Fluides frigoporteurs - Propriétés

L’intérêt porté aux fluides frigoporteurs et à la recherche de fluides à haute performance pour les applications à basse température est récent. Traditionnellement, les ingénieurs frigoristes faisaient appel à quatre catégories de fluides frigoporteurs pour les usages courants :

• les gaz, et tout particulièrement l’air pour un très grand nombre d’applications (tunnel de surgélation...) et l’azote gazeux lorsque les niveaux de température (notamment pour des températures inférieures à la température du point triple du CO₂) l’imposaient ;

• les saumures qui sont des solutions aqueuses à base de sels inorganiques tels que le chlorure de calcium, le carbonate de potassium ou, plus rarement, le chlorure de sodium pour certains usages alimentaires ;

• les mélanges d’eau et d’antigel à base d’alcools tels que le monoéthylèneglycol et le propylèneglycol, voire, plus rarement, des mélanges d’eau et ammoniaque (eau ammoniacale) ;

• enfin, pour des applications à basse température, les hydrocarbures halogénés de type R11 [trichlorofluorométhane (CCl₃F), chlorure de méthylène (CH₂Cl₂) et trichloroéthylène (CCl₂CHCl)].

Des réglementations, susceptibles de se durcir au cours du XXIe siècle, ont visé à la réduction des émissions de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, dont les fluides frigorigènes les plus courants (les HFC, par exemple), et favorisent l’émergence des systèmes à froid indirect. Des interdictions plus anciennes ont touché la production des CFC de type R11 et des réglementations draconiennes concernent l’usage de certains fluides halogénés (trichloro-éthylène).

Ces évolutions réglementaires récentes ont poussé les ingénieurs frigoristes à s’intéresser à de « nouveaux fluides » présentant des performances énergétiques satisfaisantes à basse température (− 40 ˚C, par exemple) tout en offrant des qualités environnementales, de toxicité et d’inflammabilité acceptables. Sont apparus sur le marché de nouveaux fluides qui s’ajoutent aux précédents :

• des solutions aqueuses avec des sels tels que l’acétate de potassium, le formate de potassium, voire des mélanges d’acétate et de formate de potassium ;

• des mélanges d’eau et d’alcool de type éthanol, méthanol, glycérol, ou des mélanges à base éthanol/glycérol ;

• des fluides organiques divers comparables à ceux décrits comme fluides caloporteurs (cf. article ) : huiles aromatiques, huiles silicones, hydrofluoroéther, terpène à base d’agrume...

Plus spécifiquement, la recherche de performances énergétiques élevées amène à l’émergence de fluides frigoporteurs « diphasiques » de deux types distincts :

• les frigoporteurs diphasiques « liquide-vapeur » : le dioxyde de carbone est le fluide dont l’usage se développe depuis peu d’années ;

• les frigoporteurs diphasiques « liquide-solide » constitués d’un médium liquide à base de mélange aqueux et de cristaux de glace en suspension dans ce médium. Une large diversité de produits existe tant par la nature du composé en solution dans l’eau (alcool, sel) que par le dispositif technique de production des cristaux.

Cet article est le dernier volet de l’étude concernant les fluides caloporteurs et frigoporteurs.

Pour les définitions générales, les critères de choix ainsi que pour consulter le tableau des notations et symboles, le lecteur se reportera à l’article .