Face à des étés toujours plus chauds, la climatisation est de plus en plus incontournable dans les commerces et les logis, selon Numerama. Dans le même temps, les pompes à chaleur s’imposent pour chauffer de façon plus performante pendant la saison froide. Mais comment fonctionnent ces appareils ? Ils s’appuient en réalité sur les mêmes bases thermodynamiques. Cependant, le changement climatique pourrait bien leur faire atteindre leurs limites physiques.

L’été 2025 a été le troisième été le plus chaud en France, avec deux vagues de chaleur marquées par leur précocité, leur intensité et leur durée. L’été dernier a enregistré une anomalie thermique de + 1,9 °C (+ 3,3 °C pour juin). En raison du changement climatique, et même lorsque nos sociétés auront atteint la neutralité carbone, la fréquence et l’intensité de ces épisodes de fortes chaleurs vont continuer à augmenter pendant plusieurs décennies.

Ce qu'il faut retenir

  • Les climatiseurs et les pompes à chaleur fonctionnent sur les mêmes principes thermodynamiques.
  • Le changement climatique va exacerber les limites de ces appareils.
  • La température extérieure va continuer à augmenter en été, ce qui pourrait rendre les climatiseurs moins efficaces.
  • Les fluides frigorigènes utilisés dans les climatiseurs ont un pouvoir de réchauffement bien supérieur à celui du CO₂.

Le fonctionnement des climatiseurs et des pompes à chaleur

Les climatiseurs et les pompes à chaleur permettent d’effectuer l’opération inverse du transfert de chaleur naturel, grâce à un apport d’énergie externe. Ils prélevent de l’énergie de la source froide (l’intérieur) pour la transférer vers la source chaude (l’extérieur). Le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur est le même : un local peut être chauffé en récupérant de l’énergie à l’extérieur, alors même qu’il y fait plus froid.

Pour comprendre comment tout cela est possible, il faut mobiliser les savoirs issus de la thermodynamique. Les climatiseurs et les pompes à chaleur utilisent un fluide dit « frigorigène » qui a la particularité de pouvoir changer d’état, c’est-à-dire de passer d’une phase liquide à gazeuse et inversement. C’est souvent cette caractéristique qui sera utilisée pour extraire la chaleur.

Les limites des climatiseurs et des pompes à chaleur

Les performances des climatiseurs et des pompes à chaleur dépendent des caractéristiques du fluide frigorigène, mais aussi fortement des températures des sources froide et chaude. Par exemple, l’énergie nécessaire à la compression augmente avec l’écart entre les températures des sources. Le coefficient de performance (COP), c’est-à-dire le rapport entre la chaleur extraite à l’évaporateur et l’électricité consommée, va alors baisser en proportion.

En outre, un fluide frigorigène a des caractéristiques fixes, notamment l’enthalpie de changement d’état, qui dépend de la pression et de la température. Si la température de la source chaude augmente, il ne sera peut-être pas possible de comprimer indéfiniment le fluide pour pouvoir lui céder de la chaleur. Autrement dit, on peut atteindre les limites physiques du cycle frigorifique pour le fluide utilisé.

Les conséquences du changement climatique

Le changement climatique va exacerber les limites des climatiseurs et des pompes à chaleur. La température extérieure va continuer à augmenter en été, ce qui pourrait rendre les climatiseurs moins efficaces. De plus, les fluides frigorigènes utilisés dans les climatiseurs ont un pouvoir de réchauffement bien supérieur à celui du CO₂, ce qui questionne leur usage en raison du risque de fuites.

Une étude de 2024 fondée sur des simulations numériques a ainsi montré, pour la ville de Toulouse, que la généralisation de l’usage de la climatisation entraînerait une augmentation de la consommation énergétique en période estivale de 54 %. Si ces climatiseurs sont réversibles et peuvent assurer le chauffage en hiver, en fonctionnant comme une pompe à chaleur, l’économie d’énergie sur l’année serait de l’ordre de 32 %.

Et maintenant ?

Les villes devront trouver des solutions pour faire face à l’augmentation de la consommation électrique lors des périodes estivales et à l’augmentation locale de la température dans les zones urbaines due au rejet de chaleur des climatiseurs. Il faudra également prendre en compte les limites physiques des climatiseurs et des pompes à chaleur pour éviter les problèmes de refroidissement et de chauffage.

Les réactions et les prises de position des autorités et des experts restent attendues pour trouver des solutions à ces problèmes. Alexandre Malley-Ernewein, Maître de Conférence au CETHIL, Eric Peyrol, chercheur, et Jocelyn Bonjour, Professeur des universités au CETHIL, ont souligné l’importance de comprendre les principes de fonctionnement des climatiseurs et des pompes à chaleur pour mieux appréhender les défis liés au changement climatique.