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Fonctionnement de la climatisation d'une voiture

Dernière modification : 22/07/2024 - 248

Comment fonctionne la climatisation dans une automobile ? Quel principe physique permet de générer du froid même en pleine chaleur ?

Tout d'abord, il faut savoir que le principe physique exploité ici est celui de la compression / décompression d'un gaz. Quand on le comprime la température grimpe / Quand on le détend (l'inverse de la compression donc) il se refroidit. Dans le cas de la climatisation, on va profiter de ce phénomène pour obtenir du froid. Hélas, pour avoir du froid il faut d'abord générer de la chaleur (par compression), voyons donc comment les inventeurs ont trouvé une parade pour ne conserver que le froid.

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Principe physique de la climatisation : compression / détente

Le but est alors de pouvoir détendre du gaz sous pression pour obtenir du frais. Cependant, comment avoir ce gaz sous pression ? Tout simplement grâce à un compresseur qui est alimenté par la courroie accessoire (donc par le mouvement du moteur via la poulie Damper, d'où une consommation plus importante quand on utilise la climatisation. Il faut en effet faire marcher le compresseur, ce qui nécessite plus d'effort du moteur.)
Hélas, le compresseur va faire monter le gaz en température en le compressant, donc le détendre ne donnera simplement qu'une température tiède ... La technique consiste donc à refroidir ce gaz sous pression avant de le détendre, comme ça on pourra obtenir un froid beaucoup plus "intense". Pour cela, on fait comme avec l'eau du moteur, on fait passer le gaz sous pression dans un radiateur de refroidissement.

Pour résumer :

• Je comprime un gaz (grâce à un compresseur) qui se met alors à chauffer. Jusque là on a du chaud (utile pour les pompes à chaleur), l'inverse de ce que l'on veut ... Mais attendons la suite !
• Je refroidis ce dernier, il se transforme alors en liquide. Le gaz est donc devenu liquide et surtout, sa température a été réduite (tout en gardant sa pression).
• On détend ce gaz liquéfié pour obtenir du froid car : gaz détendu/dépressurisé = création de froid = principe physique de base.
• Maintenant que le froid est obtenu, il suffit de faire passer l'air chaud de l'extérieur à l'endroit où est canalisé le froid, c'est à dire dans l'évaporateur qui devient alors une sorte de "radiateur actif" puisque plus froid que l'air ambiant.

Qui commande la climatisation ?

Comme toujours, c'est un calculateur qui pilote le tout, à savoir qu'il gère à la fois l'activation du compresseur mais aussi du ventilateur situé au niveau du condenseur. Il y a donc bien une partie qui est électrique / électronique.

Le schéma d'une climatisation

Schéma fonctionnel de la climatisation

1. Le gaz arrive dans le compresseur
   
2. Le compresseur est soit entrainé par le moteur (courroie accessoires) d'où une légère surconsommation, ou par un moteur électrique dédié sur les voitures les plus récentes ou haut de gamme. On entre alors sur la partie du circuit dite haute pression (entre 10 et 20 bars généralement).
   
3. Le gaz comprimé arrive dans le condenseur pour être refroidi, ce qui le liquéfie par la même occasion (il est toujours sous haute pression, et de toute manière tout liquide est un gaz sous pression refroidi). D'où son nom de condenseur pour condensation.
   
4. Le déshydrateur s'occupe d'enlever l'eau éventuelle dans le gaz afin de préserver le système, il sert aussi comme sorte de vase d'expansion. De plus, il y a un filtrage des impuretés du gaz liquéfié. Tout gaz impropre pourra nuire à l'ensemble du circuit.
   
5. Le "détendeur détend" le gaz ce qui fait chuter sa pression et génère du froid (plus ou moins intense selon le degré de décompression). On entre alors dans la partie du circuit dite basse pression (moins de 5 bars).
6. Le gaz refroidi passe dans l'évaporateur qui ressemble à un radiateur.
7. L'air extérieur (amené par un conduit dessiné en gris clair) passe dans l'évaporateur, ce qui le refroidit.
8. L'évaporateur attrape une grande partie de l'humidité (et des poussières) de l'air entrant et évacue cette dernière sous forme d'eau sous le véhicule. Il ne faut donc pas s'inquiéter de voir de l'eau couler sous votre voiture en plein été.

Circuits haute et basse pression






Circuits de climatisation et ventilation



Voici le lien entre le circuit de climatisation et le circuit de ventilation de l'habitacle

Pressostat ?

Notez qu'un capteur permet de contrôler la pression dans le circuit, ce dernier qu'on nomme pressostat contrôle ce qui se passe dans le circuit afin de permettre au calculateur de bien piloter toute cette machinerie. Il y a aussi le thermostat qui informe le calculateur des température aux alentours de l'évaporateur pour ne pas qu'il ne gèle trop. En général, quand on passe sous les 0° il informe le calculateur qui coupe le compresseur.

A lire : le fonctionnement et les pannes liées au pressostat

Modulation de la température (manuelle ou climatisation automatique)

La modulation de la température se fait grâce au mélange entre l'air du chauffage et l'air de la climatisation. Une climatisation automatique fait donc le mélange dynamiquement selon la température dans l'habitacle par rapport à la température souhaitée (quand c'est manuel c'est vous qui le faites via la molette de contrôle). La puissance de la soufflerie (et la soufflerie plus généralement) est prise en charge par ce que l'on appelle un pulseur d'air (une sorte d'hélice dont la forme a été adaptée pour fonctionner dans des  conduits d'aération (cela peut d'ailleurs faire penser à une roue pour hamster).

Compresseur

Le compresseur fait tout le travail énergétique en générant la pression dans le circuit. Il fonctionne grâce à la force du moteur sur le dispositif accessoires fonctionnant par courroie. Il en existe désormais des électriques car les autos abandonnent petit à petit tout ce qui marche par le thermique.

Détendeur

Ici le détendeur
Condenseur

Voici un condenseur, le radiateur refroidit le gaz chaud qui se liquéfie alors (qui se condense donc). Il est aidé par un ventilateur

Evaporateur

L'air extérieur passe à travers l'évaporateur pour être refroidi puis envoyé dans l'habitacle

Charge de gaz ? C'est à dire ?

Comme je l'ai expliqué il faut donc un gaz qui se comprime et se décomprime. Quand il n'y en a plus assez (même si ce n'est pas vraiment censé se vider) il faut en remettre. Toutefois on ne se base par sur une pression de gaz pour faire l'appoint mais sur une quantité (masse) car la pression évolue selon la température du gaz. Donc quand un professionnel recharge une climatisation il se base sur une quantité de produit à injecter. Il vérifie ensuite les pressions sur les circuits (basse et haute pression) afin de voir si rien n'est anormal (ex : surpression).

C'est par là qu'on recharge, avec une prise côté circuit haute pression et une autre sur le basse pression

Pourquoi une surconsommation de carburant avec la climatisation ?

Le problème est tout bête, la climatisation apporte simplement une résistance supplémentaire à votre moteur. Cela se produit par le biais de la courroie accessoire qui se met alors à entrainer le compresseur de climatisation. C'est donc à l'ancienne : le moteur fait alors tourner une "manivelle" en plus, ce qui lui prendra logiquement un peu d'énergie. Ca aussi modernes soient-ils, les moteurs actuels fonctionnent encore en grande partie comme un banal moulin à vent (sauf que le vent est ici remplacé par le moteur).

Voici le compresseur situé sur le circuit de la courroie accessoires (le compresseur est donc l'un des nombreux accessoires)


Quand j'allume la climatisation, un embrayage piloté électro-mécaniquement fait en sorte de faire tourner le compresseur (il marche comme un embrayage classique sauf que c'est un aimant piloté électriquement qui le fait plaquer ou se décoller)

Compresseur électrique ?

Pour réduire la consommation de carburant et permettre un fonctionnement de la climatisation moteur arrêté, les marques mettent en place des compresseurs électriques. Cela est d'autant plus favorisé sur les voitures hybrides dont la ressource électrique est énorme (en raison des batteries supplémentaires).

Entretenir sa climatisation

Généralement les climatisations restent efficaces assez longtemps. Il n'est pas rare qu'elle soit toujours efficace après plusieurs années sans entretien. Toutefois, il faut penser à certaines choses :

• Allumez régulièrement la climatisation même en hiver ! Cela la garde en forme et permet par la même occasion de déshumidifier votre habitacle.
  
• Surveiller le filtre déshydrateur qui s'occupe de filtrer eau et impuretés dans le circuit. Si il ne fonctionne plus les dégâts pourront alors se répandre à d'autres éléments (notamment compresseur et détendeur).
  
• Il faut être à l'affût de la moindre fuite de gaz. Ce dernier est toxique et la perte de celui-ci peut abimer en plus le compresseur (cela revient à faire marcher une pompe dans le vide, jamais bon).
• Dans la même optique, il faut surveiller le niveau de gaz et faire une recharge dans le cas où il en manquerait. Un contrôle tous les deux ans est parfait sachant que les voitures premium gardent généralement une bonne charge pendant longtemps ... Les autos plus populaires doivent en revanche souvent être rechargées.
• Ne pas s'amuser à vouloir gérer la charge de gaz seul et faire appel à un professionnel bien équipé et doué d'expérience (notez aussi que le gaz ne doit pas se jeter comme un banal déchet)
• Le filtre d'habitacle doit être remplacé tous les 2 ans maximum quand vous habitez en ville (tous les ans idéalement) en privilégiant les versions dotées de charbon actif. Cela n'aide en rien la climatisation mais cela permet d'avoir un air plus sain pour vos poumons, et ce n'est pas un détails anodin ...
• Il faut aussi entretenir les canalisations de la ventilation

La climatisation est-elle mauvaise pour la santé ?

Un système qui fonctionne normalement n'aura aucune incidence sur la santé. En fait, seul le gaz présent dans le système est toxique. Il est cependant gardé de manière isolée dans le circuit de climatisation, il n'est donc jamais censé entrer en contact avec vous (sauf fuite sur le circuit).
L'air produit par la climatisation n'est que de l'air extérieur refroidi et déshydraté (tout bêtement par la condensation qui s'agglutine sur l'évaporateur, comme le fait une simple bouteille d'eau glacée sur une table qui se met à dégouliner d'eau : celle de l'air ambiant qui est donc condensée), il n'est pas en contact avec le fameux gaz, chose que beaucoup de gens semblent croire ... De ce fait, il ne faut pas se laisser aller à croire qu'elle génère un air particulier et toxique, ou alors cela revient à dire que l'air frais est néfaste pour la santé ...

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