Fluides frigorigènes

L’ammoniac gazeux est le meilleur fluide frigorigène et possède les meilleures propriétés thermodynamiques démontrables. C’est le seul frigorigène naturel dont l’industrie ne veut pas se débarrasser, car il possède un rendement élevé. L’ammoniac est également inégalé du point de vue écologique : il ne détruit pas la couche d’ozone, n’a pas d’influence sur le réchauffement de la Terre et son bilan sur le plan du TEWI est avantageux aussi en raison du COP des installations à l’ammoniac.

L’ammoniac est insurpassable en matière de sobriété énergétique et de rentabilité, surtout quand on a affaire à des installations de refroidissement d’une capacité dépassant 500 kW. Ce gaz s’emploie aussi de plus en plus sur une échelle plus modeste. On voit aujourd’hui une extension de son usage dans des systèmes dont la capacité est inférieure à 500 kW, ce qui a pour effet que la quantité d’ammoniac, conjuguée au choix du bon fluide frigorigène, doit être diminuée. On consacre actuellement beaucoup d’études à des systèmes mettant en œuvre des volumes moindres. Le but est de parvenir à développer de petits systèmes tels que des compresseurs semi-hermétiques ou hermétiques d’une capacité inférieure à 110 kW. Le développement d’échangeurs de chaleur à contenu réduit va aussi dans ce sens. Divers projets de recherche portant sur une gestion simplifiée de l’huile et recourant à de l’huile soluble sont aussi menés pour permettre l’emploi de systèmes DX.

Le R-22, aussi appelé chlorodifluorométhane ou fréon 22, est un gaz très nocif pour notre environnement. Son potentiel de réchauffement global (GWP) est de 1810, ce qui indique qu’il contribue au réchauffement de la planète. Il a par ailleurs un gros impact sur notre couche d’ozone. Son potentiel d’appauvrissement de cette couche (ODP) est égal à 0,05. Outre le R-22, il existe une liste de gaz fréons qui ne sont plus autorisés aujourd’hui. Ce sont les suivants : R-11, R-12, R-13, R-23, R-113, R-114, R-115 et R-116.
 

Eu égard à ces propriétés non écologiques, l’Union européenne a décidé en 2001 de retirer graduellement du marché le R-22 et d’autres CFC. Les conditions de production, de vente et d’utilisation des composés chlorofluorés sont décrites dans le règlement sur les gaz fluorés. Ce texte a été adopté afin d’avoir prise sur le réchauffement du climat de la Terre et de prévenir la destruction de la couche d’ozone. Il a été résolu d’abandonner progressivement quelques gaz en raison de leur impact sur l’environnement. Cependant, le retrait graduel du chlorodifluorométhane a duré plusieurs années. Il a débuté par l’interdiction de construire de nouvelles installations fonctionnant avec ce frigorigène. Sa production a été interdite à partir de 2010. Un délai de cinq ans a été accordé à ses utilisateurs pour leur permettre de consommer le R-22 (recyclé) existant. La procédure de retrait s’est achevée en 2015. Depuis lors, ce gaz est interdit à la vente.

L’intérêt pour les installations de refroidissement au CO₂ a nettement augmenté dans le monde au cours des dix dernières années. Cela est dû au fait que Nestlé, en tant que grand groupe opérant à l’international, n’a cessé de poursuivre le développement de circuits frigorifiques en cascade au NH₃/CO₂ et en a prouvé l’efficacité énergique au travers d’installations de ce type en Europe, aux USA et au Japon. Beaucoup d’entreprises ont dès lors suivi son exemple. Cette tendance a été favorisée dans d’autres pays par des aides publiques. Aux Pays-Bas, les systèmes au CO₂ donnent droit à une réduction d’impôts considérable et en Scandinavie, la taxe sur les frigorigènes de synthèse a été, à l’inverse, augmentée. Le CO₂ convient très bien principalement pour la récupération de chaleur et pour les pompes à chaleur. En Asie, on l’applique déjà à grande échelle et on s’attend aussi à ce que d’autres pays lui emboîtent le pas.

La quantité d’énergie que l’on peut économiser en utilisant du CO₂ comme frigorigène, est avant tout une question de températures ambiantes. Ainsi, le système au CO₂ d’une installation actionnée par des frigorigènes de synthèse est très performant s’il est exploité dans sa plage subcritique. Mais le système peut aussi donner de bons résultats en matière d’efficacité dans cette plage. Coca-Cola l’a confirmé en utilisant tant du CO₂ que du R-134a pour son réfrigérateur de 550 litres. Résultat : les installations tournant avec du CO₂ consomment 20 à 30 % d’énergie en moins.

En mode trans- ou supercritique (températures >31,2 °C), les systèmes au CO₂ sont globalement moins efficaces que les installations à frigorigènes synthétiques. Néanmoins, sur une année entière, les premiers sont souvent plus efficaces énergétiquement que les seconds parce que la plupart des systèmes fonctionnent dans la plage subcritique la plus grande partie de l’année, surtout en zone tempérée.

Aussi appelés HFC, les hydrofluorocarbones sont des hydrocarbures dont des atomes d’hydrogène ont été remplacés par un atome de fluor. Les HFC forment les alternatives contemporaines au fréon et, plus généralement, aux chlorofluorocarbones. Ces substances sont utilisées comme frigorigène dans les réfrigérateurs. Ce sont les substituts respectueux de l’ozone de l’ennemi de celui-ci, le fréon. L’un des HFC, le frigorigène R-134a, est depuis le 31 décembre 2000 le remplaçant du dichlorodifluorométhane (R 12).