Réfrigérateur à absorption

Un réfrigérateur à absorption produit du froid avec de la chaleur. De l’ammoniac liquide bout dans l’enceinte froide et prend la chaleur des aliments ; de l’eau absorbe ensuite la vapeur, puis une flamme ou une résistance électrique chasse de nouveau l’ammoniac hors de l’eau pour que le cycle recommence. Ferdinand Carré fit breveter en France en 1859 une machine fonctionnant à l’ammoniac et à l’eau. Une version continue sans aucune pièce mobile, inventée à Stockholm en 1922, refroidit encore caravanes et bateaux.

Ce que c’est

Un réfrigérateur à absorption refroidit une enceinte avec de la chaleur au lieu d’un moteur. Comme toute machine frigorifique, il fait bouillir un liquide dans l’espace froid pour qu’il prenne la chaleur des aliments, puis il ramène la vapeur à l’état liquide à l’extérieur. Une machine à compression y parvient avec une pompe. Une machine à absorption emploie un second liquide qui absorbe la vapeur, et une flamme ou une résistance électrique qui l’en chasse ensuite. Dans les réfrigérateurs, le couple est formé de l’ammoniac, qui bout, et de l’eau, qui l’absorbe ; les installations de climatisation utilisent plutôt l’eau avec une solution de bromure de lithium.

La forme la plus simple est un appareil intermittent fait de deux récipients d’acier reliés par un tube, du type que Crosley vendit aux États-Unis à partir de la fin des années 1920 sous le nom d’Icy Ball. On le chauffe pour le charger, puis il refroidit une armoire jusqu’à ce qu’il faille le recharger. Les réfrigérateurs à absorption continus, chauffés en permanence par une petite flamme ou une résistance électrique, sont encore fabriqués pour les caravanes et les bateaux, où ils fonctionnent au gaz ou à l’électricité sans le moindre bruit.

Le circuit d’un réfrigérateur à absorption est une enceinte d’acier scellée qui contient de l’ammoniac sous pression. L’ammoniac est toxique et inflammable : à forte concentration, il brûle les yeux, la peau et les poumons et peut tuer. N’ouvrez, ne percez, ne chauffez, ne rechargez et ne réparez jamais un tel circuit, qu’il s’agisse d’un vieux réfrigérateur ou d’un appareil de collection ; confiez-le à des spécialistes du froid. Un réfrigérateur à flamme de gaz ou de pétrole peut dégager du monoxyde de carbone, un gaz sans couleur ni odeur. Ne le faites fonctionner que là où il est installé pour cet usage, l’arrière isolé de l’espace habité, conduit et aérations dégagés, et n’utilisez jamais un réfrigérateur portable à gaz dans une tente, un véhicule fermé ou une pièce sans aération.

Comment ça marche

L’eau absorbe très facilement le gaz ammoniac, une propriété que Joseph Priestley remarqua en isolant l’ammoniac en 1774. L’eau froide en retient beaucoup ; si l’on chauffe la solution, le gaz ressort. Un réfrigérateur à absorption se sert de cette différence deux fois par cycle, une fois pour chasser l’ammoniac hors de l’eau et une fois pour le lui rendre.

Un appareil intermittent fonctionne en deux temps. D’abord, la chaleur chasse l’ammoniac de la solution concentrée contenue dans un récipient, et la vapeur gagne un second récipient, où le refroidissement la change en liquide. Ensuite, une fois le premier récipient redevenu froid, sa solution appauvrie reprend la vapeur d’ammoniac. La pression baisse, si bien que l’ammoniac liquide du second récipient bout à basse température et prend la chaleur de ce qui l’entoure. Quand tout l’ammoniac est retourné dans l’eau, il faut chauffer l’appareil de nouveau.

À l’arrière d’un réfrigérateur à absorption au gaz, une petite flamme sous le bouilleur fait marcher tout le circuit.

Un réfrigérateur continu enchaîne les mêmes étapes en même temps, chacune dans sa partie d’un unique circuit scellé. Une petite flamme ou une résistance électrique chauffe le bouilleur, où l’ammoniac quitte la solution ; les bulles qui montent soulèvent le liquide dans un tube étroit, si bien que la solution circule sans pompe mécanique. La vapeur d’ammoniac se condense dans des tubes à l’arrière de l’armoire, coule dans l’évaporateur à l’intérieur et y bout. La solution appauvrie qui ruisselle dans l’absorbeur reprend la vapeur et retourne au bouilleur. Le circuit contient aussi de l’hydrogène. La pression totale est à peu près la même partout, mais dans l’évaporateur l’hydrogène abaisse la pression partielle de l’ammoniac, si bien que l’ammoniac liquide s’y évapore à basse température. Dans l’absorbeur, l’eau retire l’ammoniac du gaz, et l’hydrogène, qui n’est pas absorbé, retourne à l’évaporateur. Sans détendeur ni pompe, le réfrigérateur n’a aucune pièce mobile.

Histoire et évolution

L’expérience de Leslie : sous la cloche, une coupelle d’acide sulfurique absorbe la vapeur d’une tasse d’eau jusqu’à ce que l’eau gèle.

En 1810, John Leslie congela de l’eau avec une machine pneumatique, en se servant d’une large surface d’acide sulfurique concentré pour absorber la vapeur d’eau à mesure qu’elle se formait. En 1813, William Hyde Wollaston nota que l’acide épargnait à Leslie la très grande pompe qu’aurait exigée le vide seul. Edmond Carré, frère de Ferdinand, construisit plus tard un appareil qui rafraîchissait les carafes d’eau ou de vin avec de l’eau et de l’acide sulfurique.

Ferdinand Carré (1824–1900), ingénieur français, obtint en 1859 un brevet français pour une machine à absorption qui fabriquait de la glace avec de l’ammoniac dissous dans l’eau ; l’historien R. P. Multhauf date la machine elle-même de 1858. Elle reliait deux récipients par un tube, chauffait l’un pour chasser l’ammoniac et refroidissait l’autre pour le condenser, et elle fut fabriquée en série dès l’année suivante. Son brevet américain de 1860 énumère plusieurs couples de travail, dont l’ammoniac et l’eau, et décrit le réservoir chauffé, le second récipient maintenu dans l’eau froide et le « froid intense » qui apparaît dès que l’absorption commence. Les machines de Carré restèrent en usage jusqu’au début du XXe siècle, quand les machines à compression les remplacèrent.

Les réflecteurs solaires d’Augustin Mouchot concentraient la lumière du soleil sur une chaudière placée en leur centre.

À l’Exposition universelle de Paris de 1878, Augustin Mouchot fabriqua de la glace avec une machine à ammoniac de Carré chauffée par la lumière concentrée du soleil.

En 1922, deux étudiants ingénieurs de l’Institut royal de technologie de Stockholm, Baltzar von Platen et Carl Munters, présentèrent un réfrigérateur à absorption continu capable de marcher à l’électricité, au gaz ou au pétrole. Dometic date son brevet de 1923. L’entreprise suédoise Arctic acheta les droits de fabrication, puis Electrolux racheta Arctic. Electrolux date de 1925 son premier réfrigérateur à absorption mis sur le marché, l’ASHRAE date de 1926 le modèle domestique au gaz, et Servel, dans l’Indiana, le vendit en Amérique du Nord avant de le fabriquer sous licence.

En juin 1927, David Forbes Keith, de Toronto, demanda un brevet pour l’appareil intermittent à deux récipients que l’entreprise Crosley, de Cincinnati, vendit sous le nom d’Icy Ball aux fermes privées d’électricité. Des réfrigérateurs à absorption silencieux sont encore fabriqués pour les caravanes et les bateaux.