Fluide frigorigène

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Un fluide frigorigène (ou réfrigérant) est un fluide pur ou un mélange de fluides purs présents en phase liquide, gazeuse ou les deux à la fois en fonction de la température et de la pression de celui-ci. La principale propriété des fluides frigorigènes est de s'évaporer à une faible température sous pression atmosphérique. Les fluides frigorigènes sont utilisés dans les systèmes de production de froid (climatisation, congélateur, réfrigérateur, etc.)

Propriétés[modifier | modifier le code]

En théorie, l'air ou l'azote (des fluides courants sur notre planète…) pourraient servir de réfrigérant, ainsi que tout fluide présentant un potentiel en termes de réfrigération, mais, en pratique, il en est tout autrement, car ces fluides doivent répondre aux critères suivants :

  • Les fluides réfrigérants sont sélectionnés principalement pour leur grande propriété d'absorption de chaleur (calories) lorsqu'ils passent de leur phase liquide à leur phase gazeuse (la chaleur absorbée par le fluide lors du changement d'état est appelée : chaleur latente de vaporisation). Les réfrigérants sont utilisés purs ou en mélange dans les métiers du froid et de la climatisation.
  • Ces fluides doivent respecter l'environnement et être inoffensifs pour l'homme (et tout être vivant) du fait du risque de fuite dans l'atmosphère.
  • Ils sont également choisis en fonction des températures de fonctionnement des deux échangeurs du circuit frigorifique concerné (le condenseur et l'évaporateur). En effet, les fluides utilisés pour obtenir des basses températures sont différents des fluides de climatisation par exemple.
  • Enfin, leurs pressions (qui sont fonction des températures de service des échangeurs cités ci-dessus) doivent permettre leur utilisation dans un circuit frigorifique avec un dimensionnement raisonnable des tuyauteries et du compresseur. En effet, il ne serait pas rentable d'utiliser de l'azote pour faire de la climatisation, la pression nécessaire étant trop importante, ce qui nécessiterait des tuyaux très épais et un compresseur gigantesque.

Dans les climatisations, leur capacité à absorber une certaine quantité de chaleur par unité réfrigérante est encore exprimée en BTU.

Le Fréon est le nom commercial de plusieurs des gaz réfrigérants fabriqués par la société DuPont de Nemours.

Rôle du fluide frigorigène[modifier | modifier le code]

Dans un circuit frigorifique, le fluide frigorigène véhicule deux éléments :

  • Les calories. Celles-ci sont captées à l'évaporateur et au niveau du compresseur. Elles sont ensuite évacuées au niveau du condenseur.
  • L'huile du compresseur, ou encore appelé cum (anglais) . En effet, l’huile du compresseur est utile pour les autres organes du circuit frigorifique afin d'améliorer l'étanchéité du circuit.

(Pour plus de précisions, voir : froid industriel)

Les différentes catégories de fluide frigorigène[modifier | modifier le code]

Articles détaillés : gaz fluoré et liste de réfrigérants.

On distingue parmi les gaz réfrigérants différentes catégories de molécules :

Les fluides frigorigènes utilisés avant 1929[modifier | modifier le code]

Les principaux gaz utilisés avant 1929 pendant la première période du froid artificiel, étaient :

Tous ces fluides avaient des propriétés thermodynamiques intéressantes mais ils présentaient tous un inconvénient, par exemple un danger pour l’homme de par leur toxicité (SO2, CH3Cl, C2H5Cl, NH3) ou du fait qu’ils étaient combustibles CH3Cl, C2H5Cl, NH3) ou demande des tubes et compresseurs à très haute pression (CO2) .

Les fluides frigorigènes utilisés entre 1929 et le Protocole de Montréal[modifier | modifier le code]

En 1929, un savant américain, Thomas Migdley, et son équipe produisent les premières molécules de Dichlorodifluorométhane (CCl2F2) ou R12. Le R12 et les fluides frigorigènes de la même famille ont la propriété d’être relativement inoffensifs pour l’homme et d’être intéressants du point de vue thermodynamiques.

Ils furent fabriqués industriellement par la société DuPont de Nemours à partir de 1932 (dichlorodifluorométhane - R12 et trichlorofluorométhane - R11) sous le nom de fréon. Ces fluides frigorigènes sont des dérivés du pétrole.

Restriction d'utilisation depuis le Protocole de Montréal[modifier | modifier le code]

Depuis le 16 septembre 1987, le Protocole de Montréal signé par 24 pays et par la Communauté économique européenne et qui compte aujourd'hui 190 pays signataires[1], est un accord international visant à réduire et, à terme, éliminer complètement les substances qui appauvrissent la couche d'ozone. La CEE a ainsi depuis voté des lois dans ce sens[2].

Ce protocole impose la suppression de l'utilisation des CFC (sauf pour des utilisations qualifiées de critiques ou essentielles), de halons, bromure de méthyle et autres substances appauvrissant la couche d'ozone (HCFC, tétrachlorure de carbone, bromochlorométhane, hydrobromofluorocarbone, méthylchloroforme), et cela dans un délai permettant la mise en place de substituts.

Le protocole de Montréal invite les intéressés à prendre les mesures nécessaires pour réduire l’émission de fluides frigorigènes dans l’atmosphère ; il s’agit :

• de ne plus utiliser ces produits comme propulseurs (ils furent interdits dès 1978 aux États-Unis pour cette utilisation)
• d’améliorer l’étanchéité des circuits frigorifiques
• de lutter contre les purges et les rejets dans l’atmosphère
• de récupérer systématiquement les fluides frigorigènes[3]

De plus, il recommande de réduire puis d’arrêter la production des gaz les plus néfastes à la couche d’ozone et ceux ayant un impact important sur l’effet de serre. Ce sont les fluides frigorigènes dont la molécule est riche en chlore et dont la durée de vie est grande.

Parmi ces gaz, on trouve :

  • Les chlorofluorocarbones (CFC)* : le chlore contenu dans leurs formules, détruit la couche d’ozone. Ils ont également un impact sur l'effet de serre.
En cas de fuite, il est interdit de recharger avec ce fluide.
Il est donc nécessaire de remplacer la totalité du fluide. Parfois, selon l'âge de l'équipement et sa vétusté, il est préférable de changer d'équipement.
Un équipement frigorifique destiné à la destruction doit être impérativement dépollué de ses fluides frigorigènes et lubrifiants[4]; certains seront détruits (CFC) et d'autres recyclés (huile)[5].
(* R11, R12, R502, R504...)
  • Les hydrochlorofluorocarbones (HCFC)* : Le chlore contenu dans leurs formules, détruit la couche d’ozone. Ils ont également un impact sur l'effet de serre
Pour le moment, la recharge est autorisée. Mais, à partir de 2010, il sera interdit de recharger par des fluides neufs et à partir de 2015, par des fluides recyclés[5].
(* R22, R123, R124, R142b, R401A, R401B, R402A, R402B, R403B, R408A, R409A, R409B...)
  • Les HFC* : Le chlore est absent de leurs formules. Ils ne détruisent donc pas la couche d'ozone mais ont un impact plus ou moins important sur l'effet de serre.
Les restrictions concernant cette famille de gaz sont pour le moment limitées. Au sein de l'Union Européenne, les HFC seront interdits dans les climatisations pour automobiles à partir de 2011.
En cas d'investissement ou de remplacement d'un équipement frigorifique, privilégiez ceux fonctionnant avec des HFC contenant moins de 2 kg de fluide[5].
(* R14, R23, R125, R134a, R152a, R227, R404A, R407C, R410A, R413A, R417A, R507, R508B, Isceon 59, Isceon 89, Forane 23, Forane FX 80...)

Les conférences qui ont suivi ont accentué la tendance et ont écourté les échéances : à la conférence de Copenhague, il a été décidé d’arrêter la production des CFC le 31 décembre 1994 et celle des HCFC le 31 décembre 2014. Les CFC sont aujourd'hui définitivement supprimés à l'exception de quantités très minimes et indispensables (utilisation en médecine, en particulier comme agents propulseurs dans les inhalateurs doseurs, type Ventoline).

Toutefois, une minorité de scientifiques contestent le fait que les fluides frigorigènes chlorés soient nocifs pour la couche d’ozone stratosphérique.

Traitements des fuites[modifier | modifier le code]

Rappel : une fuite d'un kilogramme de réfrigérant de synthèse dans l'atmosphère produit un effet de serre équivalant à celui généré par l'émission de 1 000 jusqu'à plus de 13 000 kilogrammes de CO2.

  • Un kilogramme de R134a rejeté dans l'atmosphère produit un effet de serre équivalent à celui généré par l'émission de 1 300 kg de CO2.
  • Un kilogramme de R404A rejeté dans l'atmosphère produit un effet de serre équivalent à celui généré par l'émission de 3 900 kg de CO2.
  • Un kilogramme de R23 rejeté dans l'atmosphère produit un effet de serre équivalent à celui généré par l'émission de 11 700 kg de CO2.
  • Un kilogramme de R508B rejeté dans l'atmosphère produit un effet de serre équivalent à celui généré par l'émission de 12 300 kg de CO2.

Il est maintenant obligatoire[6] de vérifier régulièrement les installations de production frigorifiques pour des applications de réfrigération ou de climatisation.

Toute fuite détectée doit être localisée et faire l'objet d'un enregistrement, d'une réparation et d'un suivi. Le tout doit être documenté pour être présenté à la requête de l'inspection des services de l'environnement. L'exploitant est tenu responsable de la quantité de réfrigérant de synthèse utilisée dans son installation (climatique).

Si la réparation nécessite la vidange de l'équipement, le liquide frigorigène doit être récupéré pour être recyclé.

Formation, certification des utilisateurs[modifier | modifier le code]

  • En France, un décret de 2007 [7], a précisé les conditions de mise sur le marché, d’utilisation, de récupération, et de destruction des substances de types CFC, HCFC et HFC. Les personnels doivent détenir une attestation de capacité (à demander par dossier de demande d’attestation de capacité auprès d’un organisme agréé (par arrêté portant agrément d’un organisme pour délivrer aux opérateurs les attestations de capacité prévues par l’article R. 543-99 du code de l’environnement par le ministère de l'environnement, avant le 4 juillet 2009) ;
  • Un décret du 13 avril 2011 précise la réglementation[8]
  • En France, depuis le 5 juillet 2011, toute personne manipulant des fluides frigorigènes doit être titulaire d'une certification dite « Attestation d'aptitude », obligatoire avant le 31 décembre 2011. Des formations qualifiantes sont prévues. La nouvelle règlementation relative aux fluides frigorigènes (décret no 2007-737).

Nomenclature[modifier | modifier le code]

Ce modèle de nomenclature peut s'appliquer pour tout fluorocarbure (FC) de type CFC, HCFC, HFC et PFC. La nomenclature des gaz fluorés suit le modèle de type "XYZ-c0123b4a", où chacun des chiffres et lettres représentent :

  • XYZ : FC, CFC, HCFC, HFC ou PFC.
  • c : composé cyclique.
  • 0 : nombre de liaisons doubles (omis si zéro).
  • 1 : nombre d’atomes de carbone - 1 (omis si zéro).
  • 2 : nombre d’atomes d’hydrogène + 1.
  • 3 : nombre d’atomes de fluor.
  • b4 : nombre d’atomes de chlore remplacés par des atomes de brome (omis si zéro).
  • a : lettre ajoutée pour identifier les isomères.

Dans le cas où la molécule contient du brome, le gaz (toujours du CFC) s'appelle halon.

Lorsque ces substances sont utilisées en tant que fluide frigorigène, les "XYZ" est remplacé par la lettre "R", comme réfrigérant. La valeur du premier chiffre qui suit la lettre R peut prendre alors les valeurs spécifiques suivantes :

  • 4 ou 5, il s’agit d’un mélange
  • 6, il s’agit d’un composé organique autre que des CFC, HCFC, HFC et PFC (exemple R690 : propane)
  • 7, s'il s’agit d’un composé inorganique (exemple R717 : ammoniac, R744 : dioxyde de carbone)

Quelques exemples de CFC :

  • le CFC-12 est un dérivé du méthane, sans hydrogène, avec deux atomes de fluor et deux de chlore. Il a donc pour formule : CF2Cl2.
  • le CFC-113 est un dérivé de l’éthane, sans hydrogène, avec trois atomes de fluor et trois de chlore. Il a donc pour formule : C2F3Cl3.
  • le CFC-13B1 (ou halon 1301 ) est un dérivé du méthane, sans hydrogène, avec trois atomes de fluor et un de brome. Il a donc pour formule : CF3Br.

Un exemple de HCFC :

  • le HCFC-22 est un dérivé du méthane, avec un atome d’hydrogène, deux atomes de fluor et un de chlore. Il a donc pour formule : CHF2Cl.

Un exemple de HFC :

  • le HFC-134a est un dérivé de l’éthane, avec deux atomes d’hydrogène et quatre de fluor. Il a donc pour formule C2H2F4.

Règle du "90", exemple du R32 :

  • ajoutez 90 au nombre : 32 devient 122,
  • le premier chiffre donne le nombre d'atome de carbone : ici 1,
  • le dernier chiffre donne le nombre d'atome de fluor : ici 2,
  • le chiffre du milieu donne le nombre d'atome d'hydrogène : ici 2.
  • si le bilan est incomplet, les autres atomes sont généralement des atomes de chlore : R22 donne 112 donc CHClF2

En France [9] et dans l'Union européenne, les " Gaz à effet de serre fluorés ” réglementés sont définis par l'article 2 du règlement (CE) n° 842/2006 du 17 mai 2006 elatif à certains gaz à effet de serre fluorés ;

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Source: Environnement Canada
  2. Règlement CE N° 2037/2000 du Parlement européen et du Conseil du 29 juin 2000 relatif à des substances qui appauvrissent la couche d’ozone, modifié par les règlements CE N° 2038/2000 et n° 2039/2000 du 28 septembre 2000 (JOCE L 244 du 29/09/2000)
  3. Décret du 7/12/1992 modifié par le décret du 30 juin 1998 et arrêté du 10 février 1993, modifié par arrêté du 12 janvier 2000, relatif au contrôle d'étanchéité suivi et entretien des équipements frigorifiques et climatiques non-domestiques ou contenants plus de 2 kg de fluide
  4. Arrêté du 10 février 1993 relatif à la récupération de certains fluides frigorigènes utilisés dans les équipements frigorifiques et climatiques
  5. a, b et c Conférence de presse du CFBP (Comité Français Butane Propane), le 6 avril 2004
  6. Arrêté du 7 mai 2007 relatif au contrôle d'étanchéité ... les équipements frigorifiques et climatiques sur le site admi.net
  7. Décret no 2007-737 du 7 mai 2007, codifié dans les articles R543-75 à R543-123 du code de l’Environnement
  8. Décret du 13 avril 2011 relatif à des substances appauvrissant la couche d'ozone et à certains gaz à effet de serre fluorés, aux biocides et au contrôle des produits chimiques
  9. Art. R. 521-56. du code de l'environnement

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]