La pompe à chaleur, vraiment utile dans une voiture électrique ? Toutes nos données exclusives

La pompe à chaleur est l’une des solutions pour sauver l’autonomie en hiver. Mais est-elle vraiment utile ? On fait le test.

La pompe à chaleur est annoncé comme l’un des équipements indispensables pour conserver l’autonomie d’une voiture électrique. Notamment en hiver, où son utilisation est intense. Surtout proposée en option contre une coquette rallonge, elle équipe de plus en plus de voitures électriques en série néanmoins. Et pour cause : sa consommation est bien inférieure à celle d’un chauffage classique, ce qui très logiquement permet de sauvegarder l’autonomie d’une voiture. Sur les brochures, cela est un argument de poids pour rassurer les acheteurs toujours effrayés par la panne sèche. Sauf que les catalogues ne donnent pas vraiment tous les détails. Alors, est-ce vraiment utile ? On fait le point.

Rappel technique

Dans une voiture thermique, la mécanique dispose d’un circuit de refroidissement. Celui-ci sert principalement à maintenir le moteur à une température idéale de fonctionnement en faisant passer un liquide spécifique autour des cylindres notamment. Une fois chaud, le fluide caloporteur va ensuite au radiateur avant pour se refroidir et repart refroidir le bloc une fois déchargé de ses calories. Cependant, la chaleur emmagasinée par ce liquide peut aussi servir à chauffer l’habitacle. La commande de ventilation intérieure ouvre alors un robinet qui déroute le circuit, faisant passer le fluide vers le radiateur de chauffage. Ce dernier devient donc chaud, et un ventilateur propulse l’air vers les occupants. Rien de plus simple. Surtout, l’opération ne consomme absolument rien (sauf si c’est la clim’ qui est en marche).

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Dans une voiture électrique, roulement de tambour, ce type de fonctionnement n’existe pas. S’il y a bien un circuit de refroidissement pour la batterie ou les machines électriques (en fonction des technologies bien entendu) le liquide n’est pas directement utilisé pour chauffer l’habitacle. Pour produire de la chaleur, elles utilisent très simplement un convecteur thermique. Ou une résistance pour reprendre l’appellation commune. Le principe est exactement le même qu’avec un grille pain, ou qu’un petit chauffage soufflant pour être plus précis : la résistance chauffe par effet Joule, et un ventilateur propulse dans l’habitacle l’air devenu chaud au contact de la résistance. De fait, la puissance demandée par ce type d’équipement est explosive : il faut compter en moyenne 3 000 à 4 000 W à pleine puissance en moyenne, et entre 2 000 et 2 500 W une fois régulé.

C’est quoi une pompe à chaleur ?

Le principe de la pompe à chaleur est très différent. Pour faire simple, le système reprend le fonctionnement d’une climatisation. C’est pour cela qu’elle est aussi appelée « climatisation réversible ». Nous n’allons pas entrer dans les détails du fonctionnement d’une climatisation, mais rappelons le principe physique de base : tout gaz compressé devient chaud. C’est la première étape d’une climatisation par exemple (le gaz est ensuite détendu pour générer du froid).

Le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur est donc similaire, à la différence qu’elle récupère des calories dans l’air pour améliorer l’efficacité du système (c’est pour cela que l’on parle de pompe à chaleur). Un gaz tiède deviendra chaud, un gaz chaud deviendra très chaud. Certains systèmes reprennent le même fonctionnement que la climatisation avec un circuit toutefois différent pour ne pas dégager dans l’air les calories du gaz compressé. Quelle que soit la façon dont ça tourne, il faut surtout retenir qu’aucun équipement électrique n’est fortement mis à contribution ici. Seuls le compresseur, les vannes et les ventilateurs puisent de l’énergie dans la batterie de traction. La puissance demandée par le système peut varier de 1 500 W à 500 W une fois le système régulé. Mais on ne parle pas ici de pleine puissance, car le système a bien des limites.

Les limites de la pompe à chaleur

Car cette solution est bien moins efficace qu’une résistance. Surtout à froid, où la matière gazeuse elle aussi froide ne permettra pas de monter aussi vite en température. Il faut alors chercher une source de chaleur ailleurs pour réchauffer les occupants. Les ingénieurs du groupe Hyundai-Kia ont ainsi développé un système qui, on reste schématique, permet de récupérer la chaleur générée par les dispositifs électriques, notamment la batterie, pour réchauffer le gaz avant son entrée dans le compresseur. A noter que Renault propose un système assez similaire pour la Megane e-Tech. Mais cela ne fait pas tout.

Avec une voiture et une température froides, il est tout simplement impossible de générer de la chaleur correctement. Pour augmenter l’efficacité du chauffage au démarrage, et ainsi améliorer rapidement le confort thermique des occupants ou permettre de dégivrer plus vite le parebrise, les fabricants ont décidé de coupler la pompe à chaleur à… une résistance. Un système hybride donc, qui fait rapidement monter en température l’habitacle et qui, en fonction des paramétrages, va progressivement laisser sa place à la pompe à chaleur moins énergivore. Autrement dit, le conducteur ne verra aucune différence sur les premières minutes d’utilisation, et n’en apercevra les bénéfices qu’en cas d’une utilisation prolongée. C’est ce que nous avons remarqué lors d’un test hivernal avec une Renault Megane e-Tech, pourtant équipée de la pompe à chaleur optionnelle. Et c’est ce que nous avons décidé de chiffrer avec une Hyundai Ioniq 6.

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La consommation réelle d’une pompe à chaleur

Comme toutes les autres électriques du groupe coréen, la Hyundai Ioniq 6 dispose d’un affichage précis et transparent sur les puissances réclamées à la batterie en temps réel. Parmi les quatre volets différents se trouve la partie Climatisation. Celle-ci prend en compte l’énergie nécessaire au fonctionnement des ventilateurs, de la pompe à chaleur et de la résistance associée. Car il ne fait aucun doute que le système en soit bel et bien équipé.

Pour ce test, nous avons décidé de mettre le système dans les cordes. Nous avons laissé la voiture à l’extérieur toute une nuit avec des températures négatives, en prenant soin de la placer à l’ombre d’un bâtiment pour éviter toute influence du soleil sur les capteurs. Au démarrage, nous avons lancé la climatisation en mode automatique à une température intermédiaire de 20°C. C’est ce qui est dans nos habitudes, bien que le manuel d’utilisateur de la Ioniq 6 (mais aussi des Ioniq 5 et Kia EV6) conseille de mettre une température de 22 °C en Auto niveau 2 : « divers essais ont été effectué pour vérifier que ce paramètre maintient une consommation d’énergie optimale », indique alors le document. Soit.

Dès le lancement, le système est grimpé à une puissance instantanée de 5,92 kW. Une valeur particulièrement élevée pour un système de chauffage par rapport à nos précédentes observations (non consignées) sur d’autres voitures dénuées de pompe à chaleur. Mais la puissance a rapidement baissé et elle est passée sous les 4 kW au bout de 5 minutes, au fur et à mesure que le système s’approchait de la température cible : l’habitacle était déjà à 18 °C à ce moment selon nos capteurs. Au bout de 15 minutes, la puissance réclamée par le système a déjà chuté, tout comme l’intensité de la ventilation. A partir de là, la puissance oscillait autour de 1,5 kW, alors que la température intérieure était de 22,5 °C.

Il a fallu attendre à peine plus d’un quart d’heure supplémentaire pour voir la puissance passer sous la barre de 1,0 kW (au bout de 33 minutes dans notre cas), où il ne fait aucun doute que la pompe a chaleur a déjà pris le relais depuis une quinzaine de minutes. A ce stade, nous relevions une température de 24 °C. Au bout de 45 minutes de fonctionnement, avec un thermomètre extérieur à 0 °C, la puissance oscillait entre 0,6 et 0,5 kW. Nous avons même enregistré de petites variation avec un minimum de 0,42 kW, trop fugace pour être significatif cependant.

Lorsque le système tournait à son minimum de puissance, le capteur intérieur indiquait 24 °C, soit 4 °C de plus que demandé sur le panneau de commande. On imagine alors une configuration pessimiste du système qui, en raison de la température extérieure, réchauffe plus que nécessaire l’habitacle. Une fois la puissance et la température stabilisées, nous avons pris la route. Le système a alors augmenté la puissance au fur et à mesure que la vitesse a augmenté, avant de redescendre légèrement. Voilà qui semble indiquer que le calculateur cherchait, entre autre, à supporter l’isolation de la voiture et contrer les éventuelles infiltrations d’air froid.

Nous n’avons pas pu déterminer avec précision la consommation exacte du système de climatisation, puisque la puissance de l’électronique embarquée, plus importante au démarrage, était aussi comptabilisée. Cependant, d’après nos calculs, on estime la consommation moyenne du système de chauffage autour de 1,7 kWh pour 30 minutes de fonctionnement dans ces conditions d’essai. Ce qui ne signifie pas que le chauffage avalera 3,4 kWh par heure de fonctionnement :  la consommation est appelée à baisser au fil de du temps. Enfin, pour être encore plus précis et pouvoir comparer les résultats, il aurait été intéressant de lui opposer une seconde Ioniq 6, en finition Intuitive d’entrée de gamme dénuée de pompe à chaleur. Ce que nous n’avons pas pu faire pour d’évidentes raisons logistiques. Mais nous aurons l’occasion d’y revenir.

La pompe à chaleur est-elle vraiment utile ?

Si une pompe à chaleur présentera effectivement une consommation inférieure à celle d’un système classique, il n’existe presque aucune différence lors des premières minutes d’utilisation. Pour les trajets quotidiens, elle n’aidera pas vraiment à sauver sensiblement l’autonomie. Elle n’a donc d’intérêt que sur la durée, lors des longs trajets par exemple. Une fois stabilisée, la pompe à chaleur consomme 500 et 700 W en moyenne, contre 2 000 à 2 500 W pour un système classique afin de maintenir l’habitacle à température. Données qui peuvent bien entendu évoluer en fonction des performances du dispositif et de l’isolation de chaque voiture. Une fois à température, le rendement est donc imbattable : quand une résistance convertit toute l’énergie utilisé en chaleur (un rendement de 100 %), la pompe à chaleur présente de son côté une valeur de 200 à 300 %.

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En matière d’autonomie pure, il y a plusieurs façon de voir les choses. Avec un point de recharge à disposition quasi quotidiennement, la question de l’autonomie ne se pose pas. Même constat avec les voitures dotées de grosses batteries, dont la marge de manœuvre est bien plus grande. Il n’y a qu’avec les plus petites batteries lors des longs trajets que cela peut avoir une importance. Mais si vous n’avez pas de pompe à chaleur et que vous voulez sauver l’autonomie pendant un voyage, une stratégie consiste à chauffer l’habitacle pendant la recharge (quitte à perdre une poignée de minutes en raison de la puissance supplémentaire demandée) et de réduire la température quand vous reprenez la route. Donc non, considérer la pompe à chaleur avec le seul prisme de l’autonomie n’est pas valable.

Pour tout les jours, on remarquera en revanche que la pompe à chaleur a surtout un avantage financier : ce qui n’est pas consommé n’a pas à être rechargé. Cela représente donc une économie pour le portefeuille. Mais aussi pour la planète, si l’on part du principe logique que tout kWh économisé n’a pas à être produit. Rassurons-nous toutefois, la France fait partie des meilleures élèves avec un bilan carbone moyen de 36 g/kWh. C’est là que certains penseront aussi à la rentabilité de l’opération. Toutefois, si jamais cela vous intéresse, en prenant en compte une pompe à chaleur au prix de 1 000 €, une consommation moyenne de 2,5 kWh par heure pour une résistance et de 0,5 kWh par heure pour une pompe à chaleur, ainsi qu’un fonctionnement d’une heure tous les jours de l’année, un très grossier calcul indique qu’il faudrait un peu moins de 7 ans pour rentabiliser l’option…

Dans les deux cas, on n’aura jamais froid et on ne tombera pas en panne sèche puisque le conducteur saura s’adapter en amont. La pompe à chaleur peut donc s’avérer utile si vous effectuez de nombreux longs trajets en hiver. Mais quand on est dans ce cas, on a généralement un véhicule plus gros et doté d’une grande autonomie. Si vous utilisez votre véhicule pour des déplacements quotidiens de moins d’une heure d’affilée, le surcoût demandé n’est pas justifiable. Enfin, d’autres n’auront que faire de toute cette prise de tête et feront tout de même le choix de l’option pour bénéficier d’un argument de vente sur le marché de l’occasion. Au final, tout est question d’utilisation. Les gains de la pompe à chaleur dépendent de la durée d’utilisation, du type de parcours et de la température extérieur. Autant de facteurs qui sont propres à chacun, qu’il est assez compliqué de généraliser.

Méfiance avec les promesses des constructeurs

Il est donc difficile de faire confiance aux promesses des constructeurs qui savent faire parler les chiffres de la manière dont ils veulent. Non pas que les valeurs communiquées soient mensongères, mais qu’elles correspondent à une utilisation particulière qui penche à l’avantage de la pompe à chaleur. Et ce grace à une spécificité de la procédure d’homologation : le chauffage ou la climatisation ne sont pas allumés lors du cycle d’homologation WLTP ! En revanche, le surpoids du système est bel et bien pris en compte par la norme. Ainsi, un Skoda Enyaq iV 80 perd 2 km d’autonomie WLTP en s’équipant de la pompe à chaleur (+15 kg) ! Même chose chez Renault avec la Megane e-Tech, qui perd 3 km avec l’option (400 €). Paradoxal, n’est-ce pas ?

Voilà qui démontre bien que toutes les valeurs présentées et les bénéfices promis ne sont soumis à aucune homologation normalisée. Les fabricants ont alors le champ libre pour nous forcer à regarder le doigt plutôt que la lune, en communiquant les valeurs qu’ils veulent, ou presque, pour tenter de vendre au mieux une option à quatre chiffre en moyenne. Certains se lancent dans de drôles de comparaisons, alors que d’autres inondent de données les clients néophytes pour faire croire que la pompe à chaleur sera la solution à tout leur problème d’autonomie en hiver. Volkswagen présente un graphique sans donner les détails des protocoles d’essai, alors que Renault indique que le système « maximise votre autonomie de roulage par temps froid (jusqu’à 50 km) ». Quelques uns, plus prudents dans leur approche, n’apportent rien d’autre qu’une poésie incompréhensible pour combler le vide le page : c’est le cas de Skoda, lorsque vous voulez en savoir plus sur la pompe à chaleur de l’Enyaq iV…

Du côté des études indépendantes, les avis s’opposent. Certains prônent de véritables gains, d’autres édulcorent davantage leurs conclusions. C’est le cas du très sérieux organisme ADAC, qui indique que ses recherches « ne montrent aucun avantage d’efficacité significatif de la pompe à chaleur à des températures extérieures très froides de moins de 10 degrés ». Mais d’autres évoquent que la pompe à chaleur permettrait de réduire la perte d’autonomie en hiver de 10 à 20 %. Reste à définir la notion d’hiver. Et quand on sait que la perte d’autonomie dépend de très nombreux facteurs, difficile de la quantifier avec précision.

Le flou que cultivent les constructeurs et les divergences entre les conclusions des études ne s’expliquent que d’une seule manière : les bénéfices d’une pompe à chaleur dépendent de l’usage qui sert de base ! Et par usage ont entend surtout le temps d’utilisation, même si le kilométrage effectué sur ce laps de temps, et donc le type de parcours, aura une influence notable ou non sur la consommation finale qui sera utilisée pour estimer l’autonomie.