Les réfrigérateurs et congélateurs, appareils de stockage à basse température à usage domestique et commercial, ont connu des évolutions constantes dans le choix des fluides frigorigènes, axées sur l'adaptabilité de leur efficacité et le respect des réglementations environnementales. Les types et caractéristiques les plus courants, à différentes étapes de leur développement, répondent parfaitement aux besoins de ces appareils.
Premières applications courantes : Utilisation des fluides frigorigènes CFC « à haute efficacité mais très nocifs »
Des années 1950 aux années 1990, le R12 (dichlorodifluorométhane) était le fluide frigorigène dominant. Grâce à ses propriétés thermodynamiques, parfaitement adaptées aux besoins de conservation à basse température (température d'évaporation standard de -29,8 °C), il répondait aisément aux exigences de température des compartiments réfrigérateur (0-8 °C) et congélateur (inférieur à -18 °C). De plus, sa grande stabilité chimique et son excellente compatibilité avec les tuyauteries en cuivre, les parois en acier et les huiles lubrifiantes minérales des réfrigérateurs limitaient considérablement les risques de corrosion et d'obstruction des canalisations, garantissant ainsi une durée de vie de l'appareil supérieure à 10 ans.
Le R12 possède un potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone (PAO) de 1,0 (valeur de référence) et un potentiel de réchauffement global (PRG) d'environ 8 500, ce qui en fait un puissant gaz à effet de serre. Depuis l'entrée en vigueur du Protocole de Montréal en 1996, l'utilisation du R12 dans les congélateurs neufs est progressivement interdite à l'échelle mondiale. Actuellement, seuls certains équipements anciens contiennent encore des résidus de ce fluide frigorigène et se trouvent confrontés au problème de l'absence de sources alternatives lors de la maintenance.
Phase de transition : Limites du « remplacement partiel » par des fluides frigorigènes HCFC
Pour assurer la transition vers un nouveau fluide frigorigène, le R22 (difluoromonochlorométhane) a été brièvement utilisé dans certains congélateurs commerciaux (notamment ceux des petites supérettes). Son avantage réside dans ses performances thermodynamiques proches de celles du R12, sans nécessiter de modifications importantes du compresseur et du réseau de canalisations, et dans son potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone (PAO) réduit à 0,05, ce qui diminue considérablement son impact sur la couche d'ozone.
Cependant, les inconvénients du R22 sont également évidents : d’une part, son potentiel de réchauffement global (PRG) d’environ 1 810 le classe parmi les gaz à effet de serre les plus puissants, ce qui ne correspond pas à la tendance environnementale à long terme ; d’autre part, son efficacité frigorifique (COP) est inférieure à celle du R12, ce qui entraîne une augmentation de la consommation d’énergie d’environ 10 à 15 % lorsqu’il est utilisé dans les réfrigérateurs domestiques. C’est pourquoi il n’est pas devenu le fluide frigorigène dominant dans ces appareils. Avec l’élimination progressive et accélérée des HCFC à l’échelle mondiale en 2020, le R22 a quasiment disparu des applications dans le domaine des réfrigérateurs et congélateurs.
I. Fluides frigorigènes courants actuels : Adaptation des HFC et des fluides frigorigènes à faible PRG en fonction du scénario
Actuellement, le choix des fluides frigorigènes pour réfrigérateurs sur le marché présente les caractéristiques d’une « différenciation entre usage domestique et commercial, et d’un équilibre entre protection de l’environnement et coût », principalement divisé en deux types principaux, s’adaptant aux besoins fonctionnels des différents équipements :
1. Petits congélateurs : « Domination stable » des fluides frigorigènes
Le R134a (tétrafluoroéthane) est le fluide frigorigène le plus couramment utilisé dans les réfrigérateurs actuels (notamment les modèles d'une capacité inférieure à 200 L), représentant plus de 70 % du marché. Ses principaux avantages résident dans trois aspects : premièrement, il respecte les normes environnementales, avec un potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone (PAO) de 0, éliminant ainsi tout risque de destruction de la couche d'ozone et se conformant aux exigences fondamentales des réglementations environnementales internationales ; deuxièmement, ses performances thermodynamiques sont optimales, avec une température d'évaporation standard de -26,1 °C, ce qui, associé au compresseur haute performance du réfrigérateur, permet de maintenir une température stable dans le compartiment congélateur entre -18 °C et -25 °C ; enfin, son efficacité frigorifique (COP) est de 8 à 12 % supérieure à celle du R22, contribuant ainsi à réduire la consommation d'énergie de l'appareil. Troisièmement, il offre une sécurité fiable, appartenant à la classe des réfrigérants A1 (non toxiques et ininflammables), même en cas de légère fuite, il ne présente aucun risque pour la sécurité de l'environnement familial et est compatible avec les pièces en plastique et l'huile de lubrification du compresseur à l'intérieur du réfrigérateur, avec un faible taux de défaillance.
De plus, certains réfrigérateurs domestiques de moyenne et haute gamme utilisent le R600a (isobutane, un hydrocarbure), un fluide frigorigène naturel dont le potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone (PAO) est nul et le potentiel de réchauffement global (PRG) de seulement 3. Ses performances environnementales sont bien meilleures que celles du R134a, et son efficacité frigorifique est de 5 à 10 % supérieure, ce qui permet de réduire davantage la consommation d'énergie. Cependant, le R600a appartient à la classe A3 (fluides frigorigènes hautement inflammables) et, lorsque sa concentration volumique dans l'air atteint 1,8 à 8,4 %, il explose au contact d'une flamme nue. Par conséquent, son utilisation est limitée aux réfrigérateurs domestiques (la quantité de réfrigérant est strictement limitée à 50-150 g, bien inférieure à celle des équipements commerciaux), et le réfrigérateur doit être équipé de dispositifs de détection de fuites (tels que des capteurs de pression) et de compresseurs antidéflagrants, avec un coût 15 à 20 % supérieur à celui des modèles R134a, ce qui explique sa faible diffusion.
2. Congélateurs commerciaux / grands réfrigérateurs : « Pénétration progressive » des fluides frigorigènes à faible PRG
Les congélateurs commerciaux (comme les îlots de supermarché) sont soumis à des exigences plus strictes en matière de protection de l'environnement et d'efficacité frigorifique des fluides frigorigènes, en raison de leur grande capacité (généralement supérieure à 500 litres) et de leur forte consommation de froid. Actuellement, les principaux modèles se répartissent en deux catégories :
(1) Mélanges d'HFC : « Adaptation à charge élevée » du R404A
Le R404A (un mélange de pentafluoroéthane, de difluorométhane et de tétrafluoroéthane) est le fluide frigorigène le plus couramment utilisé dans les congélateurs commerciaux basse température (comme les congélateurs à congélation rapide à -40 °C), représentant environ 60 % du marché. Son principal avantage réside dans ses performances frigorifiques exceptionnelles à basse température : à une température d’évaporation de -40 °C, sa capacité frigorifique est 25 à 30 % supérieure à celle du R134a, ce qui permet de répondre rapidement aux besoins de conservation à basse température des congélateurs. De plus, il appartient à la classe A1 (non toxique et ininflammable) et peut être chargé en quantités allant jusqu’à plusieurs kilogrammes (bien supérieures à celles des réfrigérateurs domestiques), sans risque d’inflammabilité, ce qui le rend adapté au fonctionnement à forte charge des grands congélateurs.
Cependant, les inconvénients du R404A en matière de protection de l'environnement sont de plus en plus évidents. Son potentiel de réchauffement global (PRG) atteint 3 922, ce qui le classe parmi les gaz à effet de serre les plus puissants. Actuellement, l'Union européenne et d'autres régions ont mis en place des réglementations visant à limiter son utilisation (par exemple, l'interdiction d'utiliser des fluides frigorigènes dont le PRG est supérieur à 2 500 dans les nouveaux congélateurs commerciaux produits après 2022). Par conséquent, le R404A est progressivement remplacé par des fluides frigorigènes à faible PRG.
(2) Types à faible PRG : « Alternatives environnementales » au R290 et au CO₂
Dans un contexte de réglementation environnementale renforcée, le R290 (propane) et le CO₂ (R744) sont devenus des choix émergents pour les congélateurs commerciaux, s'adaptant à différents besoins dans différents scénarios :
R290 (propane)Principalement utilisé dans les petits congélateurs commerciaux (comme les congélateurs horizontaux des supérettes), le R290 présente un potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone (PAO) nul et un potentiel de réchauffement global (PRG) d'environ 3, garantissant ainsi une protection environnementale optimale. Son efficacité frigorifique est de 10 à 15 % supérieure à celle du R404A, ce qui permet de réduire la consommation énergétique des congélateurs commerciaux (fonctionnant généralement plus de 20 heures par jour, les coûts énergétiques représentant une part importante de leur budget). Cependant, le R290 appartient à la classe A3 (fluide frigorigène hautement inflammable) et la quantité chargée doit être strictement limitée à 200 g (son utilisation est donc restreinte aux petits congélateurs). De plus, le congélateur doit être équipé de compresseurs antidéflagrants, de canalisations étanches (comme des tuyaux en alliage cuivre-nickel) et d'un système de ventilation et de dissipation thermique performant. Actuellement, il est présent dans plus de 30 % des congélateurs des supérettes européennes.
CO₂ (R744)Principalement utilisé dans les congélateurs commerciaux à très basse température (comme les congélateurs pour échantillons biologiques à -60 °C), le CO₂ possède une température d'évaporation standard de -78,5 °C, permettant un stockage à très basse température sans système de réfrigération en cascade complexe. Son potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone (PAO) est de 0 et son potentiel de réchauffement global (PRG) de 1, ce qui garantit une protection environnementale irremplaçable. Non toxique et ininflammable, il offre une sécurité supérieure au R290. Cependant, le CO₂ a une température critique basse (31,1 °C). Lorsque la température ambiante dépasse 25 °C, la technologie du « cycle transcritique » est nécessaire, ce qui entraîne une pression de compresseur élevée (10 à 12 MPa) et requiert l'utilisation de canalisations en acier inoxydable haute résistance et de compresseurs haute pression. Le coût est alors 30 à 40 % plus élevé que pour les congélateurs utilisant du R404A. Par conséquent, il est actuellement principalement utilisé dans des scénarios présentant des exigences extrêmement élevées en matière de protection de l'environnement et de basses températures (comme les congélateurs pour la recherche médicale et scientifique).
II. Tendances futures des fluides frigorigènes : un faible PRG et une sécurité élevée deviennent des orientations essentielles.
Conjuguées aux réglementations environnementales mondiales (telles que le règlement européen sur les gaz fluorés et le plan de mise en œuvre du protocole de Montréal par la Chine) et aux améliorations technologiques des équipements, les fluides frigorigènes pour réfrigérateurs et congélateurs présenteront trois grandes tendances à l'avenir :
réfrigérateurs domestiquesLe R600a remplace progressivement le R134a. Grâce à la maturité des technologies anti-fuite et anti-explosion (telles que les nouveaux joints d'étanchéité et les dispositifs de coupure automatique des fuites), son coût diminuera progressivement (une baisse de 30 % est prévue dans les 5 prochaines années), et ses avantages en termes de respect de l'environnement et d'efficacité frigorifique seront mis en avant. On prévoit que la part du R600a dans les réfrigérateurs domestiques dépassera 50 % d'ici 2030, devenant ainsi le fluide frigorigène dominant.
Congélateurs commerciaux« Développement à double voie » des mélanges de CO₂ et de HFO : pour les congélateurs commerciaux à très basse température (inférieure à -40 °C), la maturité technique du CO₂ continuera de s'améliorer (notamment grâce aux compresseurs à cycle transcritique à haut rendement), et son coût diminuera progressivement, sa part devant dépasser 40 % d'ici 2028 ; pour les congélateurs commerciaux à température moyenne (de -25 °C à -18 °C), le R454C (un mélange de HFO et de HFC, PRG ≈ 466) deviendra la norme, avec des performances frigorifiques proches de celles du R404A, et appartenant à la classe de fluides frigorigènes A2L (faible toxicité et faible inflammabilité), sans restrictions strictes sur la quantité de charge, assurant un équilibre entre protection de l'environnement et praticité.
normes de sécurité amélioréesDe la « protection passive » à la « surveillance active » – quel que soit l’équipement (domestique ou commercial), les futurs systèmes de réfrigération seront généralement équipés de fonctions de « surveillance intelligente des fuites + traitement automatique d’urgence » (telles que des capteurs de fuite laser pour les réfrigérateurs domestiques, des alarmes de concentration et des dispositifs de liaison de ventilation pour les congélateurs commerciaux), en particulier pour les réfrigérants inflammables tels que le R600a et le R290, afin d’éliminer les risques potentiels pour la sécurité par des moyens techniques et de promouvoir la popularisation à grande échelle des réfrigérants à faible PRG.
III. Priorité de la correspondance avec les scénarios principaux
Pour répondre aux besoins des différents utilisateurs, les principes suivants peuvent être suivis lors du choix des fluides frigorigènes pour réfrigérateurs :
Pour les particuliers : privilégiez les modèles R600a (qui offrent un bon compromis entre protection de l’environnement et économies d’énergie). Si votre budget le permet (comptez 200 à 500 yuans de plus que pour les modèles R134a), optez pour un réfrigérateur utilisant le réfrigérant R600a. Sa consommation d’énergie est inférieure de 8 à 12 % à celle des modèles R134a, et il est plus respectueux de l’environnement. Après l’achat, veillez à ne pas placer l’arrière du réfrigérateur (où se trouve le compresseur) à proximité de flammes nues et vérifiez régulièrement l’étanchéité des joints de porte afin de limiter les risques de fuite.
Utilisateurs commerciaux :Choisissez en fonction des besoins de température (en conciliant coût et protection de l'environnement) : les congélateurs à température moyenne (comme ceux des supérettes) peuvent opter pour des modèles R290, avec des coûts de consommation d'énergie d'exploitation à long terme plus faibles ; pour les congélateurs à très basse température (comme les appareils de surgélation), si le budget le permet, les modèles CO₂ sont préférables, car ils sont conformes à l'évolution des réglementations environnementales et évitent le risque d'une future élimination progressive ; si la sensibilité aux coûts à court terme est un souci, les modèles R454C peuvent être choisis comme solution transitoire, offrant un bon compromis entre performance et protection de l'environnement.
Entretien et remplacementIl est impératif d'utiliser le même type de réfrigérant que celui d'origine. Lors de l'entretien d'anciens réfrigérateurs et congélateurs, ne remplacez pas le réfrigérant de manière arbitraire (par exemple, en remplaçant le R134a par du R600a), car les différents réfrigérants ont des exigences différentes en matière de lubrification du compresseur et de pression dans les canalisations. L'utilisation de réfrigérants mixtes peut endommager le compresseur ou entraîner une panne du système de réfrigération. Il est nécessaire de faire appel à un professionnel pour l'ajout de réfrigérant, en respectant le type indiqué sur la plaque signalétique de l'appareil.
Date de publication : 29 août 2025 Vues :