Fluides de Travail Naturels pour la Réfrigération par Absorption – AWARE

Les réglementations européennes et mondiales sur les gaz à effet de serre (GES) ne cessent d’évoluer et la plupart des fluides réfrigérants fluorés actuellement utilisés sont concernés par des interdictions. Le système de réfrigération le plus couramment employé est le cycle à compression de vapeur qui fonctionne avec un compresseur mécanique électrique et des hydrofluorocarbures (HFCs). Cette technologie contribue directement et indirectement au réchauffement climatique. En effet, les HFCs ont un potentiel de réchauffement climatique élevé. La contribution indirecte est liée à sa consommation électrique. Afin de réduire les émissions de GES, la recherche de procédés en rupture et l’utilisation de nouveaux fluides frigorigènes s’imposent.

La technologie de réfrigération par absorption qui trouve son application dans le domaine de la climatisation et de la réfrigération a reçu, ces dernières années, une attention croissante principalement pour son efficacité énergétique. Le cycle de réfrigération par absorption de vapeur requiert de l’énergie thermique qui peut provenir d’une source d’énergie propre (géothermie, énergie solaire, récupération de la chaleur industrielle). Dans cette technologie, le compresseur est supprimé et les variations de pression sont liées aux cycles d'absorption/séparation du réfrigérant. Le fluide de travail est un système binaire composé d'un fluide frigorigène à forte volatilité et d'un absorbant moins volatil mais à forte affinité pour le premier. La réfrigération par absorption de vapeur présente plusieurs avantages : elle nécessite peu de travail mécanique, son utilisation est simple et économique et il est possible de sélectionner des paires réfrigérant/absorbant d’origine naturelle. La performance du cycle d'absorption/séparation dépend essentiellement des propriétés thermodynamiques des fluides de travail. Les systèmes d'absorption conventionnels utilisent des combinaisons eau+bromure de lithium pour les applications à température modérée et ammoniac+eau pour des températures plus basses. Néanmoins, la généralisation de ces fluides dans un cycle de réfrigération par absorption ne peut être envisagée en raison de contraintes techniques liées à leur utilisation. De plus, ils présentent des risques pour la santé et ne respectent pas certaines préoccupations environnementales.

Pour surmonter ces limitations et promouvoir la technologie de réfrigération par absorption, notre objectif est de focaliser nos recherches sur de nouvelles paires réfrigérants / absorbants d’origine naturelle. Afin de limiter l'impact environnemental, le réfrigérant naturel étudié sera le dioxyde de carbone (CO2) et l'absorbant sera un composé dérivé de la biomasse. La connaissance détaillée des propriétés thermodynamiques des deux fluides est essentielle pour moderniser et modifier le procédé de réfrigération par absorption de vapeur. Le développement du procédé nécessite également de disposer d'un modèle thermodynamique approprié. L’originalité de ce projet réside dans l’association de trois domaines scientifiques complémentaires couvrant l’ensemble des connaissances nécessaires à la conception de fluides de travail pour la réfrigération par absorption, à savoir : le développement d'outils de simulation ; l'acquisition de nouvelles données expérimentales et la conception de modèles thermodynamiques.La méthodologie consistera tout d’abord à sélectionner des absorbants biosourcés compatibles avec le CO2 en se basant sur des données thermophysiques existantes et en réalisant des simulations moléculaires dynamiques pour estimer les propriétés clés manquantes. Ensuite une campagne de mesures expérimentales des propriétés calorimétriques et de transport sera réalisée sur les systèmes sélectionnés. Enfin, les données expérimentales seront utilisées pour le développement de modèles thermodynamiques efficaces qui permettront de déterminer la performance des fluides de travail et d'optimiser l'efficacité des cycles thermodynamiques.