Le Fluide R-1234ze
Par Visiteur , le 22 mai
La Révolution Écologique de la Réfrigération
Découvrez le fluide frigorigène à très faible PRG qui redéfinit les standards de l'industrie du froid, avec des performances éprouvées sur le terrain et une empreinte carbone quasi nulle.
Qu'est-ce que le R-1234ze ?
Le R-1234ze (trans-1,3,3,3-tétrafluoropropène) est un fluide frigorigène de la famille des Hydrofluoro-Oléfines (HFO), développé comme alternative durable aux HFC classiques comme le R-134a. Commercialisé notamment par Honeywell sous la gamme Solstice® ze, ce produit de quatrième génération se distingue par son potentiel de réchauffement global (PRG) extrêmement faible et ses excellentes propriétés thermodynamiques.
🌍 Impact Environnemental Exceptionnel
Le R-1234ze(E) présente un PRG de seulement 6 à 7 (selon les normes AR4/AR5), contre 1 430 pour le R-134a. Sa durée de vie atmosphérique est de seulement 18 jours, comparée aux 13 ans du R-134a. C'est une réduction drastique de l'impact sur le changement climatique.
Le R-1234ze(E) est classé A2L selon la norme ASHRAE 34, ce qui signifie qu'il présente une faible toxicité et une inflammabilité légère. Il est important de noter qu'il est considéré comme non inflammable à température ambiante inférieure à 30°C pour la manipulation et le stockage, ce qui en fait un fluide sûr dans les conditions normales d'utilisation.
Le HFO-1234ze n’émet pas de TFA directement lors de son utilisation ou en cas de fuite. En revanche, une fois dans l’atmosphère, il peut en former indirectement par dégradation chimique, un phénomène scientifiquement démontré dans la littérature , mais en quantités très faibles, souvent considérées comme négligeables
Caractéristiques Techniques
Propriétés Thermodynamiques
| Propriété | Valeur | Remarque |
|---|---|---|
| Nom chimique | trans-1,3,3,3-Tétrafluoroprop-1-ène | Formule : C₃H₂F₄ |
| Point d'ébullition | -19 °C | À pression atmosphérique |
| Pression critique | 36 bar | Proche du R-134a |
| Température critique | 109,4 °C | |
| PRG (AR4) | 6 - 7 | Contre 1 430 pour le R-134a |
| ODP | 0 | Aucun impact sur l'ozone |
| Classe sécurité ASHRAE | A2L | Faible toxicité, inflammabilité légère |
| Lubrifiant compatible | Huiles POE (Polyol Ester) | Et PAG dans certains cas |
| Durée de vie atmosphérique | 18 jours | Contre 13 ans pour le R-134a |
| Limite inférieure d'inflammabilité (LFL) | 0,303 kg/m³ | Classification A2L |
Performances Comparatives
Les études comparatives montrent que le R-1234ze(E) présente des performances proches du R-134a, avec quelques particularités à prendre en compte :
Capacité Frigorifique
Environ 24 à 25% inférieure au R-134a. Cela nécessite des compresseurs légèrement plus grands ou une adaptation du dimensionnement des évaporateurs (surdimensionnement d'environ 6% recommandé).
Consommation Énergétique
La puissance absorbée est 27% inférieure au R-134a, ce qui compense largement la perte de capacité. Le COP global est souvent meilleur que celui du R-134a.
⚠️ Attention : Non adapté au retrofit direct
Le R-1234ze ne peut pas être utilisé pour le remplacement direct (drop-in) dans les équipements existants conçus pour le R-134a. Une adaptation du système est nécessaire, notamment en termes de dimensionnement des compresseurs et des échangeurs de chaleur.
Avantages du R-1234ze
Impact Environnemental Minimal
Avec un PRG de 6-7 et un ODP nul, le R-1234ze est l'une des solutions les plus respectueuses de l'environnement. Sa courte durée de vie atmosphérique (18 jours) limite considérablement son impact sur le réchauffement climatique.
Conformité Réglementaire
Répond aux exigences du Règlement F-Gas européen et du Protocole de Montréal. Non soumis aux restrictions de phase-down des HFC, ce qui garantit sa disponibilité à long terme.
Réduction des Taxes
En raison de son très faible PRG, les taxes sur les fluides fluorés sont drastiquement réduites. Cela représente des économies significatives sur le coût total de possession.
Sécurité d'Utilisation
Non inflammable à température ambiante inférieure à 30°C. Considéré comme non toxique. Sa manipulation et son stockage sont sûrs dans les conditions normales.
Compatibilité Matérielle
Excellente compatibilité avec la plupart des matériaux utilisés dans les circuits frigorifiques. Grande stabilité thermique et chimique.
Efficacité Énergétique
COP souvent supérieur au R-134a grâce à une consommation électrique réduite. Les systèmes R-1234ze peuvent atteindre des EER jusqu'à 3,50 et des SEER jusqu'à 9,1.
Comparaison avec les Alternatives
| Fluide | Type | PRG | Classe | Avantage Principal |
|---|---|---|---|---|
| R-1234ze(E) | HFO | 6-7 | A2L | Faible PRG, bon COP, pressions modérées |
| R-134a | HFC | 1 430 | A1 | Fluide historique, mais en phase-out |
| R-513A | Mélange HFO/HFC | 573 | A1 | Non inflammable, mais PRG moyen |
| R-744 (CO₂) | Naturel | 1 | A1 | PRG=1, mais pressions très élevées |
| R-290 (Propane) | HC | 3 | A3 | Très faible PRG, mais hautement inflammable |
Applications et Installations
Le R-1234ze trouve son application dans de nombreux secteurs industriels et commerciaux, principalement en substitution du R-134a :
Réfrigération Industrielle
Chambres froides, refroidissement de process industriels, récupération de chaleur, machines frigorifiques de grande puissance.
Climatisation Commerciale
Groupes à eau glacée (chillers), systèmes de climatisation centralisés, déshumidificateurs d'air pour bâtiments tertiaires.
Pompes à Chaleur
PAC air/eau et eau/eau pour le chauffage et le refroidissement. Températures de condensation jusqu'à 80-95°C possibles.
Commerce de Détail
Vitrines réfrigérées, distributeurs automatiques, armoires frigorifiques et systèmes de supermarchés.
Froid Positif
Applications de moyenne température (+10°C à -12°C) : conservation alimentaire, agroalimentaire, pharmaceutique.
Applications Spécifiques
Systèmes en cascade avec CO₂, séchage du bois, stérilisation alimentaire, recyclage de solvants, raffinage pétrochimique.
Limites de charge
En raison de sa classification A2L, le R-1234ze est soumis à des limites de charge définies par la norme NF-EN 378 :
- Installations DX à accès général (classe A) : jusqu'à 11,5 kg (LII 38)
- Installation entière en salle des machines ou extérieur : jusqu'à 40 kg (LII 132)
- Accès contrôlé (classe B) : 10 à 25 kg selon la configuration
- Aucune restriction si l'installation complète est en salle des machines ou à l'extérieur
Cas Concrets sur le Terrain
Quercy Réfrigération — Station Fruitière COFRA, Aiguillon (47)
Contexte : La station fruitière de conditionnement et de stockage des fruits COFRA à Aiguillon, avec une capacité de stockage de plus de 22 000 tonnes en froid normal et atmosphère contrôlée, consommait en moyenne 300 000 €/an d'électricité. L'unité de production de froid était composée de quatre chillers fonctionnant au fluide NH₃/Meg 33% au régime de -4/-8°C : trois groupes anciens sans variateur et condensation sur TAR, et un groupe récent (5 ans) avec variateur et condensation à air direct.
Besoins du client :
- Récupération de chaleur pour plusieurs process (nettoyage de la couche de cire naturelle sur les pommes, chauffage des bâtiments)
- Se débarrasser des problématiques légionelle et réglementation des TAR
- Baisser les consommations électriques
- Fluide sans impact sur l'environnement (GWP=1)
Installation : Quercy Réfrigération a remplacé les trois chillers NH₃ anciens par trois chillers sur mesure au R-1234ze :
- Châssis IPN mécano-soudé, full inox
- Évaporateur tubulaire classique
- Compresseur vis Bitzer CSH 96113 au R-1234ze, équipé d'un variateur
- Condenseur à air Guthner ΔT 8°C équipé de ventilateurs EC
- Régulations BP et HP flottante avec économiseur
📊 Résultats de l'étude indépendante OPTINERGIE (Mai 2020)
Comparaison EER moyen journalier — Groupe froid R-1234ze vs Groupe froid NH₃
🏆 Résultats Clés de l'Étude
Constatations : L'étude indépendante menée par OPTINERGIE (bureau d'études reconnu pour son intégrité et son impartialité) a démontré que malgré un COP « brut compresseur » légèrement inférieur à celui du NH₃, l'installation complète au R-1234ze présente une meilleure performance énergétique globale de 25% par rapport au chiller NH₃ récent. L'augmentation de la température extérieure dégrade davantage l'EER du NH₃ que celui du R-1234ze.
Supermarché Waitrose — Bromley South, Royaume-Uni
Contexte : Waitrose, chaîne de supermarchés britannique haut de gamme, a signé la résolution du Consumer Goods Forum visant à éliminer progressivement les systèmes de réfrigération HFC à partir de 2015. Le magasin de Bromley South, ouvert en 1996, disposait d'un système existant au R-404A non conforme à la politique de réduction des HFC.
Installation : Il s'agit de la première installation mondiale de chillers packagés utilisant un fluide frigorigène HFO. Le système comprend deux machines à air refroidi de 180 kW chacune, équipées de compresseurs alternatifs semi-hermétiques Frascold. Ces chillers fournissent de l'eau glacée comme milieu de condensation pour les vitrines intégrées du magasin fonctionnant au propane (R-290).
Résultats :
- Le système fonctionne parfaitement depuis l'installation, aucune défaillance n'a été signalée
- -22% de consommation énergétique par rapport à un système identique utilisant du R-290 (propane)
- EER global à pleine charge de 3,50
- Le surcoût du fluide est compensé par le volume réduit de réfrigérant nécessaire
- Les évaporateurs nécessitent un surdimensionnement d'environ 6% par rapport au R-134a
Zanemi — Villena (Alicante), Espagne
Contexte : Le site de Zanemi à Villena disposait d'un système très vieillissant souffrant de nombreuses fuites et coûtant cher en taxes. Frimavi, spécialiste des solutions de pré-refroidissement post-récolte, a été sollicité pour rénover l'installation.
Solution : Initialement, une solution à base d'ammoniac était envisagée. Après étude des propriétés du HFO 1234ze, Frimavi a proposé un chiller utilisant ce fluide, permettant de réduire l'investissement de 20% par rapport à une solution ammoniac.
Processus : Le système traite 10 tonnes de carottes par heure, maintenant deux chambres à 1°C et alimentant un tunnel continu où les produits entrent à 25°C et sortent à 2°C.
Résultats :
- COP similaire à une installation ammoniac, mais beaucoup moins compliquée
- Coûts de maintenance réduits de 70%
- Pas de tours de refroidissement nécessaires
- Le chiller, conforme à la directive ATEX, est installé à l'extérieur
- Utilisation de Temper comme fluide caloporteur, plus efficace que le glycol
Les Délices de la Belle Noé — Saint-Agathon (22), France
Contexte : Roland Denoual, artisan charcutier depuis 1996, a développé son activité en investissant dans un nouveau site de fabrication. Le nouveau bâtiment de 400 m² nécessitait une rénovation complète des systèmes de froid.
Installation : Central Froid a étudié plusieurs options. Le projet initial prévoyait un système en cascade CO₂/R-134a, abandonné pour des raisons budgétaires. Le choix s'est finalement porté sur un chiller au R-1234ze, avec récupération d'une unité R-404A d'occasion remodelée pour fonctionner avec le Solstice® ze.
Configuration : L'unité comprend 3 compresseurs Copeland D4DH250X alimentant 6 chambres froides, 2 laboratoires, une salle d'emballage, une salle de stockage de carcasses et une cellule de refroidissement rapide ( à +10°C). Un système de récupération de chaleur chauffe l'eau sanitaire nécessaire au processus de salaison.
Résultats :
- Réduction de la consommation électrique grâce au Solstice® ze
- PRG de 1, donc impact environnemental quasi nul
- Contrôle à distance via système Danfoss et distribution GTC
- Le client et l'installateur sont pleinement satisfaits de l'installation
Q-Ref KIBO : Le Chiller R-1234ze Made in France
Q-Ref est une nouvelle entreprise française fondée par Benoît Duparc, créateur de Quercy Réfrigération, basée à Moissac dans le sud de la France. Après 4 ans de recherche et de tests in-situ, Q-Ref a développé le chiller KIBO, une solution plug-and-play révolutionnaire utilisant la technologie Turbocor sans huile et le fluide R-1234ze.
Jusqu'à +50% d'efficacité
Amélioration de l'efficacité énergétique allant jusqu'à 50% par rapport aux chillers ammoniac équivalents, grâce à la technologie compresseur sans huile Turbocor.
-20% de Maintenance
Économies d'environ 20% sur les coûts de maintenance grâce à l'absence d'huile et à la simplicité de conception du système.
-30% de Volume
Réduction de 30% de la taille et du poids comparé aux chillers ammoniac équivalents. Solution compacte et plug-and-play.
Bruit Réduit
Réduction significative des niveaux sonores grâce à la technologie sans huile et aux compresseurs à vitesse variable.
Caractéristiques Techniques du KIBO
| Caractéristique | Spécification |
|---|---|
| Capacité frigorifique | 200 kW à 900 kW |
| Fluide frigorigène | R-1234ze (GWP < 1) |
| Technologie compresseur | Turbocor sans huile (oil-free) |
| Température minimale | Eau glycolée jusqu'à -10°C |
| Évaporateur | Inondé (flooded) |
| Condenseur | À eau (standard) ou à air (option) |
| Applications | Tunnels de refroidissement, chambres froides, process industriel |
| Configuration | Plug-and-play |
🇫🇷 Innovation Française
Le KIBO représente l'excellence française en matière de réfrigération industrielle durable. Conçu et développé à partir de l'expérience terrain de Quercy Réfrigération, ce chiller démontre que le R-1234ze peut offrir des performances supérieures aux solutions traditionnelles tout en réduisant drastiquement l'impact environnemental.
Principaux Fabricants et Gammes
De nombreux fabricants majeurs ont intégré le R-1234ze(E) dans leurs gammes de produits :
Gammes TZ-C (vis à air), VZ (vis à eau) et DZ (centrifuge sans huile). SEER jusqu'à 9,1. Compresseurs avec nouveau profil de vis optimisé pour le R-1234ze.
Premier fabricant à proposer une gamme complète de chillers à vis et centrifuges avec R-1234ze. Portfolio EcoWise™. Applications de confort jusqu'à 55°C, process jusqu'à -12°C, chauffage jusqu'à 85°C.
Chillers avec R-1234ze pour les applications de climatisation et de process. Première installation à Genève en 2015.
Pompes à chaleur haute température R-1234ze avec capacités de 385 à 1 550 kW. Températures de condenseur jusqu'à 95°C.
Pompes à chaleur air-eau R-1234ze avec températures de départ jusqu'à 93°C, même à basses températures ambiantes.
Chiller KIBO avec technologie Turbocor sans huile. Capacités de 200 à 900 kW. Jusqu'à +50% d'efficacité et -30% de volume par rapport à l'ammoniac. Développé par Quercy Réfrigération.
Cadre Réglementaire et Sécurité
Réglementation Européenne
Le R-1234ze est parfaitement aligné avec les exigences réglementaires actuelles et futures :
- Règlement F-Gas (UE) n° 517/2014 : Le R-1234ze n'est pas soumis au phase-down des HFC en raison de son très faible PRG
- Directive F-Gas : Encourage le passage aux fluides à faible PRG
- Protocole de Montréal : Cadre global de réduction des fluides fluorés
- Taxation : Réduction drastique des taxes carbone liées aux fluides frigorigènes
Normes de Sécurité
Classification A2L : faible toxicité, inflammabilité légère. Le fluide est non inflammable à température inférieure à 30°C.
Définit les limites de remplissage selon l'accessibilité et l'emplacement de l'installation. Nécessite un zonage ATEX adapté.
Pour les installations utilisant des fluides A2L, conformité requise pour l'installation en extérieur ou en salle des machines.
⚠️ Précautions d'Installation
Malgré sa sécurité d'usage, le R-1234ze nécessite : une ventilation adaptée, le respect des procédures de sécurité, l'utilisation d'équipements conformes, et la formation du personnel aux protocoles A2L. L'installation de détecteurs de fuite peut s'avérer nécessaire.
Stockage et Manipulation
- Stockage dans un endroit frais et aéré, à l'abri des sources de chaleur
- Température de stockage inférieure à 50°C
- Protection contre les rayons solaires directs
- Les vapeurs sont plus lourdes que l'air : risque d'asphyxie par réduction d'oxygène
- Manipuler avec des gants et lunettes de protection
Conclusion
Le R-1234ze s'impose comme la solution de remplacement la plus crédible au R-134a dans les secteurs de la réfrigération commerciale, industrielle et de la climatisation tertiaire. Avec un PRG de seulement 6-7, un ODP nul, et des performances énergétiques souvent supérieures au R-134a, ce fluide de quatrième génération représente un investissement durable.
Les cas concrets démontrent sa viabilité sur le terrain : de la station fruitière COFRA d'Aiguillon (étude indépendante validant un EER supérieur de 34% au NH₃), au supermarché Waitrose de Bromley, en passant par l'industrie agroalimentaire espagnole et l'artisanat français, le R-1234ze prouve sa capacité à réduire les coûts énergétiques, les taxes environnementales et l'empreinte carbone, tout en maintenant une fiabilité opérationnelle exemplaire.
L'innovation française, incarnée par Quercy Réfrigération et sa filiale Q-Ref avec le chiller KIBO, démontre que le savoir-faire hexagonal peut non seulement adopter mais aussi développer des solutions de pointe autour de ce fluide révolutionnaire.
Le Choix de l'Avenir
Pour les professionnels du froid, le R-1234ze offre une transition maîtrisée vers des systèmes conformes aux normes les plus strictes, avec un équilibre optimal entre performance, sécurité et respect de l'environnement. L'avenir de la réfrigération industrielle s'écrit avec ce fluide.