L’adoption de fluides frigorigènes Eco-Friendly, solution pour un avenir éco-durable
La réfrigération est un élément essentiel de notre vie quotidienne, du maintien de la fraîcheur des aliments au refroidissement de nos maisons. Cependant, le secteur de la réfrigération a également été identifié comme un contributeur majeur aux émissions de substances appauvrissant la couche d’ozone. Il est donc important pour nous de comprendre le rôle que le secteur de la réfrigération peut jouer dans la réduction de ces émissions, qu’on appelle Fluides frigorigènes.
Un fluide frigorigène ou réfrigérant est une substance ou un mélange de substances pures possédant des caractéristiques très particulières. Grâce à ses propriétés physiques, il permet de transférer l’énergie et ainsi de produire du froid ou du chaud.
Malgré ses bienfaits dans notre vie quotidienne, ce type de fluide n’est pas sans conséquences. En effet, les installations frigorifiques ne sont jamais parfaitement hermétiques et peuvent présenter des fuites.
De par la présence de fuites au niveau du circuit frigorifique, la responsabilité de ces fluides dans la destruction de la couche d’ozone et l’augmentation de l’effet de serre n’est plus à démontrer. Que ce soit en conception, en rénovation ou même en maintenance, les fuites de fluides sont donc à éviter. Elles dépendent essentiellement de la qualité du choix et de la mise en œuvre des équipements, de l’optimisation du cycle frigorifique, de la maintenance etc.
Types de fluides
Les fluides frigorigènes sont des éléments essentiels pour le fonctionnement d’installations dites thermodynamiques. Concrètement, il existe plusieurs familles de fluides frigorigènes, il est donc important de les nommer.
Les CFC aussi appelés Chlorofluorocarbures : il s’agit d’un type de fluide frigorigène très nocif sur l’environnement.
Nous parlons par la suite des HCFC (hydrochlorofluorocarbures), par exemple le R-22, qui est nocif pour la couche d’ozone et générateur d’effet de serre.
Les HFC (hydrofluorocarbures), par exemple les R-134a, R-404A, R-407C, R-410A et R-507A, ont quant à eux une action sur l’effet de serre.
Et puis, les fluides réfrigérants naturels, par exemple le R-717(ammoniac), R-744 (CO2), R-290 (propane) et R-718 (eau) qui n’ont aucune action sur la couche d’ozone et l’effet de serre.
Pour Les HFC insaturés qui représentent des molécules à double liaison carbone, également appelées hydrofluorooléfines (HFO) elles sont légèrement inflammables.
Risques des fluides frigorigènes
Les fluides frigorigènes ont principalement un impact sur l’atmosphère. En particulier, les fluides appelés CFC et HCFC contribuent à la destruction de la couche d’ozone et les HFC à l’effet de serre, mais aussi présentent différents types de risques.
Un danger pour la santé
En cas de contact cutané ou d’inhalation, nous encourons plusieurs risques. Suivant le produit chimique, les conséquences peuvent être différentes. D’une manière générale, des irritations pulmonaires et oculaires peuvent nous infecter. Suivant la dose inhalée, une détresse respiratoire est observée. S’ensuivent alors des nausées et des vertiges. Des liaisons sur la peau apparaissent en cas de contact direct avec le produit, s’ajoute parfois des brûlures par le froid aussi appelé gelure.
Une menace pour l’environnement
Pour ce qui est des HFC, elles contribuent directement à l’augmentation des gaz à effet de serre. Les hydrocarbures comme le propane ou le butane ont eux aussi un rôle néfaste sur l’atmosphère. L’ammoniac est une menace pour les organismes aquatiques du fait qu’elle se dissout plus facilement dans l’eau.
Dans la mesure du possible, il est conseillé de privilégier des fluides frigorigènes moins polluants.
Des risques d’incendie
L’huile que contiennent les systèmes frigorifiques est particulièrement inflammable. De ce fait, les fluides frigorigènes non-inflammables représentent tout de même un risque d’incendie.
Comment connaître les dangers ?
L’étiquette et la fiche de données permettent de bien s’informer sur la dangerosité des produits chimiques utilisés. Il faut demander auprès du fournisseur pour obtenir ces informations. Il est possible de s’informer autrement, internet et les bases de données sont des moyens comme un autre. L’essentiel à retenir, c’est de s’informer avant d’utiliser les produits chimiques.
En prenant connaissance de ces dangers, le choix du fluide frigorigène adéquat ne peut pas être une affaire simple. En effet, chaque fluide a ses avantages et ses inconvénients qui doivent être pesés par des experts en la matière. De même à l’avenir, il devient nécessaire de vérifier avant utilisation l’adéquation du fluide frigorigène avec l’application.
Critères de choix d’un fluide
Le choix d’un fluide frigorigène dépend de son utilisation et s’effectue en fonction de plusieurs critères : sa sécurité d’usage, son impact environnemental, son prix etc.
La sécurité
Pour notre sécurité, il est conseillé de choisir un fluide frigorigène sans risque. A vrai dire, le gaz est toxique, corrosif et inflammable. De ce fait, il est important de choisir un fluide qui garantit la sécurité de son utilisateur pour éviter tout risque d’accident.
La puissance frigorifique
Chaque groupe de froid possède ses propres modes d’installation et surtout ses rendements. En général, ces critères dépendent de la force frigorifique.
Le respect de l’environnement
L’utilisation du fluide frigorigène à faible « Procédure Gaz Renforcé » ou PGR est le plus conseillé. Ce type de fluide contribue aussi à la protection de la couche d’ozone. Pour la protection de la planète, les fluides frigorigènes doivent être surveillés. Il convient de choisir un fluide frigorigène qui présente moins d’effets sur la nature.
Le prix
Avant d’acheter un fluide frigorigène, il faut définir un budget précis. Pour ce faire, il faut prendre en compte le montant global du fluide. Le coût d’installation doit convenir à la somme allouée à l’achat d’un fluide frigorigène. Chaque fluide possède ses propres coûts et certains sont moins chers que d’autres, il faut alors prendre le temps de comparer les prix.
Comment réduire les émissions de fluides frigorigènes ?
Le Protocole de Montréal a imposé l’élimination progressive des CFC (chlorofluorocarbures) puis des HCFC (hydrochlorofluorocarbures) utilisés, entre autres, comme frigorigènes dans les industries frigorifiques.
Le Protocole de Kyoto relatif à l’effet de serre conduit à réduire les émissions de gaz carbonique (CO2), de méthane (CH4) et d’oxyde nitreux (N2O), ainsi que de trois autres types de gaz, dont les HFC (hydrofluorocarbures). Cette réduction touche l’industrie du froid et du conditionnement d’air par la réduction des émissions des fluides frigorigènes eux-mêmes et du CO2 émis lors de la production de l’énergie nécessaire à leur fonctionnement.
La réduction des émissions concerne toutes les étapes de l’existence du fluide frigorigène.
Réduction des charges : La réduction des charges initiales doit favoriser une baisse des émissions. Elle peut être recherchée de multiples manières : réservoirs sur la basse pression, systèmes à frigoporteur, systèmes de condensation à eau avec tour de refroidissement ou aéroréfrigérant, etc. Mais la diminution de la charge doit être examinée aussi en fonction de la consommation d’énergie, les systèmes à frigoporteur pouvant conduire par exemple à un accroissement des consommations d’énergie. La minimisation des charges constitue un champ d’innovation considérable.
Suivi des installations : Dans de nombreux pays, chaque installation doit être dotée d’un cahier d’entretien permettant un véritable suivi des installations avec des fiches d’intervention, à remplir lors de la charge et de la récupération du fluide, et des fiches de contrôle d’étanchéité. Dans certains pays, ces cahiers doivent être vérifiés par une autorité indépendante.
Suivi des concentrations de fluide frigorigène dans les salles des machines : Pour les installations de grande taille ou pour toute salle des machines, le système le plus fiable est en général la mise en place de contrôleurs d’ambiance multisondes. Une étude minimale d’aéraulique aide à disposer les sondes là où le fluide frigorigène, généralement plus lourd que l’air, est susceptible de se concentrer. Ce contrôle impose des détecteurs de haute précision, adaptés et spécifiques pour les nouveaux frigorigènes.
Formation – Certification : La réduction des émissions suppose un changement profond des méthodes de maintenance et d’exploitation, voire des mentalités, qui suppose des efforts significatifs de formation initiale et continue. Cette formation et le respect des règles de bonne conduite peuvent gagner à être sanctionnés par une certification des personnes et des entreprises.
Précautions et récupération systématique à tous les stades : La réduction des émissions concerne toutes les opérations de manipulation du frigorigène : charge des grandes capacités sur les lieux de production, reconditionnement chez les distributeurs, charge des installations, assemblage, maintenance et réparations, récupération de la charge, sans oublier la gestion des talons des conteneurs de frigorigènes, etc.
Destruction : Lorsque le frigorigène CFC ou HCFC récupéré ne peut pas être recyclé pour des raisons techniques, financières ou réglementaires, il faut qu’il soit détruit d’une façon approuvée et contrôlée.
Utilisation des HFC dans le secteur de la réfrigération et du conditionnement : La Tunisie ambitionne une réduction de 80% en 2045
En collaboration avec des structures onusiennes, la Tunisie prépare, depuis le début de l’année 2022, un plan national de réduction progressive de l’utilisation des hydrofluorocarbures ou (HFC). Ces puissants gaz à effet de serre, dans les secteurs de la réfrigération et du conditionnement, devraient baisser de 80% en 2045. La Tunisie œuvre également à la mise en place de plusieurs projets d’investissement pour limiter l’usage des produits HFC en collaboration avec l’Organisation des Nations unies pour le développement industriel (Onudi) et le Programme des Nations unies pour l’environnement (Unep). Il s’agit de l’achat et de l’installation de matériels industriels au profit des institutions tunisiennes actives dans le secteur, et ce, afin d’éliminer 725 tonnes de HCFC, soit environ 1,3 million de tonnes en CO2 en 2030.
En effet, la Tunisie se penche aussi sur le renforcement des capacités techniques. Et ce, afin de maîtriser davantage l’utilisation des HFC dans le secteur de la réfrigération et du conditionnement, et ce, avec la certification de formateurs selon les normes européennes et l’équipement de six centres sectoriels de formation dans le domaine du conditionnement à Tunis, Nabeul, Tabarka, Kairouan, Sfax et Djerba, en matériel de pointe.
L’Association Tunisienne de Réfrigération et de Climatisation (ATRC)
Un nouveau projet a été signé par l’Association Tunisienne de Réfrigération et de Climatisation (ATRC) avec l’Ambassade d’Allemagne, le 8 septembre 2022, et ce dans le cadre de la subvention « fonds de développement pour tous 2022 ». Ce projet comporte une chambre froide solaire avec batteries de stockage et 3 systèmes de refroidissement (détente directe avec R290, détente directe avec R134a, détente indirecte avec R290). C’est un projet de démonstration pour le renforcement des capacités des frigoristes. Ce dernier vise à réduire les dangers des réfrigérants naturels sur le manipulateur, contribuer à la réduction de l’empreinte carbone et réaliser une étude comparative de trois systèmes de refroidissement adoptés par le projet.
M. Zouhaier Landolsi, secrétaire général de l’Association Tunisienne de Réfrigération et de Climatisation et le gérant de International of Cold and Air Conditionned, déclare que « suite à l’accord de Kigali qui est un amendement au Protocole de Montréal, pour réduire l’utilisation des réfrigérants qui causent l’appauvrissement de la couche d’ozone, plusieurs changements et accords internationaux ont été effectués ». Il rajoute par ailleurs que « ceci a nécessité de sensibiliser et d’informer tous les acteurs du secteur de la Réfrigération et de l’Air-Conditionnement, en principe, que chaque être humain vivant sur la planète doit maintenir la qualité du climat dans le présent et pour les générations futures, car si la température continue d’augmenter, elle va provoquer la fonte des glaces des pôles et l’émergence de grandes tempêtes et des incendies partout ».
«Quant à la technicité, elle concerne le changement résultant de la bonne manipulation obligatoire des réfrigérants fluorés utilisés, comme demandé par l’Amendement de Kigali, et la nécessité de la formation technique adéquate pour faire face aux réfrigérants alternatifs hautement toxiques ou très inflammables, ou travailler dans des conditions difficiles et dangereuses », souligne la même source.
Confinement des fluides frigorigènes
Dans le domaine du froid et de la climatisation, la maîtrise du confinement des fluides frigorigènes est primordiale pour préserver la couche d’ozone et réduire l’effet de serre. Ce recueil regroupe des connaissances utiles aux entreprises pour choisir les équipements appropriés et acquérir les gestes techniques essentiels pour concilier l’efficacité des interventions.
Aspect important de la lutte contre les fuites, le confinement du frigorigène concerne à la fois la conception, les essais, l’installation, l’exploitation, la maintenance et la mise au rebut des équipements.
Conception : Il convient, à la conception, de diminuer le nombre de raccords à visser et de joints pour éliminer les sites potentiels de fuite. Les composants doivent être choisis en fonction de leur fiabilité et de leur effet sur l’étanchéité. Un contrôle du niveau de fluide s’est révélé être une aide utile dans les grandes installations.
Contrôle d’étanchéité : La mesure des débits de fuite des différents types de raccords, presse-étoupes, brides, etc., est utile en conception, mais seul un contrôle sur l’installation finie, soit par seuil dans l’air de la salle, soit par mesure de débits de fuite, permet d’obtenir une précision acceptable sur l’étanchéité réelle, comme cela est bien établi dans les domaines où celle-ci est contrôlée de manière précise.
Analyse des modes de défaillance : Si l’étanchéité initiale est bien assurée par la plupart des constructeurs de matériels, son évolution dans les différents composants reste encore mal connue, par exemple celle d’un robinet lorsqu’il est manœuvré ou de raccords de pressostats soumis aux vibrations des compresseurs. Il faut utiliser les résultats de contrôles d’étanchéité sur le terrain, organisés selon des procédures de qualité permettant l’Analyse des Modes de Défaillance (AMDEC). Cette analyse permettra à terme de modifier les composants les plus critiques. Il reste à mettre en place une norme sur l’étanchéité des composants incluant conditions de vieillissement et mesure des débits de fuite suffisamment précise.
L’urgence de basculer vers la réfrigération naturelle pour un avenir meilleur
De nombreuses technologies et approches innovantes ont été développées ces dernières années pour réduire l’impact environnemental des émissions de fluides frigorigènes. Ces technologies incluent l’utilisation de réfrigérants naturels.
L’utilisation de réfrigérants naturels est un facteur clé pour rendre la réfrigération plus efficace et plus respectueuse de l’environnement.
Ces réfrigérants sont des substances présentes naturellement dans la biosphère. Leur principale caractéristique est d’avoir un potentiel de réchauffement planétaire (PRP) faible ou nul.
L’existence d’une législation visant à réglementer les installations de réfrigération susceptibles de nuire à la fois à l’environnement et à la sécurité des travailleurs a encouragé le développement et l’utilisation de réfrigérants naturels.
Aujourd’hui, les technologies de réfrigération les plus efficaces et les plus écologiques sont celles qui utilisent des réfrigérants naturels tels que le NH3 (ammoniac ou R717), le CO2 (dioxyde de carbone ou R744) et les hydrocarbures. Dans le cas des hydrocarbures, le réfrigérant par excellence en raison de son efficacité est le R290, communément appelé propane.
D’autre part, il existe des systèmes de réfrigération indirects dans lesquels, grâce à l’utilisation du glycol comme fluide frigorigène secondaire, l’utilisation de tout autre réfrigérant est considérablement réduite, ce qui en fait une méthode de réfrigération efficace et durable.
Enfin, les systèmes de refroidissement à boucle d’eau, qui réduisent la charge de réfrigérant primaire, se distinguent par leur efficacité et leurs performances.
Ces technologies de refroidissement avec des réfrigérants naturels se distinguent par leur efficacité et leur faible impact sur l’environnement :
Gaz réfrigérant naturel NH3 (ammoniac)
Ce réfrigérant naturel se distingue par son potentiel de destruction de la couche d’ozone (ODP) et son potentiel de réchauffement planétaire (GWP) nuls. En outre, ses excellentes propriétés thermodynamiques en font l’un des meilleurs candidats parmi les réfrigérants naturels.
Il s’agit d’un réfrigérant peu inflammable, mais très toxique, la sécurité est donc primordiale dans les systèmes de réfrigération à l’ammoniac. Ses applications sont ainsi limitées aux applications à faible charge ou aux systèmes industriels.
Tout cela se traduit par un système de refroidissement :
- Efficace, grâce à sa haute performance de réfrigération.
- Fiable, grâce aux réglementations actuelles qui régissent l’application sûre dans nos installations.
- Certain, grâce aux mesures de sécurité nécessaires et à son identification facile grâce à sa forte odeur caractéristique en cas de fuite.
- Durable, il a un indice GWP et ODP nul.
R744 (CO2), un réfrigérant à faible impact environnemental
Le dioxyde de carbone a été considéré comme une bonne alternative pour remplacer les HFC (hydrofluorocarbures) car il a un potentiel d’appauvrissement de l’atmosphère nul (ODP=0) et un potentiel de réchauffement planétaire minimal (GWP=1). C’est un réfrigérant ininflammable à faible toxicité. Ce réfrigérant se caractérise par une conductivité thermique élevée et une forte densité en phase gazeuse, ce qui permet un bon transfert de chaleur dans les évaporateurs, les refroidisseurs et les condenseurs.
Ses limites sont que ses fuites sont difficiles à détecter, il pourrait donc être nocif pour la santé en cas de fuite, et il est difficile à détecter, il faut donc mettre en place un système de détection des fuites et un système de ventilation d’urgence.
Le réfrigérant naturel et écologique R290
Le propane ou R290 est l’hydrocarbure le plus populaire et le plus répandu dans la réfrigération commerciale et industrielle. Il s’agit d’un réfrigérant dont le potentiel de destruction de la couche d’ozone est nul (ODP=0) et dont le potentiel de réchauffement planétaire est égal à trois (GWP=3). Ce gaz se distingue par son efficacité et ses performances. Il se caractérise par le fait qu’il s’agit d’un réfrigérant non toxique, mais hautement inflammable, ce qui implique une sécurité élevée dans nos installations.
La réfrigération au R290 ou propane est probablement la réfrigération durable et efficace la plus utilisée. Il est principalement utilisé dans les applications commerciales, bien qu’il soit également largement utilisé dans les systèmes de refroidissement par boucle d’eau ou de refroidissement indirect.
Le glycol, une alternative écologique
Cette alternative est remarquable pour réduire l’utilisation de réfrigérants dans les systèmes de réfrigération, car le glycol est utilisé comme un fluide secondaire qui acquiert les propriétés thermodynamiques du réfrigérant primaire et les transfère dans le circuit secondaire. De cette manière, la charge en gaz appauvrissant la couche d’ozone est réduite et un refroidissement durable et efficace est obtenu.
Cette méthode de refroidissement permet de réduire considérablement les coûts de réfrigérant, les risques de fuite et la consommation d’électricité. D’autre part, il est entièrement compatible avec les réglementations actuelles qui limitent la charge de réfrigérant.
Système de refroidissement par boucle d’eau
Cette technologie de refroidissement est basée sur une série d’unités de refroidissement distribuées avec une condensation indirecte via un circuit d’eau. D’autre part, une ou plusieurs unités refroidies par air en parallèle pour l’évacuation de la chaleur de condensation.
Grâce au fonctionnement de ce système, l’impact environnemental est réduit, en raison de la faible charge de réfrigérant, ce qui rend ce système de refroidissement durable et efficace. D’autre part, ce système réduit les coûts de chargement du réfrigérant et le risque de fuite, car le circuit de refroidissement contiendrait de l’eau. De cette façon, il augmente également le ratio de sécurité dans ces installations.
La bonne gestion des fluides frigorigènes – une responsabilité pour tous
En conseillant à chacun de tenir compte des éléments exposés ci-dessus, il est recommandé :
• d’accorder dans les politiques nationales, internationales, comme d’entreprise, une haute priorité à la lutte contre les émissions, sans oublier, pour l’effet de serre, les conséquences des mesures prises sur l’effet de serre ;
• de favoriser la mise en place de plans nationaux cohérents couvrant la récupération, le recyclage, la destruction ;
• de faire respecter les réglementations et en particulier arrêter les importations et autres ventes illégales ;
• de mettre en place des incitations fiscales et réglementaires pour faciliter la récupération, la lutte contre les émissions et l’usage de fluides de substitution ;
• d’encourager la certification des personnels et des entreprises sur le respect des règles de bonne conduite.
Réussir notre transition vers la réfrigération durable
Pour que notre transition vers une réfrigération respectueuse de l’environnement soit une réussite, nous devons investir dans des équipements adaptés et répondant aux normes actuelles. Cela demande un diagnostic de nos systèmes existants et une sélection minutieuse des composants à acheter. Aujourd’hui, il est impératif de fournir des solutions innovantes. Il nous est également indispensable de faire appel à des techniciens formés à ces nouvelles technologies pour intervenir sur nos installations.
Le secteur de la réfrigération fait partie intégrante de l’effort mondial visant à réduire les émissions de réfrigérants appauvrissant la couche d’ozone. Alors que le monde continue d’évoluer vers un avenir plus vert, il est essentiel que nous prenions des mesures pour réduire notre dépendance aux substances appauvrissant la couche d’ozone et que nous nous tournions plutôt vers des solutions plus durables. Le secteur de la réfrigération a un rôle clé à jouer dans ce processus, car il est responsable de la production et de la maintenance des équipements nécessaires au refroidissement et à la congélation efficace des aliments et autres produits. En investissant dans des technologies économes en énergie telles que les réfrigérants naturels, nous pouvons nous assurer que notre approvisionnement alimentaire et autre reste sûr tout en réduisant notre empreinte environnementale.
