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 12 commentaires):

Jean-Claude NICOLAS

04 août 2016 à 10h50

bonjour, merci pour votre article, je possède un VW California T5, la clim ne fonctionne plus, et d'après votre article je me rends compte qu'il s'agit d'un système "pompe à chaleur". le circuit de gaz diagnostiqué par Norauto ne comporte apparemment pas de fuite, le compresseur parait entraîné, maintenant je pense qu'il me faudrait un schéma électrique pour tester les différents composants : électrovannes, embrayage du compresseur, sondes, etc. Pourriez vous m'indiquer un site ou je pourrais trouver cela, car chez VW Audi c'est négatif ! D'avance Grand Merci !
Guillaume Darding [administrateur]

04 août 2016 à 12h42

Bonjour, s'il n'y a pas de fuite dans le circuit, il y a de fortes chances que le problème vienne du compresseur (au niveau de l'embrayage vraisemblablement).

Je n'ai malheureusement pas connaissance de sites où il est possible de se procurer les schémas électriques.

Peut-être que si vous vous aidez du schéma des composants, vous pourrez parvenir à vos fins. A ce titre, je vous recommande http://etka.cc/vw/lang/f qui vous permettra de visualiser l'intégralité des composants. De cette manière, vous pouvez visualiser où se trouvent les différents organes et leur connexion électrique.

En espérant que cela puisse vous aider!
Jean-Claude NICOLAS

05 août 2016 à 23h05

Merci beaucoup pour vos conseils, je suis obligé de démonter une bonne partie avant du véhicule pour accéder aux différents éléments, je vous tiendrai au courant de la suite.
En attendant, je tiens à vous remercier pour votre gentillesse et la rapidité de votre réponse.
Amicalement.
Guillaume Darding [administrateur]

07 août 2016 à 11h19

Merci à vous et bon courage pour réparer votre climatisation!
Jean-Claude NICOLAS

13 août 2016 à 12h42

Bonjour, après avoir démonté tout l'avant du véhicule, j'ai pu enfin accéder au dessus du compresseur, en envoyant du 12V sur la bobine j'entends cliqueter dans le compresseur, donc le compresseur ne semble pas en cause. J'ai soudé deux fils en parallèle sur le cablage existant, pour me permettre de mesurer la tension sur la bobine avec tout le reste remonté, et j'ai remis le contact et le moteur en marche : je mesure 12V sur les deux bornes du connecteur, donc 0V aux bornes de la bobine qui de ce fait n'est pas activée.
Je n'ose pas mettre l'un des deux points à la masse.... une chance sur deux de griller au moins un fusible, au pire un module de gestion! Peut-être existe-t-il un relais caché qque part. Je vais donc essayer de suivre le faisceau électrique qui semble rentrer dans la cabine et démonter les garnitures du tableau de bord, n'ayant aucun schéma électrique du véhicule, la partie n'est pas gagnée !
Bonne journée, je vous tiens au courant de la suite...
Guillaume Darding [administrateur]

16 août 2016 à 09h28

Merci pour votre mise à jour. Concernant le compresseur, il faudrait vérifier qu'il est bien entraîné lorsqu'il est alimenté: on peut très bien imaginer qu'il s'agit d'un problème d'embrayage de ce dernier.
Je vous déconseille effectivement la mise à la masse, il y a un risque assez important de tout griller... Comme vous le mentionnez, il y a forcément un relais!
pjmdur

08 avril 2019 à 16h59

Bonjour,

J'ai une petite controverse concernant le fonctionnement de la clim auto de mon nouveau 5008.
On peut laisser laisser le mode en AUTO avec A/C sur ON d'une façon permanente.
Certains indiquent que le compresseur de clim est dans ce cas toujours actif pour assécher l'air contre la buée.
Le manuel indique fonction au dessus de 3°C sans plus de précision.
Cet hiver j'ai laissé A/C sur On et relevé mes consommations moyennes,.
Depuis quelque temps, j'ai mis sur OFF. Résultat, pas de changement de consommation de carburant..
Je me pose la question de savoir si il y a un système de détection d'humidité qui agirait sur la commande du compresseur l'hiver.
Il me semble illogique qu'un système coûteux en carburant via le compresseur fonctionne d'une façon permanente.

Votre avis?

Cordialement.
.
Guirgui

08 avril 2019 à 17h15

Bonjour, si je peux me permettre de commenter, il me semble que les constructeurs ont installé depuis plus de 10 ans des compresseurs de climatisation dits "à cylindrée variable" afin de s'adapter au besoin de climatisation notamment pour les systèmes de climatisation régulée en fonction de la température extérieure+hygrométrie+ensoleillement selon le niveau de sophistication du système. De ce fait, l'ancien système de type ON/OFF avec un fort impact sur la consommation n'existe quasiment plus et il ne sert donc à rien de désengager la fonction AUTO de votre système. En effet, la gestion thermique adapte la cylindrée du compresseur en fonction des besoins utilisateur et des contraintes extérieures. A noter que la consommation de carburant augmente surtout en cycle urbain et peu sur voies rapides/ autoroutes où le flux d'air naturel suffit au fonctionnement du climatiseur. En ville, sous une fort rayonnement solaire + températures élevées, il faut augmenter la cylindrée du compresseur et lancer le (ou les) ventilateur de refroidissement moteur en quasi-permanence (ils servent aussi pour le système de climatisation généralement en dessous de 70 km/h).
Guillaume Darding [administrateur]

08 avril 2019 à 23h19

Bonjour Guirgui, merci pour votre réponse et votre complément d'information!

@pjmdur, dites-moi si des doutes subsistent par rapport à vos questions initiales.
pjmdur

09 avril 2019 à 15h47

Merci guirgui pour ces explications concernant la "cylindrée variable".
Cela répond à des interrogations. concernant le fonctionnement du système de clim, je parle de la fonction déshydratation l'hiver.
Si je comprends bien, sauf peut être cas très particulier dans des conditions où le système détecte une forte humidité, il est donc normal que le compresseur de clim nouvelle génération soit pas actif.
Ce qui explique l'absence de sur consommation de carburant dans mon cas.
J'attends l'été pour faire d'autres tests.

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Commentaires
pjmdur à propos de l'article «Dossier: utilisation du superéthanol E85»

Avant-hier

Bonjour, A propos, il y aurait une info issue d'un garage que les problèmes de courroie de distri des premiers Puretech 130 viendrait d'une sensibilité à l'éthanol intégré dans le E5... Je sais qu'il y a toujours sur les moteurs essence, une petite dilution du carburant dans l'huile; mais de là à attaquer la courroie, cela me semble bizarre... J'aurais plutôt imaginé une agression par les détergents intégrés dans l'huile. Surtout que l'huile spécifique est identique diesel/essence.

Guillaume Darding à propos de l'article «Présentation moteur: Ford 1.5l et 1.6l Ecoboost»

Il y a 3 jours

Bonjour PAT 77, la distribution du 1.6l Ecoboost se fait par courroie classique. Concernant le Ford C-Max, à ma connaissance, il n'a jamais été disponible avec le 1.6l 150 chevaux, mais en version 120 chevaux. Il n'est de toute façon plus disponible depuis plusieurs années. Dans la gamme Ford, il n'y a guère que le Kuga qui sera prochainement équipé du 1.5l Ecoboost 150 ch en version flexifuel (d'autres modèles pourraient suivre, mais aucune chance que le C-Max soit concerné, étant donné qu'il est en fin de carrière et disponible, en essence, uniquement avec le 1.0l Ecoboost)..

PAT 77 à propos de l'article «Présentation moteur: Ford 1.5l et 1.6l Ecoboost»

Il y a 3 jours

Dans quel pays européen peux t on se procurer un FORD C MAX 1.6 150 CV EN FLEXIFUEL d'origine? la distribution est par chaine ou courroie ?

© Guillaume Darding

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