Fluides frigorigènes naturels Pour la climatisation des véhicules

L'histoire plus que centenaire des transports motorisés est marquée par des développements et des innovations constants. Dans le domaine du confort de conduite, la climatisation des habitacles est un point central. En raison des attentes croissantes des clients, les systèmes de climatisation font aujourd'hui partie de l'équipement de série de presque tous les véhicules de transport de personnes, tant sur route que sur rail. Dans toutes les installations de réfrigération ou pompes à chaleur, des fluides frigorigènes sont utilisés comme fluide de travail. Le fluide frigorigène assure le transport de chaleur dans l'installation. Comme dans un réfrigérateur, il absorbe la chaleur d'un côté par évaporation et la restitue de l'autre côté par liquéfaction dans un processus cyclique. Le choix du fluide frigorigène a une influence essentielle sur le système global de la climatisation ou de la pompe à chaleur.

La question est seulement de savoir quel fluide frigorigène est le bon. Il est impossible de répondre à cette question de manière générale, car il n'existe pas de fluide frigorigène idéal pour tous les cas d'application. Outre les propriétés exigées du fluide par l'installation frigorifique, telles qu'une puissance thermique élevée pour une faible consommation d'énergie, une bonne miscibilité avec l'huile, etc., il y a aussi l'aspect environnemental. Les fluides frigorigènes synthétiques à base d'hydrocarbures halogénés ont été mis sur le marché dans les années 1930. Avec ces substances, des fluides frigorigènes pouvaient être proposés pour presque toutes les plages de températures. Ces substances étaient qualifiées de fluides frigorigènes de sécurité car elles ne présentaient aucune toxicité ni inflammabilité directe. Le danger que ces fluides frigorigènes représentent pour l'environnement, car ils accentuent l'effet de serre et possèdent un potentiel de destruction de la couche d'ozone, n'a été prouvé que dans les années 1980 [Wikipedia]. Afin d'améliorer la compatibilité environnementale des produits, de nombreuses lois et ordonnances ont été promulguées ces dernières années. Celles-ci ont acté l'abandon progressif des fluides frigorigènes synthétiques utilisés jusqu'alors.

Différentes évolutions sont observables : d'une part, le perfectionnement des fluides frigorigènes synthétiques et, d'autre part, la recherche de fluides frigorigènes alternatifs. Dans le transport ferroviaire, par exemple, une longue durée de vie avec un nombre élevé d'heures de fonctionnement annuelles est requise, c'est pourquoi des systèmes durables et d'avenir y sont recherchés. Dans le cadre d'une recherche de solution axée sur la durabilité, les fluides frigorigènes naturels, et plus particulièrement le propane (R 290), retiennent de plus en plus l'attention.

Le propane est un fluide frigorigène naturel doté de très bonnes propriétés thermodynamiques. Les niveaux de pression, la puissance frigorifique et le comportement thermique sont similaires à ceux du fluide frigorigène synthétique R 134a, majoritairement utilisé aujourd'hui. Les expériences tirées des applications antérieures peuvent continuer à être exploitées, et les nouvelles installations correspondent également, en termes de dimensions, aux installations antérieures utilisant la technologie classique. Une conversion des installations existantes est donc également envisageable. Le R 290 est un fluide frigorigène très efficace et éprouvé, et, avec la technique appropriée, c'est aussi un fluide sûr. Le fluide frigorigène est disponible et économique. L'inconvénient du R 290 réside dans le fait qu'il est facilement inflammable et plus lourd que l'air, et qu'il peut donc s'accumuler au niveau du sol.

Les installations frigorifiques doivent donc être conçues comme des systèmes fermés avec des connexions durablement étanches. Les conduites de fluide frigorigène ne doivent être posées qu'à l'extérieur de l'habitacle. Elles doivent être protégées de la chaleur, de la formation d'étincelles, etc., et la zone des conduites doit être bien ventilée. Une ventilation forcée permet d'éviter qu'une concentration critique de R 290 ne se forme, même en cas de fuite dans le système.

Bien que les hydrocarbures tels que le propane soient inflammables, des millions de chauffages au gaz sont exploités en toute sécurité en Europe. Des brûleurs à gaz sont également utilisés dans les camping-cars. Ces véhicules transportent des quantités de gaz plus importantes que celles nécessaires dans les systèmes de climatisation des véhicules et se déplacent en toute sécurité sur toutes les routes du monde, et ce depuis des décennies.

Du point de vue actuel, le R 290 en tant que fluide frigorigène naturel constitue une approche de solution pertinente pour la climatisation des véhicules. Même en comparaison avec le fluide frigorigène CO2 (R 744), il présente des avantages dans l'évaluation globale. Le R 744 présente un avantage dans l'évaluation de l'inflammabilité, mais présente en revanche des inconvénients en ce qui concerne l'espace d'installation requis et le poids. Le propane marque également des points en matière d'efficacité énergétique par rapport au CO2. En raison des niveaux de pression élevés allant jusqu'à 130 bar, la facilité d'entretien et de maintenance du CO2 est également à évaluer négativement en comparaison. La disponibilité et le prix des composants plaident également en faveur des installations fonctionnant avec le fluide frigorigène propane.

En résumé, on peut dire que si l'on considère le triptyque performance, fonction et environnement, l'utilisation du propane comme fluide frigorigène est recommandée lors de la conception d'installations frigorifiques.