Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
L'industrie du transport frigorifique cherche activement des solutions innovantes pour remplacer ou améliorer les systèmes conventionnels de production de froid, notamment par compression mécanique de vapeur, avec entraînement par moteur diesel.Les développements industriels récents des unités cryogéniques offrent des alternatives performantes, sûres, fiables et durables.Cet article passe en revue toutes les solutions cryogéniques développées récemment. Il les positionne par rapport aux usages, aux attentes du marché et les compare aux solutions conventionnelles, tant sur le plan énergétique qu’environnemental, et ce pour chaque segment du marché du colis à la semi-remorque.
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The refrigerated transport industry is actively looking for innovative solutions to replace or challenge the diesel mechanically refrigerating systems.
The recent industrial developments of cryogenic units offer serious, safe, reliable, environmentally friendly alternatives, with high energy performance guaranteeing the quality of the cold chain.
This article reviews all the cryogenic solutions developed recently. It positions them in relation to the usages, market expectations and compares them with conventional solutions, both in terms of energy and environment, for each segment market; from the small box to semitrailer.
Auteur(s)
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Mohammed YOUBI IDRISSI : Responsable du Groupe R & D Sciences de la Vie, Expert International - Air Liquide, Centre de Recherche Paris-Saclay, Les Loges-en-Josas, France
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Jean-Pierre BERNARD : Chef de Projets R & D, Expert International - Air Liquide, Centre de Recherche Paris-Saclay, Les Loges-en-Josas, France
-
Jean-Patrice QUENEDEY : Chef de Projets Air Liquide Advanced Business - Air Liquide, Advanced Business & Technology, Sassenage, France
INTRODUCTION
Le transport sous température dirigée ou transport frigorifique est un maillon essentiel de la chaîne du froid, il vise à fournir au consommateur final des produits périssables sûrs et de haute qualité. Les produits concernés sont des denrées périssables ou des produits non alimentaires tels que les produits pharmaceutiques, les fleurs, les plantes, les objets d’art, les produits chimiques, etc. Les produits surgelés sont transportés à une température de –18ºC ou moins, alors que les produits frais se transportent à une température supérieure au point de congélation, soit un intervalle allant de 0 à +8 °C.
De plus le transport sous température dirigée de produits périssables, permet de réduire considérablement leur perte, laquelle atteint selon les pays et leurs infrastructures de 15 à 45 %.
Ainsi, de par son importance dans la chaîne du froid, le transport frigorifique représente des enjeux considérables, non seulement en termes économiques, de sécurité alimentaire et de santé publique mais également sur le plan environnemental : consommation des énergies fossiles, émissions de CO2 et des gaz à effet de serre, émission de particules fines et de bruit.
Selon le dernier rapport de l’UNEP , le parc mondial des véhicules réfrigérés est de l’ordre de 4 millions. Il se répartit entre 40 % de Véhicules Utilitaires Légers (VUL), 30 % de camions (de 15 à 24 palettes) et 30 % de semi-remorques ou des remorques (33 à 36 palettes). En France, la segmentation est légèrement différente : en 2015, 53 % de VUL ; 25,7 % de semi-remorques et 21,4 % de camions. La tendance est similaire en 2017.
Une forte disparité existe entre les pays développés et en voie de développement en termes d’équipement en transport sous température contrôlée. À titre d’exemple, il y a environ 1 véhicule réfrigéré pour 500 habitants en Europe et en Amérique du Nord, alors qu’il y en a seulement 1 pour 1 250 en Afrique du Sud, 1 pour 8 000 en Chine et 1 pour 100 000 en Inde.
Ces chiffres montrent le potentiel économique de ce secteur qui avec l’expansion démographique mondiale et l’amélioration des conditions de vie dans de nombreux pays en développement assure à cette industrie un taux de croissance moyen de 2,5 % .
Sur le plan technique, la majeure partie des unités installées sur ces véhicules fonctionnent avec un groupe frigorifique à compression mécanique de vapeur alimenté par un moteur diesel.
Bien qu’elle soit mature et facile à installer et à déployer, la technologie « conventionnelle » du froid mécanique pour le transport frigorifique présente aujourd’hui de nombreux inconvénients :
-
une empreinte carbone élevée, engendrée par les émissions de gaz à effet de serre des fluides frigorigènes (HCFC ou HFC) à fort potentiel de réchauffement planétaire PRP (ou Global Warming Potential GWP) mais également via la consommation du carburant pour entraîner le compresseur ;
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des émissions de particules fines (NOx) nuisibles pour la santé humaine ;
-
une émission du bruit notamment lors des livraisons urbaines tôt le matin ou tard le soir ;
-
une dépendance énergétique aux carburants fossiles.
Consciente de ces désavantages, l’industrie du transport frigorifique, encouragée par le pouvoir public, est à la recherche de solutions innovantes, énergétiquement sobres mais efficaces et à faible impact environnemental. Parmi les solutions d’avenir, on trouve le froid cryogénique qui consiste à refroidir une caisse isotherme d’un véhicule avec de l’azote liquide ou du CO2 (solide ou liquide), technologie ne datant pas d’aujourd’hui.
Les premiers groupes cryogéniques pour le transport frigorifique remontent aux années 1970, ils étaient plutôt à injection directe (figure 1). Pourtant, le déploiement industriel et commercial de cette technologie est resté marginal, en raison des bas prix du carburant et surtout de l’absence des contraintes réglementaires et environnementales, notamment en zones urbaines. De plus, il était nécessaire de disposer de stations de recharge, en adéquation avec les distances à parcourir.
Depuis une dizaine d’années, dans divers pays, des groupes cryogéniques ont été installés et exploités dans les conditions réelles par de nombreuses entreprises de transport frigorifique, en particulier en Europe, aux USA et en Afrique du Sud. Cependant, les principales solutions proposées, notamment pour les camions et les semi-remorques, étaient généralement basées sur une technologie d’injection directe de l’azote liquide dans la caisse isotherme afin de refroidir le contenu. Cette technologie est efficace, mais elle n’est pas sans risque pour le conducteur de camion, qui doit attendre que l’atmosphère s’ajuste avant d’entrer dans la boîte (risque de déficience en oxygène, donc anoxie). C’est principalement pour cette raison que plusieurs solutions cryogéniques à injection indirecte ont été développées tout récemment, elles allient ainsi sécurité, performance, silence et impact réduit sur l’environnement.
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KEYWORDS
semitrailer | small box | container | liquid nitrogen | cryogenic cooling | carbon dioxide
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Solutions cryogéniques mises sur le marché
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2. Mise en œuvre d’une solution cryogénique
Ces nouveaux groupes cryogéniques nécessitent une infrastructure adaptée pour la partie recharge en fluide, partie fixe de la solution : la station de remplissage (figure 4).
Ladite station comprend un stockage liquide, une ligne de transfert et une borne de remplissage avec connecteur pour le réservoir embarqué sur le véhicule. Il existe aujourd’hui des stations industrielles faites pour une opération simple et automatisée au niveau du conducteur .
Le groupe de froid installé sur le VI comprend un réservoir de stockage du fluide, une ou plusieurs lignes de transfert vers un ou plusieurs évaporateurs, un système de commande, un système de gestion de l’alimentation électrique du groupe et une panoplie de vannes et évents, comme le montre la figure 5.
Dans les applications VUL et petits conteneurs isothermes, le principe est le même mais seul le CO2 est directement stocké sous forme solide dans un échangeur. Cela évite d’embarquer un réservoir cryogénique liquide pour ces plus faibles volumes de caisse à maintenir en température.
2.1 Critères de sélection
Les points communs des solutions cryogéniques permettent de répondre aux attentes sociétales, environnementales et des utilisateurs :
-
réduction des émissions sonores en distribution urbaine ;
-
réduction des émissions polluantes (CO2 et particules fines) ;
-
amélioration de la qualité et de la performance de la chaîne du froid ;
-
polyvalence et souplesse d’utilisation (mono, bi ou multi-températures, plusieurs compartiments).
Ensuite, les critères de sélection entre CO2 et azote liquide peuvent se synthétiser selon le tableau 1.
Un autre critère important est la disponibilité du fluide dans la géographie concernée et donc la proximité de la production ou pas. Cela a un impact sur le coût logistique d’acheminement du fluide, associé à la solution.
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Mise en œuvre d’une solution cryogénique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - UNEP - Report of the Refrigeration, - Air conditioning and Heat Pumps Technical Options Committee (2010).
-
(2) - CAVALIER (G.), DEVIN (E.), MICHINEAU (T.), VANNSON (F.), THOMAS (G.) - Refrigerants leakage in the refrigerated transport sector, - 4th IIR International Conference on Sustainability and the cold chain, Auckland NZ, 7-9 April 2016.
-
(3) - YOUBI IDRISSI (M.), CAVALIER (G.), SUQUET (T.) - Tests de qualification ATP des groupes cryogéniques indirects multitempératures, - Revue Générale du Froid & du Conditionnement d’Air, N° 1139, PP. 32-38 (2013).
-
(4) - METCALF (P.), McCAHEY (A.), FENNELL (D.), TEYSSANDIER (E.), OWEN (N.) - Developments in transport refrigeration systems using Liquid Nitrogen expansion and mechanical vapour compression. - International “Conference of Cryogenics and Refrigeration Technology”, Bucharest June 22 – 25 (2016).
-
(5) - ALGOET (J.), BERNARD (J.-P.), CLOAREC (A.), GOMEZ (P.), KOWALEWSKI (P.), OZTAS (C.), C. - Réfrigération et surgélation...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Encyclopédie des gaz Air Liquide https://encyclopedia.airliquide.com/fr
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Salon International des Solutions de Transport Routier et Urbain : Solutrans, a lieu tous les deux ans à Lyon (années impaires). https://www.solutrans.eu/
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PIEK Label de certification de véhicules et d’équipement ayant des émissions de bruit respectant un seuil lors des livraisons de commerce de détail la nuit. (version 2015)
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Accord International sur le Transport des denrées Périssables (ATP) (version applicable du 19 décembre 2016).
Accord européen relatif au transport...
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