Réfrigérateur

Cet article concerne l'appareil électro-ménager appelé populairement frigo. Pour les autres significations du terme frigo, voir Frigo.

L’intérieur d’un réfrigérateur

Un réfrigérateur est un appareil principalement utilisé en cuisine et en laboratoire, muni d'un compartiment principal qui maintient une température comprise entre 2 et 6 °C et souvent un compartiment pour la congélation à -18 °C appelé congélateur. Le nom frigidaire, couramment employé comme synonyme de réfrigérateur, est une dénomination abusive, Frigidaire étant une marque déposée du groupe Electrolux. En revanche, le terme frigo du langage familier n'est pas protégé par la marque.

La frigération (du latin frigus, froid) est généralement le refroidissement d’un corps par le transfert d’une partie de sa chaleur. Les applications peuvent être la conservation, particulièrement de nourriture, l’abaissement de la température de boissons pour les rendre plus agréables à la consommation. Le refroidissement d'un corps chaud se faisant souvent au moyen d'air à la température ambiante. Par exemple, le refroidissement d’un ordinateur se fait en extrayant l’air chaud du boîtier au moyen d’un ventilateur.

La fonction d’une machine de réfrigération est de prendre de la chaleur du côté basse température en produisant une évaporation qui se condense sur la paroi du fond de l'appareil et de la rejeter à l’extérieur grâce à la grille située derrière l'appareil, en utilisant une énergie externe pour entretenir le processus. Un réfrigérateur est une pompe à chaleur généralement animée par un moteur électrique. Il est également possible d’employer les sels eutectiques ou l’adsorption.

La plage de température ambiante idéale de fonctionnement d'un réfrigérateur dépend des classes climatiques :

• N (tempérée) 16 à 32 °C^[1]
• SN (tempérée élargie) 10 à 32 °C
• T (tropicale) 18 à 43 °C
• SN-T (tropicale élargie) 10 à 43 °C
• N-T (tempéré à tropicale) 16 à 43 °C
• SN-ST (subtropicale élargie) 10 à 38 °C
• N-ST (tempéré à subtropicale) 16 à 38 °C.

Si la température est fort en dessous de la plage de fonctionnement, le moteur peut stopper et si la température est au-dessus, on observe une inefficacité^[2].

Thermodynamique des réfrigérateurs

Schéma de principe d'un circuit frigorifique

Les réfrigérateurs sont des pompes à chaleur dont la plupart (comme ceux qui équipent maisons et voitures) utilisent un cycle de changement de phase. Ce procédé fait tourner un cycle de Carnot pour transférer de la chaleur de la partie froide vers la partie chaude, en 4 temps :

1. évaporation : le fluide réfrigérant circule dans un échangeur de chaleur (évaporateur) qui se trouve dans l'ambiance à refroidir. Il absorbe de la chaleur au médium (air) pour refroidir celui-ci. En absorbant de la chaleur, le réfrigérant s'évapore (passage de l'état liquide à l'état gazeux) ;
2. compression : le compresseur est la pompe du circuit, qui permet de faire circuler le fluide réfrigérant. Le compresseur aspire le réfrigérant à l'état vapeur pour le faire circuler vers le condenseur, en augmentant la pression et la température ;
3. condensation : le fluide réfrigérant passe dans un échangeur de chaleur où il va céder de la chaleur à de l'air, ce qui va lui permettre de se condenser (passage de l'état vapeur à l'état liquide) pour être réutilisé au niveau de l'évaporateur ;
4. détente : en passant dans le compresseur, le fluide réfrigérant voit sa pression augmenter. Il convient donc de rabaisser celle-ci, en le faisant circuler au travers d'un orifice très petit, le détendeur, afin de le réutiliser dans l'évaporateur.

Il existe aussi un procédé plus complexe, à deux fluides, ne requérant pas de compresseur, il est remplacé par une source de chaleur : le réfrigérateur à absorption de gaz. Ce procédé est exploité lorsque l’électricité ou la force mécanique manque, alors qu’une source de chaleur est disponible (caravanes, frigo solaires...).

Le réfrigérateur d’Einstein est un type unique de réfrigérateur co-inventé en 1926 par Albert Einstein et un ancien étudiant Leó Szilárd. Il ne fut jamais commercialisé, sa trop grande différence conceptuelle avec les réfrigérateurs existants exigeant des investissements très lourds, et ses performances compensaient mal l'inconvénient de son bruit.

L’histoire de la réfrigération

Les précurseurs

Avant l’invention des réfrigérateurs, on stockait la glace découpée l’hiver sur les étangs dans une glacière. Il s’agissait d’un trou fermé par un couvercle isolant dans lequel on alternait des couches de paille, ou de sciure de bois, et de glace. Comme l’air froid descend, le trou restait froid et la glace se conservait jusqu’à l’été.

Des inventeurs tentèrent de fabriquer de la glace à la fin du XVIII^e siècle et au début du XIX^e. En 1850, Edmond Carré invente le réfrigérateur à eau et acide sulfurique.

Mais la première véritable tentative d’utilisation industrielle de la réfrigération date de 1851 : James Harrison, un imprimeur écossais émigré en Australie, avait acheté une entreprise de presse. Alors qu’il nettoyait des caractères à l’éther, il remarqua que le liquide refroidissait fortement le métal en s’évaporant. L’éther est un liquide à faible point d’ébullition. Harrison eut l’idée de comprimer l’éther gazeux avec une pompe pour le transformer en liquide, puis de laisser l’éther liquide revenir à l’état gazeux en provoquant un refroidissement. Il mit ce système en œuvre dans une brasserie australienne où le gaz froid d’éther était pompé dans des tuyaux qui circulaient dans le bâtiment. Harrison utilisa le même principe pour fabriquer de la glace en faisant passer dans de l’eau les tuyaux refroidis par l’éther gazeux. Mais il fit faillite en 1860 : la glace naturelle qu’on importait par bateau d’Amérique restait moins chère.

Le réfrigérateur moderne

Le principe du réfrigérateur tel que nous connaissons aujourd'hui a été inventé en 1876 par Carl von Linde. Une des premières utilisations de la réfrigération domestique a eu lieu au domaine de Biltmore à Asheville, Caroline du Nord, États-Unis, autour de 1895.

Le premier réfrigérateur fabriqué industriellement est le Domelre, en 1913, par Fred W. Wolf de Chicago.

Le réfrigérateur à absorption de gaz, qui se refroidit par l’utilisation d’une source de chaleur, a été inventé en Suède par Baltzar von Platen et Carl G.Munters en 1922, alors qu'ils étaient tous deux étudiants à l'institut royal de technologie de Stockholm. Leur invention permet de produire du froid à partir d'une source d'énergie telle que le propane, l'électricité ou le kérosène. En 1923, la production de leur réfrigérateur à usage domestique commence par l'intermédiare de la société AB Arctic. En 1925, AB Arctic est achetée par Servel (unité d'Electrolux), qui commercialise ses produits dans le monde entier, notamment aux États-Unis où elle dépose le brevet d'invention le 7 décembre 1926. Servel est pendant de nombreuses années le seul producteur de ce réfrigérateur aux États-Unis. Aujourd’hui, il est utilisé dans les maisons qui ne sont pas reliées au réseau électrique et dans des camping-cars.

Réfrigérateurs domestiques

Généralités

Ceux-ci se composent généralement de compartiments de refroidissement et de congélation et peuvent avoir quatre zones de température : -18 °C ou 0 °F (congélateur), 0 °C ou 32 °F (viandes), 4 °C ou 40 °F (réfrigérateur) et 10 °C ou 50 °F (légumes), pour le stockage des différents types de nourriture. Le volume d’un réfrigérateur se mesure en litres ou en pieds cubes. Seul le « volume utile » (dit aussi « volume net ») indique la capacité de stockage, par opposition au « volume brut ».

Depuis la fin des années 1950, plusieurs modèles de réfrigérateurs sont de type "sans givre" et possèdent un système réfrigération/congélation par circulation d'air avec un évaporateur situé dans un compartiment isolé des autres compartiments pour la nourriture et un système de dégivrage automatique utilisant des éléments chauffants.

Dans les modèles récents, un affichage à cristaux liquides suggère la température à utiliser pour les divers types de nourriture à conserver et montre la date limite de consommation (DLC) des produits.

Quelques modèles incluent un système pour avertir d’une panne de courant, avec une fonction de mémoire qui alerte l’utilisateur de la coupure en faisant clignoter l’affichage de la température. En appuyant sur une touche d’information, l’utilisateur est informé de la température maximale atteinte pendant la panne de courant, et sait si les aliments surgelés ont été décongelés ou s’ils risquent d’avoir développé des bactéries dangereuses.

Les anciens réfrigérateurs utilisaient le Fréon comme réfrigérant. Le Fréon fait partie de la famille des CFC qui détruisent la couche d’ozone. Après la ratification du protocole de Montréal, ces fluides ont été remplacés par le R134a ou autres (HCFC). Aujourd’hui, la majorité des fabricants européens d’électroménager ont opté pour l’isobutane (R600a).

Fonctionnement du réfrigérateur domestique

Le réfrigérateur à compression (domestique) fonctionne selon un principe qui consiste à évaporer un fluide frigorigène (tel que les CFC : R12, R22 ou actuellement R134a et R600a) qui se trouve généralement à basse pression dans un circuit fermé. Cette évaporation provoque le refroidissement du fluide frigorigène car il s’agit d’une réaction endothermique. Le fluide frigorigène est ensuite à nouveau compressé pour redevenir liquide dans le condenseur ; il s'agit d'une réaction exothermique, la chaleur générée est évacuée à l'arrière du réfrigérateur. Le fluide frigorigène décrit un cycle perpétuel fermé, le fluide est recyclé indéfiniment.

Types de réfrigérateurs domestiques

Les réfrigérateurs domestiques se déclinent en plusieurs catégories :

• table top : réfrigérateur bas (hauteur de l'ordre de 80 cm), dont la face supérieure est utilisable comme plan de travail, composé d'un seul compartiment, éventuellement avec compartiment freezer interne ;
• à une porte : similaire au table top, mais plus haut ;
• à double porte : réfrigérateur possédant un compartiment congélation séparé, mais un seul système de réfrigération ;
• combiné : réfrigérateur possédant un compartiment congélation complètement indépendant ;
• américain : réfrigérateur de grande taille, avec compartiment congélation vertical et équipements supplémentaires (distributeur d'eau, de glace pilée...). Ce dernier type de réfrigérateur est réputé gourmand en énergie.

Fabricant de réfrigérateurs domestiques

Liste non exhaustive

• Whirlpool
• Liebherr
• Electrolux
• Siemens
• Gorenje
• Bosch
• Brandt-Fagor

Autres types de réfrigérateurs

• Le réfrigérateur à absorption de gaz, utilisé dans les chambres froides et camping-cars. Il peut fonctionner au gaz, au pétrole ou autre source de chaleur.
• Le réfrigérateur à effet Peltier, qui équipe les appareils les plus petits.
• Le réfrigérateur thermoacoustique.

Développement moderne des réfrigérateurs

Le réfrigérateur écologique

Il existe des réfrigérateurs plus respectueux de l’environnement destinés aux pays en voie de développement. Un tel réfrigérateur repose sur le fonctionnement du réfrigérateur à absorption mais utilise le Soleil comme générateur. Il est intéressant car il n’utilise que le Soleil comme source d’énergie, ce qui fait de lui un réfrigérateur idéal pour le tiers monde, même si des modèles pour les pays développés sont en cours de développement par l’entreprise Solaref^[3].

Technologies

• Chlorofluorocarbones (CFC) (Fréon en général)
• Gaz liquéfiés
• Pompe à chaleur
• Tube de chaleur
• Réfrigération sonique
• Réfrigération magnétique

Les camions frigorifiques

Des camions frigorifiques sont utilisés pour transporter les denrées périssables, comme, par exemple, les aliments surgelés, les fruits et les légumes, et les produits chimiques sensibles à la température. La plupart des camions frigorifiques modernes ont des températures comprises entre -40 et +20 °C et ont une charge utile maximum d’environ 24 tonnes (en Europe). Étonnamment, les camions frigorifiques sont plus utilisés en hiver, quand il y a une demande significative pour transporter des produits chimiques à des températures relativement élevées (+10 à +20 °C).

Exemples d'utilisation de camions frigorifiques :

• pour les traiteurs ;
• transport de crème glacée.

Ils évitent les transports difficiles de nourriture et la gardent au frais pendant le voyage.

Notes et références

Voir aussi

• La chaîne du froid
• Composants : clayette, pompe à chaleur...
• Principes : réfrigération, climatisation, cryogénie, hibernation, etc.
• Supraconductivité, superfluidité, l’approche du zéro absolu (-273 °C), etc.
• Histoire des techniques
• Types de réfrigérateurs : cave à vin réfrigérée (sigle CVR), réfrigérateurs industriels, réfrigérateurs à chaleur latente (de l'eau, de sels...)
• Consommation d'énergie des réfrigérateurs sur la page Étiquette-énergie

Bibliographie

• Henriette Dupuis et Jeanne Lalut, Terminologie des appareils électro-ménagers : le réfrigérateur, le lave-vaisselle, la machine à laver, la sécheuse, Office de la langue française, Québec, 1974, 98 p.

Liens externes

• (fr) Page éducative de Frigo Temp

• Portail du froid et de la climatisation