Comment fonctionnent les fluides frigorigènes et quels sont les différents types ?

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur, d’un climatiseur ou d’une installation frigorifique

Le fonctionnement de telles installations s’articule autour d’un phénomène physique. Toute substance est susceptible d’adopter trois états en fonction de la pression et de la température. À la température ambiante, l’eau est liquide. À toute température inférieure ou égale à 0 °C, l’eau est solide (glace) et à toute température égale ou supérieure à 100 °C, l’eau passe à l’état gazeux (vapeur d’eau). Si la pression augmente, on observe une évolution des valeurs que prennent respectivement les points de fusion et d’ébullition. Il suffit de songer, par exemple, à une cocotte-minute au sein de laquelle l’eau ne commence à bouillir qu’à 116 °C sous haute pression au lieu de 100 °C à une pression atmosphérique normale.

À une pression normale, le fluide frigorigène considéré se présente à l’état de gaz à faible point d’ébullition. Le passage de ce gaz à travers un compresseur a pour effet d’en augmenter la pression et le point d’ébullition à un niveau tel que le gaz se condense (devient liquide) à la température ambiante. La chaleur dégagée lors du processus de condensation est cédée à l’environnement du côté chaud de l’installation. Le transfert de chaleur se traduit par un refroidissement du fluide frigorigène liquide, lequel gagne ensuite un détendeur au sein duquel s’opère une baisse sensible de la pression et du point d’ébullition du fluide. En conséquence, la température ambiante qui règne du côté froid est suffisamment élevée pour amener le fluide frigorigène à sa température d’ébullition et le refaire passer à l’état gazeux (évaporation). Lors de ce processus, l’environnement cède une certaine quantité de chaleur à l’installation. À ce stade, le compresseur aspire à nouveau le fluide frigorigène, après quoi le cycle se répète.

Application des fluides frigorigènes

En fonction de la finalité de l’installation, les fluides frigorigènes se prêteront tantôt au réchauffement tantôt au refroidissement de locaux ou d’objets. Au sein d’un réfrigérateur, l’extraction de la chaleur par le côté froid de l’installation provoque une baisse de la température. À l’arrière du réfrigérateur, la chaleur excédentaire est cédée à l’air environnant (côté chaud). Au sein d’une installation de climatisation à deux blocs, l’unité extérieure constitue le « côté chaud » au niveau duquel la chaleur est cédée à l’air extérieur. L’unité intérieure constitue le « côté froid », lequel assure le soufflement de l’air froid dans l’espace climatisé. Au sein d’une pompe à chaleur air/eau, l’unité extérieure constitue le « côté froid » de l’installation, à la hauteur duquel s’opère l’extraction de la chaleur véhiculée par l’air extérieur, même lorsqu’il gèle à l’extérieur. L’unité intérieure constitue le « côté chaud » de l’installation, au sein duquel l’eau est portée à une température plus élevée pour réchauffer par exemple la maison qui en est équipée.

Les fluides frigorigènes sont des gaz dont le point d’ébullition se déplace facilement sous l’effet des variations de pression. Toutefois, ces agents possèdent aussi d’autres propriétés moins souhaitables.

Emploi de fluides frigorigènes

Pour effectuer des travaux sur des installations frigorifiques contenant des gaz à effet de serre fluorés (gaz F), il est nécessaire de disposer d'un certificat valide en matière de technique frigorifique/gaz F, conformément à la réglementation belge et européenne en vigueur.

Pour les interventions sur les installations frigorifiques, vous utilisez divers instruments de mesure. Citons notamment un manifold pour les mesures et les réglages de pression, un thermomètre de précision équipé de sondes adaptées, une unité de pompage pour la récupération du fluide frigorigène, une pompe à vide et un vacuomètre, une balance pour fluide frigorigène et un détecteur de fuites adapté au fluide frigorigène utilisé.

EURO-INDEX propose une large gamme d’instruments destinés aux applications frigorifiques. Nous vous conseillons volontiers dans le choix des appareils les mieux adaptés à vos travaux et aux fluides frigorigènes avec lesquels vous intervenez.

Types de fluides frigorigènes

Il convient de faire la distinction entre les fluides frigorigènes naturels et synthétiques. Développés par l’homme, les fluides frigorigènes de synthèse se rangent dans deux catégories : les (H)CFC et les HFC.

HCFC et CFC

Les HCFC et CFC sont des (hydro)chlorofluorocarbures. Ces substances ont un effet préjudiciable à la couche d’ozone dans l’atmosphère. Les CFC se décomposent plus difficilement que les HCFC. En conséquence, ces agents causent 20 à 50 fois plus de dommages à la couche d’ozone que les HCFC. Le règlement européen sur l’ozone s’applique à ces deux catégories de fluides frigorigènes. En vigueur depuis 2010, ce règlement vise à restreindre l’utilisation de ces substances (commerce et remplissage interdits).

• HCFC : R22, R123, R124
• Mélanges contenant des HCFC : R403, R408a, R401 (a,b,c), R406a, R409 (a,b)
• CFC : R11, R12, R13, R114, R500, R502

HFC

Les HFC sont des hydrocarbures fluorés qui renforcent l’effet de serre. L’effet de serre imputable à ces substances est 124 à 22.800 fois supérieur à celui du CO₂. Le règlement européen sur les gaz fluorés s’applique aux HFC. En vigueur depuis 2015, ce règlement vise à réglementer l’utilisation des HFC ainsi qu’à éliminer à terme les HFC plus lourds.

• HFC : R134a, R23, R32, R125, R143a
• Mélanges contenant des HFC : R404a, R407c, R410a, R413a, R417a, R419a, R507a

Fluides frigorigènes naturels

Naturellement présents dans l’environnement, ces fluides frigorigènes se distinguent par un effet de serre beaucoup plus faible en cas de fuite. Cependant, il convient de s’attarder sur les questions de sécurité parce que ces agents sont susceptibles d’être toxiques et/ou très inflammables.

Fluides frigorigènes naturels : R744 (CO₂, gaz carbonique), R717 (NH₃, ammoniac), R290 (C₃H₈, propane), R170 (C₂H₆, éthane), R600a (C₄H₁₀, isobutane), R1270 (C ₃H₆, propène), R718 (H₂O, eau)