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Du froid en coulis de glace

Aujourd'hui pour faire du froid, le choix dans les gaz frigorigènes est restreint. Surtout que la plupart des fluides restant, même s'ils ne détruisent pas la couche d'ozone, sont des gaz à effet de serre. La solution pourrait être d'utiliser d'autres fluides pour transporter le froid une fois qu'il est produit. Des recherches menées au Cemagref montrent que les coulis de glace transportent bien le froid, sont économes en énergie et permettent d'éviter les ruptures de la chaîne du froid dans les meubles de vente lors du dégivrage.

Page 2 / 4 - Les coulis de glace Sommaire
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D'ici 2014, 70 % des installations frigorifiques devront être remplacées. Plus question d'utiliser des gaz impliqués dans la disparition de la couche d'ozone comme les CFC 1 et les HCFC 2 . Or, les fluides de substitution pour produire du froid sont des gaz à effet de serre. En signant le protocole de Kyoto en 1997, la France s'est engagée à réduire l'émission de ce type de gaz. Le champ des gaz frigorigènes se restreint.

Dans ce contexte, la solution pourrait être alors d'en utiliser moins et d'employer d'autres fluides pour transporter le froid après l'avoir produit. La grande distribution avec ses kilomètres de tuyauterie jusqu'aux meubles de vente est la principale concernée. Les coulis de glace montrent de très bonnes dispositions pour devenir les fluides frigoporteurs de demain. Ils sont seulement composés d'eau avec un peu de glace mélangée avec un autre fluide comme de l'alcool, du NaCl ou de l'ammoniac, etc.

Aspect et fabrication du coulis de glace. (im 56.2)cemagref
Aspect et fabrication du coulis de glace.
(im 56.2)
cemagref

5 à 30 % de cristaux de glace

L'équipe de Laurence Fournaison au Cemagref à Antony mène des recherches depuis plusieurs années sur les coulis de glace pour optimiser leur utilisation en milieu industriel. La présence d'eau leur confère une très bonne capacité à transporter et à conserver le froid.
Cependant, il ne faut pas qu'il y en ait trop pour ne pas geler dans les tuyaux. Seule une fraction de l'eau doit se transformer en glace. 5 à 30 %, pas plus.

Les cristaux de glace devront avoir une taille de un millimètre au maximum. Ainsi, le mélange reste homogène et le transfert du froid est meilleur. Par ailleurs, le fluide circule aussi plus facilement dans les canalisations qu'avec de plus gros cristaux. L'objectif est donc de trouver parmi la gamme des frigoporteurs ceux qui sont le moins visqueux tout en contenant le plus de froid. On peut ainsi diminuer le débit du fluide à transporter et économiser de l'énergie. C'est une autre façon d'émettre moins de gaz à effet de serre. Les coulis de glace peuvent ainsi transporter 30 % de froid en plus pour environ 30 % de débit en moins. Mais attention, plus la température est basse, plus le fluide deviendra visqueux car plus riche en glace. Il faudra alors plus d'énergie pour le transporter.

Dégivrer sans perdre du froid

Des séquences de dégivrage interviennent à peu près toutes les quatre heures dans les meubles de vente des supermarchés. Il s'agit d'éviter que du givre se forme sur la batterie. En un quart d'heure, la température peut monter de 6°C. Avec les coulis de glace, il n'y a pas de telles variations de température. Les cristaux de glace permettent de mieux conserver le froid avec au maximum 2°C d'écart.

Aujourd'hui en France, une dizaine d'installations fonctionnent avec le coulis de glace. Ce sont des hypermarchés, des chalutiers, des fromageries ou des chambres froides d'entrepôt. Il existe de nombreuses combinaisons possibles pour faire des coulis de glace avec de l'eau et, du glycol, de l'éthanol, de l'ammoniac, du NaCl, etc. L'équipe de Laurence Fournaison a réalisé, pour de nombreux mélanges, des études sur leur aptitude à emmagasiner de l'énergie (capacité calorifique massique) et sur leur viscosité. Cela leur permet de choisir le mélange le plus adapté à une situation donnée. Par exemple, pour avoir une température de –20°C , on ne peut pas utiliser du NaCl. Il sera plutôt employé en réfrigération. En revanche, avec de l'ammoniac, il est possible de descendre à ces très basses températures et de congeler facilement les produits.

Fabriquer du coulis en continu

Des recherches sont menées en parallèle pour améliorer la fabrication du coulis de glace sur place. Les générateurs utilisés jusqu'ici procèdent par surface raclée. L'action est mécanique et ils sont de petite puissance, 40 kilowatts seulement. Il est peut être nécessaire d'en mettre une dizaine en parallèle dans les industries. Le risque de casse augmente. Il s'agit donc d'augmenter la puissance de production du générateur tout en assurant sa fiabilité.

Pour cela, l'idée consiste à supprimer l'obstacle au transfert de chaleur. Sans paroi, le contact sera direct entre le froid et l'eau. Une autre solution consiste à injecter un produit chimique qui favorisera la prise en glace. L'enjeu est d'importance pour l'agroalimentaire en France. C'est le secteur qui utilise le plus d'installations frigorifiques.

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