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Dossier: fonctionnement de la climatisation

Dossier: fonctionnement de la climatisation

Guillaume Darding - 03 janvier 2014
Temps de lecture : environ 9 minutes

La climatisation est devenue un organe quasi-incontournable d'une automobile: elle équipe près de 9 véhicules neufs sur 10 en France. Parce qu'elle permet une meilleure régulation de la température dans l'habitacle, elle est un élément de sécurité indirect du fait qu'elle permet aux automobilistes de conduire dans des conditions de confort optimales.

Le système de climatisation repose sur l'échange de chaleur entre deux fluides, l'air ambiant et un fluide réfrigérant (autrement appelé frigorigène). La circulation de ce dernier se décompose en deux boucles: le circuit haute pression et le circuit basse pression.

Schéma principe climatisation ETAI

Réfrigérant: circuit haute pression

Le circuit haute pression se compose de 3 éléments. Le compresseur, entraîné par la courroie "accessoires" du moteur, est le premier d'entre eux. La poulie du compresseur est munie d'un embrayage pour que ce dernier soit déconnecté lorsque la climatisation n'est pas en fonction.

Le réfrigérant, sous forme gazeuse, est comprimé à une pression pouvant atteindre 30 bars (pression initiale d'environ 3 bars). Le fluide est alors à une température de 80 °C.

Compresseur Delphi

La puissance du compresseur est dépendante du régime moteur. Pour pallier à ces variations de puissance et ajuster le débit du fluide réfrigérant en fonction des besoins du système de climatisation, le compresseur peut être à volume variable. Lorsqu'il fonctionne à volume constant, il est alors périodiquement désembrayé.

Le réfrigérant passe ensuite dans le condenseur dont le rôle est de dissiper la chaleur dûe à la compression. Le fluide passe alors à une température de 55 °C. A cette température, le fluide réfrigérant passe de l'état gazeux à l'état liquide. La dissipation de chaleur se fait par la circulation de l'air extérieur à travers le condenseur. Lorsque le débit d'air n'est pas suffisant (véhicule à faible vitesse par exemple), la circulation de l'air peut être forcée à l'aide d'un ventilateur.

Condenseur ventilateurs radiateur Delphi

Enfin, le fluide passe à travers le déshydrateur, un petit réservoir contenant un asséchant retenant l'eau. Cette étape évite la formation de glace dans le circuit basse pression.

Déshydrateur Delphi

Réfrigérant: circuit basse pression

Une fois passé le déshydrateur, le fluide passe dans le détendeur. La température du fluide passe alors de 55 °C à 10 °C et la pression s'établit à 3 bars. Pour abaisser la pression, le liquide pénètre dans un grand volume. La régulation de pression se fait via une soupape.

Parfois, le fluide passe dans le détendeur via un simple orifice (moins de pièces en mouvement), la régulation de pression se fait alors soit en coupant la climatisation momentanément soit à l'aide d'un accumulateur monté entre l'évaporateur et le compresseur.

La dernière étape se passe au sein de l'évaporateur. Son rôle est d'absorber la chaleur de l'air extérieur. Le fluide réfrigérant peut atteindre une température de -30 °C à l'entrée de l'évaporateur.

Evaporateur Delphi

Ensuite, la température du fluide augmente par échange de chaleur avec l'air extérieur jusqu'à ce que le fluide redevienne à l'état gazeux. Une fois passé à travers l'évaporateur, l'air atteint une température de 5 °C environ avant d'être injecté, par l'intermédiaire du pulseur, dans l'habitacle.

Au passage de l'évaporateur, l'air s'assèche naturellement par condensation. Lorsque le système est stoppé, la condensation devient à l'état purement liquide, c'est ce phénomène qui explique les pertes d'eau, via le drain de l'évaporateur, observées sous un véhicule, notamment par temps chaud.

Différents types de fluides réfrigérants

Les fluides réfrigérants sont des gaz à effet de serre. Ils devraient théoriquement fonctionner en circuit fermé. Toutefois,  le réfrigérant s'évapore d'un véhicule au gré de son fonctionnement et ces pertes peuvent atteindre 30 g/an voire plus sur une quantité totale d'environ 800g (masse variant selon le modèle de véhicule).

C'est d'ailleurs pour cette raison qu'il peut être nécessaire de recharger périodiquement le circuit de climatisation en fluide réfrigérant: lorsque la quantité de fluide est insuffisante, le système de climatisation n'aura plus la capacité de refroidir suffisamment l'air pénétrant dans l'habitacle.

Ces fuites posent néanmoins problème car les effets des gaz frigorigènes ont des effets néfastes dans l'atmosphère. Alors que le CO2 a, par définition, un potentiel de réchauffement global (PRG) de 1 sur 100 ans (durée de vie estimée du CO2 dans l'atmosphère), le PRG du fluide réfrigérant couramment utilisé dans l'automobile, le R134a, s'élève plus de 1.300 et a une durée de vie d'environ 13 ans.

Dupont R134a - Wikimedia

Jusqu'au début des années 2000, l'industrie automobile utilisait le R12, un gaz ayant un PRG de plus de 8.000 et une durée de vie dans l'atmosphère de 150 ans.

Depuis 2013, les constructeurs auraient dû abandonner le R134a au profit d'un gaz ayant un PRG inférieur à 150. Cette règlementation s'applique normalement à tout nouveau type de véhicule. Depuis 2009, les constructeurs, après moultes discussions, s'étaient accordés à utiliser le R1234yf, un gaz dont le PRG se limite à 4 et dont la durée de vie dans l'atmosphère est de l'ordre d'une semaine.

Mercedes Classe A

Toutefois, fin 2012, Mercedes n'a pas souhaité équiper la nouvelle Classe A avec ce nouveau fluide, conduisant à un blocage des immatriculations en France. Pour ce faire, le constructeur allemand a fait homologuer ce nouveau modèle comme étant un simple restylage de la précédente Classe A (ce qu'ont fait Renault et Peugeot, par exemple, avec le Captur et le 2008 pour éviter d'utiliser, eux-aussi, le nouveau fluide). Il a ensuite remis en cause le bien-fondé de ce fluide sous prétexte qu'il était inflammable.

Au final, l'homologation des Mercedes a été validée par décision européenne. D'autre part, il a été conclu que les accusations de Mercedes concernant l'inflammabilité du R1234yf n'était pas fondées. Si le R1234yf est bien plus inflammable que le R134a, de nombreux tests ont établis que le nouveau fluide ne remettait pas en cause la sécurité du véhicule et de ses occupants.

Si le R1234yf présente de meilleures caractéristiques environnementales, il coûte aussi beaucoup plus cher (le surcoût est estimé à 40€ par véhicule par rapport au fluide actuel) et jusqu'à présent, les fournisseurs n'avait pas la capacité de fournir suffisamment de fluide pour couvrir les besoins de l'industrie automobile.

A l'avenir, les constructeurs pourraient utiliser le CO2 en tant que fluide réfrigérant. Toutefois, au contraire du R1234yf, une climatisation fonctionnant avec du dioxyde de carbone nécessite de repenser complètement les différents organes du système de climatisation.

Codification des fluides

La première lettre (R) indique que le fluide est un fluide réfrigérant. Le premier chiffre en partant de la droite (celui des unités) caractérise le nombre d'atomes de fluor, le deuxième chiffre (les dizaines) montre le nombre d'atome d'hydrogène +1. Le troisième chiffre, celui des centaines, spécifie le nombre d'atomes de carbone -1. Enfin le quatrième chiffre (les milliers) indique le nombre de doubles liaisons carbone insaturées (C=C).

La lettre ou les lettres servant éventuellement de suffixe caractérisent la nature asymétrique des isomères autour de la liaison carbone-carbone.

Dans le cas du R1234yf, cela signifie que c'est un fluide réfrigérant (R) ayant une double liaison carbone-carbone (1), 3 atomes de carbone (2), 2 atomes d'hydrogène (3) et 4 atomes de fluor. D'autre part, les lettres "yf" indiquent une construction asymétrique de la molécule.

Pour le R134a, il s'agit toujours d'un fluide frigorigène (R) sans double liaison carbone (pas de chiffre des milliers) contenant 2 atomes de carbones (1), 2 atomes d'hydrogène (3) et 4 atomes de fluor (4) avec un ordonnancement asymétrique (a).

Climatisation automatique

Pour réguler la température à l'intérieur de l'habitacle, la climatisation automatique revêt différents raffinements pour le confort des usagers. D'une simple climatisation automatique monozone, elle peut se transformer en un complexe système capable de gérer plusieurs zones de l'habitacle, d'activer automatiquement le désembuage des vitres ainsi que le recyclage de l'air.

Climatisation automatique Citroën C4

Une climatisation automatique repose sur un ou plusieurs capteurs de température disposés dans l'habitable (selon que la régulation de la climatisation soit monozone ou plus). De plus, une même zone peut comprendre plusieurs capteurs de température (un au niveau de la tête des occupants et un autre au niveau des pieds par exemple) afin d'optimiser le fonctionnement de la climatisation.

Les systèmes de climatisation automatique font généralement appel à un capteur d'intensité solaire de manière à répartir différemment la ventilation selon les conditions d'ensoleillement. Par exemple, la climatisation automatique priviligiera la ventilation vers le visage des occupants lorsque le véhicule se retrouvera face au soleil.

Ainsi, la climatisation automatique est capable de gérer de manière autonome le débit d'air ainsi que la répartition vers chaque buse de l'habitacle à l'aide de plusieurs servo-moteurs actionnant les clapets de répartition dirigeant vers le pare-brise, le visage, les pieds, l'avant, l'arrière, la droite, la gauche, etc.

Zones de ventilation Audi A6

Enfin, certains véhicules peuvent être équipés d'un capteur de pollution (autrement appelé sonde de qualité d'air). Mesurant la concentration dans les ambiants des COV (Composés Organiques Volatiles tels que gaz d'échappement, vapeurs de solvants, ...), il commande à la climatisation de passer en mode de recyclage d'air automatiquement.

Influence sur la consommation d'essence

L'utilisation de la climatisation peut entraîner dans les cas les plus défavorables une surconsommation de l'ordre d'1 l/100km voire plus, alors que le véhicule circule en ville par temps chaud et que la ventilation fonctionne au maximum avec une température d'air minimum. Sur une année complète, l'ADEME estime que la climatisation contribue à augmenter la consommation de carburant de l'ordre de 5%.

En été, lorsque l'habitacle est surchauffé, il est conseillé d'aérer l'habitacle avant d'enclencher la climatisation, ceci afin de baisser la température de l'habitacle. D'autre part, il peut être bénéfique, pendant les 15 premières minutes, d'enclencher le recyclage d'air au lieu d'alimenter l'habitacle avec l'air chaud extérieur. Après ce quart d'heure, il est conseillé de repasser la climatisation en mode normal (alimentation en air extérieur), ceci afin de ne pas avoir de l'air vicié au sein de l'habitacle.

La climatisation: en hiver aussi?

Parce qu'elle assèche l'air, la climatisation est bénéfique même en hiver. En fonction, elle permet de désembuer plus rapidement les vitrages du véhicule et évite la reformation de buée.

A l'avenir

L'avenir de la climatisation devrait se traduire par la généralisation des compresseurs électriques comme en sont déjà équipées les Toyota Prius par exemple. Le fonctionnement du compresseur pourra être optimisé selon les besoins du système et non plus selon la vitesse de rotation du moteur. Au fil des années, le moteur se retrouve ainsi déchargé de nombreuses sollicitations (direction assistée, pompe à eau,...) pour se concentrer sur sa fonction première et réduire ses émissions nocives. 

Plus particulièrement pour les véhicules électriques, ne pouvant compter sur la chaleur émise par les moteurs thermiques, les systèmes de pompes à chaleur réversibles (capable de produire de l'air chaud comme de l'air froid) sont amenés à se généraliser pour ne pas dégrader l'autonomie des voitures électriques comme l'ont fait Renault pour la Zoé et BMW pour l'i3.

Pompe à chaleur Renault Zoé

 Crédits images: Audi, Citroën, Delphi, ETAI, Renault, Wikimedia

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Les 10 derniers commentaires sur le sujet (voir les 54 commentaires):

Guillaume Darding [administrateur]

25 juillet 2022 à 13h04

Bonjour Boris, merci pour vos encouragements !

il me semble qu'il est effectivement possible de faire une recharge seulement en étant raccordé au conduit HP (l'option est disponible, je crois, sur les appareils de recharge de climatisation), mais je n'ai pas connaissance de cette procédure personnellement.

La procédure standard consiste, en effet, à se raccorder sur les 2 piquages. Le piquage HP sert à faire le tirage au vide, le piquage LP sert à rechager.
En règle générale, c'est par la pression du raccord BP qu'on peut estimer s'il y a du gaz réfrigérant ou non.

Personnellement, je pense qu'il ne serait pas superflu, dans votre cas, de se lancer dans une détection de fuite (on fait le vide dans le circuit de climatisation puis on injecte un gaz inerte et détectable par une sonde) pour vérifier la bonne étanchéité du circuit et si absence de fuite, alors il faudra regarder les pressions dans chacun des circuits pour évaluer quel composant pourrait être défaillant.
boris91

26 juillet 2022 à 10h04

Bonjour et merci pour le retour.
j'ai RDV en fon de journée chez un garagiste qui va procéder à un tirage au vide prolonger, il va laisser tirer au vide quelques heures.
Puis mise sous pression à l'azote.
je verrais bien le verdict demain.
ce dernier me disait en effet qu'il était préférable de tirer au vide en étant raccord au 2 connecteurs selon lui. Il me dit que les nombreuses tentatives de recharges infructeuses ont pu créer un "bouchon" d'huile dans le réseaux, car les machines injectent à chaques fois de l'huile, il m'a dit avoir déjà eu un cas ou le réseau de l voiture après tirage au vide, contenait 2 fois plus d'huile que nécessaire, ce qui peut conduire à boucher l'évaporateur.
Merci encore pour vos réponses.
je ne manquerai pas de vous donner la finalité de mon problème
Geoffrey

29 juillet 2022 à 13h44

Bonjour Guillaume, merci pour votre site internet qui regorge d'informations précieuses et merci pour votre contribution dans l'espace commentaires.

Sur ma audi B7, jA'ai remplacé mon condenseur, mon capteur haute pression G65 et mon compresseur de clim, procédé au rechargement chez un garagiste et toujours pas de froid. Aucun défaut au VCDS ni au climatronic.

Par contre, en mesures avancée, j'ai : "Refrigerant circuit - Pressure - 7.0bar". Je me demandais si 7 bars c'est suffisant au niveau du condenseur ?


ensuite j'ai :

A/C valve N280 64%
Evaporator Outflow G263 30°c
Fresh air intake G89 29,5°c
Ambient Temperature 22,5°
coolant temperature 86°c

Si ça peut t'aider. moi je sèche complètement.

Merci à toi !
Guillaume Darding [administrateur]

01 août 2022 à 21h40

Bonjour Geoffrey, merci pour tes encouragements !
Une pression de 7 bar dans le circuit haute pression indique généralement un manque de gaz réfrigérant dans le circuit, ce que confirme la température à la sortie de l'évaporateur. Mais, comme je le précisais avec Boris, il serait bien de connaître la pression du circuit BP pour avoir une meilleure compréhension du problème.

Je ferai donc la même recommandation que dans le cas de Boris : passer un test de fuite du circuit (gaz inerte) avant de remettre un fluide réfrigérant (polluant lorsque relâché dans l'atmosphère). Ainsi, tu auras connaissance de la pression dans chacun des circuits et cela apportera la certitude que ce n'est pas une fuite qui cause tous les soucis de climatisation.
boris91

17 août 2022 à 09h54

Bonjour

Petit retour sur mon soucis;
lors de mon derinier passage en garage, on m'a dignstiquer une BP trop haute. le garagiste pensait à un soucis de détendeur.
pourtant je l'avais remplacé il y a peu.
mais bon comme rien n'est impossible, il était peut être défectueux. commande du détendeur, mise en place, re tirage au vide 3h durant. éprouvage d el'étanchéité 2 heures RAS. remplissage.
on met en route et toujours pas de froid.
ma valise m'indique 12bar de pression sur les HP. mais la machine du garage indique toujours une BP haute, autours de 5/6 bars. là ou si je ne dis pas de bétises elle devrait être autour de 2 bars.

resultat, vacances sans clim tant pis (mais vacances quand même).
le garagiste qui etait persuaé que cétait le détendeur, m'a carrément remboursé le prix de celui-ci car il estimait me l'avoir fait acheté pour rien.
pour lui au vue de la situation, c'est le compresseur qui à un soucis.
compresseur changé l'an dernier par un neuf acheté sur O...., à mon retour je regarderais donc pour lancer une procédure de garantie pour ce compresseur et procéder à nouveau à son remplacement.

bonne journée à tous
Guillaume Darding [administrateur]

25 août 2022 à 16h24

Bonjour boris,

le compresseur est vraisemblablement une bonne piste si on prend en considération que la circuit basse pression a une pression un peu élevée et que celle du circuit haute pression est tout juste correcte (peut-être un peu faible).
Content de voir que vous avez trouvé un garagiste qui a l'air plus compétent que vos premiers interlocuteurs (même s'il s'est trompé, ça arrive...).
boris91

26 juin 2023 à 11h24

bonjour

je reviens sur le blog pour la poursuite des avntures de ma clim.

depuis l'année dernière je ne m'en suis pas beaucoup occupé. l'hiver je n'en avais pas besoin et le temps hivernal ne donne pas envie de faire d ela mécanique hors abris.

Comme j'indiquais l'année dernière, j'avais procéder au remplacement du compresseur par un neuf, et les derniers relevés du garagiste semblaient indiqués une BP haute.
ce garagiste s'orientait vers un pb de compresseur.

je voulais lancer une procédure d'échange de se compresseur car bien que neuf, on 'est jaais à l'abris qu'il soit défectueux, mais je me suis heurté à un soucis, car la procédure du vendeur en ligne necessitait un envoi du compresseur pour "expertise" par leur soin, dont le délai peut aller jusque 2 mois d'attente pour la réponse.
hors si je dépose le compresseur, je ne peux plus rouler car la courroie d'accessoire ne pourrait être remontée sans la poulie du compresseur.

Néanmoins j'ai une piste que je vais vrifier et je voulais avoir votre avis.

l'année dernière j'ai eu un soucis d'ordre electronique durant mes péripéties de clim.
en effet mon vehicule dispose d'un autoradio embarquant les commandes de clim.
du jour au lendemain, cet autoradio s'est mis à ss'éteindre sans raison, et lorsqu'il se rallumait, m'indiquait l'impossibilité de régler les température ou allumer la climatisation avec un message "clim indisponible - contact coupé".
hors le véhicule etait bien en route et donc contact OK.

j'avais trouvé un autoradio identique d'occasion pas cher, et une fois installé, j'ai pu constaté qu il subissait la même panne. extinction inopinée. redemarrage sans les fonctions ventilation et clim.... il fallait tapoter à coter et là le voyant clim se rallumait les commandes fonctionnaient de nouveau mais hélas pas pour très longtemps suivant les alés et bosses d ela route il coupait quand il avait envie.....

j'an ai donc déduit qu'il y avait un autre soucis concernant l'alimentation de mon autoradio.
Après recherche eet démontage, je n'ai rien trouvé aux abord de ce dernier.

il y a 15 jours, je suis tombé sur un article sur le net qui indiquait des soucis de contact au niveau du bloc compteur sur les véhicules ford comme le mien.
après démontage, vérification des soudures et reprise de certaines qui me paraissaient suspectes d'après les explications, le fonctionnement de l'autoradio est redevenu normal.

il démarre à chaque mise en route avec toutes les fonctionnalités opérationnelles.

AUssi je me demande si cette panne qui était présente lors de mes essais sur la clim l'année dernière,pouvait jouer sur le bon fonctionnement du système de climatisation.

sur le net j'ai pu voir que certains propriétaires avaient carrément des véhicules immobilisés sans pouvoir les démarrer à cause de soudures défectueuses sur le compteurcar ce denrier embarque pas mal de chose donc l'antidemarrage.

j'ai vu au grés de es recherches que certains véhicules PSA avit des défaut de clim dû à un composant défecteux sur le BSI.

dans le doute je vais cette après midi tenter une recharche de mon circuit voir si par le plus grand des hasard, je ne dois pas cette "galère" de clim à des faux contcats sur ce compteur.....

Peut être avez vous un retour d'expérience à me faire sur des cas similaires.
en tout cas je ne manquerai pas de faire un retour pour vous tenir informé.

Excellente journée

Guillaume Darding [administrateur]

27 juin 2023 à 20h53

Bonjour Boris, merci beaucoup pour votre partage, c'est très intéressant ! 👍

Pour ma part, je n'ai pas beaucoup de retours d'expérience sur le sujet, mais le scénario que vous décrivez est effectivement plausible.
Nanite

10 juillet 2023 à 12h32

Bonjour Guillaume,

je vous expose un problème, j'ai une Alfa Giulietta avec un soucis de clim.
on pensait que la voiture ne faisait pas de froid etc...

Le condenseur était à changer car perforer lors d'un petit choc.

Il a été changé le circuit est étanche hors, j'ai fait recharger la clim et l'air qui en sortait était chaud.

je ne comprenait pas après avoir vu avec la personne le compresseur de clim ne ferai pas son travail. si je met la clim à faible vitesse de l'air frais sort à 6 ou 7 degrés de chaque aérations.

hors à débit élevé l'air froid sort seulement d'un côté. et à 15 degré ou 20 degrés si il fait très chaud du coté gauche.

on m'a dit que le compresseur serai la cause car il aurai du mal à comprimer le gaz (si je dis pas de bétise désole je ne suis pas du tout expert)

Quel serait votre avis la dessus ? Sachant que le frais fonctionne bien à vitesse faible.

Cordialement.
Guillaume Darding [administrateur]

14 juillet 2023 à 14h03

Bonjour nanite,

le compresseur est une possibilité, mais qui me parait assez peu probable car, lorsqu’il fonctionne mal, l’air est généralement chaud dans n’importe quelles conditions. Je verrais plutôt un problème au niveau de l’évaporateur qui serait partiellement obstrué.

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