Fluide azéotrope et zéotrope : ce qu'il faut savoir ?

Dans le monde de la thermodynamique, certains termes sont tellement proches sémantiquement qu’il est parfois difficile de les distinguer ! C’est typiquement le cas concernant les fluides frigorigènes zéotropes et azéotropes.

Comportement des fluides azéotropes

Pour commencer voyons ce qu’est un fluide azéotrope. Pour cela, imaginons que nous ayons une casserole remplie d’eau soumise a une source de chaleur. La température va progressivement monter. À la pression atmosphérique soit 1013,25 mb ou encore 760 mmHg., l’eau commencera à s’évaporer à 100 °C. Jusqu’ici rien de bien surprenant. Si nous remplaçons l’eau par de l’acétone compte tenu de ses propriétés physiques, l’acétone s’évaporera à seulement 56 °C toujours à la pression atmosphérique.

Dans les deux cas nous avons un seul constituant homogène et pur, et une seule température d’évaporation pour chaque liquide.

C’est cette propriété qui définit un fluide azéotrope : un fluide ou mélange de fluides qui se comporte comme un fluide pur, lorsqu’il est chauffé ou refroidi suffisamment pour atteindre sa température de changement de phase (par exemple, de liquide à vapeur ou vapeur à liquide) .

Comportement des fluides zéotropes

Passons maintenant aux fluides zéotropes, le raisonnement est légèrement plus complexe. Imaginons cette fois que nous ayons une casserole contenant un mélange d’eau et d’acétone. Nous aurons d’abord un premier palier d’évaporation correspondant à la température d’évaporation de l’acétone soit 56 °C. Une fois que toute l’acétone se sera évaporée jusqu’à la dernière goutte, la température de l’eau augmentera jusqu’au deuxième palier d’évaporation, soit 100 °C.

Ici, nous avons donc deux paliers d’évaporation : un à 56 °C et l’autre à 100 °C. La différence de température entre ces deux paliers est ce qu’on appelle le "glissement". En l’occurrence, ici notre glissement est de 44 degrés Celsius.

Pour revenir à nos fluides frigorigènes, prenons par exemple le R-407C (exemple le plus cité). Ce fluide est constitué de trois fluides différents : 23 % de R-32, 25 % de R-125 et 52 % de R-134, avec des températures différentes d’évaporation et de condensation. Par conséquent, notre R-407 C aura donc trois paliers d’évaporation et de condensation. Pour information le R-407 C a un glissement de température compris entre 4 et 7 degrés. Donc on appelle un fluide zéotrope : un fluide ou un mélange de fluides qui n’a pas une température de changement de phase (d’état) linéaire.

Fluides zéotropes et charge en fluide

Maintenant, arrivons à un point crucial concernant les fluides zéotropes : la charge en fluides frigorigènes. Lorsque vous chargez un circuit avec un fluide zéotrope, il faut toujours le faire à l’état liquide. C’est le seul moyen d’être sûr que le mélange soit introduit dans le circuit frigorifique avec les bonnes proportions.

De plus, si vous avez une fuite dans une installation contenant un fluide zéotrope, il est recommandé de ne pas faire de charge d’appoint mais de récupérer complètement le fluide de l’installation.

Pourquoi ? Parce que vous ne pouvez pas être sûrs de la proportion de quel fluide du mélange s’est échappé. Par conséquent, pour être sûr de maintenir les bonnes proportions, il faut vider le système et le recharger avec du fluide vierge et à l’état liquide.

(B) Fluides binaires :Mélanges de fluides constitués de deux composants. Dans notre exemple, l’eau et l’éthanol forment un fluide binaire.

(T) Fluides ternaires : Mélanges de fluides constitués de trois composants. 3

En fin de compte, qu’il s’agisse d’un fluide azéotrope ou zéotrope, la clé réside dans la compréhension de leur comportement lorsqu’ils changent d’état, et de la façon dont ce comportement influence les systèmes dans lesquels ils sont utilisés.