Un fluide frigorigène (ou réfrigérant) est un fluide pur ou 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. La principale propriété des fluides frigorigènes est de s'évaporer à une faible température sous pression atmosphérique. Les fluides frigorigènes sont utilisés dans les systèmes de production de froid (climatisation, congélateur, réfrigérateur, etc.)
En théorie, l'air ou l'azote (des fluides courants sur notre planète...) pourraient servir de réfrigérant. En somme, tout fluide présente un potentiel en termes de réfrigération. Mais, en pratique, il en est tout autrement. Ces fluides doivent répondre aux critères suivants :
Les fluides réfrigérants sont sélectionnés principalement pour leur grande propriété d'absorption de chaleur (calories) lorsqu'ils passent de leur phase liquide à leur phase gazeuse (la chaleur absorbée par le fluide lors du changement d'état est appelée : chaleur latente de vaporisation). Les réfrigérants sont utilisés purs ou en mélange dans les métiers du froid et de la climatisation.
Ces fluides doivent respecter l'environnement du fait du risque de fuite dans l'atmosphère.
Ils doivent aussi être inoffensifs pour l'homme pour la même raison que ci-dessus...
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 tuyauteries et du 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 encore exprimée en BTU.
Le Fréon est le nom commercial de plusieurs des gaz réfrigérants fabriqués par la société DuPont de Nemours.
Dans un circuit frigorifique, le fluide frigorigène véhicule deux éléments :
(Pour plus de précision, voir : froid industriel)
On distingue parmi les gaz réfrigérants différentes catégories de molécules :
Les principaux gaz utilisés avant 1929 pendant la première période du froid artificiel, étaient :
Tous ces fluides avaient des propriétés thermodynamiques intéressantes mais ils présentaient tous un inconvénient, par exemple un danger pour l’homme de par leur toxicité (SO2, CH3Cl, C2H5Cl, NH3) ou du fait qu’ils étaient combustibles CH3Cl, C2H5Cl, NH3) ou demande des tubes et compresseurs à très haute pression (CO2) .
En 1929, un savant américain, Thomas Migdley, 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 thermodynamiques.
Ils furent 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.
Depuis le 16 septembre 1987, le Protocole de Montréal signé par 24 pays et par la Communauté économique européenne et qui compte aujourd'hui 190 pays signataires, est un accord international visant à réduire et, à terme, éliminer complètement les substances qui appauvrissent la couche d'ozone. La CEE a ainsi depuis voté des lois dans ce sens.
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 frigorigènes
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 :
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 lubrifiants; certains seront détruits (CFC) et d'autres recyclés (huile).
(* R11, R12, R502, R504...)
Pour le moment, la recharge est autorisée. Mais, à partir de 2010, il sera interdit de recharger par des fluides neufs et à partir de 2015, par des fluides recyclés.
(* R22, R123, R124, R142b, R401A, R401B, R402A, R402B, R403B, R408A, R409A, R409B...)
Les restrictions concernant cette famille de gaz sont pour le moment limitées. Au sein de l'Union Européenne, les HFC seront interdits dans les climatisations pour automobiles à partir de 2011.
En cas d'investissement ou de remplacement d'un équipement frigorifique, privilégiez 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 31 décembre 1994 et celle des HCFC le 31 décembre 2014. 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, type ventoline).
Toutefois, une minorité de scientifiques contestent le fait que les fluides frigorigènes chlorés soient nocifs pour la couche d’ozone stratosphérique.
Rappel : une fuite d'un kilogramme de réfrigérant de synthèse dans l'atmosphère produit un effet de serre équivalant à celui généré par l'émission de 1 500 jusqu'à 3 000 kilogrammes de CO.
Il est maintenant obligatoire 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 sera récupéré pour être recyclé.
Ce modèle de nomenclature peut s'appliquer pour tout fluorocarbure (FC) de type CFC, HCFC, HFC et PFC. La nomenclature des gaz fluorés suit le modèle de type "XYZ-c0123b4a", où chacun des chiffres et lettres représentent :
Dans le cas où la molécule contient du brome, le gaz (toujours du CFC) s'appelle halon.
Lorsque ces substances sont utilisées en tant que fluide frigorigène, les "XYZ" est remplacé par la lettre "R", comme réfrigérant. La valeur du premier chiffre qui suit la lettre R peut prendre alors les valeur spécifiques suivantes :
Quelques exemples de CFC :
Un exemple de HCFC :
Un exemple de HFC :
Règle du "90", exemple du R32 :