Face au durcissement réglementaire imposé par le règlement F-Gaz, les fluides frigorigènes naturels, dont l’eau (R718), apparaissent comme une alternative nécessaire aux hydrofluorocarbures (HFC) grâce à leur impact environnemental neutre.

Dans le contexte actuel de transition énergétique et de limitation des gaz à effet de serre, la thermodynamique se tourne massivement vers les fluides naturels. Ces derniers échappent par définition aux contraintes de la réglementation F-Gaz. Parmi les six principaux fluides naturels utilisés (l’eau R718, l’air R729, le propane R290, le butane R600, l’ammoniac R717 et le CO2 R744), l’eau présente un attrait particulier.

Le R718 affiche un Potentiel de Réchauffement Planétaire (PRP ou GWP) nul et un Potentiel d’Appauvrissement de la Couche d’Ozone (ODP) nul. De plus, toute fuite d’eau ne présente aucun danger toxique ou risque d’inflammabilité, se limitant à une inondation mineure dans le local. Ces propriétés en font un candidat idéal pour la réduction de l’empreinte carbone des équipements frigorifiques industriels.

Réglementation et statut des fluides naturels

Les fluides naturels, dont le R718, offrent l’avantage principal d’échapper à la réglementation européenne F-Gaz (Règlement UE n° 517/2014). Cette législation vise à réduire progressivement la mise sur le marché des HFC (Hydrofluorocarbures) en s’appuyant sur leur GWP. Pour le R718, le GWP est nul, ce qui garantit sa pérennité face aux restrictions futures, contrairement aux HFC dont le calendrier d’interdiction est désormais contraignant.

Cependant, chaque fluide naturel présente des contraintes réglementaires et techniques spécifiques qui limitent leur usage en génie climatique :

• Inflammabilité : Le propane (R290) et le butane (R600) sont soumis à des contraintes de charge strictes dans les locaux habités, limitant les emplois possibles en génie climatique.
• Toxicité : L’ammoniac (R717) est hautement toxique et son usage est généralement restreint aux installations industrielles avec des protocoles de sécurité rigoureux.
• Haute Pression : Le dioxyde de carbone (R744) nécessite une pression d’emploi élevée (supérieure ou égale à 100 bar), ce qui impose des contraintes de conception et de robustesse des équipements.

L’eau (R718) échappe à ces contraintes de sécurité directe (toxicité, inflammabilité, pression). Néanmoins, sa masse volumique élevée crée des difficultés en phase d’évaporation, requérant une consommation d’énergie importante pour le cycle frigorifique.

Les défis techniques du fonctionnement en dépression

Malgré les avantages environnementaux, l’emploi de l’eau comme fluide frigorigène pose des défis d’ingénierie majeurs. L’eau possède un point de gel élevé 0°C, ce qui rend son utilisation très difficile pour la production de froid négatif.

Le défi principal réside dans le fonctionnement des systèmes au R718 en dépression par rapport à l’atmosphère. Maintenir l’étanchéité d’un tel système et assurer sa fiabilité sur une durée de vie attendue de 10 à 15 ans, nécessaire pour les solutions de chauffage et de rafraîchissement, est particulièrement complexe.

L’étroitesse du marché impacte également l’offre : le faible nombre de fabricants de groupes au R718 les contraint souvent à fabriquer la quasi-totalité des composants critiques, comme les compresseurs spécifiques, car ils ne peuvent pas se servir sur le marché mondial des composants de climatisation classiques.

Retours d’expérience et perspectives industrielles

Si l’eau présente d’excellentes performances pour certaines applications industrielles (comme la production de neige), son intégration dans le génie climatique a rencontré des difficultés.

L’entreprise allemande Efficient Energy avait commercialisé l’« eChiller45 », un groupe eau/eau de 45 kW utilisant le R718. Ce groupe comprenait trois étages de compression en série et des compresseurs centrifuges spécifiques, permettant une modulation de puissance de 10 à  100%. Pour un régime 16/22 °C (départ/retour), Efficient Energy annonçait des performances remarquables (Scop de 24 et Seer de 15,9). Cependant, l’entreprise a déposé le bilan en 2023, la fiabilité des machines n’ayant pas été jugée satisfaisante. Les brevets ont été repris par l’italien Vertiv.

D’autres initiatives ont eu lieu, notamment le développement de chillers eau/eau au R718 par Johnson Controls sous la marque Sabroe en France. Toutefois, ces prototypes ne sont pas encore intégrés dans l’offre commerciale actuelle. L’avenir du R718 en génie climatique dépendra de la capacité des industriels à résoudre de manière fiable la contrainte de l’étanchéité et à développer des composants plus standardisés. Une entreprise française, Leviathan Dynamics, s’est aussi lancée dans ce développement.