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Appli­ca­tion du « froid » en Bou­lan­ge­rie, Vien­noi­se­rie et Pâtis­se­rie
La Pro­duc­tion de Froid
Prin­cipe géné­ral
Sys­tème à com­pres­sion
Prin­cipe de base
Sys­tème à absorp­tion
La régle­men­ta­tion «F-Gas sur les fluides fri­go­ri­gènes»

 L’application du « froid » en Bou­lan­ge­rie, Vien­noi­se­rie et Pâtis­se­rie

Elle donne lieu à de nom­breux déve­lop­pe­ments afin de :

  • Retar­der le plus pos­sible le moment de cuis­son du pain, afin de livrer à la clien­tèle le pain le plus frais pos­sible.
  • Assu­rer une meilleure orga­ni­sa­tion du tra­vail,
  • Diver­si­fier la pro­duc­tion,
  • Dimi­nuer les heures de tra­vail de nuit.

Pour cela de plu­sieurs tech­niques se sont déployées :

  • Réfri­gé­ra­tion (Chambres de pousse contrô­lée).
  • Congé­la­tion (pour une meilleure conser­va­tion des pro­duits).
  • Sur­gé­la­tion (pour pré­ser­ver les qua­li­tés des fabri­ca­tions).

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 La pro­duc­tion de Froid

La pro­duc­tion de froid à par­tir d’équipements conçus et fabri­qués par les hommes débute au 19e siècle.

Vers 1840 deux prin­cipes vont être uti­li­sés pour la pro­duc­tion arti­fi­cielle de froid : les cycles à air et les cycles à absorp­tion.

Le cycle à air a été uti­li­sé la pre­mière fois par l’américain John Gor­rie, méde­cin en Flo­ride, qui sou­hai­tait pro­duire de la glace pour amé­lio­rer le confort de ses patients. La pre­mière machine construite sur ce prin­cipe le fut en 1844. Par crainte de réac­tions hos­tiles de ses citoyens compte tenu des pré­ju­gés reli­gieux de l’époque («Seul Dieu était capable de pro­duire de la glace et de la neige»), l’invention res­ta cachée. Gor­rie obtint cepen­dant un bre­vet amé­ri­cain en 1851. La machine uti­li­sant le cycle à air connut, mal­gré des per­for­mances éner­gé­tiques médiocres, un grand suc­cès à la fin du siècle.

La machine à absorp­tion a été inven­tée en 1859 par le fran­çais Fer­di­nand Car­ré qui choi­sit comme fluide fri­go­ri­gène l’ammoniac. Le suc­cès de cette machine fut rapide, tout par­ti­cu­liè­re­ment aux Etats-Unis. Cette machine domi­na lar­ge­ment les autres types de machines jusqu’en 1875. On note­ra que la théo­rie sur les sys­tèmes à absorp­tion fut déve­lop­pée bien plus tard, en 1913, par l’allemand Edmund Alten­kirch.

Les machines à com­pres­sion ne connurent une réelle indus­tria­li­sa­tion qu’à par­tir de 1870 quand des fluides fri­go­ri­gènes moins dan­ge­reux que l’éthyle éther furent pro­po­sés : dioxyde de soufre (SO2), chlo­rure de méthy­lène, dioxyde de car­bone (CO2). Ce der­nier fut lar­ge­ment uti­li­sé dans les trans­ports mari­times à par­tir de 1890 en rem­pla­ce­ment des machines à air.

Ain­si la deuxième moi­tié du 19e siècle fut la période des pion­niers de la réfri­gé­ra­tion qui sur­ent fabri­quer et uti­li­ser les pre­miers équi­pe­ments… sans pour autant avoir une appré­hen­sion scien­ti­fique des phé­no­mènes dont ces machines étaient le siège.

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 Prin­cipe géné­ral

Le prin­cipe de base de la pro­duc­tion de froid de confort consiste à pré­le­ver de la cha­leur sur un milieu à refroi­dir (air ou eau), appe­lé source chaude et à la trans­fé­rer vers un milieu exté­rieur (eau ou air exté­rieur) qui, lui, est réchauf­fé (source froide).

Ce trans­fert d’énergie est réa­li­sé par l’intermédiaire d’un fluide fri­go­ri­gène sou­mis en conti­nu à un cycle ther­mo­dy­na­mique de suc­ces­sion de chan­ge­ments d’états vapeur/liquide.

On dis­tingue 2 sys­tèmes :

  • Sys­tème à com­pres­sion
  • Sys­tème à absorp­tion

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 Sys­tème à Com­pres­sion (le plus répan­du).

Le cycle com­porte les quatre phases sui­vantes :

  • Com­pres­sion : la tem­pé­ra­ture et la pres­sion du fluide sous forme gazeuse s’élèvent ;
  • Conden­sa­tion : en pas­sant dans un échan­geur situé au contact du milieu exté­rieur (plus froid), le fluide passe à l’état liquide et rejette des calo­ries vers l’extérieur ;
  • Détente : le fluide sous forme liquide voit sa pres­sion abais­sée de même que sa tem­pé­ra­ture ;
  • Éva­po­ra­tion : en pas­sant dans un échan­geur situé au contact du milieu à refroi­dir (plus chaud), le fluide capte des calo­ries et se vapo­rise.

Prin­cipe du fonc­tion­ne­ment :

L’évaporateur est pla­cé dans l’enceinte que l’on veut réfri­gé­rer.

Le liquide réfri­gé­rant que reçoit l’évaporateur se vapo­rise et ce chan­ge­ment d’état pro­voque un pré­lè­ve­ment de cha­leur dans l’environnement, donc un refroi­dis­se­ment de l’enceinte.

Le gaz ain­si obte­nu est aspi­ré par le com­pres­seur qui le ren­voie sous pres­sion, vers le conden­seur (divi­sé sur le sché­ma en deux par­ties désur­chauf­feur et conden­seur pro­pre­ment dit).

Sous l’effet de la pres­sion le gaz se condense et ce chan­ge­ment d’état pro­voque une perte de cha­leur au béné­fice de l’environnement (les conden­seurs situés au dos des réfri­gé­ra­teurs sont tou­jours un peu tièdes).

Le liquide réfri­gé­rant revient (en pas­sant par un déshy­dra­teur) à l’évaporateur et le cycle recom­mence.

L’opération se résume donc en deux chan­ge­ments d’état du fluide

  • à la vapo­ri­sa­tion il pré­lève la cha­leur de l’environnement
  • à la conden­sa­tion il res­ti­tue de la cha­leur à l’environnement

Le pré­lè­ve­ment de cha­leur se fait dans l’enceinte à refroi­dir, et la res­ti­tu­tion de cha­leur de fait à l’extérieur de cette enceinte.

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 Sys­tème à Absorp­tion

Avec les sys­tèmes à absorp­tion, le pas­sage de l’évaporateur vers le conden­seur est réa­li­sé par l’association du fluide fri­go­ri­gène à un autre fluide qua­li­fié d’absorbant. Ce mélange va per­mettre le pas­sage du fluide fri­go­ri­gène d’un niveau de basse pression/basse tem­pé­ra­ture à un niveau de haute pression/haute tem­pé­ra­ture sous l’effet d’un apport de cha­leur.

Les pro­prié­tés de l’absorbant sont (étant don­né son affi­ni­té très grande avec le fri­go­ri­gène) d’absorber des vapeurs de fri­go­ri­gène à basse pres­sion et de s’en sépa­rer par chauf­fage à haute pres­sion.

Prin­cipe du fonc­tion­ne­ment :

Dans ce type d’appareil il n’y a pas de pièces méca­niques en mou­ve­ment, l’énergie est appor­tée par une résis­tance élec­trique qui chauffe une solu­tion.

De l’ammoniac liqué­fié pénètre dans un éva­po­ra­teur (situé dans l’enceinte à réfri­gé­rer), il s’y vapo­rise, pré­le­vant de la cha­leur dans l’enceinte et refroi­dis­sant celle-ci.

Les vapeurs ain­si pro­duites vont dans un absor­beur où elles se trouvent dis­soutes dans de l’eau, consti­tuant ain­si une solu­tion riche d’ammoniac

Celle-ci, après avoir tra­ver­sé un échan­geur de tem­pé­ra­ture, se déverse dans le bouilleur chauf­fé élec­tri­que­ment.

La cha­leur pro­voque la sépa­ra­tion de l’eau et du gaz ammo­niac.

Cet ammo­niac gazeux tra­verse un conden­seur qui le liqué­fie (avec perte de cha­leur vers l’environnement) et l’ammoniac liqué­fié retourne à l’évaporateur où le cycle recom­mence.

Noter qu’une par­tie de la solu­tion conte­nue dans le bouilleur, solu­tion pauvre, revient vers l’absorbeur après avoir tra­ver­sé l’échangeur de tem­pé­ra­ture où elle cède une par­tie de sa cha­leur à la solu­tion riche.

Dans ce cas éga­le­ment il se pro­duit donc deux chan­ge­ments d’état du fluide (ammo­niac) : vapo­ri­sa­tion, avec pré­lè­ve­ment de cha­leur dans l’enceinte à refroi­dir, et conden­sa­tion, avec rejet de cha­leur en dehors de l’enceinte à refroi­dir

NB L’ammoniac est un gaz (com­po­sé d’azote et d’hydrogène), tan­dis que l’on appelle ammo­niaque une solu­tion aqueuse d’ammoniac.

En conclu­sion :

On peut donc défi­nir la pro­duc­tion de froid comme la mise en œuvre d’une suite de trans­for­ma­tions ther­mo­dy­na­miques per­met­tant d’extraire de la cha­leur d’un milieu (source chaude) pour abais­ser et/ou main­te­nir sa tem­pé­ra­ture en des­sous de la tem­pé­ra­ture ambiante. Ces trans­for­ma­tions sont subies par une sub­stance active (le fluide fri­go­ri­gène), qui pré­lève de la cha­leur à la source chaude (chambre de refroi­dis­se­ment) , la rejette  dans la source froide (exté­rieur) et pour cela  on doit appor­ter de l’énergie (méca­nique ou calo­ri­fique).

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 La régle­men­ta­tion «F-Gas sur les fluides fri­go­ri­gènes»

  • Le nou­veau règle­ment EU 517/2014 du 16 avril 2014 sur les gaz fluo­rés (F-gaz) est entré en appli­ca­tion le 1er jan­vier 2015 (le règle­ment EU 842/2006 a été abro­gé). Il vise à mieux enca­drer l’utilisation des fluides fluo­rés HFC pour limi­ter l’effet de serre.
  • L’unité de mesure pour les contrôles d’étanchéité est désor­mais la tonne équi­valent CO2 (Teq CO2) qui prend en compte le Poten­tiel de Réchauf­fe­ment Glo­bal (PRG) du gaz (plus sou­vent appe­lé GWP pour Glo­bal War­ming Pro­tect). Ces valeurs per­mettent de com­pa­rer les fluides selon leur pou­voir pol­luant en pre­nant le CO2 comme réfé­rence (Teq CO2 =1 ; GWP = 1). Ne pas confondre le GWP avec l’ODP (qui mesure l’effet sur la couche d’ozone).
  • Depuis, les seuils à prendre en compte pour les contrôles d’étanchéité sont 5 Teq CO2 et 50 Teq CO2. Entre ces seuils (ce qui est le cas pour la plu­part des ins­tal­la­tions en bou­lan­ge­rie-pâtis­se­rie), le contrôle est à faire obli­ga­toi­re­ment tous les 12 mois (ou tous les 24 mois si l’opérateur met en œuvre un sys­tème de détec­tion des fuites). Au-delà de 50 Teq CO2, le contrôle est à faire tous les 6 mois (tous les 12 mois si détec­tion des fuites). Pour connaître la cor­res­pon­dance avec les anciens seuils en kg de chaque gaz, il existe des tables de cor­res­pon­dance. La tenue d’un registre des contrôles est obli­ga­toire. 
  • Depuis le 1er jan­vier 2015, il est inter­dit de répa­rer ou d’entretenir les ins­tal­la­tions fonc­tion­nant au R22. Le fluide doit être rem­pla­cé par un autre gaz moins pol­luant. Au 1er jan­vier 2020, il sera inter­dit de rechar­ger les ins­tal­la­tions com­por­tant une charge supé­rieure à 40 Teq CO2 avec un fluide au GWP supé­rieur à 2 500 (par ex., ins­tal­la­tion au gaz R404a supé­rieure à 10,6 kg).

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