Activité 7 – PAC à variateur : démarrage progressif SITUATION PRO

Ch01 – Puissance consommée | Terminale ICCER | ⏱ 35 min

Dernière mise à jour : 2 juin 2026

Ce que tu vas apprendre :

Comprendre l'onduleur d'une PAC moderne
Calculer la modulation de puissance par fréquence
Évaluer les économies vs PAC tout-ou-rien

🤔 Avant de commencer

Pourquoi les PAC modernes « Inverter » sont-elles plus efficaces que les PAC classiques tout-ou-rien ?

Une PAC classique fonctionne en tout-ou-rien : compresseur à 100 % ou arrêt. Cycles de marche/arrêt qui usent les composants et créent des pics au démarrage. Une PAC Inverter (à variateur) module sa puissance de 20 à 100 % selon le besoin : démarrage progressif (pas de pic), maintien continu à puissance optimale, moins de cycles ON/OFF. Gain : COP saisonnier amélioré de 15-30 %, durée de vie compresseur +50 %, confort thermique stable.

Situation – Sami, technicien Daikin (Lyon)

Sami, technicien chauffagiste chez « ClimaSud 69 » à Lyon, installe une PAC Daikin Altherma 3 R 11 kW (Inverter) pour une maison RT2012. Il vérifie le dimensionnement et le comportement au démarrage.

📖 Vocabulaire

PAC Inverter: PAC à variateur de fréquence pilotant le compresseur. Module sa puissance entre 20 et 100 % selon le besoin réel.
Variateur de fréquence: Module électronique convertit le courant 50 Hz en courant à fréquence variable (10-100 Hz). Permet de modifier la vitesse du moteur.
COP saisonnier (SCOP): Coefficient de performance moyen sur la saison. Plus représentatif que le COP à un seul point. SCOP Inverter typique : 4,2 vs 3,2 tout-ou-rien.

Document 1 — PAC Daikin Altherma 3 R 11 kW

Puissance nominale : 11 kW thermique (3 kW électrique consommé à pleine charge → COP 3,67).
Plage modulation : 25 % à 100 % (2,75 à 11 kW thermique).
Fréquence onduleur : 15 à 90 Hz (50 Hz = puissance nominale).
Besoin thermique typique maison RT2012 100 m² : 5 kW (mi-saison), 8 kW (grand froid).
Courant de démarrage : limité à I_n × 1,5 (vs ×6 pour tout-ou-rien).

Problématique : Quelle est la conso annuelle de la PAC Inverter, et l'économie vs tout-ou-rien ?

Q1 APP

À mi-saison (besoin 5 kW), à quelle fréquence et puissance électrique fonctionne la PAC ?

Modulation : 5 kW / 11 kW = 45 %. Fréquence : 50 × 0,45 = 22,5 Hz environ.

Puissance électrique : 5 / COP_à_charge_réduite. Le COP est encore meilleur à charge réduite (~ 4,5). P_élec = 5/4,5 ≈ 1,1 kW.

Q2 REA

À grand froid (besoin 8 kW), puissance électrique consommée (COP à pleine charge 3,67) ?

Modulation : 8/11 = 73 %. Fréquence ≈ 36 Hz.

COP à 73 % charge : ≈ 4,0. P_élec = 8/4 = 2 kW.

Q3 REA

Conso annuelle PAC Inverter : 1 200 h × P_moy. P_moy ≈ 1,2 kW (avec modulation).

E_an = 1,2 × 1 200 = 1 440 kWh/an.

Coût : 1 440 × 0,18 = 259 €/an.

Q4 ANA

Comparaison : PAC tout-ou-rien classique. Cycles 50 min ON / 30 min OFF en mi-saison. COP plus mauvais (3,2 SCOP).

Énergie thermique = même = 1 200 h × 6 kW moyen = 7 200 kWh thermiques.

Énergie électrique = 7 200 / 3,2 ≈ 2 250 kWh/an.

Vs Inverter (= 7 200 / 4,2 SCOP = 1 714 kWh). Avec puissance moy 1,2 kW × 1200 h = 1 440 kWh (mon estimation Q3 sous-évaluait, ajustons à 1 714 kWh).

Économie Inverter vs tout-ou-rien : 2 250 − 1 714 = 536 kWh/an. Soit ~ 97 €/an.

Q5 ANA

Surcoût PAC Inverter vs tout-ou-rien : ≈ 1 500 € à l'achat. ROI vs économie annuelle ?

ROI = 1 500 / 97 ≈ 15,5 ans.

Long, mais d'autres bénéfices : confort thermique, durée de vie compresseur, silence, démarrage doux.

+ Aides MaPrimeRénov pour Inverter : 500-1 500 € selon revenus. Réduit le surcoût à 0-1 000 € → ROI 0-10 ans.

Q6 ANA

Impact sur le démarrage : tout-ou-rien tire 6 × I_n pendant 2 s. Inverter tire 1,5 × I_n pendant 5 s. Pic « facturé » à EDF ?

I_n PAC 11 kW (tri 400 V cos φ 0,9) : I = 11000 / (1,73 × 400 × 0,9) ≈ 17,7 A.

Tout-ou-rien : pic 6 × 17,7 = 106 A pendant 2 s. Pic instantané énorme.

Inverter : pic 1,5 × 17,7 = 26,5 A pendant 5 s. Bien plus modéré.

Pour EDF : le wattmètre intégrant 10 min ne « voit » pas le pic 2 s mais peut le voir pour 5 s soutenu. Surtout, le tout-ou-rien crée des perturbations harmoniques qui dégradent le cos φ et peuvent générer des pénalités EDF (cas Tarif Vert).

Q7 VAL

Bilan global : pourquoi recommander l'Inverter ?

SCOP supérieur (4,2 vs 3,2) → −20-25 % de conso.
Confort thermique : T° intérieure stable ± 0,5 °C (vs ± 1,5 °C tout-ou-rien).
Démarrage doux : pas de pic 106 A, moins d'usure.
Durée vie compresseur : +50 % (moins de cycles ON/OFF).
Silence : modulation = moins de bruit en mi-saison (compresseur à 25 %).

Inverter = standard actuel du marché. Tout-ou-rien réservé aux entrées de gamme.

Q8 COM

Devis de Sami au client (4 lignes).

PAC Daikin Altherma 3 R 11 kW Inverter — Sami (ClimaSud 69)
• Modulation 25-100 %, COP 3,67 nominal, SCOP 4,2 saisonnier.
• Conso annuelle : 1 700 kWh = 306 €. Vs tout-ou-rien : 540 €. Économie 234 €/an.
• Démarrage doux 1,5 × I_n (vs 6 × I_n classique). Confort + durée vie.
• Aides MaPrimeRénov : 500-1 500 € selon revenus. ROI complet 5-10 ans.

✅ Auto-évaluation

Je comprends la modulation par variateur de fréquence. Je calcule une consommation annuelle avec SCOP. Je compare Inverter vs tout-ou-rien sur plusieurs critères.

Bonus — Comment fonctionne un onduleur ?

Un onduleur convertit un signal continu (DC) en alternatif (AC) à fréquence variable. Étapes :

Redressement : courant secteur 50 Hz → courant continu via diodes.
Filtrage : condensateurs lissent le DC.
Onduleur : transistors IGBT « hachent » le DC en impulsions à très haute fréquence (10-50 kHz).
Modulation PWM : la largeur des impulsions module l'amplitude moyenne du signal de sortie.
Résultat : courant AC quasi-sinusoïdal à fréquence ajustable (15-90 Hz).

Cette technologie est aussi utilisée dans les variateurs de moteurs industriels (CNC, compresseurs, escalators) et les onduleurs photovoltaïques.

À retenir

PAC Inverter : modulation 25-100 % via variateur de fréquence onduleur.
SCOP > COP : tient compte du fonctionnement saisonnier réel.
Démarrage doux : pic limité à 1,5 × I_n (vs 6× tout-ou-rien).
Standard du marché actuel. Surcoût justifié par confort et longévité.

📚 §6 (Exemples) + §9 (Applications) de la leçon Ch01.