Fluide frigorigène : définition, catégories, composition, choix, etc.

Les dispositifs de chauffage et de refroidissement fonctionnent avec un circuit fermé basé sur la circulation d’un fluide frigorigène.

Quelle est l’importance du fluide frigorigène ?

Pour commencer, notons que le fluide frigorigène se définit comme étant un composé chimique de la famille des Hydro Fluoro Carbones (HFC). Il est régulièrement utilisé dans les secteurs du conditionnement d’air de petite puissance et dans les systèmes de production de froid. Afin d’éviter les dangers liés à ce fluide (pour l’homme et pour l’environnement), un contrôle annuel de vos équipements frigorifiques est nécessaire.

Dans ce qui va suivre, nous vous proposons de revoir ensemble la définition du fluide frigorigène, ses catégories et comment le choisir.

Sommaire

1. Qu’est-ce que le fluide frigorigène ?

Le fluide frigorigène, appelé aussi réfrigérant, est un fluide qui permet de mettre en œuvre un cycle frigorifique, soit un cycle de compression/détente. En d’autres termes, il permet, grâce à certaines caractéristiques physiques, de transférer la chaleur (les calories). En effet, les calories captées au niveau de l’évaporateur et du compresseur seront après évacuées au niveau du condensateur.

Le fluide frigorigène peut être pur ou un mélange de fluides purs liquides et/ou gazeux selon sa température et sa pression.

Les fluides frigorigènes sont utilisés dans les circuits fermés des dispositifs de production du froid ou de chaleur : congélateur, climatisation, réfrigérateur, pompe à chaleur, etc.). Dans ce type de matériel frigorifique, il sert aussi à transporter l’huile du compresseur (étant donné que ce dernier n’est pas utile pour les autres organes du circuit).

On peut également les retrouver dans d’autres dispositifs représentant d’autres cycles thermodynamiques comme les turbines à vapeur.

2. Quels sont les critères de choix du fluide frigorigène ?

L’air et l’azote peuvent servir comme des fluides frigorigènes, cependant, ils ne sont pas efficaces. En effet, le fluide frigorigène doit répondre à certaines propriétés :

2.1. L’absorption et la restitution des calories

• Une grande capacité d’absorber les calories quand il passe de l’état liquide à l’état gazeux. On appelle chaleur latente de vaporisation la chaleur absorbée lors de cette phase. Cette propriété est nécessaire lors de la production du froid.
• Une bonne capacité de restituer les calories dans le cas des dispositifs de production de chaud.

2.2. Sans danger pour l’homme et la nature

Respectueux des normes de sécurité et de l’environnement. En effet, la fuite dans l’atmosphère peut être dangereuse pour l’être vivant et pour la nature de par ses effets de serre réchauffant le climat.

Il est important de veiller à ce que le fluide frigorigène soit :

• Non inflammable
• Non toxique pour l’homme à faible concentration

2.3. La température

Les températures de fonctionnement des échangeurs (le condensateur et l’évaporateur) doivent être adaptées : à titre illustratif, les fluides de chauffage sont différents des fluides de climatisation.

2.4. La pression

Les pressions doivent être choisies selon les températures. Elles doivent favoriser leur utilisation dans le circuit avec des tuyauteries et un compresseur à dimensions raisonnables.

Remarque

Dans les systèmes de climatisation, la capacité d’absorption est exprimée en kilowatt ou en BTU par unité réfrigérante et en TR par tonne de réfrigération.

3. Quelles sont les catégories des fluides frigorigènes ?

Selon les molécules, on distingue les gaz réfrigérants suivants : les Chlorofluorocarbures (CFC), les Hydrofluorocarbures (HFC), les Hydrochlorofluorocarbures (HCFC), les hydrocarbures perfluorés ou les Perfluorocarbures (PFC), les composés inorganiques tels que l’Ammoniac et les composés organiques n’appartenant pas aux types qu’on vient de citer ou les hydrocarbures.

3.1. Un aperçu sur l’utilisation des fluides frigorigènes

On distingue 3 grandes étapes : avant 1929, entre 1929 et le Protocole de Montréal et après le Protocole. Notons que ce protocole a pour but de réduire à terme la diffusion dans l’atmosphère des substances néfastes à la couche d’ozone et favorisant, ainsi, l’effet de serre.

3.2. Avant 1929

Les gaz utilisés avant 1929 étaient très efficaces mais non pas sans inconvénient. En effet, ils sont toxiques, combustibles et exigent des tubes et des compresseurs à haute pression. Parmi ces gaz, on cite : le Dioxyde de soufre (SO2), le Dioxyde de carbone (CO2), l’Ammoniac (NH3), le Chlorométhane (CH3Cl) et le Chloroéthane (C2H5Cl).

3.3. Entre 1929 et le Protocole de Montréal

En 1929, Thomas Migdley et son équipe ont produit des molécules qui représentaient des capacités thermodynamiques intéressantes tout en étant respectueuses de l’environnement et sans danger pour l’homme.  Il s’agit de la dichlorodifluorométhane (CCl2F2) appelée R12.

3.4. Après le Protocole de Montréal

Le Protocole de Montréal, signé en 1987 par 24 pays, compte aujourd’hui 190 pays. Son objectif est de réduire les éléments qui sont nuisibles à la couche d’ozone.

Parmi les mesures prises, on cite :

• L’interdiction de l’utilisation de certaines substances (sauf pour besoin critique) : les CFC, les halons, le bromure de méthyle, l’HCFC, le tétrachlorure de carbone, le bromochlorométhane, l’hydrobromofluorocarbone et le méthylchloroforme.
• Améliorer l’étanchéité des circuits.
• Restituer les fluides frigorigènes.
• Faire face aux rejets dans l’air.
• La réduction et puis l’arrêt de la production des gaz nuisibles à la couche d’ozone, notamment les molécules en chlore : les Chlorofluorocarbones (CFC), les Hydrochlorofluorocarbones (HCFC) et les HFC.

4. Le fluide frigorigène dans une pompe à chaleur air-eau

Ce type d’appareil capture les calories dans l’air extérieur dans le but de réchauffer votre habitation via un chauffage central. Le fluide frigorigène se présente comme étant l’intermédiaire entre l’extérieur et l’intérieur du logement. Tantôt liquide et tantôt gazeux, ce fluide est en mesure d’absorber puis de transformer la chaleur en changeant d’état.

Notons également qu’au sein d’une PAC air-eau, ce fluide est indisponible afin d’effectuer le lien entre les deux blocs (extérieur et intérieur). Il capture les calories de l’air extérieur pour les transmettre jusqu’au circuit d’eau chaude qui passe dans les radiateurs ou le plancher chauffant.

5. Quand renouveler le fluide frigorigène ?

En cas de fuite, il est primordial de changer le fluide frigorigène. Toutefois, cette opération doit être effectuée avec précaution. Il est conseillé de s’adresser à un professionnel. Ce type d’intervention peut coûter entre 150 et 450 euros par kilogramme de fluide remplacé. Afin de limiter ses frais, pensez à bien placer les deux blocs afin de réduire la quantité de fluide frigorigène qui doit être utilisée pour les relier.

Cependant, même si tout semble bien fonctionner, il est obligatoire d’effectuer le contrôle d’étanchéité du circuit de fluide frigorigène une fois par an pour les pompes à chaleur disposant de plus de 2 kg de fluide. Néanmoins, pour les appareils ayant des quantités de fluide inférieures, il est conseillé de contrôler occasionnellement pour éviter toute fuite et garantir de bonnes performances.

6. Fluide frigorigène : Qu’en est-il du recyclage ?

N’étant pas totalement neutre en termes d’impact environnemental, le fluide frigorigène ne doit absolument pas être jeté dans la nature. En effet, ce type de fluide doit être dans une filière spécifique dans le but d’être recyclé. Les experts dans l’entretien des circuits de fluide frigorigène vont se charger de capter le fluide pour le recyclage.

Conclusion

Le fluide frigorigène est un mélange de fluides ou un fluide qui a des particularités physiques servant à exploiter un cycle de compression/détente, et ce, afin de transférer de la chaleur. Ils ont particulièrement une faible température d’évaporation sous pression atmosphérique. Par ailleurs, les fluides frigorigènes sont généralement utilisés afin de refroidir des dispositifs réfrigérants, par exemple, un climatiseur, un réfrigérateur, un congélateur, etc. Dans ces systèmes, le fluide frigorigène permet aussi de transporter l’huile du compresseur.

D’autre part, les fluides frigorigènes dont classés en quatre principales familles :

• La famille des fluides inorganiques purs : CO2, CO2, eau, ammoniac… ;
• Les hydrocarbures : isobutane, butane, propylène, propane ;
• La famille des hydrocarbures halogénés : hydrofluorocarbures (HFC), chlorofluorocarbures (CFC), les perfluorocarbures (PFC) et les hydrochlorofluorocarbures (HCFC) ;
• D’autres fluides sont utilisés plus rarement comme : éthers oxydes, composés trihalogénés, alcools, fluorés et chromés.

Les CFC étaient très utilisés lors du XX^e siècle. Cependant, en 1987, ils ont été interdits par le protocole de Montréal à cause de leur effet destructeur sur la couche d’ozone. De plus, en 2015, les HCFC ont également été interdits et remplacés par les HFC. Ces derniers ne comprennent pas de chlore néfaste pour la couche d’ozone, toutefois, ils contribuent à l’effet de serre. Ainsi, ils ont été eux aussi bannis grâce à un accord signé en 2016.

Le choix du fluide frigorigène dépend principalement de son utilisation et s’effectue en fonction de plusieurs critères notamment sa sécurité d’usage, ses qualités thermodynamiques ainsi que son impact environnemental (PRG, Pouvoir réchauffant global et ODP, Ozone Depletion Potential). Malheureusement, aucun fluide n’est parfait. Par exemple, l’ammoniac se trouve, en cas de fuite, très irritant et corrosif, mais n’a pas d’effet sur l’effet de serre et se présente comme un fluide économique. De plus, si les hydrocarbures possèdent une puissance frigorifique élevée, ils se trouvent hautement inflammables. Quant au CO2, certes il a un PRG qui est 1.000 à 2.000 fois plus faible que les HFC, néanmoins, il ne peut fonctionner qu’à des températures très élevées. Ainsi, cela peut poser un souci de fiabilité de matériel.