Climatisation et énergie, sur-pollution et sur-consommation de l'air conditionné

Après les campagnes publicitaires annonçant « la clim à un euro », toutes les voitures auront bientôt l'air conditionné, et en été, un nombre toujours croissant d'automobilistes en font usage. Nécessairement, cette demande de confort, qui exige de l'énergie, entraine une surconsommation de carburant, et une pollution supplémentaire.

Cette surconsommation fait s'interroger un grand nombre de conducteurs. Sans prétention particulière, ni commandements, ni même de conclusion (libre à chacun de tirer la sienne), ils trouveront ici les grands principes d'une climatisation automobile.

Eléments d'un système de conditionnement d'air Denso avec compresseur électrique

– La consommation énergétique d'une climatisation dépend du type et du standing de l'auto

C'est une évidence, mais il faut commencer par là. Il faut beaucoup plus d'énergie pour refroidir (ou chauffer) le vaste habitacle d'un monospace que celui d'une petite voiture urbaine. De même, la puissance de refroidissement croît avec la catégorie sociale de l'auto : le climatiseur d'une Mercedes classe S est autrement plus efficace que celui d'une Renault Twingo. Le climatiseur de la grosse Mercedes est en effet capable de renouveler intégralement l'air de l'habitacle en à peine 10 secondes. Les clients n'en attendent pas moins, mais cela se paie.

Les voitures de luxe consomment d'autant plus d'énergie qu'elles sont équipées d'un système de diffusion douce, indirecte, qui élimine l'inconfort de courants d'air froid dans l'habitacle.

– La surconsommation de carburant d'une auto climatisatisée dépend du trajet effectué

Une voiture (non hybride) consomme plus en ville ou sur la route, et cette différence ne peut qu'être accentuée par l'usage d'une climatisation, qui demande au moteur de lui fournir une puissance constante, quand en ville, la puissance qu'il délivre varie sans cesse dans les aléas de la circulation.

– La surconsommation dûe à une climatisation varie en fonction de son usage

Qui veut aller loin ménage sa monture, et qui veut consommer peu respecte les limitations de vitesse, n'appuie pas sur l'accélérateur comme un forcené, ni ne roule la climatisation à son réglage le plus fort. Les médecins recommandent d'ailleurs de ne jamais mettre trop fort les climatisations, pour éviter les bouffées de chaleur quand on sort de son auto (ou de son bureau).

On prendra aussi garde aux systèmes permettant des réglages distincts pour les différents passagers de l'auto. On imagine le conducteur voulant beaucoup de fraîcheur pour rester alerte, et la passagère acceptant volontiers plus de chaleur pour pouvoir somnoler. L'idée est tentante, mais derrière, le compresseur doit travailler dur pour garantir des températures distinctes dans l'espace de l'habitacle. Pour économiser du carburant, mieux vaut un réglage unique pour toute la voiture.

– La surconsommation dûe à une climatisation varie en fonction du moteur qui l'entraine

Sur une Mercedes classe S à moteur V8, ou V12, le gros moteur entraine le compresseur du climatiseur sans s'en apercevoir, et la surconsommation n'est presque pas mesurable. Il n'en va pas du tout de même dans une petite auto. Climatisation en marche, la surconsommation (on constatera aussi une baisse de la puissance disponible) sera là très perceptible, et là où elle est la plus sensible, c'est avec les petits moteurs turbo-diesel.

Sur la Volkswagen Lupo TDI 3 Litres par exemple, Volkswagen avait dû concevoir un système dual, où la climatisation fonctionnait grâce au moteur TDI, et avec l'appoint d'un petit moteur électrique. Parce que sur ces petits moteurs turbocompressés, notoirement creux en dessous du régime où le turbo produit son effet, la mécanique à toutes les peines du monde à entrainer une climatisation sur le régime de ralenti et à bas régime. Celui qui a une petite auto TD climatisée peut témoigner de la baisse de puissance très substantielle quand il demande à avoir de l'air frais, tandis que la consommation atteint des sommets. En parcours urbain, et nous précisons bien sur une auto équipée d'un moteur turbo-diesel de petite cylindrée, l'ADEME avait constaté des hausses de consommation supérieures à 40 % ! Alors que le conducteur d'une Audi A8 W12, à 200 km/h sur une autoroute allemande, climatisation à l'arrêt ou en fonctionnement, consommera quasiment la même chose...

Enfin, un autre type de voiture dont la surconsommation est paticulièrement forte lorsqu'ils doivent entrainer une climatisation, est les voitures hybrides. Une Toyota Prius (dont le climatiseur est électrique), sur un parcours urbain effectué à petite vitesse, consomme peu grâce à sa faculté de se déplacer sur la seule puissance de son moteur électrique. Mais avec une climatisation qui tire sur les batteries, cette faculté sera considérablement réduite. Cela doit être particulièrement significatif sur un gros break comme le Lexus RX400h.

– Les fabricants de systèmes de climatisation ne sont pas les constructeurs

Les principaux fabricants sont les équipementiers Delphi, Denso, Siemens VDO, Valeo, Visteon.

– La dangerosité du fluide frigorigène

Tous les systèmes de climatisation commercialisés en 2005 fonctionnent avec un gaz appelé R134a. C'est un gaz à effet de serre, comme le dioxide de carbone (CO2), mais il est beaucoup plus néfaste. Le Intergovernmental Panel on Climate Change avait établi qu'un seul kilogramme de R134a relâché dans l'atmosphère était équivalent à 1300 kg de dioxide de carbone. Le R134a sera conséquemment interdit dans les voitures vendues dans l'Union Européenne en 2011.

– Les pertes de fluide frigorigène

Les systèmes d'air conditionné fonctionnent en maintenant sous pression un fluide frigorigène, et l'étanchéité de ces systèmes n'est pas toujours ce qu'elle devrait être (les systèmes d'alimentation d'une voiture à hydrogène sont heureusement beaucoup plus rigoureux). L'entrainement du compresseur de climatisation par le moteur à essence implique, pour maintenir le fluide en circuit fermé, d'un joint tournant, et c'est souvent là qu'il y a fuite. Une voiture moyenne possède environ 800 g de fluide, et certains fabricants ont des critères de qualité qui autorisent des fuites jusqu'à 10 % par an (80 g). En équivalent dioxide de carbone, cette fuite équivaut à l'émission de 104 kg de CO2 (ce qui n'est pas rien !).

Des pertes encore plus graves ont cependant lieu au garage, lors de l'entretien des systèmes de climatisation. Toutes les Mercedes ont un climatiseur de série, et tous les mécaniciens Mercedes ont reçu une formation sérieuse, et respectueuse de l'environnement, mais ce n'est pas le cas de nombreux petits garagistes, qui sont souvent ignorants des bonnes manières de faire. Ils laissent alors s'échapper des quantités substantielles du fluide si nocif pour la couche d'ozone.

Shéma de fonctionnement du système de conditionnement d'air du Toyota FCHV
(fourni par DENSO, le fabricant), le compresseur électrique est en gris au centre.
– L'avenir des fluides frigorigènes

L'usage de R134a étant à terme interdit, depuis plusieurs années, de nombreux ingénieurs partout dans le monde ont cherché une autre matière, liquide ou gazeuse, qui possèderait d'excellentes propriétés frigorigènes, mais dont la fuite, par panne ou accident, serait moins néfaste que le R134a. Le fruit de ces recherches est un gaz connu industriellement sous le nom de R744. Mais dans le grand public, on le nomme tout simplement dioxide de carbone, c'est le CO2 !

Les fabricants annoncent déjà que les systèmes de conditionnement d'air utilisant le CO2 seront plus performants que leurs prédecesseurs au R134a, ce qui signifie au choix qu'ils refroidiront plus rapidement, ou qu'ils demanderont moins d'énergie. Et cela en dépit du fait que ces systèmes fonctionneront avec une pression plus forte que les systèmes actuels.

Le premier équipementier à exploiter cette technologie en grande série serait Visteon, et ce serait accessible aux consommateurs en 2006. Mais depuis 2002 pourtant, il existe une automobile, produite à une petite vingtaine d'exemplaires, qui possède déjà un système d'air conditionné avec du dioxide de carbone comme fluide frigorigène. C'est une voiture très appréciée de Moteur Nature, c'est le Toyota FCHV (Fuel Cell Hybrid Vehicle, le premier ministre nippon en a une).

– L'avenir de la climatisation

La génération actuelle de systèmes d'air conditionné, bâtie autour d'un compresseur entrainé par le moteur grâce à une courroie, bardé de capteurs électroniques, et piloté par logiciel, est complètement dépassée. L'avenir est à l'électrique. Comme les systèmes d'assistance de direction, les pompes à huile ou à eau, tous les accessoires naguères entrainés par le moteur, seront à plus ou moins brève échéance remplacés par des moteurs électriques.

La première voiture de série à avoir adopté un compresseur électrique pour son système de conditionnement d'air fut la Toyota Prius II, dont la carrière commerciale débuta en septembre 2003. Sur cette auto hybride, ce choix technique était très pertinent car il permet à l'auto de faire fonctionner son climatiseur même quand le moteur thermique est à l'arrêt (ce que la première génération de Prius ne pouvait pas faire). Denso (le fabricant de ce système) et Toyota ont reçu à juste titre un prix de l'agence américaine pour la protection de l'environnement (EPA) pour ce système.

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