Surchauffe et sous-refroidissement : les deux mesures que tout technicien en gaz fluorés doit maîtriser

Demandez à une salle de frigoristes ce qu’est la surchauffe et vous obtiendrez un éventail de réponses surprenant. Certains réciteront parfaitement la formule. D’autres baisseront les yeux. Comme le dit la vidéo :

« La plupart des professionnels du secteur du chauffage, de la ventilation et de la climatisation connaissent mal la surchauffe et le sous-refroidissement. Pourtant, il est important de comprendre ces notions. »

C’est une façon indulgente de présenter les choses. La surchauffe et le sous-refroidissement ne sont pas des notions facultatives : ces deux valeurs vous indiquent si un système est correctement chargé, si le dispositif de détente remplit son rôle et si le compresseur risque d’être détruit. Pour toute personne préparant l’évaluation du certificat A1 de l’UE relatif aux gaz fluorés, elles font partie des connaissances théoriques exigées. L’évaluation pratique demande également aux candidats d’effectuer et d’interpréter des mesures sur le système. Le thème correspondant dans l’édition UE de l’application est Thermodynamique.

Reprenons les bases, exactement comme dans la vidéo, avec une bouilloire d’eau.

 

Commençons par l’eau, plutôt que par le fluide frigorigène

Chauffez une casserole d’eau à la pression atmosphérique et la température augmente régulièrement : 20 °C, 50 °C, 80 °C. À 100 °C, elle cesse d’augmenter. Toute l’énergie que vous continuez à fournir sert désormais à faire passer l’eau de l’état liquide à l’état de vapeur, au lieu d’élever sa température. C’est la chaleur latente et, pendant ce changement d’état, l’eau reste obstinément à son point d’ébullition.

Continuez à chauffer une fois que la dernière goutte s’est vaporisée et la température recommence à augmenter. Cette vapeur est maintenant surchauffée.

« Le chauffage de l’eau au-delà de son point d’ébullition correspond à la surchauffe. »

La formule est toute simple :

Surchauffe = température actuelle − température d’ébullition (de saturation)

Si la vapeur est à 107 °C et que le point d’ébullition est de 100 °C, la surchauffe est de 7 K.

Le sous-refroidissement est le phénomène inverse. Prenez de la vapeur à 120 °C et refroidissez-la. À 100 °C, elle commence à se condenser pour redevenir liquide et reste à 100 °C jusqu’à ce que toute la vapeur se soit transformée en liquide. Refroidissez ce liquide en dessous de cette température et vous obtenez un sous-refroidissement :

Sous-refroidissement = température de condensation (de saturation) − température actuelle

Un liquide à 90 °C dont la température de condensation est de 100 °C présente un sous-refroidissement de 10 K.

« Le sous-refroidissement est le phénomène inverse de la surchauffe. Autrement dit, le sous-refroidissement intervient dans le processus de condensation, comme la surchauffe dans le processus d’évaporation. »

 

Le mot que tout le monde oublie : saturation

C’est ici que les candidats perdent des points. Dans l’exemple de l’eau, le point d’ébullition est de 100 °C parce que nous avons supposé une pression atmosphérique. Modifiez la pression et le point d’ébullition change lui aussi : c’est l’idée la plus importante en réfrigération.

Le R-134a n’a pas « un » point d’ébullition. Il a un point d’ébullition pour chaque pression. À une pression manométrique d’environ 3,5 bar, il bout vers 8 °C ; à une pression manométrique de 0,6 bar, il bout vers −15 °C. C’est précisément pourquoi nous pouvons faire bouillir un fluide frigorigène à −10 °C dans l’évaporateur d’une chambre froide et le condenser à +45 °C dans un condenseur exposé au soleil. Nous ne changeons pas le fluide frigorigène, seulement la pression qui s’exerce sur lui.

Sur un système réel, vous ne mesurez donc jamais directement la température de saturation. Vous mesurez la pression avec un manomètre, puis vous la convertissez en température de saturation à l’aide d’un tableau P–T ou de l’échelle imprimée sur le cadran du manomètre. Vous mesurez ensuite la température réelle de la conduite avec une sonde. La différence entre les deux correspond à la surchauffe ou au sous-refroidissement.

• Surchauffe : pression d’aspiration → température de saturation ; comparez-la à la température mesurée sur la conduite d’aspiration à la sortie de l’évaporateur.
• Sous-refroidissement : pression de refoulement/haute pression → température de saturation ; comparez-la à la température mesurée sur la conduite liquide à la sortie du condenseur.

Conseil pour l’examen : La surchauffe et le sous-refroidissement sont des différences de température : exprimez-les donc en kelvins (K), et non en degrés Celsius. Une surchauffe de 7 K est une formulation correcte ; « 7 °C de surchauffe » est une formulation approximative que les examinateurs et les évaluateurs relèveront.

 

Pourquoi la surchauffe protège le compresseur

Appliquons maintenant la théorie au circuit.

Le compresseur sert à augmenter la pression du fluide frigorigène à l’état de vapeur. C’est tout ce qu’il peut faire.

« Nous ne pouvons comprimer que de la vapeur. Nous ne pouvons pas comprimer de liquide. Un liquide est incompressible. »

Si du fluide frigorigène liquide revient par la conduite d’aspiration et entre dans le cylindre, le piston tente de comprimer un fluide dont le volume ne peut tout simplement pas diminuer. Il en résulte un choc hydraulique, couramment appelé coup de liquide, qui casse les plaques à clapets, tord les bielles et détruit les clapets de refoulement. C’est l’un des moyens les plus rapides de transformer une intervention de dépannage en remplacement de compresseur.

La surchauffe constitue la marge de sécurité qui empêche ce phénomène. Si le fluide frigorigène quittant l’évaporateur est à 6 K au-dessus de sa température de saturation, vous savez avec certitude que la dernière goutte s’est vaporisée, car le liquide et la vapeur ne peuvent pas coexister au-dessus de la température de saturation. La mesure de surchauffe prouve que seule de la vapeur se dirige vers le compresseur.

Le compromis compte lui aussi :

• Surchauffe trop faible (ou nulle) — retour de liquide, dilution de l’huile, risque de coup de liquide et durée de vie réduite du compresseur.
• Surchauffe trop élevée — l’évaporateur est sous-alimenté, si bien qu’une grande partie de la surface de la batterie ne sert à rien. La puissance frigorifique diminue, l’efficacité baisse et les températures de refoulement deviennent assez élevées pour dégrader l’huile.

Un système à détente directe bien réglé fonctionne généralement avec une surchauffe d’environ 5–8 K à la sortie de l’évaporateur. Un détendeur thermostatique ou électronique la régule en modulant l’alimentation en fluide frigorigène.

Le bulbe du détendeur thermostatique, fixé à la conduite d’aspiration, réalise exactement la mesure décrite ci-dessus, mécaniquement et en continu : la pression du bulbe tend à ouvrir le détendeur, tandis que la pression de l’évaporateur et le ressort de surchauffe tendent à le fermer. Le détendeur se stabilise lorsque ces forces s’équilibrent, à la surchauffe réglée.

 

Pourquoi le sous-refroidissement protège le dispositif de détente

À l’autre extrémité du circuit, l’exigence est exactement inverse.

« Le fluide frigorigène doit arriver au détendeur uniquement à l’état liquide. C’est seulement ainsi que l’évaporateur peut fournir de l’air bien refroidi. »

Le détendeur est dimensionné et conçu pour doser un liquide. Si des bulles de vapeur arrivent avec le liquide, un phénomène de vaporisation instantanée, le détendeur laisse passer un mélange de masse volumique bien plus faible. Le débit massique de fluide frigorigène entrant dans l’évaporateur chute alors fortement. La batterie est sous-alimentée, la puissance frigorifique s’effondre et, ce qui complique le diagnostic, la surchauffe augmente en même temps.

Le sous-refroidissement garantit une colonne de liquide sans vapeur. Refroidissez le liquide de quelques kelvins en dessous de sa température de condensation et il dispose d’une marge : il peut absorber un peu de chaleur le long de la conduite liquide, ou perdre un peu de pression en traversant un filtre déshydrateur et une longue remontée verticale, sans se vaporiser.

Le sous-refroidissement est aussi l’un des indicateurs de charge les plus fiables sur un système équipé d’un détendeur thermostatique. Dans les grandes lignes :

Sous-refroidissement mesuré	Interprétation habituelle
Très faible ou nul	Charge insuffisante, ou restriction en amont du point de mesure
Normal (généralement ~4–8 K)	Charge correcte et conduite liquide sans obstruction
Élevé	Surcharge, ou problème de condenseur — batterie encrassée, ventilateur en panne, gaz incondensables

Le voyant liquide donne rapidement une indication visuelle du même phénomène : des bulles signifient généralement que vous n’avez plus de sous-refroidissement. Mais une mesure chiffrée du sous-refroidissement indique de quelle marge vous disposez, ce que le voyant liquide ne peut jamais faire.

 

Interpréter les deux valeurs ensemble

Aucune de ces valeurs n’a beaucoup de sens isolément. Le diagnostic repose sur leur combinaison :

1. Surchauffe faible, sous-refroidissement élevé — surcharge, ou alimentation excessive par le détendeur.
2. Surchauffe élevée, sous-refroidissement faible — charge insuffisante, ou restriction entraînant une sous-alimentation de l’évaporateur.
3. Surchauffe élevée, sous-refroidissement élevé — restriction entre le condenseur et l’évaporateur : filtre déshydrateur bouché, conduite liquide pliée ou détendeur bloqué en position fermée.
4. Surchauffe faible, sous-refroidissement faible — alimentation excessive par le détendeur, ou compresseur qui ne pompe pas correctement.

L’interprétation des paramètres mesurés sur un système fait partie de l’évaluation pratique du certificat A1 de l’UE relatif aux gaz fluorés. Vous devez savoir utiliser les instruments de mesure en toute sécurité et expliquer la signification des relevés.

 

Le lien avec la réglementation sur les gaz fluorés

Ces mesures contribuent au respect des exigences de prévention des émissions du règlement (UE) 2024/573.

• L’art. 4 impose aux exploitants de prendre toutes les précautions nécessaires pour prévenir les rejets involontaires de gaz à effet de serre fluorés et de veiller à ce que les fuites soient réparées dans les meilleurs délais. Effectuer la charge en se fondant uniquement sur la pression manométrique, sans tenir compte de la surchauffe ni du sous-refroidissement, peut entraîner une charge incorrecte ou des appoints répétés qui masquent une fuite.
• L’art. 5 fixe les exigences de contrôle d’étanchéité selon des seuils en équivalent CO₂ pour les gaz de l’annexe I et des seuils de masse pour ceux de l’annexe II, section 1. L’art. 7 impose la tenue de registres pour les équipements soumis à ces contrôles, notamment les quantités ajoutées et récupérées.
• L’art. 10 établit les exigences de certification, et le règlement d’exécution (UE) 2024/2215 définit les certificats et les exigences d’évaluation. Le certificat A1 couvre le contrôle d’étanchéité, la récupération, l’installation, la réparation, la maintenance, l’entretien et la mise hors service des équipements relevant de son champ d’application qui utilisent des gaz à effet de serre fluorés ou des hydrocarbures, sans limite de charge. Effectuer et interpréter des mesures fait partie des compétences exigées.

Faire des appoints répétés parce que « le voyant liquide présentait des bulles », sans comprendre le sous-refroidissement, ne relève pas seulement d’une mauvaise pratique technique. Cela entraîne des pertes inutiles de fluide frigorigène, précisément ce que le règlement vise à empêcher.

Point clé : Charger un système à partir de la surchauffe et du sous-refroidissement plutôt qu’au jugé contribue autant à prévenir les fuites qu’à assurer les performances.

 

Ce qu’il faut retenir pour l’examen

La vidéo se termine par une courte liste à mémoriser :

• La surchauffe correspond au chauffage d’un liquide au-delà de son point d’ébullition (de saturation).
• Le sous-refroidissement correspond au refroidissement d’une vapeur au-delà de son point de condensation (de saturation).
• La surchauffe a lieu dans l’évaporateur (et dans la conduite d’aspiration).
• Le sous-refroidissement a lieu dans le condenseur (et dans la conduite liquide).
• Le fluide frigorigène doit entrer dans le compresseur uniquement à l’état de vapeur, car seule la vapeur peut être comprimée.
• Le fluide frigorigène doit entrer dans le dispositif de détente uniquement à l’état liquide, car le détendeur est conçu pour du liquide.

Ajoutez à cela le point que l’analogie avec l’eau laisse discrètement de côté : la température de saturation dépend de la pression. Tout calcul de surchauffe ou de sous-refroidissement commence donc par une mesure de pression, convertie à l’aide du tableau P–T propre au fluide frigorigène présent dans le système.

 

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