Thermal management
Climatisation automobile

L’histoire de l’automobile a conduit à une standardisation des « plate-formes » et à une production de masse pour baisser les coûts de fabrication. Cette standardisation est remise en cause par l’évolution des normes de pollution automobiles et l’apparition de nouvelles propulsions. Certains constructeurs ont fait le choix de proposer à leurs clients une plate-forme dédiée sans les traditionnelles motorisations essence ou diesel, Toyota a débuté avec sa Prius hybrid, Hyundia avec sa Ioniq propose une version hybride, plug-hybride (batterie rechargeable sur secteur) et électrique.

Les constructeurs automobiles pour obtenir des voitures propres c’est-à-dire sans rejets de polluants dans l’atmosphère, travaillent sur deux axes :

• baisser la consommation de leur moteur thermique et par conséquence des polluants ;

• arrêter ou supprimer le fonctionnement du moteur thermique et donc le dégagement des polluants.

Ces deux axes affectent directement la climatisation automobile car :

• optimiser un moteur thermique, c’est minimiser ses pertes ou rejets thermiques et la fonction chauffage habitacle en est dégradée ;

• supprimer le fonctionnement du moteur thermique, c’est supprimer l’entraînement par poulie/courroie, des auxiliaires moteur : compresseur mécanique de climatisation, pompe à eau du circuit de refroidissement moteur et supprimer totalement le chauffage et le refroidissement de l’habitacle.

L’objectif en Europe pour 2021 en termes d’émission de gaz à effet de serre lié à la consommation de carburant fossile est de 95 g de CO₂ par kilomètre parcouru, soit une consommation de 4,1 L/100 km d’essence ou 3,6 L/100 km de diesel sur un cycle normalisé. Cette consommation peut être obtenue par différents types de véhicules de petites cylindrées (3 cylindres.)… hybrides et électriques, mais l’affaire du « Diesel Gate » a posé le problème de l’obtention de ces consommations normalisées et du décalage constaté avec les consommations réelles des véhicules. Pour donner un ordre d’idée, la surconsommation de la climatisation en été à 30 °C est de l’ordre de 20 à 25 g de CO₂ par km et dans le cas de l’utilisation d’un véhicule électrique, l’autonomie en hiver est diminuée de 30 à 50 % par l’utilisation du chauffage. Cette consommation de la climatisation n’est pas quantifiée actuellement dans les cycles d’homologation des véhicules.

De plus, ces propulsions hybride et électrique mettent en œuvre des nouveaux composants : batterie, moteur électrique, électronique de puissance qui ont des besoins de refroidissement ou de chauffage pour des raisons de fiabilité et de fonctionnement optimal. L’optimisation énergétique durant les différentes phases de vie du véhicule (saisons, parcours routier) impose l’imbrication des différents circuits fluidiques et leur gestion thermique (thermal management). C’est la face avant du véhicule qui canalise toutes les attentions : design de la marque, aérodynamisme, taille et agencement des échangeurs évacuant les rejets thermiques des différents composants.

Le côté condensation de la climatisation, présent en face avant par un condenseur en contact direct avec l’air, évolue en proposant différentes solutions comme la condensation indirecte par l’intermédiaire d’un circuit d’eau mutualisée avec d’autres organes du véhicule ou la réversibilité du condenseur en évaporateur en mode pompe à chaleur pour les véhicules électrifiés. Le côté évaporation de la climatisation évolue aussi en incluant le refroidissement des batteries ou en couplant l’évaporateur à un matériau à changement de phase ou encore en intégrant la valorisation des rejets thermiques en mode pompe à chaleur. Pour finir, le compresseur mécanique devient électrique à vitesse variable et depuis le 1^er janvier 2017 tous les véhicules fabriqués en Europe utilisent un réfrigérant ayant un potentiel global de réchauffement GWP inférieur à 150 [BE 9 720].

Ces évolutions poussent la climatisation à participer au thermal management des nouvelles propulsions afin de fournir un confort habitacle aux moindres coûts énergétiques et en même temps assurer le conditionnement thermique de nouveaux composants comme les batteries.