Pompes à chaleur eau-eau : fonctionnement, types et coûts

Une pompe à chaleur eau-eau transfère la chaleur entre un circuit d’eau de captage et le circuit d’eau chaude ou glacée d’un bâtiment. Elle convient aux sites disposant d’une source de chaleur accessible, comme de l’eau ou une boucle géothermique, et d’une distribution hydraulique. Pour vérifier sa pertinence, il faut déterminer si cette source, la température d’eau requise et l’ensemble des pompes peuvent couvrir la charge thermique du bâtiment à un coût raisonnable.

Mis à jour en octobre 2026

Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur eau-eau ?

Les pompes à chaleur eau-eau utilisent un liquide de chaque côté du circuit frigorifique. Le premier « eau » désigne le côté source de chaleur ; le second, le côté de distribution utile. Une pompe à chaleur sur eau (WSHP) peut produire de l’air chaud ou froid : ces deux désignations ne sont donc pas interchangeables.

La distribution hydraulique achemine l’eau chauffée vers les radiateurs, les planchers ou les batteries, puis la ramène pour qu’elle soit réchauffée. Des émetteurs adaptés permettent au système CVC de chauffer ou de refroidir les pièces à l’aide d’un circuit d’eau. En mode refroidissement, l’eau glacée capte la chaleur à l’intérieur du bâtiment. La présentation de la géothermie par le ministère américain de l’Énergie distingue le capteur souterrain, la pompe à chaleur et le système de distribution, qui peut être à air ou à eau.

Un chauffe-eau thermodynamique aérothermique prélève la chaleur de l’air ambiant pour la transférer à l’eau stockée (explication d’ENERGY STAR sur les chauffe-eau à accumulation). Un chauffe-eau électrique à résistance chauffe directement l’eau du ballon. À eux seuls, ces deux appareils ne désignent pas une centrale frigorifique eau-eau assurant le chauffage d’un bâtiment.

Comment le cycle frigorifique transfère la chaleur

Le cycle frigorifique fonctionne comme celui d’un réfrigérateur qui extrait la chaleur de son enceinte, sauf que le côté chauffage utile réchauffe l’eau d’un circuit. Le fluide frigorigène s’évapore dans l’échangeur froid, est comprimé, cède sa chaleur dans l’échangeur chaud, puis subit une détente dans un détendeur. Ce transfert d’énergie thermique n’exige pas que l’eau de captage entre en ébullition.

Comment fonctionne une pompe à chaleur eau-eau ?

Une pompe à chaleur eau-eau prélève l’énergie de l’eau ou du fluide caloporteur en circulation dans la source par l’intermédiaire d’un évaporateur. Le compresseur augmente la pression et la température du fluide frigorigène. Dans le condenseur, celui-ci cède sa chaleur à l’eau de la charge thermique et se condense. Un détendeur réduit ensuite sa pression avant la reprise du cycle frigorifique.

L’extraction de chaleur de l’eau refroidit le fluide côté source, tandis que le fluide côté charge se réchauffe (voir l’explication de Ressources naturelles Canada sur le cycle de chauffage). Le fluide frigorigène reste dans son propre circuit et transfère la chaleur par un échangeur de chaque côté. Sur les appareils conçus pour fonctionner de manière réversible, une vanne d’inversion change le rôle thermique de ces échangeurs.

1. Évaporateur : le fluide frigorigène à basse pression absorbe la chaleur de la source.
2. Compresseur : l’apport électrique augmente la pression du fluide frigorigène.
3. Condenseur : le fluide frigorigène chaud cède sa chaleur à l’eau de la charge thermique.
4. Détendeur : la baisse de pression prépare le fluide frigorigène à absorber de nouveau la chaleur.

D’où provient l’eau de la source ?

Une pompe à chaleur eau-eau peut puiser sa chaleur dans les eaux souterraines, une boucle fermée de canalisations enterrées, une boucle adaptée sur eaux de surface, ou la chaleur récupérable d’un bâtiment ou d’un procédé. Chaque solution a ses limites : débit d’eau disponible en continu, transfert de chaleur du sol, conditions saisonnières des eaux ou durée de disponibilité de la chaleur fatale. Une source d’eau à proximité doit aussi offrir une puissance de transfert thermique suffisante tout au long de l’année.

Les recommandations de l’ASHRAE concernant les systèmes sur eaux souterraines (§1.5, composants du système) préconisent un échangeur de chaleur de séparation pour les installations commerciales. Cette conception isole le circuit du bâtiment, plus propre, de l’encrassement par l’eau brute, mais ajoute un écart de température à l’échangeur et des pertes de charge au pompage. Une boucle fermée fait circuler un fluide contrôlé et nécessite toujours une protection contre le gel et la corrosion.

L’efficacité énergétique d’une installation géothermique peut varier dans le temps : un site de Fairbanks où le chauffage dominait et où le sol était en pergélisol a montré une efficacité variable au fil de sept saisons de chauffage (étude de Garber-Slaght à Fairbanks (2021)). Il faut tenir compte des variations annuelles entre chaleur extraite et chaleur rejetée lors de l’analyse des performances de la boucle géothermique. Le guide sur les pompes à chaleur géothermiques fournit d’autres informations sur les aspects liés au sol.

Pompe à chaleur eau-eau, air-eau ou eau-air : quelles différences ?

Pour une distribution hydraulique, comparez les pompes à chaleur eau-eau et air-eau. La solution eau-air assure une distribution par air à partir d’une boucle d’eau. Les pompes à chaleur air-eau évitent le capteur géothermique ou hydraulique, mais l’air froid augmente l’écart de température requis pour le chauffage. Les pompes à chaleur eau-air nécessitent une distribution d’air plutôt qu’un système central de production d’eau chaude.

Une pompe à chaleur air-air chauffe directement l’air intérieur par l’intermédiaire d’une batterie frigorifique (les descriptions des sources et des puits thermiques de Ressources naturelles Canada). Une pompe à chaleur eau-air nécessite une centrale de traitement d’air ou une section ventilateur monobloc ; remplacer l’air par de l’eau côté source ne supprime pas le besoin d’une section de traitement d’air.

Un puits existant constitue un point de départ. Il ne faut pas supposer qu’une pompe à chaleur eau-eau peut toujours être associée à un puits existant pour former un système de chauffage complet. Si le débit soutenu du puits est insuffisant, ou si le traitement de l’eau et les travaux de rejet sont trop importants, une pompe à chaleur aérothermique peut mieux convenir au site. Comparez les deux solutions pour la même charge thermique des pièces et la même température de distribution. La solution de pompe à chaleur eau-eau de Koven Air présente les options d’équipement à évaluer.

Adapter la distribution hydraulique et la température de l’eau

Selon les recommandations de Ressources naturelles Canada sur la géothermie résidentielle, une plage de chauffage hydraulique inférieure à 45 à 50 °C est plus efficace. Une distribution à basse température réduit l’écart de température que doit produire le compresseur. L’émetteur doit toutefois diffuser suffisamment de chaleur à cette température d’eau : sa puissance et les déperditions thermiques de la pièce déterminent si le système de chauffage existant peut être conservé.

Une pompe à chaleur géothermique peut-elle fonctionner avec des radiateurs existants ?

Oui, une pompe à chaleur peut être utilisée avec des radiateurs existants, à condition que leur puissance aux températures de départ et de retour prévues suffise à couvrir les déperditions thermiques de la pièce. Dans ce cas, un plancher chauffant n’est pas nécessaire.

Exemple : à la température extérieure de dimensionnement, une pièce nécessite 2,0 kW de chaleur. Si son radiateur ne fournit que 1,5 kW à la température d’eau prévue, il manque 0,5 kW. La pièce présente donc un déficit de 0,5 kW. En conservant le radiateur en l’état, la pièce n’atteindra pas les conditions de dimensionnement. Il est possible de combler ce déficit en installant un émetteur plus grand ou en réduisant les déperditions thermiques.

Les ventilo-convecteurs peuvent également assurer le chauffage hydraulique. Un ventilateur fait passer l’air sur une batterie à eau, ce qui le refroidit ou le réchauffe. Le guide des ventilo-convecteurs hydrauliques fournit plus d’informations sur la distribution d’air. Les machines industrielles à haute température constituent un choix d’équipement distinct : la mise en garde résidentielle concernant les radiateurs au-dessus de 60 °C ne fixe pas une limite universelle de température de sortie pour les pompes à chaleur eau-eau.

Efficacité énergétique : COP de l’unité, COP du système et résultats saisonniers

Le COP de l’unité compare la chaleur produite à l’électricité incluse dans les caractéristiques nominales de l’unité. Le COP du système prend en compte toute l’électricité consommée dans le périmètre de la centrale frigorifique. L’efficacité énergétique saisonnière tient compte des variations de charge et de température au fil du temps. Un COP ponctuel favorable peut coexister avec de mauvais résultats annuels si les pompes côté source, le chauffage d’appoint par résistance ou les pertes de distribution sont importants.

« Rapport entre la production du système de récupération de chaleur et l’énergie consommée par l’ensemble du système, y compris le compresseur, les pompes, etc. »

Exemple : la puissance thermique utile est de 100 kW et l’unité consomme 25 kW, soit un COP de l’unité de 4,0. Ajoutez 5 kW d’auxiliaires côté source et distribution qui n’étaient pas inclus dans les caractéristiques nominales : la consommation totale atteint 30 kW et le COP du système est de 100 ÷ 30 = 3,33. Ne comptez pas deux fois les pompes déjà incluses dans la consommation de l’unité.

Les pompes à chaleur sur eau sont-elles très efficaces ?

Les pompes à chaleur sur eau peuvent offrir une efficacité énergétique élevée lorsque les températures de la source et de la charge thermique sont adaptées à l’équipement et que la consommation des auxiliaires est maîtrisée. Elles transfèrent la chaleur au lieu de recourir au chauffage électrique par résistance. Pour évaluer les performances de l’ensemble du système, il faut inclure le pompage et tout chauffage d’appoint, car leur consommation peut augmenter la consommation totale malgré un bon COP du compresseur.

ISO 13256-2:2021, publiée en tant qu’édition 2 en 2021, définit les essais de performance et les critères de classement des ensembles eau-eau et eau glycolée-eau appariés, dans des conditions spécifiées côté source et côté charge. Comparez les classements établis dans des conditions identiques. Pour estimer la consommation annuelle, utilisez un facteur saisonnier du système qui inclut les mêmes auxiliaires que le bilan électrique.

Puissance et débit : exemple de calcul côté eau

Pour produire 100 kW de chaleur avec une hausse de température de l’eau de 5 K, le débit requis est de 4,78 L/s selon les hypothèses simplifiées sur l’eau présentées ci-dessous. Le débit côté source se calcule séparément, car l’extraction de chaleur à la source exclut l’énergie ajoutée par le compresseur. Ces débits vérifient la puissance thermique requise ; le choix de la pompe doit aussi tenir compte des pertes de charge dans les canalisations et les échangeurs.

Schéma de fonctionnement de la source à la charge

Le schéma de fonctionnement de la source à la charge illustre les débits d’eau, la consommation du compresseur, la chaleur utile et un point de fonctionnement hypothétique.

Hypothèses : fonctionnement continu en mode chauffage ; puissance utile de 100 kW ; COP de l’unité de 4,0 ; eau côté source à l’entrée/à la sortie : 10/6 °C ; eau côté charge à la sortie/à l’entrée : 40/35 °C. Utilisez une masse volumique de l’eau d’environ 1 kg/L et une capacité thermique massique de 4,18 kJ/(kg·K), propriétés de référence simplifiées des équations ASHRAE de transfert thermique hydraulique. Dans ce bilan thermique, négligez les pertes de chaleur dans les canalisations et la chaleur des pompes.

Utilisez Q = débit massique × capacité thermique massique × variation de température, avec Q en kW et le débit massique en kg/s. Le COP de 4,0 est une hypothèse pour les températures de l’exemple et la comparaison entre ces circuits ; il ne s’agit pas d’une sélection d’équipement. Les débits et pertes de charge des mélanges glycolés diffèrent de ceux de l’eau et nécessitent donc une analyse et une correction spécifiques.

Pour une puissance thermique donnée, une différence de température plus faible entraîne un débit calculé plus élevé. Les limites de débit de l’équipement s’appliquent toujours. Choisir une pompe plus petite pour réduire le débit sans vérifier ces limites risque de priver l’échangeur de débit. Les calculs thermiques et hydrauliques doivent tous deux respecter les exigences de la pompe à chaleur.

Applications, refroidissement et eau chaude sanitaire

Les équipements eau-eau peuvent assurer le chauffage des locaux, la production d’eau glacée pour le refroidissement et d’autres services de production d’eau chaude sanitaire conçus à cet effet. Un équipement réversible peut passer du chauffage au refroidissement ; un équipement avec récupération de chaleur peut fournir simultanément de l’eau chaude et de l’eau froide pour répondre aux charges correspondantes. Ces services simultanés nécessitent des circuits d’eau adaptés et une solution pour rejeter la chaleur lorsque l’une des charges disparaît.

La récupération de chaleur d’un bureau refroidi peut fournir du chauffage à un procédé voisin. L’ASHRAE définit différemment les systèmes à double mode et les systèmes de récupération de chaleur. Lorsqu’un procédé s’arrête, la chaleur doit toujours être rejetée vers un puits refroidi. Une boucle avec chaudière et tour de refroidissement, un raccordement géothermique ou une autre source/un autre puits conçu à cet effet doit compenser tout déséquilibre. Le guide sur les groupes d’eau glacée avec pompe à chaleur compare ces configurations.

Pour l’eau chaude sanitaire, transférez la chaleur vers un système d’eau potable adapté par l’intermédiaire d’un échangeur ou d’un chauffe-eau conçu à cet effet. Les consignes de chauffage des locaux ne remplacent pas les mesures d’hygiène applicables à l’eau chaude. Les recommandations du CDC sur l’eau des bâtiments distinguent les mesures de prévention des brûlures liées au stockage, à la circulation et aux points de puisage. Une conception dédiée à l’eau chaude peut prévoir du stockage et un chauffage complémentaire. Le système de plomberie doit également répondre aux exigences locales du projet concernant l’eau potable.

Le refroidissement par rayonnement nécessite une stratégie distincte de régulation de l’humidité. Les ventilo-convecteurs à eau glacée peuvent déshumidifier l’air s’ils disposent de batteries adaptées, d’un bac à condensats et d’évacuations. Selon l’explication de John Siegenthaler sur les pompes à chaleur hydrauliques, il faut maintenir la température de surface du panneau au-dessus du point de rosée de l’air ambiant pour éviter la condensation. Refroidir un plancher ne déshumidifie pas autant qu’une batterie à air.

Coût d’une pompe à chaleur eau-eau : installation et consommation d’énergie

Le coût d’une installation eau-eau comprend la pompe à chaleur, les travaux côté source, la distribution dans le bâtiment et l’installation électrique et hydraulique. Le budget d’une rénovation avec un puits d’eau souterraine peut être très différent de celui d’un nouveau champ de sondes, même si la puissance de chauffage est identique. Le coût annuel de l’énergie est plus facile à calculer une fois définis le besoin en chaleur utile, les performances saisonnières du système et le tarif de l’électricité.

Les principaux coûts comprennent l’équipement, les puits, les travaux de prélèvement et de rejet, les échangeurs de séparation, les pompes, les émetteurs, les canalisations, l’alimentation électrique, les régulations et la mise en service. Les conditions propres au site et le type de capteur influent largement sur les coûts (les recommandations d’installation de Ressources naturelles Canada). Les grands bâtiments commerciaux peuvent également être soumis à des frais liés à la puissance appelée, absents d’un simple calcul en kWh.

La consommation annuelle d’électricité pour le chauffage coûte environ USD 5 000, sur la base d’un besoin de chaleur utile supposé de 100 000 kWh, d’un facteur de performance saisonnière du système de 3.0 et d’un prix de l’électricité de USD 0.15/kWh. La consommation électrique est de 100 000 ÷ 3 = 33 333 kWh. Le facteur saisonnier supposé inclut l’unité, les pompes côté source et distribution, ainsi que tout chauffage d’appoint couvrant ce besoin annuel. Cette estimation limitée à l’énergie exclut la maintenance, les frais liés à la puissance appelée et le coût d’installation ; le tarif est une hypothèse et non un prix local actuel.

Les chauffe-eau électriques à résistance produisent de la chaleur à partir d’électricité. Une pompe à chaleur de chauffage dont le facteur de performance saisonnière est supérieur à un consomme moins d’énergie pour une même quantité de chaleur fournie. Pour comparer des solutions équivalentes, calculez les économies d’énergie pour des services et des périmètres de comptage identiques. Remplacer un ballon d’eau chaude ne tient pas compte du coût de l’installation côté source ni des systèmes de distribution hydraulique de l’ensemble du bâtiment.

Points à vérifier avant de prescrire un système

Commencez par établir le profil de charge thermique, la disponibilité de l’eau côté source et la puissance attendue des émetteurs. Faites correspondre la puissance thermique requise à la conception hydraulique et à la séquence de fonctionnement. La puissance seule ne résout ni un débit insuffisant ni l’indisponibilité de la source de chaleur : ces contraintes doivent être levées avant de finaliser les fiches de sélection et les budgets d’installation.

Dans une étude de cas publiée en 2026 dans HPAC Engineering par Vinay Shekar et Robby Oylear, une centrale frigorifique tout électrique pour laboratoire avait été dimensionnée en fonction des charges, mais a tout de même connu des alarmes de débit et des arrêts. Les pompes côté source interagissaient avec une boucle plus vaste à débit variable. Un bypass près des équipements eau-eau réduisait aussi le volume d’eau actif et augmentait les cycles de marche-arrêt. Les modifications matérielles comprenaient le découplage hydraulique et le déplacement des vannes de bypass plus en aval. Les changements de configuration hydraulique et de stratégie de régulation ont résolu les problèmes de commande et d’hydraulique.

Consultez le guide de mise en service et de régulation des pompes à chaleur sur eau pour effectuer des vérifications supplémentaires.

Quelles évolutions pour le chauffage côté eau ?

Les projets de remplacement des équipements de chauffage s’étendent aux systèmes intégrés des bâtiments et aux systèmes énergétiques industriels. Cette évolution s’explique par la disponibilité d’une source à une température utile, par la température de distribution et par les heures de fonctionnement. La récupération de chaleur et le stockage thermique peuvent contribuer à réduire ou à décaler les besoins de chauffage, mais doivent s’intégrer au calendrier de production ou d’occupation.

Selon le Heat Pump Monitor 2026 de l’IEA, les pompes à chaleur disponibles sur le marché pourraient, sur le plan technique, couvrir jusqu’à environ 20 % de la demande mondiale de chaleur industrielle. Les équipements industriels à pompe à chaleur peuvent être intégrés aux procédés industriels, mais des obstacles, comme une rentabilité défavorable et des conditions de procédé peu avantageuses, limitent leur utilisation.

Lors du choix d’un équipement pour une rénovation, tenez compte de la température et des horaires de disponibilité de la chaleur rejetée, puis comparez-les à la température de chaleur requise. Un stockage d’eau peut combler le décalage horaire. Toutefois, stocker une quantité utile de chaleur avec un faible écart de température nécessite de grands volumes d’eau. La conception du système doit prendre en compte ce volume, l’espace nécessaire et les pertes thermiques.

Foire aux questions

Les équipements destinés à un projet nécessitent une étude d’ingénierie adaptée au site. Pour en savoir plus sur l’entreprise, consultez Koven Air.