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Dernière modification 01/02/2024

Pompe à chaleur : perte d'efficacité dans le froid ?


Réputée pour accroître l'autonomie des voitures électriques, la pompe à chaleur fait désormais partie des options que les acheteurs surveillent de près. En représentant la principale source d'inquiétude des conducteurs, tout équipement qui peut accroître l'autonomie devient alors crucial à leurs yeux.
Toutefois, il semble que sa capacité à produire du chaud ou du froid de manière efficiente est souvent idéalisée par les testeurs et commentateurs du monde automobile, qui réunit aujourd'hui tout un éventail de médias.
Observons donc de plus près cette problématique afin de comprendre pourquoi la pompe à chaleur peut parfois être moins efficace que prévue.


Le rôle de la pompe à chaleur dans la voiture électrique

Il semble ici pertinent de rappeler les utilités d'une pompe à chaleur dans une voiture électrique, car elle aura deux rôles principaux.
Le premier, et vous l'aurez deviné, c'est de produire de la chaleur ou du froid pour les passagers occupant l'habitacle. Par le biais du circuit de climatisation
Le deuxième, un peu moins connu, est de gérer la température de la batterie de traction. Il ne s'agira toutefois pas de la refroidir uniquement, il faudra en effet parfois la faire monter en température pour le préconditionnement.


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Pourquoi la pompe à chaleur peut perdre en efficacité ?

Avec en moyenne une consommation inférieure à 70% approximativement, on peut dire que cette technique écrase à plate couture la résistance électrique concurrente. Toutefois, il faut savoir que ce chiffre n'est pas constant et linéaire ...
C'est ici que démarre la réflexion de la perte d'efficacité, car le rendement indiqué au début se situe à des températures ambiantes modérées, à savoir entre 10 et 20 degrés approximativement encore une fois (tout dépend aussi ce que qu'on lui demande ! Du chaud ou du froid ça change tout selon la température à laquelle on se situe).
Dans les températures hautes ou basses, l'efficience de la pompe à chaleur va drastiquement chuter pour se rapprocher d'une résistance électrique. Pire, en cas de froid extrême la résistance chauffante devient plus avantageuse ! Et comme dans une voiture nous n'avons pas affaire à de la géothermie (échangeurs thermiques placés dans le sol terrestre, à la température stable), le dispositif est directement impacté par les températures de l'air (où se situent les échangeurs).


Il faut toutefois apporter une autre subtilité, et non pas des moindres, l'efficacité dépendra de ce qu'on demande à la pompe à chaleur dans ces différents contextes : températures très basses (coeur de l'hiver) ou très hautes (été). En effet, plus il fait froid, plus la pompe à chaleur arrivera facilement à produire du froid (climatisation). Et à l'inverse, plus il fait chaud plus elle arrivera facilement à produire du chauffage.

Je vous invite à lire l'article qui explique comment la pompe à chaleur fonctionne pour mieux saisir. Il s'agit de comprimer et décompresser un gaz sur un circuit fermé sous pression, le fameux principe de la climatisation. On a alors une section froide (après le détendeur) et une section chaude (après le compresseur). Pour obtenir du chaud, et donc réchauffer l'habitacle ou la batterie, il faut que je réchauffe le plus possible le fluide qui vient de sortir du détendeur. L'objectif est qu'il soit le plus réchauffé possible (car il sort gelé du détendeur) avant d'être envoyé au compresseur. Hélas, quand il fait -5°, réchauffer avec l'air extérieur le fluide glacial (sans référence voulue !).
Et quand on atteint les -10°, il revient finalement plus efficace d'extraire la chaleur électrique par le biais d'une résistance, qui arrive quasiment à atteindre un rendement de 100% par son effet Joule. A ces températures, la pompe à chaleur devient à la fois inefficace et complexe pour rien, à savoir tout un circuit complexe (et doté d'une plus grosse inertie thermique) avec une pompe (compresseur) qui lutte pour produire un peu de chaleur.
Rappelons que les premières Model 3, déjà très efficientes, n'avaient que des résistances électriques. Toutefois, dans les milieux tempérés, les besoins de chauffage se situent majoritairement à des températures qui restent encore assez élevées (tout est relatif, 5° c'est par exemple très chaud par rapport à la température moyenne de l'univers), à savoir entre 5 et 20 degrés. Dans ce cas, la pompe à chaleur arrive à "échanger beaucoup de température", car la différence entre celle de l'extérieur et celle du gaz détendu (qui a alors gelé) est importante.


C'est donc identique dans l'autre sens, si j'ai besoin de climatisation ou de refroidir la batterie dans des chaleurs extrêmes, la pompe à chaleur aura d'autant plus de mal qu'il ne fait chaud. Mais de toute manière, il n'y a ici aucun substitut, la résistance électrique n'est vouée qu'à produire du chaud.

Il est donc idéal que les autos aient à la fois une pompe à chaleur et une résistance en appoint.

A partir de quel niveau de température la pompe à chaleur perd en efficacité ?

Si cela dépend en partie de la conception de la pompe à chaleur, les écarts de performances restent à peu près similaires. Il y a donc des niveaux clés, et c'est à partir de 5° que les pertes de rendement vont devenir impactantes. A partir de -10° elle consommera presque autant qu'une résistance car pour palier aux difficultés le compresseur devra redoubler d'efforts pour produire la même chaleur. C'est comme si vous cherchiez à faire fondre un glaçon dans des températures négatives, pas évident ...


Conclusion

Si vous résidez dans des milieux très froids, la pompe à chaleur ne sera semble-t-il pas la solution miracle pour favoriser l'autonomie de votre voiture électrique. Car si l'idée reçue est qu'elle change beaucoup les choses en terme de consommation énergétique, cela n'émerge qu'à des températures modérément froides pour produire du chauffage et réchauffer la batterie. Vous n'avez alors pas forcément à privilégier un modèle doté de pompe à chaleur, et vous pourrez ainsi effectuer quelques économies. Bien entendu, cela ne vaut que si le véhicule ne quitte jamais son milieu froid, et qu'il soit donc utilisé de manière locale uniquement.

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