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Comment ça marche : le climatiseur

Appartenant à la famille des pompes à chaleur air-air, le climatiseur est une machine frigorifique destinée à rafraichir l’atmosphère d’un local. Il connaît un essor important, notamment en Asie.  En 2017, 1,6 milliard de climatiseurs étaient installés dans le monde, un chiffre qui s’accroît en moyenne de 135 millions par an. Près de 20% de l’électricité totale consommée dans les bâtiments l’est pour la climatisation et la ventilation1.

Image d'un magasin de climatiseurs à Hanoï, au Vietnam.
Un magasin de climatiseurs à Hanoï (Vietnam). Les ventes de climatiseurs sont en forte hausse en Asie. ©HOANG DINH NAM / AFP

Le principe

Le fonctionnement d’un climatiseur est semblable à celui d’un réfrigérateur. Schématiquement, il se compose de deux échangeurs : un évaporateur, placé dans la pièce, et un condenseur, positionné à l’extérieur. Un fluide frigorigène, alternativement liquide ou gazeux, circule dans un circuit étanche, grâce à un compresseur actionné par un moteur. Le mouvement peut être décomposé en 5 phases (voir illustration).

1,6 milliard : le nombre de climatiseurs installés dans le monde en 2017.

  1. Le compresseur envoie le gaz dans le circuit, à très haute pression, donc très chaud.
  2.  En arrivant dans le condenseur, le gaz libère une partie de sa chaleurAujourd'hui, en thermodynamique statistique, la chaleur désigne un transfert d'agitation thermique des particules composant la matière... qui est évacuée vers l’extérieur. Il repasse en phase liquide.
  3. Le fluide devenu liquide voit sa pression diminuer en passant dans le détendeur et se refroidit.
  4. En arrivant dans l’évaporateur, le liquide à basse pression et froid absorbe la chaleur de la pièce et s’évapore.
  5. Le fluide sous forme gazeuse à basse pression repart vers le compresseur et le cycle recommence.

 

Fonctionnement schématique d'un climatiseur

 

Le climatiseur

 

Si le cycle de fonctionnement est inversé, le système récupère les calories à l’extérieur et les restitue à l’intérieur. On a alors une « pompe à chaleur » (PAC). Certains modèles de climatiseurs permettent cette réversibilité, ce qui donne un complément de chauffage en hiver.

Il est à noter que la climatisation provoque une condensation de l’humidité de la pièce réfrigérée. L’eau produite doit être évacuée par un tuyau débouchant sur l’extérieur.

Les différents types de climatiseur2

Le climatiseur « monobloc » 

Comme son nom l’indique, tous les composants sont réunis en une seule unité placée dans la pièce. Mais il faut une gaine, généralement en matière plastique, pour évacuer la chaleur à l’extérieur. C’est ainsi que pendant les périodes de canicule, certains magasins laissent leur porte entrebâillée pour laisse passer la gaine d’évacuation, ce qui n’est pas très logique en matière de climatisation. Il peut être monté sur roulettes, donc mobile, mais il n’est efficace que dans une seule pièce à la fois. Il est simple à installer, économique à l’achat mais bruyant et peu performant.

Le climatiseur « split »

Il est composé d’une unité extérieure et d’une ou plusieurs unités intérieures, reliées par des tuyaux souples. Le compresseur est placé à l’extérieur, avec le condenseur, ce qui évite le bruit dans la pièce. L’unité extérieure ne doit pas être trop exposée au soleil afin que la température du fluide soit bien supérieure à celle de l’air extérieur. Il faut aussi veiller à ce que le moteur du compresseur ne gêne pas les voisins…

Lorsqu’il y a une seule unité intérieure, on parle de « mono-split ». Quand il y en a plusieurs (généralement moins de 4), le système est dit « multi-split ». Il permet donc de rafraîchir plusieurs pièces.

L’efficacité des climatiseurs est notamment mesurée par le taux EER (energy efficiency rating) qui est le rapport entre la puissanceEn physique, la puissance représente la quantité d'énergie fournie par un système par unité de temps... frigorifique et la quantité d'électricité nécessaire pour l'atteindre. Le taux figure sur l’étiquette énergie obligatoire sur chaque modèle. Plus il est élevé, plus l’appareil est efficace.

Pour les climatiseurs de faible puissance, la consommation électrique peut, selon l’ADEME3,  osciller entre 300 et 500 kWh/an pour 500 heures de fonctionnement dans une pièce fermée, soit un budget entre 40 et 70 euros en France. Même les climatiseurs les plus performants consomment plus en moyenne que les réfrigérateurs-congélateurs, pourtant branchés toute l'année.

Les climatisations centralisées

Si l’installation est faite au moment de la construction de la maison ou de l’immeuble, les compresseurs peuvent être plus puissants ou collectifs. Les unités intérieures peuvent être reliées par des tuyaux qui passent dans les murs, être dissimulées dans des faux plafonds ou sous des planchers.

Certains types de climatiseurs permettent, en inversant leur cycle de fonctionnement, un complément de chauffage en hiver.

 

Le climatiseur à eau perdue

Quelquefois, il n’existe aucune possibilité d’installer le condenseur à air à l’extérieur ou même de placer une gaine d’évacuation. C’est le cas notamment dans les salles informatiques, les laboratoires, les galeries marchandes ou les locaux en sous-sol. Il faut alors ajouter au système une unité de condensation à l’eau qui doit être reliée au réseau d'eau de ville et au tout-à-l’égout. On parle alors de « climatiseur à eau perdue ». Il implique bien sûr une consommation en eau non négligeable qui s’ajoute à la consommation électrique.

 

Les différents types de fluides frigorigènes

Les fluides frigorigènes utilisés dans les installations de réfrigération et de climatisation sont généralement des combinaisons de diverses molécules, conçues pour trouver les meilleures performances selon les utilisations.

Certains types, dangereux pour la couche d’ozone, ont été interdits ou font l’objet de réglementations strictes, garantissant notamment leur confinement dans les circuits fermés et leur récupération après usage.

Parmi les divers types :

- Les CFC (chlorofluorocarbures) et les HCFC (hydrochlorofluorocarbures), nocifs pour la couche d’ozone, ont été progressivement interdits depuis la signature du protocole de Montréal en 1987.

- Les HFC (hydrofluorocarbures) ont une action négative sur l’effet de serre.

- Les fluides réfrigérants naturels, à base d’ammoniac, de propane, d’isobutane et même de CO2, ont un effet négligeable sur la couche d'ozone ou l'effet de serre et sont aujourd’hui préférés en Europe. 

 

 

Sources :

(1) Voir le rapport de l’AIE.

(2) ADEME : la climatisation.

(3) ADEME : « chaud dehors, frais dedans ».