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Protocole de Rio, protocole de Kyoto, réglementation sur les matières toxiques et dangereuses : les fuites de fluides frigorigènes sont pour le moins très surveillées. Aux professionnels de trouver les solutions respectueuses de l’environnement en assurant une sécurité optimale du personnel....

Le Cetim s’intéresse au sujet, il réalise des campagnes de mesures en laboratoire sur des composants frigorifiques comme les raccords, les vannes…
Les fabricants de groupes froids cherchent eux aussi à assurer un confinement parfait du fluide frigorigène dans les installations. L’exemple de l’Aquanap est à ce sujet révélateur.
La production de CFC est interdite depuis le 1er janvier 1996, les HCFC, les fluides remplaçants sont eux aussi sous le coup d’une suppression en 2015, voire avant. En 2000, les entrepôts et les dépôts frigorifiques du secteur de la distribution ainsi que les équipements de puissance supérieure ou égale à 150 kW électrique ne seront déjà plus autorisés à utiliser ce fluide. Leur tort : être néfastes pour la couche d’ozone.
De nouveaux fluides sont présents sur le marché, les HFC, mais eux aussi ne sont pas inertes pour l’environnement avec cette fois une influence sur l’effet de serre. Le protocole de Kyoto y fait référence et les Etats doivent en limiter les émissions. Face à ce constat, un fluide comme l’ammoniac a toute ses chances. Mais il est dangereux et toxique. Pas simple de choisir !

La réglementation impose de plus en plus de contraintes en ce qui concerne le confinement des installations frigorifiques. Un certain nombre d’éléments ou de composants sont, dans une installation frigorifique, sources de fuites : les raccords, les brasures, les garnitures d’étanchéité au niveau des compresseurs, les prises de pression. La réduction des fuites passe donc par une amélioration de la conception, de la mise en œuvre et de la maintenance de ces installations. Le Cetim (centre technique des industries mécaniques), à la demande des industriels fabricants de matériels frigorifiques et avec le soutien financier de l’ADEME, a engagé une étude destinée à qualifier les raccords frigorifiques les plus utilisés. Les moyens d’essais disponibles au service «étanchéité » du Cetim Nantes ont notamment permis d’évaluer les performances de ce composant.

QUALIFICATION DES RACCORDS FRIGORIFIQUES
Un groupe de travail constitué de onze frigoristes ressortissants du Cetim a été créé. Il a dans un premier temps sélectionné les raccords prioritaires à tester dans les principales familles utilisées par les industriels : raccords « Flare, brasures, raccords coniques NPT et raccords à olive (dans une moindre mesure). La seconde étape a consisté à définir les procédures d’essais associées. Des diamètres de référence (1 », ½ » et ¼ ») et des matériaux de tubes (cuivre écroui, cuivre recuit, inox et acier) ont également été choisis.
Les raccords testés sont directement issus des stocks et montés par les frigoristes eux-mêmes afin d’identifier les paramètres liés à des différences de qualité de fabrication. Les procédures de montage sont également fournies par les fabricants.

La procédure d’essais est la suivante. Les raccords sont tout d’abord montés en batterie de dix. Ils sont ensuite testés «à la bulle » à l’aide d’un agent moussant, et au renifleur sous une pression de 40 bar pour déterminer un taux de fuite éventuel avant essais.

La qualification proprement dite comporte cinq séries de 170 cycles thermiques et de pression de –40°C sous 1 bar à 120°C sous 40 bar pendant une semaine. Des vibrations de fréquence à 200 Hz et d’amplitude de 10 à 15 mm/s représentant les conditions de fonctionnement sont simultanément appliquées aux raccords. A l’issue de ces cycles, une recherche de fuites éventuelles sous 40 bar et à température ambiante est entreprise. Tous les raccords sont démontés (sauf les brasures) entre chaque série de cycles puis resserrés au couple selon la procédure du fabricant quand elle existe, et à 50 Nm pour les autres raccords. Un nouveau test sous 40 bar de pression est réalisé. Les fuites sont relevées et les raccords resserrés jusqu’à suppression de la fuite quand cela est possible.

Les cycles thermiques sont réalisés dans une enceinte climatique permettant de reproduire des conditions de température allant de – 70°C à + 150°C. Un dispositif d’essai permet d’effectuer la mise en vibration de la batterie de raccords testés, le tout étant piloté par ordinateur.

LES PREMIERS RESULTATS
Les résultats des essais montrent que les pertes constatées sont toujours très importantes (>> 10-3 atm.cm3/s*) et donc visibles « à la bulle ». Elles sont d’avantages dues à des interventions humaines (montages, démontages) qu’aux cycles de température, de pression et de vibration. Ces épreuves n’entraînent pas de détérioration de l’étanchéité excepté lors de la dernière série de cycles où deux raccords type « Flare » sur 15 fuyaient. On constate également que les brasures sont intactes après les cinq séries de cycles et qu’elles ne fuient pas ; comme elles ne sont jamais démontées, les sollicitations en température et pression ne semblent pas les affecter.

L’un des enseignements importants de cette étude est de reconnaître que les recommandations du fournisseur sont primordiales. Un raccord bien monté nécessite un serrage à la clé dynamométrique ou un calibre « entre/n’entre pas » ; la préparation du tube est également très importante (longueur, ébavurage…). Toutefois, pour deux fournisseurs, dès la deuxième série de cycles, les raccords grippent et doivent être démontés avec une « rallonge » sur la clé. Ce phénomène se généralise après la quatrième série de cycles sur tous les raccords démontables. Le grippage des filets engendre une grande incertitude sur le serrage pour les raccords devant être serrés au couple.

En première conclusion, cette étude montre que, lorsqu’il y a fuites, elles sont, pour les conditions d’essais choisies, en général importantes et le plus souvent deux à une intervention humaine (montage, démontage). Etant donné la diversité des raccords offerts sur le marché et des besoins des fabricants et des utilisateurs de matériels frigorifiques, il est très difficile d’établir une règle générale de montage.

L’AVENIR : LE DEVELOPPEMENT DE NORMES
L’une des actions à mettre en avant pour éviter les fuites est d’aller vers plus de qualité en améliorant l’information et la formation des personnes intervenant sur site. Pour cela, le Cetim a créé des fiches guide de montage des différents raccords testés ; ces fiches précisent les règles de conduite à tenir pour éviter la fuite des raccords. Elles vont être diffusées le plus largement possible auprès des utilisateurs avec l’aide de la profession et le soutien de l’ADEME. Il faut également réaliser des mesures sur sites afin de recueillir des informations quant aux niveaux de fuites et à leurs origines par type d’application. Le Cetim va se charger de ces enquêtes sur sites avec comme premier objectif de mieux appréhender les causes des pertes de réfrigérants et les quantités de fluides rechargées. Ces enquêtes devront être complétées par la réalisation de diagnostics confinement afin de quantifier les fuites par des mesures sur sites et de proposer des actions spécifiques sur les composants incriminés.

Après s’être intéressé aux raccords, le Cetim va développer des études similaires sur d’autres équipements. Une enquête réalisée auprès des professionnels a permis de sélectionner les composants prioritaires en fonction de l’importance des fuites qu’ils peuvent générer. Les robinets utilisés dans les installations frigorifiques (notamment les robinets à boisseau sphérique) sont arrivés en tête, ils font partie du programme d’étude 1999 du Cetim. D’autres composants, notamment les électrovannes et les soupapes, seront étudiés ultérieurement.

Toutes ces études de caractérisation de composants d’installations frigorifiques réalisées par le Cetim vont également servir à des actions de normalisation. Les fabricants de matériels veulent eux-aussi plus de qualité, ils ont donc décidé d’engager des actions de normalisation notamment en ce qui concerne les procédures de qualification des composants. La procédure développée par le Cetim et utilisée pour la caractérisation des raccords a servi de base à la rédaction d’une procédure de qualification des raccords démontables qui sera proposée en tant que norme expérimentale NF. Les procédures qui serviront à caractériser les autres composants feront également l’objet d’une démarche similaire de normalisation. Améliorer la qualité des équipements est l’un des enjeux que doit relever la profession.
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* une fuite de 10-3atm.cm3/s correspond environ à 6 g/an en hélium.

Article publié dans ENERGIE PLUS n°220 du 1er février 1999
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