Le système de Climatisation Automobile

Dans le monde de la réfrigération et de la climatisation, le CO2 (R 744) joue un rôle de plus en plus important. En effet, on cherche en permanence à développer de nouvelles technologies frigorifiques et de nouvelles solutions faisant usage d’une matière écologique. Cela explique la progression de l’utilisation du CO2 en tant que fluide caloporteur ou réfrigérant dans le secteur.

Les industriels veulent réduire l'impact des climatisations automobiles sur le réchauffement climatique.

Les systèmes de climatisation automobile sont en sursis. Le carburant consommé pour les alimenter, de même que les gaz réfrigérants utilisés, contribuent au réchauffement climatique. Mais de nouveaux fluides frigorigènes ont déjà fait l'objet d'expérimentation, tel le dioxyde de carbone (CO₂). Une alternative jugée crédible par de nombreux équipementiers en Europe, dont Delphi, qui a récemment présenté son nouveau prototype alimenté au CO2.

Le dispositif, dans son principe, est comparable à celui d'une climatisation classique. Il met en œuvre un fluide frigorigène, ici le CO₂, qui a pour propriétés d'absorber la chaleur en s'évaporant et de la libérer en se condensant.

« Nous avons dû repenser la structure de tous les composants, de façon à ce qu'ils résistent à de fortes pressions ", explique l’ingénieur en chef des systèmes thermiques avancés chez Delphi. Le dioxyde de carbone, en effet, impose des pressions de fonctionnement nettement supérieures aux machines classiques : une pression de 130 bars.

Comme tout climatiseur, celui développé par Delphi respecte un cycle compliqué qui se décompose en quatre phases. Au départ, le compresseur comprime le gaz carbonique, et élève sa pression et sa température, qui atteignent respectivement 130 bars et 165 °C (16 bars et 80 °C dans un système classique fonctionnant au R134a, un hydrofluorocarbure).

Le fluide frigorigène réchauffé pénètre ensuite dans un refroidisseur de gaz, où il cède une partie de sa chaleur. La conception de cet élément a dû être entièrement modifiée pour le rendre compatible avec la technologie CO₂. Ainsi, ce tube plat en aluminium est extrudé, donc obtenu par écoulement de métal dans une filière profilée. En outre, il est percé de minicanaux de 0,5 mm de diamètre, capables de résister aux hautes pressions. C'est à cet endroit qu'un échange thermique avec l'air extérieur se produit, qui a pour effet de refroidir le gaz.

La troisième étape se déroule au niveau du détendeur qui fait baisser la pression à une trentaine de bars.

Ainsi, le réfrigérant se liquéfie tout en se refroidissant, pour atteindre environ 0 °C. Enfin, le fluide frigorigène atteint l'évaporateur, où un nouvel échange thermique se produit. C'est l'étape décisive au cours de laquelle l'automobiliste voit la température se rafraîchir dans son habitacle.

Le cycle peut alors recommencer. Toutefois, le fluide ne revient pas directement au compresseur. Il est réinjecté dans le cycle pour abaisser la température du CO₂ circulant entre le refroidisseur de gaz et le détendeur. « Cet échangeur de chaleur interne, qui contribue à améliorer les performances thermodynamiques du CO₂, est la caractéristique majeure du système ».

Embarqué sur une Audi A4 pour la démonstration, le prototype est également capable de réchauffer rapidement l'habitacle, en inversant le cycle. Dans ce cas, la chaleur est directement communiquée au liquide de refroidissement, puis à l'habitacle au moyen d'un radiateur de chauffage. « Inédite, cette technologie est un atout en termes de sécurité ». Puisque l'échangeur se trouve à l'extérieur, sous le capot, sont éliminés les risques de fuite du fluide à haute pression dans la cabine.

Le surcoût ne devrait pas être supérieur à quelques dizaines d'euros. « Nous n'avons guère le choix. Si cela est confirmé , la législation européenne nous imposera d'équiper les nouveaux modèles de voitures avec de nouveaux fluides réfrigérants dont le " global warming potential" (GWP) est inférieur à 150. "

C'est le cas du CO₂ qui, même s'il est connu pour contribuer à l'effet de serre, présente un impact environnemental bien inférieur aux gaz utilisés actuellement. Outre-Atlantique, c'est une autre alternative qui semble s'imposer, celle d'un R134a amélioré, pour lequel les risques de fuite seraient limités. A venir, une nouvelle guerre des standards.

Mercedes-Benz ira même au-delà des normes imposées par l’UE en matière de protection du climat.

Dès 2017, équipera en Europe ses Classe S et Classe E de systèmes de climatisation au CO₂, ces modèles devenant ainsi les premières voitures particulières dotées de cette technologie. Ces nouveaux systèmes reposent sur les normes DIN définies par la commission des normes automobiles de l’association allemande de l’industrie automobile (VDA). Capables d’offrir des performances de refroidissement élevées et particulièrement rapides, les systèmes de climatisation au CO₂ garantissent une atmosphère intérieure agréable dans des délais très courts, même lorsque les températures sont fort élevées. Ultra-respectueux de l’environnement, ces systèmes constituent la solution durable la plus efficace parmi les dispositifs de conditionnement d’air.