Prédiction des propriétés physiques des fluides réfrigérants de nouvelle génération – PREDIREF

Afin de tenir compte des contraintes imposées par les législations Européenne et Internationales, l'industrie de la réfrigération doit trouver en permanence des fluides réfrigérants qui ont un impact plus faible sur le réchauffement planétaire et le couche d'ozone.
En regard des contraintes liées à la sécurité et à l’environnement, ces fluides réfrigérants alternatifs doivent être efficaces et posséder les propriétés thermodynamiques adéquates. Afin d’éviter d’importantes modifications et des investissements lourds dans les systèmes de réfrigération actuels, les propriétés énergétiques de ces fluides de substitution doivent être au moins équivalentes à celles des fluides de générations précédentes. Pour des raisons d’économie d’énergie et de flexibilité dans les opérations de maintenance, il est souvent préférable de travailler avec des mélanges de fluides plutôt qu’avec les mêmes fluides purs. Il est ainsi important de connaître les diagrammes de phase et les propriétés thermodynamiques de ces mélanges, ceci afin de sélectionner le mélange de composition optimale pour répondre au cahier des charges fonctionnel de l’installation de réfrigération. Plus particulièrement, les équilibres de phases liquide-vapeur (VLE) et la composition des azéotropes doivent être connus très précisément.

Du fait de leur très faible potentiel de réchauffement global (GWP), les HydroFluoro-olefins (HFO) comme le HFO-1234yf et le HFO-1234ze ont été récemment proposés comme fluides alternatifs prometteurs. Cependant, les données expérimentales pour ces molécules sont rares et encore plus particulièrement pour leur mélanges. De plus les mesures expérimentales sont difficiles, prennent du temps et ont un coût important. C’est pourquoi, l’industrie de la réfrigération porte un grand intérêt aux méthodes prédictives. Récemment, , Liu et al. ont testé plusieurs compositions de fluides pouvant être utilisés dans des cycles de Rankine organiques. Leurs conclusions soulignent l’importance de développer des méthodes prédictives, pour les corps purs et les mélanges de fluides, ceci afin de déterminer rapidement un éventail des fluides potentiellement intéressants.

L’objectif principal du projet PREDIREF est de développer de nouvelles approches de prédiction des propriétés physiques des fluides réfrigérants de nouvelle génération que sont les HFO. Le but du projet est de coupler des méthodologies prédictives qui sont souvent utilisées séparément. Nous pourrons ainsi proposer une approche générale de design moléculaire. Une telle approche est innovante dans le domaine des fluides réfrigérants. Nous développerons en premier des champs de forces transférables pour les HFO. Ceci nous permettra de prédire, à l’aide de simulations de Monte-Carlo et de Dynamique Moléculaire, les propriétés thermodynamiques et de transport des composés purs et de leurs mélanges. Afin de développer de tels champs de forces nous utiliserons la méthode des calculs Ab-initio. Dans un second temps, nous prédirons le comportement des différentes phases des mélanges à l’aide des modèles COSMO-RS et COSMO-SAC. Finalement, nous utiliserons l’équation d’état SAFT-Mie pour prédire à la fois les équilibres de phases et les propriétés thermodynamiques telles que les capacités calorifiques, les densités et les chaleurs de vaporisation. Afin de compléter les bases de données constituées à partir de la littérature et de valider les modèles prédictifs, nous réaliserons en parallèle des mesures expérimentales d’équilibre de phase, de densité et de capacité calorifique.

Le projet PREDIREF implique deux laboratoires académqiues et deux entreprises qui partagerons leurs connaissances respectives dans différents domaines. Pour garantir le succès de cette collaboration, la coordination du projet sera assurée par le Centre de Recherche Rhône Alpes (CRRA) de la société Arkema.