Fluide frigorigène

Le fluide frigorigène est un corps, liquide ou gazeux, utilisé pour le transfert de calories par cycle compression/détente. Ces fluides sont contenus dans les circuits fermés d'appareils de production de froid ou de chaleur (climatisation, frigorifique, congélateur, pompe à chaleur, split réversible, etc.). Explications dans ce zoom.

Afin de capter et de rejeter la chaleur à des températures variables, le climatiseur contient un fluide frigorigène. Ce fluide réagit comme de l'eau, avec un point d'ébullition (l'eau bout à 100 °C) et un point de condensation (la vapeur d'eau qui redevient liquide au contact d'une paroi froide).

Qualités intrinsèques d'un fluide frigorigène

Les fluides frigorigènes sont choisis pour leur propriété physique consistant à capter ou céder de la chaleur. Par vulgarisation, on parle de production de chaleur quand le fluide cède de la chaleur et de production de froid quand le fluide capte de la chaleur. En réalité, le fluide ne produit pas de froid.

Ils doivent, en outre, présenter une température critique haute, une température de congélation basse, une bonne stabilité chimique et être miscibles avec les lubrifiants.

Dans un cycle frigorifique utilisé entre autres en climatisation, le fluide passe par différents états, passant du liquide à la vapeur, et d'une haute à une basse pression. C'est lors de ces changements d'état que le fluide échange de la chaleur. Lors de la condensation (passage de l'état vapeur à liquide), le fluide rejette de la chaleur. Lors de l'évaporation (passage de liquide à vapeur), le fluide capte de la chaleur (production de froid).

Chaque corps change d'état à une pression donnée. Pour améliorer le rendement d'un climatiseur, par exemple, on a donc intérêt à utiliser le fluide le plus adapté aux températures de fonctionnement voulues (économie d'énergie, moins de bruit et moins d'usure du compresseur).

Incidences du Protocole de Montréal et de Kyoto sur les fluides frigorigènes

Le Protocole de Montréal, approuvé en 1987 par 190 pays et confirmé par les conférences suivantes, vise à éliminer à terme la diffusion dans l'atmosphère des substances néfastes à la couche d'ozone.

Le protocole de Kyoto, signé le 11 décembre 1997, entré en vigueur le 16 février 2005, vise à limiter les émissions de gaz à effet de serre, dont les fluides frigorigènes.

Outre des mesures mécaniques comme le dégazement dans l'atmosphère, l'obligation d'étanchéité des circuits frigorifiques ou la récupération des fluides lors du démembrement des appareils, cette date marque un tournant décisif dans l'utilisation des fluides réfrigérants. Les personnels intervenant sur ces installations doivent être titulaires d'une attestation de capacité que les entreprises ont l'obligation de justifier.

Les fluides frigorigènes ont un fort pouvoir de réchauffement évalué par le GWP (Global Warming Potential, Pouvoir de Réchauffement Global (PRG) en français).

À chaque gaz frigorigène est associé un indice PRG, destiné à comparer sa nuisance sur l'effet de serre par rapport au CO2 (gaz de référence). À titre d'exemple, le fluide frigorigène HFC R410A, dont le PRG est 2'088, sera (en moyenne sur sa durée de vie) 2'088 fois plus néfaste sur l'effet de serre que le CO2 (PRG = 1).

Votée le 12 mars 2015, une nouvelle réglementation F-GAZ, applicable depuis janvier 2015, prévoit (entre autres mesures) un durcissement de ces restrictions. Elle établit un calendrier de quotas sur le marché des gaz à effet de serre (GES) selon le PRG de chacun (impact sur le réchauffement climatique) et le type d'équipement.
Ainsi sont interdits, depuis le 1er janvier 2015, les fluides frigorigènes au PRG ≥ 150, pour charger les réfrigérateurs et congélateurs domestiques. Les climatisations mobiles connaîtront la même restriction dès janvier 2020, alors que les bi-blocs (charge < 3 kg), seront interdits de produits PRG ≥ 750 dès janvier 2025. De façon générale, les gaz à effet de serre au PRG > 2500 seront interdits à compter du 1er janvier 2020, mesure reportée à 2030 pour les gaz fluorés régénérés.

Le rechargement de ces produits dans les systèmes déjà installés n'est plus permis. Il convient de vidanger les circuits avant d'y réintroduire un fluide licite. Lorsque cela est techniquement impossible, le dispositif doit être démantelé par un organisme habilité.

Interdiction des fluides frigorigènes de type CFC et HCFC

Les CFC (chlorofluorocarbones, reconnaissables à leur code de classification : R11, R12, R502 et R504) et HCFC (hydrochlorofluorocarbones R22, R123, R124, R142b, R401A, R401B, R402A, R402B, R403B, R408A, R409A, R409B, etc.) ont été très courtisés dans l'industrie du froid, notamment comme réfrigérants, dans les systèmes de climatisation pour leurs propriétés intéressantes.

En revanche, ces deux types de fluides contenaient du chlore, responsable du trou dans la couche d'ozone. Ils ont donc tous été interdits progressivement par le protocole de Montréal.

De nouveaux gaz réfrigérants pour la climatisation

Les fabricants sont aujourd'hui soucieux de l'environnement et participent à la réduction des déchets et de l'impact environnemental des climatiseurs, grâce à de nouveaux gaz réfrigérants :

• Le fluide frigorigène R 410 A (HFC) :
  • Il réduit l'impact sur la couche d'ozone à zéro ;
  • Certains systèmes de climatisation réduisent ainsi leur consommation électrique pour une performance équivalente ;
  • Son action sur l'effet de serre est 2'088 fois plus importante que le CO2. Les fluides de sa catégorie (HFC) sont en passe d'être interdits prochainement. Ils subissent pour l'instant un système de quotas limitant leur utilisation.
• Les mélanges de fluides frigorigènes :
  • Pour faire face aux restrictions de HFC, les industriels procèdent à des mélanges de fluides pour réduire leur impact sur le réchauffement global ;
  • En climatisation, le fluide actuellement utilisé est le R32, il a un effet de serre 3 fois plus faible que le R410A mais supérieur de plus de 600 fois à celui du CO2.
• Les nouveaux fluides frigorigènes de type HFO (hydrofluorooléfine) :
  • Ils n'ont aucun impact sur la couche d'ozone et ont un faible effet de serre ;
  • Ils ont une performance équivalente aux fluides précédents ;
  • Ils sont légèrement inflammables.
• Les hydrocarbures :
  • Ils sont dits naturels ;
  • Ils n'ont aucun impact sur la couche d'ozone et un faible effet de serre ;
  • Ils sont déjà présents dans les réfrigérateurs domestiques et professionnels ;
  • Ils sont inflammables.
• L'ammoniac (NH-3 ou R-717) :
  • Il est dit naturel ;
  • C'est un excellent frigorigène ;
  • Toutefois, il est toxique et inflammable ;
  • Malgré cela, il demeure dans le milieu industriel, non utilisé en climatisation ;
  • Il n'a aucun impact sur la couche d'ozone ou effet de serre.
• Le dioxyde carbone (CO2 - R744) :
  • Il est dit naturel ;
  • Il n'est ni toxique (a faible concentration) ni inflammable ;
  • Il n'a aucun impact sur la couche d'ozone et un faible effet de serre ;
  • Il a une pression d'usage élevée ;
  • Son usage implique des compresseurs de climatisation spéciaux, mais il intéresse toutefois de plus en plus pour les pompes à chaleur, l'industrie et l'agro-alimentaire.

Prix des fluides frigorigènes

Les fluides réfrigérants sont conditionnés en bouteilles en acier, en alu ou en matériau composite (acier + polypropylène) de 1 à 53 kg, ou en conteneur jusqu'à 950 kg. Logiquement, le prix baisse lorsque la quantité augmente.

• Consigne bouteille rechargeable 12,5 litres : comptez entre 45 et 55 € TTC.
• Recharge fluide R407C 12,5 litres (11,30 kg) : comptez entre 220 et 230 € TTC/litre (soit de 19,47 à 20,35 € TTC/kg).
• Recharge fluide R410A 12,5 litres (10,00 kg) : entre 195 et 205 € TTC/litre (soit de 19,50 à 20,50 € TTC/kg).