique, thermodynamique ou solaire.
• Géothermie : un captage enterré s’ajoute au schéma. Des tubes horizontaux sous le jardin ou une sonde verticale font circuler de l’eau glycolée, qui rapporte la chaleur du sol vers la PAC installée à l’intérieur. En hiver, la température du sol varie moins que celle de l’air, ce qui stabilise l’écart de température.

La suite porte sur la PAC air-eau. C’est elle qui a le schéma le plus complet, et elle représente 90 des 100 installations suivies par l’ADEME (ADEME, 2025).

Monobloc ou bi-bloc : deux façons de relier l’extérieur à l’intérieur

Une PAC air-eau a forcément une partie dehors, au contact de l’air. Reste à savoir ce qui traverse le mur pour rejoindre la maison : de l’eau ou du fluide frigorigène.

	Monobloc	Bi-bloc
Dehors	Tout le circuit frigorifique : évaporateur, compresseur, condenseur, détendeur	Évaporateur, compresseur, ventilateur
Liaison à travers le mur	Tuyaux d’eau de chauffage (départ et retour)	Liaisons frigorifiques (fluide)
Dedans	Organes hydrauliques et régulation	Module hydraulique : échangeur, circulateur, régulation, souvent l’appoint

En monobloc, tout le circuit frigorifique se trouve dans le module extérieur (Thermor, 2026). Le raccordement à la maison est purement hydraulique, ce qui simplifie la pose : le chantier ne demande aucune intervention sur le fluide. La contrepartie, c’est que de l’eau circule dehors et dans la traversée du mur. Si le courant est coupé longtemps par grand froid, cette eau peut geler. L’installateur doit donc prévoir une protection (antigel, vannes de vidange, calorifugeage) suivant les consignes du fabricant.

En bi-bloc, le compresseur reste dehors et le module hydraulique est installé dans la maison. Les deux sont reliés par des liaisons frigorifiques. Selon Thermor, c’est la configuration la plus répandue en France. L’eau ne sort pas du bâti, ce qui supprime le risque de gel du circuit de chauffage. En revanche, le raccordement des liaisons, leur mise sous vide et le contrôle d’étanchéité obligent à manipuler le fluide frigorigène. Seule une entreprise titulaire d’une attestation de capacité peut le faire. Chaque fabricant fixe la longueur et le dénivelé maximum des liaisons. Au-delà, le rendement et la fiabilité se dégradent.

Comment choisir

• Unité extérieure proche du local technique, région peu exposée au gel, envie de limiter les interventions sur le fluide : le monobloc est le choix logique.
• Unité extérieure éloignée, hivers rigoureux, volonté de garder toute l’eau à l’abri : le bi-bloc est souvent préférable.
• Dans les deux cas, faites préciser sur le devis la longueur prévue de la liaison et la façon dont elle sera protégée.

Le schéma hydraulique dans la maison, de la PAC aux radiateurs

Le schéma hydraulique décrit le trajet de l’eau entre la PAC et les émetteurs. C’est lui qui détermine si la machine fonctionne longtemps et doucement, ce qu’elle préfère, ou par à-coups.

1. Départ PAC : l’eau chauffée par le condenseur quitte la PAC (ou le module hydraulique en bi-bloc).
2. Vanne 3 voies : elle envoie l’eau soit vers le serpentin du ballon d’eau chaude sanitaire, soit vers le chauffage. La PAC alterne entre les deux, et la régulation donne en général la priorité à l’eau chaude.
3. Ballon tampon ou bouteille de découplage (si prévu) : une réserve d’eau, ou un séparateur hydraulique, placé entre le circuit de la PAC et celui des émetteurs.
4. Circulateur : la pompe qui fait circuler l’eau. Avec un découplage, chaque circuit a souvent le sien.
5. Émetteurs : radiateurs, plancher chauffant, ventilo-convecteurs.
6. Retour : l’eau refroidie revient vers la PAC en passant par le filtre et le désemboueur. Ils retiennent les boues et les particules magnétiques avant qu’elles n’encrassent l’échangeur.
7. Organes de sécurité : le vase d’expansion absorbe la dilatation de l’eau quand elle chauffe, la soupape de sécurité évacue l’excès de pression.
8. Appoint : souvent une résistance électrique intégrée au module, parfois la chaudière existante. Il prend le relais par grand froid ou pendant le dégivrage.

Ballon tampon et bouteille de découplage : à quoi ils servent

Une PAC supporte mal les démarrages à répétition. Si le circuit contient trop peu d’eau, elle chauffe ce petit volume en quelques minutes, atteint sa consigne, s’arrête, puis redémarre peu après. Ces cycles courts usent le compresseur et font baisser le rendement. La FFB rappelle qu’un ballon tampon est nécessaire quand le volume d’eau du circuit est insuffisant, car les cycles doivent rester limités à 5 ou 6 par heure (FFB, NF DTU 65.16). Le ballon donne de l’inertie au système.

La bouteille de découplage répond à un autre problème. Elle sépare le débit de la PAC de celui des émetteurs, par exemple quand plusieurs circuits (radiateurs à l’étage, plancher au rez-de-chaussée) ont chacun leur circulateur et leurs vannes. Sans elle, la fermeture des robinets thermostatiques peut faire chuter le débit dans la PAC. Ces deux éléments ajoutent toutefois des pertes et de la complexité. Un schéma sans ballon n’est donc pas forcément mal conçu, si le volume d’eau du circuit suffit.

Où s’arrête le NF DTU 65.16

La norme NF DTU 65.16, publiée en juin 2017 (AFNOR, 2017), fixe les règles de l’art de l’installation. Son périmètre va du captage au départ du réseau hydraulique, jusqu’à l’éventuel ballon tampon ou bouteille de découplage. Les circuits secondaires et les émetteurs en sont exclus (CAPEB, 2017). Autrement dit, la norme encadre la première moitié du schéma 3. La seconde moitié, c’est-à-dire les radiateurs et le réseau existant, dépend de l’étude de l’installateur. Or c’est précisément là que naissent une grande partie des écarts de rendement.

Émetteurs et loi d’eau : la partie du schéma qui fait le rendement

Les émetteurs se classent selon la température d’eau qu’ils demandent. Thermor distingue la basse température, autour de 35 °C (plancher chauffant), la moyenne température, de 50 à 60 °C, et la haute température, à partir de 65 °C (Thermor, 2026). Plus cette température est basse, plus l’écart avec l’air extérieur est faible et plus la PAC travaille efficacement. On retrouve la règle du schéma 1.

La loi d’eau est le réglage qui relie la température extérieure à la température de départ de l’eau. Par temps doux, la PAC envoie une eau tiède. Quand il gèle, elle la réchauffe. Une courbe trop haute chauffe l’eau plus que nécessaire et fait perdre du rendement en permanence. Une courbe trop basse laisse les pièces froides : on la remonte alors brutalement, ou l’on laisse l’appoint électrique compenser.

Ce que l’ADEME a mesuré sur 100 PAC

L’ADEME a équipé de capteurs 90 PAC air-eau et 10 PAC géothermiques posées à la place de chaudières gaz ou fioul, puis les a suivies pendant un an (ADEME, 2025). Le bilan d’ensemble est favorable : la performance moyenne est jugée très bonne, y compris dans des logements mal isolés. Mais les résultats sont très dispersés. Le COP des PAC air-eau va de 1,8 à 4,5, avec une moyenne de 2,9, et un tiers des machines restent sous 2,5 (Techniques de l’Ingénieur, 2025). Selon l’ADEME, environ un tiers des installations sous-performent à cause de l’installation ou des réglages (ADEME, 2025).

Les deux facteurs décisifs relevés sont le dimensionnement des radiateurs et le réglage de la température d’eau (Techniques de l’Ingénieur, 2025). Aucun ne dépend de la marque de la PAC. Tous deux se trouvent dans la seconde moitié du schéma hydraulique, celle que le NF DTU 65.16 ne couvre pas. Les données brutes de la campagne sont publiques sur data.gouv.fr.

Les questions à poser à votre installateur

• Quelle température de départ est prévue par grand froid avec mes radiateurs actuels, et d’après quel calcul ?
• Mes radiateurs ont-ils été vérifiés pièce par pièce ? Lesquels faut-il agrandir ou remplacer pour baisser cette température ?
• Quelle loi d’eau sera réglée à la mise en service, et qui la réajustera après le premier hiver ?
• Le volume d’eau du circuit suffit-il, ou faut-il un ballon tampon ?
• Quand l’appoint se déclenche-t-il, et comment suivre sa consommation ?
• Un désemboueur est-il prévu sur le retour, surtout si le réseau de radiateurs est ancien ?

Implanter l’unité extérieure : air, bruit, accès

Sur les schémas, l’unité extérieure n’est qu’un rectangle. Sur le terrain, son emplacement détermine le bruit perçu, le rendement et la facilité d’entretien. Le NF DTU 65.16 traite explicitement des nuisances acoustiques, de la circulation d’air autour des échangeurs et de l’accès pour la maintenance (FFB).

• Bruit : le bruit vient du compresseur et du ventilateur. Évitez de placer l’unité face à une chambre, sous la fenêtre d’un voisin ou dans un angle fermé qui renvoie le son. Prévoyez des supports antivibratiles.
• Air : l’échangeur doit aspirer de l’air neuf et rejeter l’air refroidi sans le reprendre aussitôt. Coincée contre une haie ou dans une niche, l’unité recycle son propre air froid et perd en efficacité. Respectez les dégagements indiqués par le fabricant.
• Accès : l’entretien obligatoire suppose de pouvoir ouvrir l’unité et travailler autour.

Dégivrage et condensats : ce que le schéma n’indique pas toujours

Par temps froid et humide, l’évaporateur extérieur, plus froid que l’air, se couvre de givre qui bloque le passage de l’air. La PAC lance alors un dégivrage : elle inverse brièvement son cycle pour réchauffer l’échangeur, en prenant cette chaleur au circuit de chauffage ou à l’appoint. Ces phases sont normales. Elles expliquent une partie de l’écart entre le COP catalogue et la performance réelle.

Le givre fondu doit s’écouler, tout comme la condensation ordinaire. Les schémas de principe l’oublient presque toujours. Mal évacuée, cette eau peut former une plaque de verglas sur une allée ou geler dans le bac de l’unité. Prévoyez une évacuation vers un sol drainant ou un regard, et surélevez l’unité pour que l’eau et la neige ne bloquent pas sa base.

Erreurs fréquentes

• Choisir l’emplacement uniquement pour l’esthétique, au détriment de l’aspiration d’air.
• Rallonger les liaisons pour cacher l’unité au fond du jardin, au-delà de ce qu’autorise le fabricant.
• Oublier l’écoulement des condensats.
• Fixer l’unité sur un mur mitoyen ou un mur de chambre sans la désolidariser.

Après l’installation : entretien obligatoire et aides

Le décret n° 2020-912 impose un entretien périodique des systèmes thermodynamiques de 4 à 70 kW. Deux entretiens ne peuvent pas être séparés de plus de deux ans, et le premier a lieu au plus tard deux ans après l’installation (Légifrance, 2020). Au-delà de 70 kW, une inspection est exigée au moins tous les cinq ans (Légifrance, 2020). Les chauffe-eau thermodynamiques ne sont pas concernés (Que Choisir, 2020).

Chaque entretien donne lieu à une attestation qui liste les points vérifiés, les défauts relevés et les résultats des mesures (Que Choisir, 2020). Conservez-la : elle prouve le suivi de votre installation. Profitez aussi de la visite pour faire contrôler ce que montre le schéma 3 : pression du circuit et du vase d’expansion, état du désemboueur, propreté de l’échangeur extérieur, écoulement des condensats, et loi d’eau adaptée au confort constaté.

MaPrimeRénov’

Pour les ménages très modestes en métropole, MaPrimeRénov’ finance une PAC air-eau jusqu’à 4 000 €, dans la limite de 12 000 € de dépense, et une PAC géothermique ou solarothermique jusqu’à 9 000 €, dans la limite de 18 000 € (Service-public, 2026). Depuis le 01/09/2026, les PAC hybrides avec appoint fossile ne sont plus finançables en maison individuelle (Service-public, 2026). Les montants dépendent des revenus et changent régulièrement : vérifiez-les sur la page officielle au moment de signer le devis.

Du schéma au devis : ce que chaque élément change pour vous

Pour relire un devis ou une proposition technique, rattachez chaque élément à sa conséquence concrète. Le tableau suivant reprend les trois schémas.

Un devis sérieux doit permettre de remplir chaque ligne de ce tableau. S’il ne dit rien des émetteurs, de la température de départ ou du volume d’eau du circuit, demandez ces informations avant de signer. D’après les mesures de l’ADEME, c’est sur ces points que se joue la différence entre une PAC performante et une PAC décevante.

Sources

1. Légifrance – Décret n° 2020-912 — Les systèmes thermodynamiques de 4 à 70 kW sont soumis à un entretien périodique : deux entretiens ne peuvent pas être séparés de plus de deux ans, et le premier a lieu au plus tard deux ans après l’installation (au plus tard le 01/07/2022 pour les systèmes existants). Au-delà de 70 kW, une inspection au moins tous les cinq ans. (28/07/2020)
2. Service-public.gouv.fr (DILA) — MaPrimeRénov’ : PAC air-eau jusqu’à 4 000 € (plafond de dépense de 12 000 €) et PAC géothermique ou solarothermique jusqu’à 9 000 € (plafond de 18 000 €) pour les ménages très modestes en métropole. Depuis le 01/09/2026, les PAC hybrides avec appoint fossile ne sont plus finançables en maison individuelle. (Page vérifiée le 01/09/2026)
3. CAPEB — Le NF DTU 65.16 (juin 2017) couvre les PAC à compression électrique de 70 kW maximum (air-air, air-eau, eau-eau, eau glycolée-eau, sol-sol, sol-eau), en neuf comme en rénovation. Son périmètre va du captage au départ du réseau hydraulique jusqu’à l’éventuel ballon tampon ou bouteille de découplage. Les circuits secondaires et l’émission sont exclus. (NF DTU publié en juin 2017 (date de la page CAPEB non relevée))
4. AFNOR — Fiche officielle de la norme NF DTU 65.16 P1-1, « Travaux de bâtiment – Installations de pompes à chaleur – Partie 1-1 : Cahier des clauses techniques types ». Elle confirme que la norme existe et que sa partie technique s’intitule ainsi. (Juin 2017)
5. Fédération Française du Bâtiment — Si le volume d’eau du circuit de chauffage est insuffisant, un ballon tampon est nécessaire pour éviter les cycles courts (limités à 5 ou 6 par heure). En neuf, une PAC inverter se dimensionne entre 70 et 100 % des déperditions, ou entre 80 et 100 % selon l’inertie. Le DTU traite aussi l’acoustique, la circulation d’air et l’accès pour la maintenance. (Date de la page non relevée (DTU de 2017))
6. ADEME — Campagne de mesures sur 90 PAC air-eau et 10 PAC géothermiques installées en remplacement de chaudières gaz ou fioul, mesurées pendant un an. Performance moyenne très bonne même dans les logements mal isolés ; environ un tiers des installations sous-performent à cause de l’installation ou des réglages. (Publié en novembre 2025, en ligne le 02/12/2025)
7. ADEME via data.gouv.fr — Jeu de données ouvert de la campagne 100 PAC : 90 air-eau et 10 géothermiques, mesures à la minute pendant une année complète dans 100 maisons individuelles. (Créé le 17/12/2025, mis à jour le 19/08/2026)
8. Techniques de l’Ingénieur — D’après l’étude ADEME : COP des PAC air-eau compris entre 1,8 et 4,5, moyenne 2,9 ; un tiers sous 2,5. Le dimensionnement des radiateurs et le réglage de la température d’eau sont déterminants. (Octobre 2025)
9. Thermor (fabricant) — Monobloc : tout le circuit frigorifique est dans le module extérieur. Bi-bloc : compresseur dehors, module hydraulique séparé, liaison frigorifique ; c’est la configuration la plus répandue en France. Températures des émetteurs : basse (environ 35 °C), moyenne (50 à 60 °C), haute (65 °C et plus). (Mise à jour le 19/01/2026)
10. UFC-Que Choisir — Chaque entretien obligatoire donne lieu à une attestation qui liste les points vérifiés, les défauts relevés et les résultats des mesures. Les chauffe-eau thermodynamiques sont exclus de l’obligation. (01/09/2020)