Méthode de sélection des fluides frigorigènes à faible impact environnemental

Le protocole de Montréal a amené à fixer un calendrier d’arrêt de production et d’utilisation des fluides frigorigènes contenant des atomes de chlore. Ces fluides représentaient plus de 90 % de l’ensemble des fluides utilisés. Les HFC ont été proposés comme molécules de substitution aux CFC et HCFC. Depuis la mise en place du protocole de Kyoto en 1997, les HFC sont dans la liste des gaz à effet de serre dont les émissions doivent être limitées. Cette nouvelle contrainte entraîne non seulement la mise en place de politiques de confinement et de récupération systématique des fluides frigorigènes, mais amène aussi à GWP), être non inflammable ou faiblement inflammable et avoir un coût raisonnable. Plusieurs de ces propriétés sont techniquement contradictoires, car l’amélioration d’une des caractéristiques entraîne souvent la détérioration d’une autre. Le choix du fluide frigorigène doit être réalisé de manière à trouver un compromis entre ces différentes caractéristiques et cela en fonction des besoins spécifiques de chauffage du site considéré. La méthode de sélection détaillée dans ce chapitre vient alors répondre aux exigences citées. provoquent un impact sur l’effet de serre. Leur impact est lié à leur structure et à leur durée de vie dans l’atmosphère. Le CO2 est pris comme base de référence pour l’évaluation. L’impact environnemental d’un système de chauffage par PAC est souvent exprimé par le facteur « TEWI » (Total Equivalent Warming Impact). Ce facteur, bien qu’il ne prenne pas en compte toutes les émissions durant le cycle de vie, suffit pour bien évaluer les contributions essentielles : celles des émissions directes de fluide frigorigène au cours du cycle de vie du système et celles liées à la consommation énergétique.

Plusieurs catégories d’émissions des gaz à effet de serre sont identifiées lors de l’analyse du cycle de vie des équipements de chauffage et des PAC [Ciucasu, 2000]. Chaque catégorie est attachée à une forme d’énergie consommée : • l’énergie blanche consommée pour faire fonctionner l’équipement, • l’énergie amont consommée principalement pendant l’extraction et le transport du », constituent la part prépondérante des émissions totales (jusqu’à 80 %). La contribution de l’énergie grise se situe entre 5 et 8 % et celle des énergies amont et aval entre 12 et 20 %. L’évaluation de l’impact environnemental des PAC par le facteur « TEWI » est donc considérée comme suffisante. 3.2.2 – Les fluides frigorigènes utilisés dans les pompes à chaleur Les interdictions des fluides frigorigènes détruisant la couche d’ozone ont été mises en application avec des taux différents d’un pays à un autre en Europe. Le tableau 3.1 montre le statut de telles interdictions dans divers pays européens. L’Union Européenne, par son règlement 2037/2000 a interdit l’usage des HCFC, en particulier du HCFC-22 dans toutes les installations de réfrigération et de climatisation à l’exception des PAC de petite puissance qui ont pu l’utiliser jusqu’en fin 2004 [Règlement, 2000].

Les options considérées pour le remplacement des HCFC sont les mélanges de HFC, les hydrocarbures et le CO2. Aujourd’hui, le R-407C est le mélange le plus utilisé dans les pompes à chaleur produites en Europe, bien que le R-404A, le R-134a et, dans une bien moindre mesure, le R-290 (propane) soient également employés. 3.2.3 – Les options pour réduire les émissions des HFCs En raison des contraintes de sécurité associées à l’utilisation des hydrocarbures et de l’ammoniac, il semble peu probable qu’à l’échelle mondiale les HFC puissent disparaître rapidement. Les tendances futures pour la réduction des émissions des gaz à effet de serre consistent dans le développement de nouveaux mélanges (certains présentant des GWP inférieurs à 50), la réduction de la charge, le confinement du fluide frigorigène, et l’élargissement de l’utilisation des fluides toxiques et inflammables. 3.2.3.1 – Le développement de nouveaux mélanges Nous distinguons plusieurs types de mélanges de fluides frigorigènes : les mélanges halogénés, les mélanges de HFC et d’hydrocarbures et les mélanges avec le CO2. Les mélanges de HFC Les mélanges de HFC sont potentiellement bien adaptés pour obtenir une haute efficacité énergétique pour les applications pompe à chaleur car leurs propriétés thermodynamiques ont été étudiées lors de la conception même de ces fluides. Leurs propriétés offrent une grande opportunité pour l’optimisation des systèmes dans un grand nombre d’applications. Les mélanges de HFC et de HC Compte tenu des problèmes liés à chacun des différents composés, les industriels recherchent souvent des fluides composés de HFC et de HC. Les mélanges HFC/HC présentent les avantages des deux composés en présence (effet de serre, propriétés calorimétriques, propriétés de transfert de chaleur, etc.). Les mélanges avec le CO2 Le CO2 peut aussi être utilisé en association avec des fluides frigorigènes halogénés. C’est le cas de certains mélanges comme le R-32/CO2, le R-125/CO2 et le R-152a/CO2 [Rached, 2003; Di Nicola, 2005]. En raison de sa faible température critique, le CO2 utilisé en fluide pur, est généralement moins efficace qu’un HFC pour les applications usuelles de chauffage par pompe à chaleur.