André Mousset
Le fonctionnement de la pompe à chaleur repose sur des phénomènes naturels simples :
- Si deux corps de température différente sont en contact l’un avec l’autre, la chaleur passe spontanément du corps le plus chaud vers le corps le plus froid. Ainsi un café chaud se refroidit à l’air.
- Lorsqu’un gaz est comprimé il s’échauffe. Cet échauffement est dû au travail de compression et non à de la chaleur reçue. Voilà pourquoi tout pneu de bicyclette s’échauffe lorsqu’on le gonfle.
- Inversement lorsqu’un gaz se détend il se refroidit. Ceci explique pourquoi il fait plus froid dans les montagnes qu’à la plaine : en montant, l’air atmosphérique se détend car la pression atmosphérique diminue avec l’altitude. Et pour la même raison le détendeur d’une bouteille de gaz peut devenir très froid avec risque de formation de givre.
- Pour vaporiser, un liquide doit recevoir de la chaleur. Cette chaleur provient de l’environnement immédiat. Par exemple lorsqu’on sort d’une piscine on peut avoir froid car on est mouillé et l’eau en train de s’évaporer (vaporiser) prélève de la chaleur au corps humain. De même la vaporisation de l’eau dans nos poumons crée, un refroidissement salutaire (surtout en été ou lorsqu’on pratique une activité physique) à l’intérieur de notre corps.
- Pour condenser, un gaz doit céder de la chaleur. Cette chaleur passe dans l’environnement immédiat. Ainsi il fait moins frais les nuits avec formation de brouillard que les nuits à air sec. Il fait aussi moins froid à l’intérieur des nuages à développement vertical important (cumulonimbus, orages) qu’à l’extérieur.
Appliquons ces lois à la pompe à chaleur. Le principe de fonctionnement est illustré par la figure ci-dessous :
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Figure schématique: Principe de fonctionnement de la pompe à chaleur : Un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène comprend : 1 évaporateur, 2 compresseur, 3 condenseur 4 détendeur. Le sens de circulation du fluide (flèches noires) est de 1 vers 2, 3, 4, 1, … Les colorations représentent : Rouge foncé : fluide gazeux, très chaud, sous haute pression |
L’évaporateur (1) est un échangeur de chaleur se trouvant sur le toit du tram et donc en contact avec l’air extérieur. Le fluide frigorigène qui y passe est plus froid que l’air extérieur : la chaleur passe donc tout naturellement de l’air dans le fluide qui vaporise complètement.
Le compresseur (2) comprime le fluide en l’échauffant fortement. Sa température est supérieure à celle de l’intérieur du tram.
Le condenseur (3) est un échangeur de chaleur se trouvant à l’intérieur du tram : le fluide chaud y cède de la chaleur, se refroidit et devient liquide, c’est-à-dire, il condense. L’intérieur du tram est donc chauffé !
Le détendeur (4) fait abaisser la pression du fluide : celui-ci vaporise partiellement et se refroidit donc encore plus. Finalement, le fluide a retrouvé une température inférieure à celle de l’extérieur. Et il se retrouve sous forme d’un « mélange liquide-gaz », à comparer à de l’eau bouillante dans une marmite où on aurait fixé le couvercle de façon étanche.
Lorsqu’il s’agit de chauffer par exemple l’intérieur d’un tram l’évaporateur se trouve à l’extérieur sur le toit du tram, là où il fait froid. Le condenseur qui restitue la chaleur est à l’intérieur du tram. La chaleur est donc prélevée à l’environnement et transportée vers l’intérieur du tram, qui est chauffé.
Lorsqu’il s’agit de climatiser l’intérieur du tram, on fait circuler le fluide dans le sens inverse. De la chaleur est alors transférée de l’intérieur (plus froid) vers l’extérieur (plus chaud). Le même processus a lieu dans tout réfrigérateur.
Auteur : André Mousset
Figure schématique: André Mousset
