Dossier: fonctionnement de la climatisation

Dossier: fonctionnement de la climatisation

Guillaume Darding - 03 janvier 2014

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

Les 10 derniers commentaires sur le sujet (voir les 34 commentaires):

pjmdur

05 mars 2020 à 10h52

Bonjour,

A propos du système de clim des autos modernes, ce système peut servir aussi pour assécher l'air l'hiver(désembuage). C'est l'une des deux prestations des climatiseurs.
Si on laisse cette prestation en action dans un système AUTO l'hiver, les capteurs d'humidité déclenchent le fonctionnement du compresseur.
Le compresseur étant variable, je ne pensais pas obtenir une telle diminution de consommation en le mettant à l'arrêt: 1/2L de moins sur mon 5008/PT130 EAT8 par rapport à l'hiver dernier..
Et sur ce véhicule, je n'ai jamais eu de buée demandant à le remettre en action.
Guillaume Darding [administrateur]

11 mars 2020 à 16h06

Bonjour pjmdur, merci pour votre retour d'expérience. La climatisation est, en effet, indiquée pour le désembuage.

Pour les véhicules équipés d'une climatisation (manuelle ou non), il peut être indiqué de la désactiver lorsque les températures sont fraîches (utilisation du chauffage uniquement) pour réduire la consommation de carburant. Néanmoins, il reste de toute façon conseillé de l'enclencher une fois par mois afin que le système reste fonctionnel (en particulier la lubrification du compresseur).
olivier76

10 mars 2021 à 06h17

Bonjour j'ai une climatisation automatique sur un touran et je suis embêté car la climatisation fonctionne que quand le moteur est chaud. Je n'ai aucun code défaut moteur ni calculateur climatisation . Mes pression hp et bp sont correctes environ 5 bars au démarrage et quand la climatisation se mets a fonctionner je monte au environ de 12 bars. PS la clim vient d’être recharger. Merci de votre aide.
Pascal29

10 mars 2021 à 07h32

Bonjour Olivier76; peut-être un début de réponse dans le lien qui je mets ci-dessous ? on y parle de pressostat ...

https://www.largus.fr/forum-auto/panne-auto-mecanique-et-entretien/volkswagen/touran/clim-qui-fonctionne-que-quand-le-moteur-est-a-90-deg/338308-1303-climatisation.html
Guillaume Darding [administrateur]

10 mars 2021 à 12h31

Bonjour olivier76 et Pascal29,

il peut y avoir beaucoup de causes possibles. Vus les symptômes que vous décrivez, cela pourrait aussi venir du ventilateur : s'il ne fonctionne pas à faible vitesse, alors le fluide n'est pas suffisamment refroidi et la climatisation ne peut pas délivrer d'air froid. A haute vitesse, le débit d'air est suffisamment élevé pour refroidir le fluide. Il se peut que le ventilateur soit fonctionnel, mais uniquement sur sa vitesse de rotation la plus élevée.
Karim78

16 juillet 2021 à 13h20

Bonjour Guillaume Darding,

Après avoir lu votre article, j'aurai aimai avoir votre avis sur un véhicule (Touran I 2006) dont la basse pression indique 4bar qui peut un peu s'élever en accélérant. Est-ce dû à un dysfonctionnement d'un élément ? Après avoir senti ma clim peu froide et voulu la recharger, mon mécano me dit que normalement je dois être à 2 bar et que ce n'était pas normal surement mon compresseur qui commence à lâcher d'après ses dires ou le "mano" (Pressostat?) et il me préconise un changement avant recharge sinon risque que la recharge ne tienne pas.
Qu'en pensez-vous ? Est-ce que ses dires sont correct et judicieuses ? Sachant que je sent la clim mais, à mon goût, pas fraiche comme il le faut.

Merci pour votre aide !
Guillaume Darding [administrateur]

19 juillet 2021 à 22h14

Bonjour Karim, je n'ai pas bien compris les pressions que vous relevées (2 bar et 4 bar ?). Si votre circuit basse pression est à 4 bar, alors la pression est vraisemblablement correcte. Il faudrait faire un test de fuite et vérifier que les niveaux de pression sont corrects avant de partir sur une piste ou l'autre.
Pour vous convaincre qu'il y a un problème de climatisation, mettez votre système sur la température la plus froide possible et faites sortir l'air à haut débit sur les bouches d'aération centrale : l'air devrait être glacial.
Karim78

20 juillet 2021 à 08h29

Merci pour votre réponse.
Après avoir fait le test, l'air n'est pas glacial mais tourne aux alentours de 10-11°C (température relevé grâce à la fonction caché sur VW sur la clim)
Dois-je en conclure que j'ai un manque de gaz et donc une fuite ?
Pour les pressions (2 bar et 4 bar) le mecano me stipule que la BP doit être à 2 barre et non à 4 bar (ce qui signifie que j'ai une pièce défectueuse d'après lui). Mais vous me dites que la pression est correct ce qui me rassure.
Encore merci pour votre aide.
Guillaume Darding [administrateur]

21 juillet 2021 à 17h21

Bonjour Karim, si vous aviez réglé votre climatisation au minimum, alors 10-11 °C paraît un peu élevé (si tant est que la température relevée est bien au niveau des bouches d'aération ou en amont), il faudrait plutôt être aux alentours de 5 °C. Donc, vraisemblablement, il manque du gaz. A voir s'il n'y a pas une fuite, en effet, tout en gardant à l'esprit que votre climatisation à 15 ans et qu'il peut être aussi vraisemblable que la perte soit normale au bout de 15 ans et qu'une simple recharge suffit : difficile de le certifier à 100% (et je ne vous conseille pas de faire la recharge en cas de doute, sinon, c'est de l'argent et du temps perdu).
Mieux vaut consulter un deuxième mécanicien pour renforcer ou infirmer le premier diagnostic.
Karim78

23 juillet 2021 à 10h35

Je prend note de vos précieux conseils. Cela semble logique après tout mais je vérifierai avec un 2ème mécano sait-on jamais.
Merci encore Guillaume !

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Commentaires
Karim78 à propos de l'article «Dossier: fonctionnement de la climatisation»

Il y a 11 heures

Je prend note de vos précieux conseils. Cela semble logique après tout mais je vérifierai avec un 2ème mécano sait-on jamais. Merci encore Guillaume !

thierryb à propos de l'article «Autonomie et consommation des véhicules électriques»

Hier

Merci, c'est très clair

Guillaume Darding à propos de l'article «Autonomie et consommation des véhicules électriques»

Hier

Bonjour Thierry, merci beaucoup pour tes encouragements ! Concernant la vitesse de 100 km/h, il n'y a pas de raison d'être pénalisé à rouler plus vite puisque la consommation n'est pas décompté pendant cette phase. Peut-être y-t-il un risque (je pense assez peu signifiant) d'être pénalisé si on considère que la marge d'erreur des appareils de mesure est plus grande à haute vitesse. Cette phase a vitesse constante a pour but unique d'accelérer le test de toute façon. Mis à part à avoir accès au dossier d'homologation, il n'est pas possible de connaître la vitesse utilisée par le constructeur. Concernant la consommation, la tension et l'intensité de la batterie sont mesurées en continu lors des tests (soit par un appareil de mesure externe, soit directement par le système de gestion de la batterie, si le constructeur démontre qu'il est suffisamment précis). Par la suite, il suffit de relever la tension et l'intensité moyenne durant les segments dynamiques pour en déduire la consommation. Concernant la puissance de charge, elle n'est pas clairement définie à ma connaissance, mais la charge doit utiliser le chargeur embarqué du véhicule (convertissant le courant alternatif de la source en courant continu) et se faire à vitesse "normale" (logiquement avec une intensité de 16A, soit l'équivalent d'une puissance de 3,7 kW). Concernant la fin du test, il s'arrête lorsque le véhicule tombe en panne (et non aux 0% réels de la batterie, sinon, il y a de grandes chances qu'elle soit endommagée dans le processus). Les tests se font systématiquement en laboratoire : il n'y a donc pas d'incidence due aux variations des conditions météorologiques. En espérant avoir répondu à l'ensemble de tes questions !

© Guillaume Darding

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