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Octobre 2006

Comment marche un réfrigérateur ?

98% des foyers français possèdent un réfrigérateur. Cet appareil permet de conserver les aliments de quelques jours à plusieurs semaines. Mais comment fait-il pour nous garantir un froid constant ?

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Pour comprendre comment marche un frigo, il faut s'inspirer du corps humain : lorsque nous transpirons, la sueur produit une sensation de froid en s'évaporant, car elle prend des calories sur notre peau. Pour un réfrigérateur, c'est en gros la même chose : on force le liquide à s'évaporer pour qu'il prenne de la chaleur à l'intérieur du frigo.

Image © L'Internaute Magazine

Le fluide pénètre d'abord dans l'évaporateur. Comme c'est un tube très fin, il passe au compte-goutte : les molécules se dispersent et le fluide devient gazeux. Très refroidi (-40°C), il cherche à se réchauffer en absorbant la chaleur qui se trouve à l'intérieur du réfrigérateur.

Ensuite, le gaz est de nouveau comprimé et liquéfié dans le condenseur (serpentin à l'extérieur), où il libère la chaleur emmagasinée.

A la sortie de ce circuit, le liquide est déshydraté pour le débarrasser de l'eau, l'air et les différents impuretés qu'il a ramassé.

Contrairement à ce que l'on croit, le réfrigérateur ne "fabrique" pas du froid, mais capte la chaleur à l'intérieur du frigo. Si on ouvre trop souvent la porte ou si on y met des plats chauds, l'appareil se met en marche plus souvent pour restaurer l'équilibre initial. Il consomme plus donc plus d'énergie. Il est aussi important de dégivrer le frigo régulièrement : une couche de 2 mm de glace augmente la consommation de 10%, car elle empêche les échanges de chaleur.

Les fluides réfrigérants

Un bon fluide réfrigérant doit remplir plusieurs conditions. Il doit s'évaporer à une pression supérieure à la pression atmosphérique et à une température inférieure à 0 °C. Il doit aussi être stable chimiquement, non inflammable, non toxique… et bon marché.

De nombreux liquides frigorigènes ont été utilisés depuis les débuts du frigo. William Cullen a dès le 18e siècle réussi à produire de la glace avec l'éther, qui s'évapore 25 fois plus vite que l'eau. L'éther étant hautement inflammable, l'ingénieur allemand Carl Von Linde fait breveter en 1876 une chambre froide à ammoniac. Ce gaz est idéal, car il faut très peu d'énergie pour abaisser sa chaleur sensible (celle échangée avec le milieu ambiant sans changement de phase). Il suffit ainsi de 130 joules pour faire passer un gramme d'ammoniac gazeux de 25°C à -33°C. Malheureusement, l'ammoniac est aussi très toxique, est il est banni des réfrigérateurs dès les années 1930.

On le remplace alors par le Fréon, un gaz de la famille des CFC (chlorofluorocarbones). Mais on s'aperçoit que ce gaz provoque une dégradation de la couche d'ozone. En 1987, 180 pays signent le protocole de Montréal, interdisant son utilisation. Il a depuis été remplacé par des hydrocarbures (isobutane ou hydrofluorocarbones - HFC), sans danger pour la couche d'ozone, mais… puissants gaz à effet de serre.

Les améliorations techniques

» Le froid régulé : l'air froid pulsé est distribué dans des colonnes à sorties multiples pour une répartition homogène du froid à chacun des étages. Les aliments se conservent ainsi jusqu'à 3 fois plus longtemps que dans un frigo classique.

» Le compresseur linéaire : il remplace le compresseur à piston et réduit donc les pertes par transfert de chaleur et frottement. Résultat : 30% d'économies d'énergie et un frigo plus silencieux.

» Les matériaux à changement de phase : en incorporant ces matériaux dans les parois du réfrigérateur, ce dernier peut accumuler suffisamment d'énergie pour maintenir une température stable pendant plus de 14 heures sans redémarrage du groupe froid.

Et demain...

Encore à l'état de recherche, plusieurs systèmes proposent de se passer carrément de fluide frigorigène. Le réfrigérateur thermo-acoustique utilise les ondes sonores pour pomper la chaleur. Dans le réfrigérateur magnétique, un champ magnétique est appliqué à un disque pour l'échauffer et le refroidi alternativement.

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