Froid commercial - Meubles frigorifiques de vente et chambres froides pour GMS (grande et moyenne surfaces)

Présentation du secteur

Le secteur du froid commercial est composé de quatre sous-secteurs dotés d’équipements de taille et de structure d’installations différentes :

• les hypermarchés,
• les supermarchés,
• les groupes de condensation équipant les petits commerces,
• les groupes hermétiques équipant les petits commerces et les distributeurs automatiques.



Les hypermarchés et les supermarchés disposent d’installations centralisées, avec une salle de machines où deux séries de centrales frigorifiques fonctionnent, l’une entre -10 et –15 °C pour la conservation des produits frais et l’autre aux environs de -35 à – 38 °C pour les produits surgelés. Il est à noter que 80 % de la puissance frigorifique et 75 % des charges de fluides se trouvent dans les centrales dites de froid positif (–10 à – 15 °C).

Les « petits commerces » sont équipés de groupes de condensation ou de groupes intégrés (dits stand-alone). Ces équipements sont utilisés dans les commerces alimentaires de détail, du spécialiste alimentaire à la supérette, les bars, hôtels et restaurants, les stations-services ainsi que les stations d’autoroute. Les distributeurs automatiques de boissons réfrigérées sont uniquement équipés de petits groupes hermétiques.

Les études effectuées par ARMINES sur le terrain, pour les inventaires, ont montré qu’il était possible d’établir des ratios de charge en fluide frigorigène par m2 pour les supermarchés et hypermarchés et que les surfaces de vente sont des données accessibles statistiquement en France et dans la plupart des pays européens.

PARC HYPERMARCHES	2009	2010	2011	2012
Nombre de magasins	1 526	1 748	1 827	1 968
Surface moyenne par magasin (m²)	5 561	5 527	5 416	5 400
Nouvelles surfaces de vente (m²)	355 079	1 158 066	220 935	369 000
Tableau 5.4 Nouvelles surfaces de ventes en hypermarchés en France de 2009 à 2012

Comme le fait voir le tableau 5.5, le R-404A est le fluide largement dominant du fait de sa polyvalence pour le froid « positif » et le froid à basse température où on va trouver des centrales dites positives (-12 °C) et négatives (-38 °C) fonctionnant avec ce fluide. Le système de référence, dominant le marché neuf depuis plusieurs années, est, dans ce secteur, le système centralisé à détente directe utilisant le R-404A froid négatif et froid positif. En 2011, la banque de R-404A du froid commercial représentait environ 5 800 t, dont 1 700 t dans les hypermarchés.

Nouvelles installations hypermarchés	R-404A/R-507	HFC-134a	R-410A	R-407C	CO2
2011	82 %	10 %	2 %	0 %	5 %
Tableau 5.5 Fluides sur le marché neuf en hypermarchés

Il faut insister sur le fait que le concept d’hypermarchés ne se déploie que dans les pays où les heures d’ouverture quotidiennes sont de 12 heures, de 9h à 21h, et que ces magasins sont donc absents de toute l’Europe du nord à l’exception de la Grande-Bretagne. Les puissances frigorifiques sont 4 fois supérieures en moyenne aux puissances frigorifiques des centrales de supermarchés. De là des options techniques différentes. Le parc des supermarchés est lui aussi bien répertorié (tableau 5.6).

PARC SUPERMARCHES	2009	2010	2011	2012
Nombre de magasins	5 437	5 381	5 507	5 702
Surface moyenne par magasin (m²)	1 284	1 288	1 304	1 320
Estimation des nouvelles surfaces de vente (m2)	18 570	0	250 400	122 357
Tableau 5.6 Evolution du nombre de supermarchés en France de 2009 à 2012 (source INSEE)

La répartition des fluides en supermarché est un peu plus orientée vers le HFC-134a du fait de la taille plus petite des installations, mais le R-404A est toujours le fluide dominant (tableau 5.7).

Nouvelles installations supermarchés	R-404A	HFC-134a	R-410A	CO2
2010	87 %	12 %	1 %	0 %
2011	78 %	20 %	1 %	1 %
Tableau 5.7 Fluides sur le marché neuf en supermarchés

La banque de R-404A en supermarchés est évaluée à 1 250 t en 2011 [BAR12] et estimée à 1 350 t en 2012.

Le parc des installations des petits commerces est moins précisément connu. Une estimation peut être faite à partir du nombre de petits commerces. Les fluides utilisés sont le HFC-134a, majoritaire dans les groupes hermétiques, et le R-404A, majoritaire dans les groupes de condensation. La banque de fluides frigorigènes dans les installations des petits commerces est ainsi estimée à :

• 500 t de fluides frigorigènes dans les meubles utilisant des groupes hermétiques en 2011, dont 4/5 de HFC-134a et 1/5 de R-404A
• 1 300 t de fluides frigorigènes dans les meubles avec groupes de condensation dont 850 t de R-404A et près de 200 t de HFC-134a

Alternatives aux systèmes à détente directe utilisant le R-404A en froid positif seul ou froid négatif et positif

Plusieurs alternatives à l'utilisation du R-404A en systèmes à détente directe sont disponibles sur le marché européen et mises en oeuvre depuis plusieurs années.

Pour les hypermarchés où la puissance frigorifique à -12 °C est de l’ordre de 800 kW et de 125 à 200 kW pour la basse température (-38 °C) avec plusieurs centrales frigorifiques implantées dans une salle des machines, le concept le plus avancé est de fonctionner en détente directe, en CO2 à la basse température avec une condensation autour de -10 °C sur un circuit d’eau glycolée, qui constitue le système indirect à la moyenne température, avec des centrales fonctionnant au HFC-134a. Les installations de ce type sont déjà dénombrées à plus de 400 en France en hyper et supermarchés. Pour le futur, le R-1234yf pourra aisément remplacer le HFC-134a.

Une autre alternative est la solution CO2 transcritique mais, même si elle utilise un fluide de GWP = 1, elle présente plusieurs inconvénients : pression de fonctionnement élevée pouvant causer des problèmes de sécurité et de fiabilité ; elle n’est pas adaptée au climat chaud, le coût d'investissement est élevé, une formation est nécessaire pour la maintenance.

Pour les supermarchés, Il faut noter plusieurs tendances clés qui se sont mises en place au niveau des pays Nord européens et dans une bien moindre mesure en France, à savoir l’implantation de centrales frigorifiques entièrement au CO2 aussi bien pour la basse que la moyenne température. On retrouvera une architecture en « cascade ». Le CO2 pour la production frigorifique à -12 °C va fonctionner avec un cycle à changement de phase classique jusqu’à des températures d’air extérieur de 18 à 20 °C et des pressions de condensation supérieures à 50 bar. Au-delà, le cycle sera transcritique avec une haute pression de 90 à 100 bar, ce qui requiert bien sûr des échangeurs spécialement conçus à cet effet. Sur l’ensemble de l’Europe, on dénombre plus de 1 300 magasins équipés de ces systèmes (y compris les systèmes en cascade CO2/HFC-134a) sur un nombre total de supermarchés européens de 20 000 et de mini-markets de 4 millions.

Il n'existe actuellement pas de fluide disponible pour le rétrofit du R-404A en froid commercial centralisé permettant une conversion d'une installation de froid positif et négatif. En revanche, le R-407F et le R-407A sont proposés comme fluides de remplacement « drop-in » du R-404A pour les installations en moyenne température et, testé en supermarché, ils montrent une efficacité énergétique proche de celle du R-404A.

Alternatives aux groupes hermétiques utilisant du HFC-134a

Dans les équipements des petits commerces, la tendance observée ces dernières années est l’introduction de meubles frigorifiques « stand-alone » qui fonctionnent au propane (R-290) avec des charges d’au moins 500 g ; l’isobutane se retrouve aussi dans les congélateurs pour crèmes glacées. Ces alternatives disponibles présentent donc un inconvénient majeur : le niveau d'inflammabilité (classe 3) qui est certes associé à une charge réduite, mais le nombre d'équipements peut être élevé dans un même magasin et le propriétaire n'est pas toujours conscient de ses obligations ATEX (charge totale élevée rapportée à la surface de vente). A noter que pour ces derniers équipements, comme pour les distributeurs automatiques de boissons, les équipements appartiennent aux marques des produits qui les louent aux enseignes de commerce.

Les distributeurs de boissons (vending machines) fonctionnent pour certains d’entre eux au CO₂ et non pas au propane, compte tenu de la charge qui peut dépasser 1 kg. Cette alternative non inflammable est intéressante mais le niveau de technicité est tellement élevé qu'une seule entreprise commercialise actuellement ce type d'équipement (problème de coût et de concurrence).

Alternatives aux groupes autonomes utilisant du R-404A

Pour les équipements neufs, une alternative existant sur le marché depuis plusieurs années est le groupe autonome au HFC-134a utilisant des compresseurs plus gros et un peu plus cher. Il n'existe actuellement pas d'autre alternative et aucun fluide de rétrofit n'est adapté (étant donné le coût de ce type d'équipement, le rétrofit est de toutes façon une opération peu courante).

Conclusions

En résumé, pour les installations de fortes puissances des hypermarchés, le concept futur limitera drastiquement la charge à la température de réfrigération « positive » (-12 °C) par recours à un circuit frigoporteur indirect et en utilisant soit du HFC-134a à court terme ou du CO₂ ou du R-1234yf à moyen terme, la basse température fonctionnant au CO₂ en détente directe. Ce même concept peut se décliner à l’identique en supermarchés où, selon la latitude et le nombre d’heures à température d’air extérieur supérieure à 20 °C, le système peut être entièrement au CO₂.

Pour les groupes de condensation qui sont des produits génériques il est vraisemblable que les mélanges à GWP autour de 300 se substitueront au R-404A, car les précautions ATEX pour des mélanges très faiblement inflammables sont fortement différentes de celles qui sont nécessaires pour les hydrocarbures. Enfin, les groupes stand-alone auront le choix entre les mêmes mélanges, le propane, le CO₂ et le R-1234yf.