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Article

1 - PRODUCTION DE FROID POUR LE TRANSPORT FRIGORIFIQUE

2 - MISE EN ŒUVRE D’UNE SOLUTION CRYOGÉNIQUE

3 - SOLUTIONS CRYOGÉNIQUES MISES SUR LE MARCHÉ

4 - COMPARAISON SOLUTION CRYOGÉNIQUE – SOLUTION CONVENTIONNELLE

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : BE9798 v1

Production de froid pour le transport frigorifique
La cryogénie au service d’un transport frigorifique efficace et durable

Auteur(s) : Mohammed YOUBI IDRISSI, Jean-Pierre BERNARD, Jean-Patrice QUENEDEY

Date de publication : 10 déc. 2017

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RÉSUMÉ

L'industrie du transport frigorifique cherche activement des solutions innovantes pour remplacer ou améliorer les systèmes conventionnels de production de froid, notamment par compression mécanique de vapeur, avec entraînement par moteur diesel.Les développements industriels récents des unités cryogéniques offrent des alternatives performantes, sûres, fiables et durables.Cet article passe en revue toutes les solutions cryogéniques développées récemment. Il les positionne par rapport aux usages, aux attentes du marché et les compare aux solutions conventionnelles, tant sur le plan énergétique qu’environnemental, et ce pour chaque segment du marché du colis à la semi-remorque.

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ABSTRACT

Cryogenics way for an efficient and sustainable refrigerated transportation

The refrigerated transport industry is actively looking for innovative solutions to replace or challenge the diesel mechanically refrigerating systems.

The recent industrial developments of cryogenic units offer serious, safe, reliable, environmentally friendly alternatives, with high energy performance guaranteeing the quality of the cold chain.

This article reviews all the cryogenic solutions developed recently. It positions them in relation to the usages, market expectations and compares them with conventional solutions, both in terms of energy and environment, for each segment market; from the small box to semitrailer.

Auteur(s)

  • Mohammed YOUBI IDRISSI : Responsable du Groupe R & D Sciences de la Vie, Expert International - Air Liquide, Centre de Recherche Paris-Saclay, Les Loges-en-Josas, France

  • Jean-Pierre BERNARD : Chef de Projets R & D, Expert International - Air Liquide, Centre de Recherche Paris-Saclay, Les Loges-en-Josas, France

  • Jean-Patrice QUENEDEY : Chef de Projets Air Liquide Advanced Business - Air Liquide, Advanced Business & Technology, Sassenage, France

INTRODUCTION

Le transport sous température dirigée ou transport frigorifique est un maillon essentiel de la chaîne du froid, il vise à fournir au consommateur final des produits périssables sûrs et de haute qualité. Les produits concernés sont des denrées périssables ou des produits non alimentaires tels que les produits pharmaceutiques, les fleurs, les plantes, les objets d’art, les produits chimiques, etc. Les produits surgelés sont transportés à une température de –18ºC ou moins, alors que les produits frais se transportent à une température supérieure au point de congélation, soit un intervalle allant de 0 à +8 °C.

De plus le transport sous température dirigée de produits périssables, permet de réduire considérablement leur perte, laquelle atteint selon les pays et leurs infrastructures de 15 à 45 %.

Ainsi, de par son importance dans la chaîne du froid, le transport frigorifique représente des enjeux considérables, non seulement en termes économiques, de sécurité alimentaire et de santé publique mais également sur le plan environnemental : consommation des énergies fossiles, émissions de CO2 et des gaz à effet de serre, émission de particules fines et de bruit.

Selon le dernier rapport de l’UNEP , le parc mondial des véhicules réfrigérés est de l’ordre de 4 millions. Il se répartit entre 40 % de Véhicules Utilitaires Légers (VUL), 30 % de camions (de 15 à 24 palettes) et 30 % de semi-remorques ou des remorques (33 à 36 palettes). En France, la segmentation est légèrement différente  : en 2015, 53 % de VUL ; 25,7 % de semi-remorques et 21,4 % de camions. La tendance est similaire en 2017.

Une forte disparité existe entre les pays développés et en voie de développement en termes d’équipement en transport sous température contrôlée. À titre d’exemple, il y a environ 1 véhicule réfrigéré pour 500 habitants en Europe et en Amérique du Nord, alors qu’il y en a seulement 1 pour 1 250 en Afrique du Sud, 1 pour 8 000 en Chine et 1 pour 100 000 en Inde.

Ces chiffres montrent le potentiel économique de ce secteur qui avec l’expansion démographique mondiale et l’amélioration des conditions de vie dans de nombreux pays en développement assure à cette industrie un taux de croissance moyen de 2,5 % .

Sur le plan technique, la majeure partie des unités installées sur ces véhicules fonctionnent avec un groupe frigorifique à compression mécanique de vapeur alimenté par un moteur diesel.

Bien qu’elle soit mature et facile à installer et à déployer, la technologie « conventionnelle » du froid mécanique pour le transport frigorifique présente aujourd’hui de nombreux inconvénients :

  • une empreinte carbone élevée, engendrée par les émissions de gaz à effet de serre des fluides frigorigènes (HCFC ou HFC) à fort potentiel de réchauffement planétaire PRP (ou Global Warming Potential GWP) mais également via la consommation du carburant pour entraîner le compresseur ;

  • des émissions de particules fines (NOx) nuisibles pour la santé humaine ;

  • une émission du bruit notamment lors des livraisons urbaines tôt le matin ou tard le soir ;

  • une dépendance énergétique aux carburants fossiles.

Consciente de ces désavantages, l’industrie du transport frigorifique, encouragée par le pouvoir public, est à la recherche de solutions innovantes, énergétiquement sobres mais efficaces et à faible impact environnemental. Parmi les solutions d’avenir, on trouve le froid cryogénique qui consiste à refroidir une caisse isotherme d’un véhicule avec de l’azote liquide ou du CO2 (solide ou liquide), technologie ne datant pas d’aujourd’hui.

De 1970 à nos jours

Les premiers groupes cryogéniques pour le transport frigorifique remontent aux années 1970, ils étaient plutôt à injection directe (figure 1). Pourtant, le déploiement industriel et commercial de cette technologie est resté marginal, en raison des bas prix du carburant et surtout de l’absence des contraintes réglementaires et environnementales, notamment en zones urbaines. De plus, il était nécessaire de disposer de stations de recharge, en adéquation avec les distances à parcourir.

Depuis une dizaine d’années, dans divers pays, des groupes cryogéniques ont été installés et exploités dans les conditions réelles par de nombreuses entreprises de transport frigorifique, en particulier en Europe, aux USA et en Afrique du Sud. Cependant, les principales solutions proposées, notamment pour les camions et les semi-remorques, étaient généralement basées sur une technologie d’injection directe de l’azote liquide dans la caisse isotherme afin de refroidir le contenu. Cette technologie est efficace, mais elle n’est pas sans risque pour le conducteur de camion, qui doit attendre que l’atmosphère s’ajuste avant d’entrer dans la boîte (risque de déficience en oxygène, donc anoxie). C’est principalement pour cette raison que plusieurs solutions cryogéniques à injection indirecte ont été développées tout récemment, elles allient ainsi sécurité, performance, silence et impact réduit sur l’environnement.

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KEYWORDS

semitrailer   |   small box   |   container   |   liquid nitrogen   |   cryogenic cooling   |   carbon dioxide

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be9798


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1. Production de froid pour le transport frigorifique

1.1 Solutions classiques

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1.1.1 Groupe de froid mécanique

Il s’agit de la solution standard existante sur le marché du transport frigorifique par véhicule routier, basée sur le principe d’un cycle fermé de compression-détente, utilisant un fluide frigorigène. Les groupes existent pour toutes les tailles de véhicule industriel (VI), du véhicule utilitaire léger (VUL) à la semi-remorque (SR).

Les groupes sont majoritairement de type froid ventilé et utilisent actuellement des fluides frigorigènes (hydro-fluoro-carbone HFC), typiquement du R404A. La nouvelle réglementation européenne dite F-Gaz impose le renouvellement de ces fluides par de nouveaux fluides plus vertueux pour l’environnement, dont par exemple le R452A ou des fluides naturels tels que le R744 qui est le dioxyde de carbone.

Le schéma de la figure 2 décrit le principe de fonctionnement d’un groupe frigorifique avec ses principaux composants.

Le fluide frigorigène sous forme gazeuse est comprimé puis est refroidi dans un condenseur par air pour progressivement se liquéfier. Le liquide ainsi obtenu est stocké dans un réservoir permettant une alimentation en liquide franc d’un évaporateur alimenté par une vanne de détente permettant de diminuer sa température et sa pression et où l’échange thermique se produit avec l’air du compartiment isotherme à refroidir avant de retourner vers le compresseur, pour un nouveau cycle.

Les sources d’énergie pour la compression sont multiples mais on peut noter trois grandes catégories.

Moteur à combustion : le moteur diesel est la solution la plus répandue et en France, il s’agit du gasoil non routier (GNR) qui a une taxation différente du diesel de traction, utilisé pour la propulsion du camion. D’autres carburants peuvent être utilisés comme le gaz naturel ou le biogaz qui est cours de développement par exemple.

Source électrique (indirecte) générée à partir d’un moteur thermique : le véhicule est équipé d’une génératrice couplée aux circuits hydrauliques du véhicule industriel (VI) ou le compresseur de groupe couplé avec...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - UNEP -   Report of the Refrigeration,  -  Air conditioning and Heat Pumps Technical Options Committee (2010).

  • (2) - CAVALIER (G.), DEVIN (E.), MICHINEAU (T.), VANNSON (F.), THOMAS (G.) -   Refrigerants leakage in the refrigerated transport sector,  -  4th IIR International Conference on Sustainability and the cold chain, Auckland NZ, 7-9 April 2016.

  • (3) - YOUBI IDRISSI (M.), CAVALIER (G.), SUQUET (T.) -   Tests de qualification ATP des groupes cryogéniques indirects multitempératures,  -  Revue Générale du Froid & du Conditionnement d’Air, N° 1139, PP. 32-38 (2013).

  • (4) - METCALF (P.), McCAHEY (A.), FENNELL (D.), TEYSSANDIER (E.), OWEN (N.) -   Developments in transport refrigeration systems using Liquid Nitrogen expansion and mechanical vapour compression.  -  International “Conference of Cryogenics and Refrigeration Technology”, Bucharest June 22 – 25 (2016).

  • (5) - ALGOET (J.), BERNARD (J.-P.), CLOAREC (A.), GOMEZ (P.), KOWALEWSKI (P.), OZTAS (C.), C. -   Réfrigération et surgélation...

1 Outils logiciels

Encyclopédie des gaz Air Liquide https://encyclopedia.airliquide.com/fr

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2 Événements

Salon International des Solutions de Transport Routier et Urbain : Solutrans, a lieu tous les deux ans à Lyon (années impaires). https://www.solutrans.eu/

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3 Normes et standards

PIEK Label de certification de véhicules et d’équipement ayant des émissions de bruit respectant un seuil lors des livraisons de commerce de détail la nuit. (version 2015)

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4 Réglementation

Accord International sur le Transport des denrées Périssables (ATP) (version applicable du 19 décembre 2016).

Accord européen relatif au transport...

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