Petit rappel:

Une installation frigorifique est une pompe à chaleur qui transporte les calories (la chaleur) d’un point A et les restitue à un point B. Pour cela elle va utiliser le rapport qu’il y a entre les « changements d’état » d’un fluide frigorigène et sa température (Le fluide s’évapore du coté où on souhaite récupérer la chaleur et il condense du coté où on la restitue).

hein !!

Ok, si je vous ai déjà perdu c’est qu’il vous manque certaines bases mais pas de panique j’ai ce qu’il vous faut. Commencez par l’article fonctionnement d’un climatiseur dans lequel je fabrique avec vous une pompe à chaleur fonctionnant à l’eau en imageant le plus possible afin que vous compreniez tout le déroulement de l’histoire.

Maintenant si vous avez tout compris, regardons ensemble pourquoi nous utilisons des gaz réfrigérants.

La principale caractéristique qui nous intéresse chez un gaz réfrigérant est sa capacité à s’évaporer à des températures négatives souvent très basses à pression atmosphérique. La courbe du graphique ci-dessus représente la limite entre l’état liquide et l’état gazeux du R410A en fonction de la température et la pression. Comme on peut le voir sur ce dernier, à pression atmosphérique (1Bar) ce dernier s’évaporera aux alentourx de -52°c. Au contraire, lorsqu’il est monté à 30Bar de pression, il ne condensera qu’à partir de 50°C.
Vous comprendrez donc pourquoi il s’agit du gaz le plus utilisé aujourd’hui dans la climatisation puisque :
  • lorsque vous avez une température extérieure de 40°c, en montant ce dernier à une pression de 30Bar, il y aura toujours un delta de 10°C entre l’air extérieur et ce dernier en cours de condensation (passage de l’état gazeux à liquide).
  • A l’inverse, si on redescend la pression du liquide à 10Bar, son évaporation se passant aux alentours de 10°c, l’air ambiant plus chaud, permettra forcément son évaporation.

Pourquoi ont t’il tous des noms à dormir dehors?

Très bonne question, je me l’étais moi même posé… comment est choisi le nom d’un réfrigérant, et bien finalement c’est très simple. Prenons l’exemple du R410A:

La lettre R signifie tout simplement Réfrigérant, d’où le fait qu’ils commencent tous par R… jusque là facile… Parfois vous pourrez voir après la lettre R la lettre C comme pour le butane, signifiant d’un composé cyclique, mais là on quitte le domaine du froid pour rentrer dans la pétrochimie, alors ne nous égarons pas.

Les chiffres après le « R » peuvent vouloir dire plusieurs choses. Si on ne veut pas pousser trop loin le cours de science moléculaire, ce qu’il faut retenir c’est qu’il indique la plupart du temps, dans le cas des réfrigérants purs, la composition de la molécule :

  • 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 MINUSCULE ajoutée pour identifier les isomères.

exemple :

R22 = CHF2Cl = pas de liaison double donc omis; 1 carbone -1 donc omis, 1 hydrogège + 1 = 2; 2 fluor = 2

R134a = C2H2F4 = pas de liaison double donc omis;  2 carbone -1 = 1, 2 hydrogège + 1 = 3; 4 fluor = 4; le « a » nous indique un isomère

Cependant, le premier chiffre après le R peut indiquer une toute autre chose :

  • la famille des 400: il s’agit de mélanges dit zéotropiques. Ces mélanges auront un glissement sur la température en phase latente (évaporation / condensation). Et là je vous ai perdu… Alors expliquons cela d’une façon encore plus simple. Comme il s’agit de mélange de plusieurs réfrigérants, ces derniers n’ont pas forcément la même température de phase latente (évaporation / condensation). Lorsqu’elle sont différentes, on parle de mélange zéotropique. Pour cette famille, les chiffres après le 4 sont attribués de façon chronologique en fonction de l’acceptation des mélanges par l’ASHRAE. Cependant, pour distinguer des mélanges de même corps purs mais dans des proportions différentes, plutôt qu’un nouveau numéro, une lettre MAJUSCULE (A,B,C,D…) est ajoutée à la fin du code. Ex: R407A, R407B, R407C…
  • la famille des 500: il s’agit de mélanges dit azéotropiques. Contrairement aux mélanges zéotropiques, ce sont des mélanges de corps purs avec des proportions précises qui une fois mélangés se comportent comme un nouveau corps pur, sans glissement. Pour cette famille, les chiffres après le 5 fonctionne de la même façon que la famille des 400.
  • la famille des 600: il s’agit des composés organiques, les hydrocarbures telles que R600 (Butane) , R610 (éthyle éther), etc. Les numéros suivants le 6 sont attribués de façon successive.
  • la famille des 700: il s’agit  des composés inorganiques : dioxyde de carbone, etc. Les chiffres après le 7 indiquent la masse molaire du composé. Exemple: R717 (masse molaire de l’ammoniac 17g/mol).

Tout a donc un sens, qu’avons nous comme gaz alors?

Si nous partons des plus préhistoriques au moins dangereux pour l’environnement nous avons

Les fluides hydrocarbures halogénés

Très largement utilisés, ils font de plus en plus l’objet d’interdictions notamment pour des raisons environnementales. Ils se divisent en trois catégories :

  • Les CFC (ChloroFluoroCarbures): Ce sont les anciens des hydrocarbures halogénés. Complètement substitués par le chlore ou le fluor , ces hydro carbures ne contiennent plus d’hydrogène. Ils sont hautement dangereux pour la couche d’ozone et ont été interdit par un accord international dit « Protocole de Montréal » signé en 1987 . Cette catégorie referme principalement les réfrigérants suivants:
    • R11
    • R12
    • R113
    • R115
    • R502
  • Les  HCFC (HydroChloroFluoroCarbures): Il s’agit de la seconde génération d’hydrocarbures halogénés utilisés en tant que fluides frigorigènes. Ce sont des composants chimiques formés de chlore, de fluor, d’hydrogène et de carbone. Ils sont eux aussi dangereux pour l’environnement et on fait l’objet d’une interdiction totale depuis 2015. Cette catégorie referme principalement les réfrigérants suivants:
    • R21
    • R22
    • R123
    • R124
    • R142b
    • R401A
    • R402A
    • R408A
    • R409A
  • Les HFC (HydroFluoroCarbures): Il s’agit de la troisième génération d’hydrocarbures halogénés utilisés en tant que fluides frigorigènes. Les HFC sont composés de fluor, d’hydrogène et de carbone. Ils ne présentent pas de danger pour la couche d’ozone , mais ils contribuent énormément à l’effet de serre. Et font l’objet de réglementations de plus en plus strictes. Cette catégorie referme principalement les réfrigérants suivants:
    • R32
    • R125
    • R134a
    • R143a
    • R152a
    • R404A
    • R407C
    • R410A
    • R507
Les fluides hydrocarbures

Cette famille de fluide moins courante mais reste très utilisé dans les réfrigérateurs à usage domestique ou les appareils de réfrigération commerciale de petite taille. Elle est composé principalement des fluides suivants:

  • RC270
  • R290
  • R600
  • R600a
  • R1270
Les inorganiques purs

Elle est principalement compsée des fluides suivants:

  • R717
  • R718
  • R744

Comme vous vous en doutez ces derniers sont loin d’être dangeureux pour l’environnement. Alors « pourquoi ne les utilisons pas partout? vous me direz. Tout simplement parce que, comme vu avec ma pompe à chaleur à eau, ils sont d’une très grosse complexité technique à mettre en oeuvre, travaillant, pour le CO² par exemple avec des pressions tellement élevées que cela devient techniquement très complexe en conception, utilisation et entretien. Mais les réglementations ce durcissant tellement et les hydrocarbures n’étant pas éternel, il ne serait pas impossible de voir dans les années à venir de nouveau produit pour le grand public utilisant ces derniers. L’avenir nous le dira.

On me parle souvent de GWP, de quoi s’agit-il ?

Houlà, c’est un sujet a part entière qui devra faire l’objet d’un article complet car ce GWP est lié à la législation qui fera l’objet d’un prochain numéro.

Et voila! J’espère vous avoir éclairé sur le sujet des gaz réfrigérants, qui, je pense, fera l’objet de nombreux autres articles.