vignette|Tuyaux de fluide frigorigène (2007). Un fluide frigorigène (ou réfrigérant) est un fluide qui permet la mise en œuvre d'un cycle frigorifique. Il peut être pur ou être un mélange de fluides purs présents en phase liquide, gazeuse ou les deux à la fois en fonction de la température et de la pression de celui-ci. Le fluide absorbe la chaleur à basse température et basse pression, puis libère la chaleur à une température et une pression plus élevées, généralement par un changement d'étatSystèmes de climatisation, Organisation internationale de normalisation (consulté le 12 avril 2020).. Les fluides frigorigènes sont utilisés dans les systèmes d'absorption de chaleur (climatisation, congélateur) ou dans les pompes à chaleur, qui absorbent l'énergie thermique à l'extérieur et les restituent à l'intérieur d'un local. Ces mêmes fluides peuvent tout aussi bien se retrouver dans d'autres applications mettant en œuvre d'autres cycles thermodynamiques, telles que les turbines à vapeur, et perdent alors ou non, suivant le contexte, leur qualificatif de fluide frigorigène.
Propriétés Stricto sensu, un fluide frigorigène ne met pas nécessairement en jeu un ou des changements d'état, tant qu'il permet la mise en œuvre d'un cycle frigorifique. Par exemple, le cycle de Brayton permet, en théorie comme en pratiqueSystèmes de climatisation, Liebherr (consulté le 12 avril 2020)., d'utiliser directement l'air comme fluide frigorigène. Néanmoins, ces applications sont généralement limitées aux environnements où l'air comprimé s'obtient conséquemment à l'environnement (avion, trains…). En pratique, comme en théorie, l'oxygène ou l'azote (des fluides courants sur notre planète) ne peuvent servir de réfrigérant de manière efficace. Ces fluides doivent répondre aux critères suivants :
les fluides réfrigérants sont sélectionnés principalement pour leur grande propriété d'absorption de chaleur (ou énergie thermique) pour les systèmes de production de froid, et ou leur grande propriété de restitution de chaleur pour les systèmes de production de chaud. Les réfrigérants sont utilisés purs ou en mélange dans les métiers du froid et de la climatisation ; les pressions de vapeur saturante du fluide à la température de la source froide et de la source chaude doivent rester dans les plages de fonctionnement pratiques, c'est-à-dire que l'on évite les pressions trop basses à l'évaporation (sous la pression atmosphérique) et trop élevée sur la condensation (surcoût lié à la tenue mécanique) ; ces fluides doivent respecter des normes de sécurité plus ou moins contraignantes selon la nature des risques induits, liés à l'environnement, à la dangerosité pour l'homme (et tout être vivant) ; ils sont également choisis en fonction des températures de fonctionnement des deux échangeurs du circuit frigorifique concerné (le condenseur et l'évaporateur). En effet, les fluides utilisés pour obtenir des basses températures sont différents des fluides de climatisation par exemple ; enfin, leurs pressions (qui sont fonction des températures de service des échangeurs cités ci-dessus) doivent permettre leur utilisation dans un circuit frigorifique avec un dimensionnement raisonnable des éléments constitutifs de celui-ci (échangeurs, tuyauteries, compresseur). En effet, il ne serait pas rentable d'utiliser de l'azote pour faire de la climatisation, la pression nécessaire étant trop importante, ce qui nécessiterait des tuyaux très épais et un compresseur gigantesque.
Dans les climatisations, leur capacité à absorber une certaine quantité de chaleur par unité réfrigérante est généralement exprimée en kilowatt, parfois en BTU ou encore TR pour « tonne de réfrigération ».
Catégories
On distingue parmi les gaz réfrigérants différentes catégories de molécules : les chlorofluorocarbures (CFC) ; les hydrochlorofluorocarbures (HCFC) ; les hydrofluorocarbures (HFC) ; les perfluorocarbures (PFC) ou hydrocarbures perfluorés ; les hydrocarbures ou composés organiques ne faisant pas partie des catégories précédemment citées ; les composés inorganiques comme l'ammoniac ; le , abandonné lors de la découverte des gaz fluorés et de leurs propriétés, mais de nouveau utilisé aujourd'hui ; le R718 (eau) ; le R728 (air).
Histoire Avant 1929 Les principaux gaz utilisés avant 1929, soit la première période du froid artificiel, étaient : le dioxyde de soufre (SO2) ; le chlorométhane (CH3Cl) ; le dioxyde de carbone () ; le chloroéthane (C2H5Cl) ; l’ammoniac (NH3).
Tous ces fluides avaient des propriétés thermodynamiques intéressantes, mais ils présentaient tous un inconvénient, par exemple un danger pour l’homme par leur toxicité (SO2, CH3Cl, C2H5Cl, NH3) ou le fait qu’ils étaient combustibles (CH3Cl, C2H5Cl, NH3) ou demandaient des tubes et compresseurs à très haute pression ().
Entre 1929 et le Protocole de Montréal (1987)
En 1929, un ingénieur américain, Thomas Midgley Jr., et son équipe produisent les premières molécules de dichlorodifluorométhane (CCl2F2) ou R12. Le R12 et les fluides frigorigènes de la même famille ont la propriété d’être relativement inoffensifs pour l’homme et d’être intéressants du point de vue thermodynamique.
Ils sont fabriqués industriellement par la société DuPont de Nemours à partir de 1932 (dichlorodifluorométhane - R12 et trichlorofluorométhane - R11) sous le nom de « fréon ». Ces fluides frigorigènes sont des dérivés du pétrole.
Restriction d'utilisation depuis le Protocole de Montréal Depuis le , le Protocole de Montréal, signé par 24 pays et par la Communauté économique européenne et qui compte aujourd'hui signatairesLire en ligne, Environnement Canada., est un accord international visant à réduire et, à terme, à éliminer complètement les substances qui appauvrissent la couche d'ozone. La CEE a ainsi depuis voté des lois dans ce sensRèglement CE du Parlement européen et du Conseil du relatif à des substances qui appauvrissent la couche d’ozone, modifié par les règlements CE et du (JOCE L 244 du 29/09/2000)..
Ce protocole impose la suppression de l'utilisation des CFC (sauf pour des utilisations qualifiées de critiques ou essentielles), de halons, bromure de méthyle et autres substances appauvrissant la couche d'ozone (HCFC, tétrachlorure de carbone, bromochlorométhane, hydrobromofluorocarbone, méthylchloroforme), et cela dans un délai permettant la mise en place de substituts.
Le Protocole de Montréal invite les intéressés à prendre les mesures nécessaires pour réduire l’émission de fluides frigorigènes dans l’atmosphère ; il s’agit : de ne plus utiliser ces produits comme propulseurs (ils furent interdits dès 1978 aux États-Unis pour cette utilisation) ; d’améliorer l’étanchéité des circuits frigorifiques ; de lutter contre les purges et les rejets dans l’atmosphère ; de récupérer systématiquement les fluides frigorigènesDécret du modifié par le décret du et arrêté du , modifié par arrêté du , relatif au contrôle d'étanchéité suivi et entretien des équipements frigorifiques et climatiques non-domestiques ou contenants plus de de fluide..
De plus, il recommande de réduire puis d’arrêter la production des gaz les plus néfastes à la couche d’ozone et ceux ayant un impact important sur l’effet de serre. Ce sont les fluides frigorigènes dont la molécule est riche en chlore et dont la durée de vie est grande.
Parmi ces gaz, on trouve : les chlorofluorocarbures (CFC)* : le chlore contenu dans leur composition détruit la couche d’ozone. Ils ont également un impact sur l'effet de serre. En cas de fuite, il est interdit de recharger avec ce fluide. Il est donc nécessaire de remplacer la totalité du fluide. Parfois, selon l'âge de l'équipement et sa vétusté, il est préférable de changer d'équipement. Un équipement frigorifique destiné à la destruction doit être impérativement dépollué de ses fluides frigorigènes et lubrifiantsArrêté du 10 février 1993 relatif à la récupération de certains fluides frigorigènes utilisés dans les équipements frigorifiques et climatiques. ; certains seront détruits (CFC) et d'autres recyclés (huile)Conférence de presse, Comité français butane propane, 6 avril 2004.. * R11, R12, R502, R504 ; les hydrochlorofluorocarbures (HCFC)* : le chlore contenu dans leur composition, détruit la couche d’ozone. Ils ont également un impact sur l'effet de serre. . * R22, R123, R124, R142b, R401A, R401B, R402A, R402B, R403B, R408A, R409A, R409B ; les hydrofluorocarbures (HFC)* : le chlore est absent de leur composition. Ils ne détruisent donc pas la couche d'ozone mais ont un impact plus ou moins important sur l'effet de serre. . En cas d'investissement ou de remplacement d'un équipement frigorifique, privilégier ceux fonctionnant avec des HFC contenant moins de 2 kg de fluide. * R14, R23, R125, R134a, R152a, R227, R404A, R407C, R410A, R413A, R417A, R507, R508B, Isceon 59, Isceon 89, Forane 23, Forane FX 80
Les conférences qui ont suivi ont accentué la tendance et ont écourté les échéances : à la conférence de Copenhague, il a été décidé d’arrêter la production des CFC le et celle des HCFC le . Les CFC sont aujourd'hui définitivement supprimés à l'exception de quantités très minimes et indispensables (utilisation en médecine, en particulier comme agents propulseurs dans les inhalateurs doseurs, de type Ventoline).
Traitements des fuites Du fait de son potentiel de réchauffement global, une fuite d'un kilogramme de réfrigérant de synthèse dans l'atmosphère produit un effet de serre équivalent à celui obtenu par l'émission de à plus de de .
1 kg de R134a rejeté dans l'atmosphère produit un effet de serre équivalent à celui généré par l'émission de de ; 1 kg de R404A rejeté dans l'atmosphère produit un effet de serre équivalent à celui généré par l'émission de de ; 1 kg de R23 rejeté dans l'atmosphère produit un effet de serre équivalent à celui généré par l'émission de de ; 1 kg de R508B rejeté dans l'atmosphère produit un effet de serre équivalent à celui généré par l'émission de de .
Il est maintenant obligatoireArrêté du 7 mai 2007 relatif au contrôle d'étanchéité … les équipements frigorifiques et climatiques, sur admi.net. de vérifier régulièrement les installations de production frigorifiques pour des applications de réfrigération ou de climatisation.
Toute fuite détectée doit être localisée et faire l'objet d'un enregistrement, d'une réparation et d'un suivi. Le tout doit être documenté pour être présenté à la requête de l'inspection des services de l'environnement. L'exploitant est tenu responsable de la quantité de réfrigérant de synthèse utilisée dans son installation (climatique).
Si la réparation nécessite la vidange de l'équipement, le liquide frigorigène doit être récupéré pour être recyclé.
Formation, certification des utilisateurs En France, un décret de 2007 a précisé les conditions de mise sur le marché, d’utilisation, de récupération, et de destruction des substances de types CFC, HCFC et HFCDécret 2007-737 du 7 mai 2007, codifié dans les articles R543-75 à R543-123 du code de l’Environnement.. Le personnel doit détenir une attestation de capacité (à demander auprès d’un organisme agréé, selon l'arrêté portant agrément d’un organisme pour délivrer aux opérateurs les attestations de capacité prévues par l’ du code de l’environnement par le ministère de l'Environnement, avant le ). Un décret du précise la réglementationDécret du 13 avril 2011 relatif à des substances appauvrissant la couche d'ozone et à certains gaz à effet de serre fluorés, aux biocides et au contrôle des produits chimiques.. En France, depuis le , toute personne manipulant des fluides frigorigènes doit être titulaire d'une certification dite , obligatoire avant le . Des formations qualifiantes sont prévues. La nouvelle réglementation relative aux fluides frigorigènes (décret 2007-737).