Machine frigorifique à absorption

Figure 6.2 Machine à Absorption LiBr (Trane)

Figure 6.3 Schéma de principe d’une machine à double effet (Trane)



Les machines à absorption existent depuis l’invention des machines frigorifiques (autour de 1850)., L’absorption a précédé les systèmes à compression. Les deux couples, frigorigène et absorbant, qui ont dominé le marché des machines à absorption et qui dominent encore sont :

• l’eau comme frigorigène et la solution eau-bromure de lithium comme absorbant,
• l’ammoniac comme frigorigène et la solution eau-ammoniac comme absorbant.

Eau –Bromure de Lithium

Les groupes refroidisseurs d’eau (GRE) à absorption eau-bromure de lithium sont en général des machines de puissances supérieure à 350 kW froid et jusqu’à plusieurs mégawatts (cf. figure 6.2). Les seules exceptions sont les machines produites par le groupe YASAKI dont les machines commencent autour de 50 kW froid. Les machines eau-bromure de lithium évaporent de l’eau à 2 °C et fonctionnent donc sous vide partiel (7 millibar), ce qui implique des volumes très importants car la masse volumique de la vapeur d’eau à 2 °C est de 5 g/m³.

Comme l’indique les documents de TRANE qui fabrique aussi bien des GRE à absorption qu’à compression, l’absorption représente de l’ordre de 0,5 % du marché mondial des GRE de grande puissance.



Comme le fait voir le tableau 6.1 des ventes annuelles de GRE eau-bromure de lithium, la Chine à l’instar du Japon et de la Corée produit et utilise un parc de plusieurs dizaines de milliers de ces GRE ; la moitié sont des machines utilisant un brûleur gaz (tableau 6.1 – « direct-fired »), les autres fonctionnent avec de la vapeur d’eau comme source de chaleur. A noter que l’efficacité énergétique de tels groupes pour une température d’évaporation de 2 °C et une condensation à 35 °C varie entre 1 et 1,2. Pour ces trois pays, les machines à absorption permettent de climatiser en utilisant directement le réseau gaz ou les utilités industrielles et non pas le réseau électrique aux heures de pointe. Le Japon dans les années 80 a fait un énorme travail d’amélioration de l’efficacité de ces machines avec les systèmes double effet faisant passer l’efficacité énergétique de COP 0,7 à 1,1. Il faut pour cela 11 échangeurs et le bouilleur fonctionne aux alentours de 170 °C. Avec ces performances énergétiques l’asymptote est quasiment atteinte avec l’eau-bromure de lithium car les machines triple effet requièrent 17 échangeurs et la température maximale est de l’ordre de 225 °C et le COP autour de 1.4.

Ammoniac - Eau

On doit noter que pour l’eau-ammoniac, une mise en oeuvre particulière existe dite à absorption-diffusion – eau + ammoniac + une pressurisation à l’hydrogène pour les réfrigérateurs domestiques utilisés en hôtellerie (pour limiter le bruit), en camping (fonctionnement 12 ou 24 V) et fonctionnement éventuel sur brûleur gaz. Le marché reste à peu près constant, autour de 1 million d’unités par an, et Electrolux reste une marque de référence sur cette niche qu’il faut comparer aux 110 millions de réfrigérateurs à compression vendus dans le monde en 2012. Ces réfrigérateurs ne peuvent pas rentrer en compétition sur le marché généraliste du froid domestique compte tenu de leur très faible efficacité énergétique.



A partir de la technologie SERVEL des années 70, Robur a développé des machines de climatisation à absorption ammoniac-eau qui peuvent aussi fonctionner en pompe à chaleur, le marché est de l’ordre de cinquante à cent machines/an. A noter que le coefficient de performance frigorifique est de l’ordre de 0,7. A noter aussi que l’engineering allemand Borsig, qui était spécialisé dans les machines ammoniac-eau de grandes puissances (plusieurs MW froid) pour faire du froid, y compris à -40 °C, ne met plus ces machine au catalogue.

Il faut souligner que du point de vue énergétique deux créneaux existent :

• la récupération / transformation de chaleur fatale,
• le froid solaire.

Ce dernier créneau se relance lentement et voit la création de start-ups en Europe qui visent à ces développements. On trouvera majoritairement des machines à absorption (70 %) ; le marché mondial est estime à 700 machines / an.



Les coûts des machines sont plus élevés d’où le positionnement sur des niches