Pompe à chaleur : évolution des fluides frigorigènes, le gaz R32 et ensuite ?
Dans la documentation technique relative aux pompes à chaleur et aux systèmes de climatisation, vous trouverez souvent quelques informations sur le fluide frigorigène utilisé dans l’appareil. On vous parle de gaz R32, R407C et autres R410A en évoquant leur performance énergétique comme leur impact écologique. S’il est indispensable au fonctionnement de la PAC, le produit n’en est pas moins dangereux pour l’environnement. Dans cet article, Saunier Duval vous propose un tour d’horizon du marché des fluides frigorigènes actuels, de leur utilité, leur évolution et des contraintes imposées par la réglementation F-Gaz.
Qu’est-ce qu’un fluide frigorigène ?
Pour mieux comprendre les contraintes réglementaires, penchons-nous rapidement sur l’utilisation du fluide frigorigène dans les pompes à chaleur (PAC) et les climatiseurs.
Le rôle du fluide frigorigène
Le fluide frigorigène n’est autre qu’un liquide caloporteur permettant, dans une PAC, de transférer la chaleur captée dans l’environnement extérieur vers l’intérieur du logement. Voici les différentes étapes du cycle qu’il accomplit pour satisfaire vos besoins en chauffage et eau chaude sanitaire :
- 1-L’évaporation
Même en plein hiver, l’air extérieur contient de la chaleur engendrée par l’action du soleil sur notre atmosphère, une énergie gratuite et inépuisable utilisée par les pompes à chaleur de type aérothermique (Climatisation réversible et PAC air-eau).
Cette chaleur est amenée vers l’unité extérieure de la PAC par le biais d’un ventilateur. Sous son action, le fluide frigorigène se transforme en gaz avant de poursuivre sa progression dans le circuit. - 2-L’échauffement
Le gaz arrive au niveau du compresseur. L’augmentation de pression a pour effet d’élever sa température de manière significative.
- 3-La condensation
Arrivé au condenseur, le circuit frigorigène croise celui contenant l’eau de chauffage, de retour des radiateurs ou du plancher chauffant de la maison. La différence de température entre les deux circuits provoque la condensation du gaz qui transfère sa chaleur à l’eau de chauffage. Cette dernière peut alors repartir vers les différentes pièces du logement, chargée d’une énergie nouvelle.
Le gaz, quant à lui, a retrouvé sa forme liquide.
- 4-Le refroidissement
La température du fluide frigorigène a baissé légèrement lors de l’étape précédente. Le détendeur achève de le refroidir en en diminuant la pression.
Le produit retourne vers son point de départ ; il est prêt pour un nouveau cycle.
Le principe est le même pour la climatisation. Dans une pompe à chaleur réversible ou un climatiseur, le fluide frigorigène génère un effet réfrigérant en transportant la chaleur en sens inverse, de l’intérieur vers l’extérieur de l’habitation.
Les caractéristiques du fluide frigorigène
Pour assurer sa livraison de chaleur, il est nécessaire que le fluide possède certaines propriétés :
- Une certaine volatilité
Le fluide doit être capable de se transformer en gaz à basse température, sous l’effet des calories captées en extérieur.
- La performance thermique
Le gaz doit également présenter une grande capacité à transporter la chaleur (pour mieux la transférer au circuit de chauffage).
Ces propriétés combinées ne sont pas si courantes. Elles se retrouvent généralement dans des substances relativement dangereuses et nocives pour l’environnement.
Il importe donc de considérer deux autres caractéristiques du fluide :
- L’impact sur l’environnement
De nombreux fluides frigorigènes sont précurseurs de gaz à effet de serre. On parle de leur Pouvoir de Réchauffement Global, ou PRG (GWP en anglais, Global Warming Potential), exprimé en équivalents CO2.
Certains peuvent également contribuer à la détérioration de la couche d’ozone. On parle de leur Potentiel de Déplétion d’Ozone, ou DPO.
- La difficulté de mise en œuvre
Les gaz frigorigènes peuvent être inflammables, toxiques ou difficiles à recycler.
À savoir : le produit est circonscrit au circuit frigorigène du climatiseur ou de la pompe à chaleur. Ce dernier est parfaitement hermétique et soumis à un entretien régulier pour éviter tout risque de fuite.
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Les différents types de fluides frigorigènes
On dénombre 3 grandes familles de fluides frigorigènes. Les noms commerciaux sont indiqués entre parenthèses :
- Les CFC ou chlorofluorocarbures (R12)
- Les HCFC ou hydrochlorofluorocarbures (R22)
- Les HFC ou hydrofluorocarbures (R134a, R407c, R410a, R404a, R32)
Les deux premiers contiennent les éléments chlore et fluor. Ils sont à la fois nocifs pour la couche d’ozone et précurseurs de gaz à effet de serre. Leur mise sur le marché est depuis longtemps interdite.
Les HFC ne contiennent pas de chlore et n’ont pas d’impact sur la couche d’ozone. En revanche, leur PRG est toujours significatif, plus ou moins important selon les produits.
Quelques gaz frigorigènes courants :
| Nature | DPO | PRG | Type | |
|---|---|---|---|---|
| R12 | CFC | 0,82 | 10 900 | Pur |
| R22 | CFC | 0,05 | 1 810 | Pur |
| R134a | HFC | 0 | 1 430 | Pur |
| R407c | HFC | 0 | 1 800 | Mélange |
| R410a | HFC | 0 | 2 088 | Mélange |
| R417a | HFC | 0 | 2 300 | Mélange |
| R404a | HFC | 0 | 3 900 | Mélange |
| R422d | HFC | 0 | 2 700 | Mélange |
| R32 | HFC | 0 | 675 | Pur |
Fluides frigorigènes : que dit la réglementation F-Gaz ?
Suite au protocole de Kyoto puis à l’Accord de Paris, de nombreuses nations se sont engagées à réduire drastiquement leurs émissions de gaz à effet de serre afin de préserver l’environnement et limiter le réchauffement climatique.
La réglementation européenne CE 517/2014 (aussi appelée F-Gaz) planifie la disparition progressive des HFC (gaz fluorés). Elle prévoit notamment une réduction de leur consommation de près de 80 % d’ici 2030. Elle indique également la manière dont il convient de les produire, les stocker, les transporter, les utiliser, les recycler ou les détruire.
À savoir : seul un professionnel formé et certifié est habilité à manipuler les fluides frigorigènes. Veillez donc à ce que votre chauffagiste dispose de toutes les qualifications nécessaires, en particulier lorsque le fluide frigorigène de votre pompe à chaleur demande à être remplacé.
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L’un des secteurs visés par cette réglementation F-Gaz n’est autre que celui des pompes à chaleur et climatiseurs individuels.
Elle impose des restrictions progressives quant à la mise sur le marché des fluides en fonction de leur PRG, ainsi que des quotas sur la quantité totale autorisée sur le marché européen.
Les restrictions diffèrent selon que le fluide est neuf ou recyclé, qu’il s’agit d’un nouvel équipement, d’un remplacement de fluide ou de la maintenance d’un appareil existant.
Retenons 3 dates principales à partir desquelles certains fluides ne pourront plus être utilisés dans les équipements individuels, sauf cas particulier :
- 1er janvier 2020 : PRG ≥ 2500
- 1er janvier 2025 : PRG ≥ 750
- 1er janvier 2030 : PRG ≥ 150
La majorité des gaz frigorigènes employés dans les pompes à chaleur de type air / eau (les plus courantes) seront donc interdits en 2025. C’est pourquoi les constructeurs étudient d’autres solutions.
Avantages et inconvénients du gaz R32 pour la pompe à chaleur
L’emploi du gaz R32 constitue l’une de ces solutions. Son PRG de 675 reste relativement faible. Il peut donc être utilisé jusqu’en 2030. Examinons-le plus en détail.
- Les avantages du gaz R32
Nous l’avons dit, son impact sur l’environnement est largement moins élevé que celui des autres gaz fluorés encore utilisés. Mais sa performance énergétique est également supérieure. En transportant mieux la chaleur, il vous permet de réaliser quelques économies de chauffage. Une pompe à chaleur utilisant le gaz R32 présente un COP (Coefficient de Performance) plus élevé que celui d’un équipement employant le gaz R410a, encore couramment utilisé. À puissance égale, elle contient moins de fluide et s’en trouve moins volumineuse.
La manipulation du produit est également plus aisée puisqu’il peut être chargé sous forme liquide ou gazeuse dans le circuit. S’agissant d'un composé pur, il se recycle plus facilement que les mélanges.
- Les inconvénients du gaz R32
Le principal inconvénient du gaz R32 réside dans le fait qu’il est légèrement inflammable et appartient à la classe de sécurité A2L. Sa concentration ne peut excéder un certain seuil dans la pièce où l’équipement est installé.
Son utilisation est donc proscrite pour les établissements recevant du public et les constructeurs ont tendance à ne pas l’employer dans les appareils de puissance élevée.
Il ne s’agit enfin que d’une option temporaire puisque, rappelons-le, il devra être remplacé par un autre composé d’ici quelques années.
Quels fluides frigorigènes après 2030 ?
La question se pose donc : quelles solutions adopter pour l’avenir ?
Il apparaît essentiel de trouver le meilleur compromis entre respect de l’environnement, performance énergétique et facilité de mise en œuvre.
Saunier Duval utilise aujourd’hui le fluide R290 (propane pur) dans certains modèles. Ce gaz coche les deux premières cases avec un PRG ne dépassant pas 20 et de bonnes qualités thermiques. Mais il s’avère facilement inflammable. Il n’est donc utilisé que dans le cas de pompes à chaleur dont le circuit frigorigène se situe à l’extérieur de la maison.
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D’autres possibilités que les hydrocarbures sont à l’étude, comme l’ammoniac (R717) ou le dioxyde de carbone (R744). Ces fluides frigorigènes dits « naturels » ne sont pas inflammables mais posent d’autres problèmes comme la corrosion du cuivre provoquée par l’ammoniac pour ne citer que ce seul exemple.
Gageons que la recherche ne s’arrêtera pas là et parviendra à adapter les équipements de chauffage et de climatisation aux contraintes réglementaires en faveur de l’environnement.