Système de climatisation (partie 1/2)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de : - Identifier les principaux composants d’un système de climatisation split et leurs fonctions. - Réaliser un diagnostic méthodique d’une panne (absence de froid, bruit excessif, fuite de réfrigérant, défaut électrique). - Utiliser les outils de mesure (manomètre, thermomètre infrarouge, multimètre, détecteur de fuite) selon les procédures de sécurité. - Proposer une intervention corrective (remplacement de composant, recharge de gaz, réglage de débit d’air) et rédiger un rapport d’intervention conforme aux normes camerounaises (MINTP, ONAS). - Intégrer les connaissances acquises dans une activité de mise en situation professionnelle (atelier ou chantier). **Prérequis** : - Notions de base en thermodynamique (principe du cycle de compression‑condensation‑évaporation). - Lecture de schémas électriques et hydrauliques simples. - Utilisation du multimètre en continu et en alternance. - Connaissances des équipements de protection individuelle (EPI) : gants isolants, lunettes de sécurité, masque anti‑gaz. --- ## Introduction contextualisée Au Cameroun, la demande en climatisation augmente avec l’urbanisation et la montée des températures moyennes (≈ 2 °C de hausse observée depuis 2000 selon le MINEE). Les systèmes split (unité intérieure + unité extérieure) représentent plus de 60 % du parc installé dans les bureaux, les commerces et les habitations de Yaoundé et Douala. Une panne non diagnostiquée entraîne une surconsommation d’énergie pouvant atteindre 30 % de la facture électrique, ainsi qu’une détérioration prématurée du compresseur. Le technicien doit donc maîtriser une démarche de diagnostic structurée, fondée sur l’observation, la mesure et l’interprétation des symptômes, tout en respectant les règles de sécurité liées aux fluides frigorigènes (R‑410A, R‑32) et aux tensions électriques (230 V monophasé). --- ## I. Leçon 22 – Diagnostic d’un système de climatisation ### A. Architecture d’un système split | Composant | Fonction principale | Emplacement typique | |-----------|--------------------|---------------------| | Compresseur | Augmente la pression du réfrigérant | Unité extérieure | | Condenseur | Refroidit le réfrigérant à haute pression | Unité extérieure | | Détendeur (ou valve d’expansion) | Abaisse la pression avant l’évaporateur | Unité intérieure | | Évaporateur | Absorbe la chaleur de l’air intérieur et s’évapore | Unité intérieure | | Ventilateur intérieur | Pulse l’air refroidi dans le local | Unité intérieure | | Ventilateur extérieur | Evacue la chaleur du condenseur | Unité extérieure | | Filtre à air | Retient les particules | Unité intérieure | | Tuyauterie de liaison | Transporte le réfrigérant | Entre les deux unités | | Régulation électronique (thermostat, carte) | Gère le démarrage/arrêt | Unité intérieure/extérieure | > **>** Un système split fonctionne selon le cycle de compression‑condensation‑évaporation‑détente (CCED). Toute déviation d’une de ces quatre étapes se manifeste par un symptôme identifiable. ### B. Méthodologie de diagnostic en 5 étapes 1. **Observation visuelle et auditive** – Vérifier les voyants, écouter les bruits (cliquetis, sifflement), repérer les fuites d’huile ou de gaz. 2. **Vérification des alimentations** – Mesurer la tension d’alimentation (230 V ± 10 %) avec un multimètre ; contrôler les disjoncteurs et les fusibles. 3. **Mesure des pressions** – Brancher le manifold (manomètre double) sur les ports service haute et basse pression. Noter les valeurs : - Pression haute (condenseur) : 1,2 – 1,8 MPa (selon température extérieure). - Pression basse (évaporateur) : 0,3 – 0,6 MPa. Un déséquilibre indique souvent un problème de charge ou de restriction. 4. **Mesure des températures** – Utiliser un thermomètre infrarouge sur les tuyaux d’aspiration et de refoulement, ainsi que sur les bobines du condenseur et de l’évaporateur. Calculer le **sur‑refroidissement** (ΔT_sc = T_sat_condenseur – T_condenseur) et le **sur‑chauffage** (ΔT_sh = T_évaporateur – T_sat_évaporateur). - ΔT_sc normal : 4 – 8 K. - ΔT_sh normal : 5 – 10 K. 5. **Contrôle du débit d’air** – Mesurer la vitesse d’air à la grille de retour avec un anémomètre (objectif : 2,5 – 3,5 m/s). Un débit insuffisant provoque une élévation de ΔT_sh et une baisse de capacité frigorifique. > **>** La combinaison pression‑température‑débit permet de localiser la panne dans l’un des quatre blocs du cycle (compression, condensation, détente, évaporation). ### C. Tableau de symptômes fréquents et causes probables | Symptôme observé | Pression haute | Pression basse | ΔT_sc | ΔT_sh | Cause la plus probable | |------------------|----------------|----------------|-------|-------|------------------------| | Aucun froid, unité intérieure souffle de l’air ambiant | Normale ou basse | Très basse | Faible (< 2 K) | Élevé (> 15 K) | Sous‑charge de réfrigérant ou fuite | | Unité extérieure très chaude, compresseur en surcharge | Très élevée (> 2,2 MPa) | Normale ou élevée | Élevé (> 12 K) | Faible (< 3 K) | Condenseur encrassé ou défaut de ventilation extérieure | | Bruit de cliquetis au compresseur | Normale | Normale | Normale | Normale | Usure mécanique du compresseur ou présence de liquide dans l’aspiration | | Givre sur l’évaporateur | Basse | Très basse | Très faible | Très élevé | Débit d’air insuffisant (filtre obstrué, ventilateur défaillant) | | Odeur d’huile brûlée, déclenchement du disjoncteur | Normale | Normale | Normale | Normale | Court‑circuit électrique ou bobine du compresseur en court‑circuit | > **>** Un technicien doit toujours confirmer une hypothèse par une mesure avant de remplacer un composant. ### D. Procédure d’intervention type (exemple : sous‑charge de réfrigérant) 1. **Mise en sécurité** – Couper l’alimentation, vérifier l’absence de tension, porter gants isolants et lunettes. 2. **Récupération du réfrigérant** – Utiliser une station de récupération conforme à la norme NF EN 378 pour éviter les émissions. 3. **Recherche de fuite** – Appliquer un détecteur de fuite électronique ou du savon liquide sur les soudures et les raccords ; marquer les points de fuite. 4. **Réparation** – Resserrer les raccords, remplacer les joints défectueux, souder à l’argon si nécessaire. 5. **Evacuation et tirage au vide** – Connecter la pompe à vide, atteindre < 5 Pa (50 µm Hg) pendant 15 min. 6. **Charge de réfrigérant** – Peser la quantité nécessaire (ex. : 0,85 kg de R‑410A pour un split 12 000 BTU/h) à l’aide d’une balance de charge ; injecter en phase gazeuse puis liquide. 7. **Mise sous tension et test** – Vérifier les pressions, les températures et le débit d’air ; confirmer que ΔT_sc et ΔT_sh sont dans les plages normales. 8. **Rédaction du rapport** – Noter les données avant/après, les pièces remplacées, le temps d’intervention et les recommandations d’entretien. > **>** Le respect de la procédure de vide et de charge garantit la durée de vie du compresseur (souvent > 10 ans) et la conformité aux exigences environnementales (pas de libération de HCFC/HFC). --- ## II. ACTIVITES D’INTEGRATION ### A. Mise en situation professionnelle **Contexte** : Un bureau administratif de Yaoundé (surface ≈ 120 m²) possède deux splits de 18 000 BTU/h chacun. Le responsable maintenance signale que, depuis deux jours, la température intérieure ne descend pas en dessous de 26 °C malgré le réglage à 22 °C. **Tâches demandées à l’élève** : 1. Réaliser le diagnostic complet suivant la méthodologie de la leçon 22. 2. Identifier la cause la plus probable. 3. Proposer un plan d’intervention détaillé (outils, pièces, temps estimé). 4. Rédiger un compte‑rendu d’intervention incluant les relevés de pression/température avant et après. ### B. Déroulement attendu (exemple de réponse attendue) 1. **Observation** – Unité intérieure souffle de l’air légèrement frais, unité extérieure chaude au toucher, voyant d’alimentation vert, aucun bruit anormal. 2. **Alimentation** – Tension mesurée : 228 V (dans les limites). Disjoncteur non déclenché. 3. **Pressions** – Haute : 1,9 MPa (au‑dessus de la norme), Basse : 0,22 MPa (en dessous de la norme). 4. **Températures** – Tuyau de liquide sortant du condenseur : 38 °C. Tuyau d’aspiration de l’évaporateur : 12 °C. - À 1,9 MPa, T_sat_condenseur ≈ 85 °C → ΔT_sc = T_sat_condenseur – T_liquide = 85 °C – 38 °C = **47 K** (très élevé). - À 0,22 MPa, T_sat_évaporateur ≈ –15 °C → ΔT_sh = T_aspiration – T_sat_évaporateur = 12 °C – (‑15 °C) = **27 K** (très élevé). L’élévation marquée de ΔT_sh associée à une basse pression très faible indique une **sous‑charge importante de réfrigérant** (fuite ou mauvaise charge initiale). Le ΔT_sc élevé peut résulter d’une mesure de température du liquide effectuée avant que le liquide ne soit complètement refroidi ou d’une restriction partielle du côté haute pression qui retarde la détente. 5. **Vérification du débit d’air extérieur** – Anémomètre : 1,2 m/s (valeur attendue ≥ 2,5 m/s). Le ventilateur extérieur tourne lentement, aggravant la montée de pression haute. **Plan d’intervention** : - Couper l’alimentation, vérifier l’absence de tension. - Accéder au ventilateur extérieur, mesurer la capacité du condensateur (≈ 3,5 µF, valeur mesurée : 1,2 µF). - Remplacer le condensateur et, si nécessaire, le moteur du ventilateur (vérifier la continuité des enroulements). - Nettoyer les ailettes du condenseur avec une brosse douce et de l’air comprimé. - Effectuer un tirage au vide (< 5 Pa pendant 15 min). - Charger la quantité précise de R‑410A (pour un split 18 000 BTU/h, environ 1,0 kg) à l’aide d’une balance de charge. - Remettre sous tension, relever les pressions (cible : haute ≈ 1,5 MPa, basse ≈ 0,4 MPa). - Vérifier le débit d’air extérieur (≥ 2,8 m/s). - Rédiger le rapport d’intervention. **Temps estimé** : 45 min (diagnostic) + 30 min (remplacement + nettoyage) = 1 h 15 min. > **>** L’intégration des connaissances théoriques (cycle frigorifique, mesures de pression/température) avec la pratique (utilisation d’outils, lecture de schémas) constitue la compétence attendue pour l’épreuve pratique du Baccalauréat. --- ## Synthèse du chapitre - **Cycle frigorifique** : compression → condensation → détente → évaporation. - **Diagnostic** : observation → alimentation → pressions → températures → débit d’air. - **Plages normales (R‑410A)** : - Pression haute : 1,2‑1,8 MPa (fonction de T_ext). - Pression basse : 0,3‑0,6 MPa. - ΔT_sc : 4‑8 K. - ΔT_sh : 5‑10 K. - Débit d’air intérieur : 2,5‑3,5 m/s. - **Symptômes clés** : sous‑charge (faible P_basse, ΔT_sh élevé), condenseur encrassé (P_haute élevée, ΔT_sc élevé), défaut de ventilation extérieure (P_haute élevée, P_basse faible, débit d’air extérieur réduit). - **Intervention type** : récupération, recherche de fuite, réparation, vide, charge, test, rapport. - **Sécurité** : couper l’alimentation, utiliser EPI, respecter les normes de manipulation des fluides frigorigènes (NF EN 378, décret n° 2015‑1234 du MINTP). --- ## Glossaire | Terme | Définition | |-------|------------| | Compresseur | Machine qui augmente la pression du réfrigérant en réduisant son volume. | | Condenseur | Échangeur où le réfrigérant cède sa chaleur à l’air extérieur et passe de l’état gazeux à liquide. | | Détendeur (ou valve d’expansion) | Dispositif qui abaisse brusquement la pression du réfrigérant avant l’évaporateur. | | Évaporateur | Échangeur où le réfrigérant absorbe la chaleur de l’air intérieur et s’évapore. | | Manifold (manomètre double) | Outil permettant de mesurer simultanément les pressions haute et basse d’un circuit frigorifique. | | Sur‑refroidissement (ΔT_sc) | Différence entre la température de saturation du réfrigérant à la pression du condenseur et la température réelle du liquide sortant du condenseur (ΔT_sc = T_sat_condenseur – T_condenseur). | | Sur‑chauffage (ΔT_sh) | Différence entre la température réelle du gaz sortant de l’évaporateur et sa température de saturation à la même pression (ΔT_sh = T_évaporateur – T_sat_évaporateur). | | Récupération de réfrigérant | Opération d’aspiration et de stockage du fluide frigorigène afin d’éviter son rejet dans l’atmosphère. | | Vide (pompe à vide) | Processus d’élimination de l’air et de l’humidité du circuit avant la charge de réfrigérant. | | Débit d’air | Volume d’air déplacé par unité de temps, généralement exprimé en m³/h ou en m/s à la grille. | | EPI (Équipement de Protection Individuelle) | Ensemble d’équipements (gants, lunettes, masque) destinés à protéger le technicien contre les risques électriques, chimiques ou mécaniques. | | HCFC/HFC | Hydrochlorofluorocarbures et hydrofluorocarbures, familles de fluides frigorigènes réglementés pour leur impact sur l’ozone et le réchauffement climatique. | --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Diagnostic d’une panne de froid insuffisant **Situation** : Un split de 9 000 BTU/h installé dans une chambre d’hôtel à Douala ne refroidit pas suffisamment. La température intérieure reste à 27 °C alors que le réglage est à 23 °C. Les relevés suivants sont obtenus : - Tension d’alimentation : 225 V. - Pression haute : 1,35 MPa. - Pression basse : 0,18 MPa. - Température du tuyau de refoulement extérieur : 42 °C. - Température du tuyau d’aspiration intérieur : 9 °C. - Débit d’air intérieur mesuré à la grille : 2,2 m/s. **Questions** : 1. Calculer le ΔT_sc et le ΔT_sh. 2. Identifier la cause la plus probable de la panne. 3. Proposer les étapes d’intervention à suivre. **Corrigé** : 1. **ΔT_sc** = T_sat_condenseur – T_condenseur. À 1,35 MPa, la température de saturation du R‑410A est d’environ 40 °C (table de propriétés). Donc ΔT_sc = 40 °C – 42 °C = ‑2 K → en valeur absolue 2 K (dans la norme basse). **ΔT_sh** = T_aspiration – T_sat_évaporateur. À 0,18 MPa, T_sat ≈ ‑5 °C. Donc ΔT_sh = 9 °C – (‑5 °C) = 14 K (au‑delà de la norme supérieure → évaporateur sous‑refroidi). 2. La basse pression très faible accompagnée d’un ΔT_sh élevé indique une **sous‑charge de réfrigérant** (fuite ou mauvaise charge initiale). Le débit d’air intérieur légèrement bas (2,2 m/s) peut aggraver le phénomène mais n’est pas la cause principale. 3. **Intervention** : - Couper l’alimentation, vérifier l’absence de tension. - Récupérer le réfrigérant restant avec une station de récupération. - Rechercher la fuite (détecteur électronique ou savon) aux raccords, soudures et valve Schrader. - Réparer la fuite (resserrage, remplacement de joint, soudure à l’argon). - Effectuer un tirage au vide (< 5 Pa pendant 15 min). - Charger la quantité précise de R‑410A (pour un 9 000 BTU/h, environ 0,55 kg) à l’aide d’une balance de charge. - Remettre sous tension, vérifier les pressions (cible : haute ≈ 1,4 MPa, basse ≈ 0,35 MPa) et les températures (ΔT_sc ≈ 5‑7 K, ΔT_sh ≈ 6‑9 K). - Contrôler le débit d’air intérieur (≥ 2,5 m/s) et nettoyer le filtre si nécessaire. - Rédiger le rapport d’intervention. ### Exercice 2 – Détermination du débit d’air nécessaire **Situation** : Un bureau de 80 m² nécessite un renouvellement d’air de 0,5 vol/h pour assurer la qualité de l’air intérieur. Le split installé possède un ventilateur centrifuge dont la courbe caractéristique donne un débit de 350 m³/h à une pression statique de 50 Pa. **Question** : Calculer le débit d’air requis et vérifier si le ventilateur est adapté. **Corrigé** : - Volume du local = surface × hauteur supposée (2,5 m) = 80 m² × 2,5 m = 200 m³. - Débit de renouvellement = 0,5 vol/h × 200 m³ = 100 m³/h. - Le ventilateur fournit 350 m³/h à 50 Pa, donc largement suffisant. Même en considérant des pertes de charge dans les gaines (≈ 30 Pa), le débit disponible restera > 200 m³/h, couvrant largement le besoin de 100 m³/h. > **>** Un débit d’air excessif peut entraîner des bruits et une consommation inutile ; il convient de régler la vitesse du ventilateur ou d’ajouter des clapets de réglage si nécessaire. --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / bonne pratique | |------------------|-------------|--------------------------------------| | Oublier de couper l’alimentation avant de manipuler les composants électriques. | Risque de choc électrocuteur, endommagement du matériel. | Toujours vérifier l’absence de tension avec un multimètre en position VAC avant toute intervention. | | Ne pas récupérer le réfrigérant avant d’ouvrir le circuit. | Émission de gaz à effet de serre, amende légale, risque d’asphyxie. | Utiliser une station de récupération certifiée ; respecter le décret n° 2015‑1234 du MINTP relatif aux fluides frigorigènes. | | Négliger le tirage au vide après une réparation. | Présence d’air et d’humidité → corrosion, baisse d’efficacité, risque de casse du compresseur. | Effectuer le vide jusqu’à < 5 Pa (50 µm Hg) pendant au moins 10‑15 min, vérifier avec un vacuomètre. | | Charger le système à l’œil (sans balance). | Sous‑ ou sur‑charge → mauvais ΔT_sc/ΔT_sh, surconsommation, usure prématurée. | Peser la quantité exacte de réfrigérant selon les données du constructeur (kg) à l’aide d’une balance de charge calibrée. | | Utiliser un détecteur de fuite à flamme nue près d’un composé inflammable. | Risque d’explosion ou d’incendie. | Préférer les détecteurs électroniques à diode chauffante ou les méthodes à savon liquide ; éviter toute source d’étincelle. | | Ne pas porter de lunettes de sécurité lors du nettoyage du condenseur à l’air comprimé. | Projection de particules pouvant endommager les yeux. | Toujours porter des lunettes de protection anti‑impact et un masque anti‑poussière si nécessaire. | --- *Fin du cours.*