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Technologies du froid : Une réfrigération plus responsable

Face à l'urgence climatique se dessine aussi l'urgence technologique. Largement pointés du doigt pour leur nocivité, les fluides frigorigènes restent pour autant indispensables au fonctionnement des systèmes de réfrigération et de climatisation. Avec des normes de plus en plus drastiques, c'est tout un secteur qui se réinvente depuis quelques années.

En 2050, il devrait se vendre trois fois plus de climatiseurs en raison du réchauffement climatique. Face à ce cercle vicieux, les industries n’ont d’autre choix que de repenser les technologies du froid, qui se sont longtemps appuyées sur des fluides frigorigènes désormais proscrits par la norme F-Gas de 2015 (lire en encadré). Planches de salut, les fluides dits naturels permettent de répondre aux exigences de la norme et d’envisager l’avenir des technologies de la production de froid. Trois solutions sont désormais bien maîtrisées. L’ammoniac (PRG 0), qui est utilisé sur des secteurs de niche, notamment dans l’agroalimentaire, offre un bon équilibre économique/performances énergétiques. « Les installations à l’ammoniac permettent de bonnes performances thermodynamiques avec un coût moindre, explique Patrick Neri, manager de la division réfrigération chez Daikin. En revanche, c’est un fluide toxique, il peut même entrer dans le périmètre des sites Seveso selon le cas. »

Le CO2, un appel d’air ?

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Pedro Antunes, responsable de l’agence Rungis Min Engie Axima.

Autre alternative, le CO2 (PRG 1), connu depuis le XIXe siècle pour son potentiel de refroidissement. Son utilisation comme gaz frigorifique est une aubaine du point de vue écologique, car son impact sur la couche d’ozone est nul. « Il a été abandonné dans les années 1960 avec l’apparition des fluides R12 et R22, plus faciles à manipuler, note Patrick Neri. Ce qui est nouveau aujourd’hui, c’est la maîtrise de sa température critique basse (31 °C) et des pressions supérieures aux autres types de fluides. Cette technologie en transcritique est éprouvée depuis une dizaine d’années maintenant, notamment grâce à la grande distribution qui a enclenché son déploiement en France. » Les installations au CO2 se démocratisent dans des contextes de plus en plus variés.

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Vincent Frachon, directeur de l’exploitation et de la maintenance à la Semmaris.

Dès 2015 par exemple, une enseigne de produits surgelés a choisi d’équiper ses magasins de centrales frigorifiques au CO2, capable de gérer à la fois le froid négatif, la production d’eau chaude et d’eau glacée. Dans une application plus industrielle, sur le Marché de Rungis, la Semmaris a fait le choix d’une installation de ce type lors de la réhabilitation du pavillon du porc (VM1), pour plusieurs raisons. « Le principal intérêt, c’est l’aspect écologique du fluide et surtout, pour un maître d’ouvrage, la pérennité vis-à-vis de la réglementation, justifie Vincent Frachon, directeur de l’exploitation et de la maintenance à la Semmaris. On aurait pu faire le choix d’un gaz qui est accepté aujourd’hui, mais qui ne le sera peut-être plus dans dix ans. Les normes comme la F-Gas nous apportent peu de certitudes à long terme. Avec le CO2 on était tranquilles. » Le projet initial envisageait une installation à l’ammoniac, mais associé à un gaz voué à devenir obsolète sous peu. « Nous avons apporté la perspective du CO2 transcritique pour distribuer directement dans les réseaux jusqu’à l’échangeur qui fait la jonction avec l’installation de chaque grossiste, précise Pedro Antunes, responsable de l’agence Rungis Min Engie Axima qui a réalisé l’installation. Contrairement à un système à l’ammoniac qui aurait demandé un local fermé et un système de refroidissement avec d’importants besoins en eau, pour une performance finale moindre. » Le CO2 présente un autre avantage, son prix. Le fluide lui-même est en effet extrêmement bon marché et son prix reste stable en comparaison d’autres fluides propres, comme le R32 dont le cours a bondi les dernières années. En revanche, selon Patrick Neri, ces installations amènent des surcoûts liés notamment à l’exigence de sécurité du transcritique. « Pour nous, intervenants, ces installations demandent des formations accrues car on n’intervient pas sur une installation CO2 comme on le ferait sur une CFC, en raison du niveau de pression beaucoup plus élevé. On peut monter jusqu’à 120 bar alors que sur une installation de froid plus classique on est entre 20 et 30 bars en été », rappelle Pedro Antunes.
En parallèle, une nouvelle famille de fluides pétrochimiques émerge peu à peu, les HFO. « Ces technologies sont plus accessibles pour les professionnels car leur exploitation demande les mêmes compétences que pour les anciens fluides. Ils n’ont donc pas besoin de se former comme pour le CO2 ou le propane », résume Patrick Neri.

Produire du froid avec… du son

Si les nouvelles installations écoresponsables suivent principalement ces pistes déjà bien balisées, des entreprises explorent de nouveaux terrains pour proposer des alternatives parfois inattendues. Equium, une start-up, basée en Loire- Atlantique et soutenue par l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (Ademe), a mis au point un système de refroidissement en convertissant l’énergie naturelle du son. Cette technologie thermo-acoustique exploite un principe de la dispersion du son : n’importe quelle onde sonore émet une infime variation de température. Le système d’Equium fait se rencontrer de l’air chaud et de l’air ambiant dans un échangeur pour créer une onde sonore. Au contact de l’hélium présent dans le circuit, son va-et-vient remplace le mécanisme des compresseurs qui assurent habituellement la production du froid. Le système n’utilise donc aucun gaz à effet de serre et permettrait en plus une économie d’électricité de l’ordre de 70 %. La méthode s’adapte particulièrement bien aux activités générant beaucoup de chaleur et qui nécessitent des systèmes de refroidissement. De plus, elle pourrait trouver un débouché dans la climatisation de bâtiments tertiaires ou d’habitations en récupérant la chaleur fatale d’activités à proximité.
Longtemps cantonnées à l’utilisation de fluides issus de la pétrochimie, les technologies du froid s’ouvrent désormais à des perspectives inexplorées, qui parviendront peut-être enfin à satisfaire les enjeux climatiques, de performance et économiques.

Laura Duret

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Installé sur le toit du bâtiment VM1, le système de refroidissement au CO2 transcritique est constitué de deux unités qui produisent chacune 550 kW de froid.

 

 

Où en est la réglementation sur les gaz frigorifiques ?

Depuis 2015, le décret imposant l’évolution de la norme F-Gas sur les fluides frigorigènes pousse les fabricants à faire appel à des gaz moins polluants, c’est-à-dire qui ne dépassent pas l’indice de potentiel de réchauffement global (PRG). La limite est aujourd’hui fixée à 2 500 (150 pour les climatiseurs mobiles) depuis le 1er janvier 2020, ce qui a notamment conduit à l’interdiction du fluide R404, l’un des plus utilisés de la dernière décennie, mais dont le PRG culminait à 3 900. Ceci n’est malgré tout qu’une étape dans l’ambitieux plan de décarbonisation voulu par la réglementation F-Gas d’ici à 2030. Le prochain palier donnera encore un tour de vis, et il arrivera vite : dès janvier 2022, plus aucun fluide frigorigène au PRG supérieur à 150 ne sera admis pour les installations neuves. Ce qui réduira l’éventail des possibilités à une douzaine de fluides. En 2030, soit quinze ans après l’entrée en vigueur de la norme F-Gas, la quantité de fluides polluants mise sur le marché est censée baisser de 79 %.