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2 • Les fluides frigorigènes utilisés en froid industriel 4 2.1 Généralités 2 •

2 • Les fluides frigorigènes utilisés en froid industriel 4 2.1 Généralités 2 • LES FLUIDES FRIGORIGÈNES UTILISÉS EN FROID INDUSTRIEL 2.1 Généralités La prise de conscience environnementale a conduit à la recherche de ﬂuides frigorigènes ayant le moins d’impact possible sur l’environnement. Le premier impact environnemental constaté a été la dégradation de l’ozone stratosphérique due au chlore. L’ozone stratosphérique (O3) fait ofﬁce de bouclier en ce qui concerne des rayonnements solaires ayant un impact néga- tif sur les êtres vivants sur terre. Les molécules O3 bloquent en effet de nombreux rayonnements solaires et les réﬂéchissent vers l’espace. Le main- tien de la couverture terrestre par une couche d’ozone est donc crucial. En conséquence, les ﬂuides les plus chlorés ont d’abord été abandonnés, il s’agit des CFC (R12, R11, etc.). Des ﬂuides moins chlorés (les HCFC) ont alors été majoritairement employés. Cependant, la prise de conscience environnementale étant de plus en plus répandue, les HCFC ont à leur tour été supprimés (R22, etc.). Des ﬂuides non chlorés ont alors été largement utilisés (HFC). Parmi ces HFC, certains ont un impact très négatif sur le réchauffement climatique. On parle de GWP (Global Warming Potential). L’activité humaine est génératrice d’importantes productions thermiques, une grande partie des rayonnements qui en découle s’évacue vers la stratosphère. Certaines molécules en bloquant ces rayonnements contribuent à produire l’effet de serre, c’est le cas des ﬂui- des à fort GWP . En conséquence, les HFC présentant de forts GWP sont actuellement de moins en moins utilisés et sont remplacés par des ﬂuides à faible GWP . 2 • Les fluides frigorigènes utilisés en froid industriel 5 2.2 Termes ou expressions spécifiques des fluides frigorigènes A GÉNÉRALITÉS SUR LE FROID INDUSTRIEL © Dunod – Toute reproduction non autorisée est un délit. Dès 2020, la législation F-gaz stipule l’interdiction de tout ﬂuide frigorigène vierge à PRG supérieur à 2 500 kg Eq. CO2 pour l’entretien et la mainte- nance d’équipement de réfrigération ayant une charge supérieure à 40 t. Eq. CO2 (correspondant à 10,2 kg de R404A). À partir de 2030, cette interdic- tion sera étendue à l’utilisation de ce ﬂuide régénéré ou recyclé pour ce même objectif. 2.2 Termes ou expressions spécifiques des fluides frigorigènes • ODP : ozone depletion power ou potentiel de destruction de l’ozone. La molécule qui sert de référence au calcul de l’ODP est le R11. Le R11 est le trichloroﬂuorométhane dont la formule est CCl3F. Les ﬂuides comportant un ou plusieurs atomes de chlore dans leur molé- cule ont un ODP supérieur à zéro. Tous les ﬂuides chlorés sont actuelle- ment interdits. • GWP : Global Warming Potential ou potentiel de réchauffement global. Le ﬂuide qui sert de référence au GWP est le CO2 dont la valeur est égale à 1.L’abréviation GWP est souvent associée à l’indice 100 (GWP100), cela veut dire que l’impact du réchauffement couvre une période de 100 ans. Cet indice caractérise l’action d’un composé chimique sur l’effet de serre. • TEWI : Total Equivalent Warming Impact ou impact de réchauffement total équivalent. C’est un concept qui caractérise l’impact global d’un équipement sur le réchauffement climatique durant toute sa durée de vie opérationnelle. Cet indice comprend l’effet direct dû aux fuites de ﬂuide frigorigène et l’effet indirect provenant des émissions de CO2 dues à la consommation d’éner- gie nécessaire au fonctionnement de cette installation. Cl F C Cl Cl ODP du R11 = 1 2 • Les fluides frigorigènes utilisés en froid industriel 6 2.3 Classification et caractéristiques de base des fluides frigorigènes 2.3 Classification et caractéristiques de base des fluides frigorigènes 2.3.1 CFC : abréviation de chlorofluorocarbone Le plus connu des CFC était le R12. ODP du R12 = 1 GWP 100 du R12 = 10 900 selon IPCC 4 et 10 200 selon IPCC 5 Température d’ébullition à la pression atmosphérique : – 29,8 ˚C. La molécule du R12 est constituée d’un atome de carbone, de 2 atomes de chlore et de 2 atomes de ﬂuor. La production des CFC donc du R12 a été interdite à partir du 1 er janvier 1995. 2.3.2 HCFC : abréviation de hydrochlorofluorocarbone Le plus connu des HCFC est le R22. Le R22 est un ﬂuide chloré : ODP = 0,055. GWP 100 = 1 810 selon IPCC 4 et 1 760 selon IPCC 5. Température d’ébullition à la pression atmosphérique : – 40,8 ˚C. La molécule du R22 est constituée d’un atome de carbone, d’un atome de chlore, d’un atome d’hydrogène et de 2 atomes de ﬂuor. L’utilisation des HCFC, donc du R22 a été interdite à partir du 1 er janvier 2015. 2.3.3 Les HFC : abréviation de hydrofluorocarbone Le plus connu des HFC est le R134a. ODP de ce ﬂuide : 0. GWP 100 = 1 430 selon IPCC 4 et 1 300 selon IPCC 5. Température d’ébullition à la pression atmosphérique : – 26,08 ˚C. L’indice « a » indique que la molécule est isomérique. Constitution la molécule : 2 atomes de carbone, 2 atomes d’hydrogène et 4 atomes de ﬂuor. Le R134a est à ce jour très utilisé, cependant, son potentiel de réchauffement étant relativement élevé (1 300), son remplacement par des ﬂuides à faible GWP est dès à présent envisagé. 2 • Les fluides frigorigènes utilisés en froid industriel 7 2.3 Classification et caractéristiques de base des fluides frigorigènes A GÉNÉRALITÉS SUR LE FROID INDUSTRIEL © Dunod – Toute reproduction non autorisée est un délit. 2.3.4 Les azéotropes Les azéotropes sont des mélanges. Les azéotropes ont un comportement analogue aux ﬂuides purs, c’est-à-dire qu’à l’état saturant, leur relation pres- sion-température est constante. Ils sont classés dans la série des R500. Le premier azéotrope mis au point est le R500, le second est le R501, etc. Exem- ple d’azéotrope : le R507A dont la composition est la suivante : 50 % de R125 ; 50 % de R134a ODP = 0 GWP 100 = 3 985 selon IPCC 4 Température d’ébullition à la pression atmosphérique : – 47,1 ˚C. 2.3.5 Les zéotropes Les zéotropes sont des mélanges. Ils sont classés dans la série des R400, leur appellation correspond à l’ordre de leur codiﬁcation : R401 ; R402, etc.Ces mélanges ont des glissements de température. Les glissements correspondent à des changements de température lors du changement d’état à pression cons- tante. En fonction des ﬂuides, ces glissements peuvent varier de quelques dixièmes de degré jusqu’à 10 ˚C. Exemple de ﬂuide zéotropique : R404A Composition : 44 % de R125 ; 52 % de R143a et 4 % de R134a. Température d’ébullition à la pression atmosphérique : – 46,5 ˚C (tempéra- ture de bulle) et – 45,7 (température de rosée). Le glissement de ce ﬂuide est donc de 0,8 ˚C. La température de bulle correspond à la température de début d’ébullition, la température de rosée correspond à la température de ﬁn d’ébullition. ODP = 0. GWP 100 = 3 922 selon IPCC 4 et 3 943 selon IPCC 5. 2.3.6 Les fluides naturels… ou fluides à faible GWP Les seuls ﬂuides naturels sont en fait l’air et l’eau. Le CO 2 , le propane, l’isobutane et l’ammoniac sont tous transformés chimiquement. Dire qu’ils sont naturels n’est donc pas exact, il vaut mieux les qualiﬁer de ﬂuides à faible GWP . Ils sont classés dans la série des R700. L’appellation normalisée est R700 auquel il faut ajouter la valeur de la masse moléculaire. Exemple : L’eau ( H 2 O ) = R(700 + 2 + 16) = R718 2 • Les fluides frigorigènes utilisés en froid industriel 8 2.3 Classification et caractéristiques de base des fluides frigorigènes L’ammoniac ( NH 3 ) = R(700 + 14 + 3) = R717 ODP = 0 GWP 100 = 0 Le dioxyde de carbone ( CO2) = R(700 + 12 + 32) = R744 ODP = 0 GWP100 = 1 2.3.7 Les hydrocarbures Il s’agit de composés chimiques dont la molécule ne contient que du carbone et de l’hydrogène. Exemple : – le propane (R290 ) Température d’ébullition à la pression atmosphérique normale : – 42 ˚C ODP = 0 GWP = 3 – l’isobutane (R600a) ou méthylpropane Température d’ébullition à la pression atmosphérique normale : – 11,7 ˚C ODP = 0 GWP = 3 Ces ﬂuides étant très inﬂammables, leur utilisation est limitée aux petites puissances, par exemple le froid domestique et dans les équipements herméti- ques scellés. Par ailleurs, la manipulation de ces ﬂuides demande une formation spéciﬁque préalable. 2.3.8 Les HFO HFO est l’abréviation de hydroﬂuorooléﬁne. Il s’agit là de ﬂuides de synthèse. Les HFO sont des ﬂuides récents à ODP zéro et à faible GWP . Ce faible GWP s’explique par la faible durée de vie de la molécule dans l’atmosphère. La gamme des HFO est déjà importante, citons par exemple : – le solstice yf : HFO-1234 yf GWP = 4 selon IPCC 4 et inférieur à 1 selon IPCC 5 ; – le solstice ze : HFO-1234 ze GWP = 7 selon IPCC 4 et inférieur à 1 selon IPCC 5 ; – le solstice zd uploads/Industriel/ aide-memoire-froid-industriel-4e-ed-chapitre2-pdf.pdf