Entretien des générateurs et des machines frigorifiques

Une chaudière mal entretenue chauffe encore, un groupe d'eau glacée qui fuit refroidit encore : la dérive ne se voit pas. Elle se lit pourtant sur quelques mesures, l'oxygène et la température des fumées d'un côté, les pressions, la surchauffe et le sous-refroidissement de l'autre. Ce chapitre dit ce que la loi impose aux deux machines du cours, ce que l'on fait pendant la visite et ce que disent les mesures, sur la chaudière de la maison, la chaufferie du plateau de bureaux et son groupe de 120 kW au R32. Chaque écart est chiffré par le modèle du chapitre.

72.1 Ce que la loi impose aux chaudières

Le Code de l'environnement distingue deux régimes. Les chaudières au gaz, au fioul ou au bois de 4 à 400 kW inclus sont entretenues une fois par année civile par un professionnel qualifié (art. R224-41-4 et suivants), à l'initiative de l'occupant pour une chaudière individuelle, du propriétaire ou du syndicat pour une chaudière collective. L'attestation est remise sous quinze jours et conservée deux ans. Au-delà de 400 kW et sous 20 MW (art. R224-21), un organisme accrédité contrôle périodiquement l'efficacité énergétique (art. R224-31 à R224-38) : au moins tous les deux ans à partir de 5 MW, tous les trois ans en dessous (art. R224-35). Le rapport est conservé cinq ans, et les défauts se corrigent dans les trois mois. Dans toute cette sous-section du code, entretien annuel compris, des chaudières mises en réseau dans un même local comptent comme une seule, de puissance égale à la somme ; la puissance nominale est la puissance maximale que le constructeur garantit à l'eau en marche continue (art. R224-20).

La chaudière de la maison reçoit 12,0 kW sur PCI et en restitue 11,63 kW en 80/60 °C : entretien annuel, à l'initiative de l'occupant. La chaufferie du plateau compte deux chaudières de 35 kW sur PCI, qui donnent chacune 36,11 kW utiles en 45/35 °C et 33,93 kW en 80/60 °C, soit 72,22 kW et 67,85 kW pour l'ensemble, qui compte comme une seule chaudière. Il faudrait douze chaudières de ce type dans le même local pour atteindre 407,1 kW et passer au contrôle d'efficacité. L'ensemble est donc entretenu chaque année, à l'initiative du propriétaire.

L'arrêté du 15 septembre 2009, qui fixe le contenu de l'entretien, ajoute une vérification en tertiaire (art. 1er, version de 2022) : au-delà de 70 kW de puissance nominale utile, le professionnel vérifie la présence d'un système d'automatisation et de contrôle du bâtiment. Pour le plateau, tout tient à la puissance retenue : l'ensemble dépasse 70 kW en 45/35 °C, pas en 80/60 °C. R224-20 retient la puissance maximale garantie, ce qui place le plateau au-dessus ; la plaque signalétique tranche. Le même arrêté fixe des seuils de monoxyde de carbone dans le local (art. 3) : de 10 à 50 ppm, situation anormale ; à partir de 50 ppm, danger grave et immédiat.

72.2 Ce que contient la visite

Pour le gaz, l'annexe 1 de l'arrêté renvoie la liste des opérations à une norme d'entretien. Elle y ajoute la mesure du CO ambiant et le contrôle du circuit hydraulique : embouement, purge, pression, circulateur, gonflage du vase. Le rendement inscrit sur l'attestation n'est pas mesuré : il se lit dans une table selon le type et l'âge de la chaudière (annexe 2).

L'échangeur se salit côté fumées : poussières de l'air comburant, oxydes, dépôts des condensats acides. On le nettoie selon la méthode du fabricant, sans outil qui raie le revêtement. Côté eau, il s'entartre ou s'emboue, ce qui relève de la qualité de l'eau (chapitre 64) : nettoyer les fumées sans traiter l'eau ne rend pas le rendement.

Le brûleur à prémélange se contrôle à l'œil : surface intacte, joints de porte, isolant de la chambre sans fissure. L'électrode d'allumage garde son écartement. L'électrode d'ionisation surveille la flamme, qui conduit un faible courant mesuré par la carte de sécurité ; encrassée ou déplacée, elle donne un courant trop faible et des mises en sécurité intermittentes, souvent au démarrage. On relève ce courant, on nettoie ou on change l'électrode.

Le siphon des condensats se vide, se rince et se remplit d'eau avant la remise en route : sec, il laisse passer les fumées dans le local. On vérifie aussi l'écoulement et, s'il existe, le bac de neutralisation. Sur le conduit, on contrôle étanchéité, pente vers la chaudière, fixations et terminal ; un conduit ventouse obstrué prive le brûleur d'air et fait monter le CO.

Les sécurités : décharge de la soupape visible et libre, essai de la sécurité de manque d'eau et du limiteur de température quand le fabricant le prévoit (chapitre 25). Le vase se contrôle côté eau à pression nulle. Sur le plateau, il fait 50 L, gonflé à 0,5 bar, pour une installation remplie à 0,80 bar et des soupapes tarées à 3 bar. Un vase dont la membrane est percée fait cracher la soupape à chaque montée en température, et l'appoint fait entrer de l'eau neuve, donc de l'oxygène et du calcaire.

La figure 72.1 place les deux visites sur un même établi ; un commutateur choisit le poste. Côté chaudière, deux curseurs règlent l'excès d'air et l'encrassement de l'échangeur, et l'afficheur de l'analyseur suit. Côté froid, un curseur fixe la charge en fluide ; manomètres, voyant et balance réagissent. La lecture donne la charge en tonnes équivalent CO₂, la périodicité du contrôle et l'écart de COP, d'après la table du modèle du cours. Une visite automatique reprend dix secondes après la dernière action.

72.3 L'analyse de combustion

L'analyseur aspire les fumées par une sonde au centre du conduit, juste après la chaudière. Il mesure l'oxygène O₂, le monoxyde de carbone CO, la température des fumées t_f et celle de l'air comburant t_a. Il calcule le reste par les relations usuelles du chapitre 61 :

λ = 21 / (21 − O₂) CO₂ = CO_2,max · (1 − O₂ / 21) q_A = (t_f − t_a) · (A₂ / (21 − O₂) + B) CO_n.d. = CO · 21 / (21 − O₂)

Pour le G20, du méthane, CO_2,max = 1 / (1 + 2 × 79/21) = 11,73 % sur fumées sèches. La perte sensible q_A suit la formule de Siegert, avec les coefficients usuels du gaz naturel, A₂ = 0,66 et B = 0,009. Le CO non dilué ramène la mesure à des fumées sans excès d'air : sans lui, ajouter de l'air ferait baisser le CO lu sans rien changer à la combustion.

Exemple : analyse de la chaudière du plateau à −7 °C

1. Deux chaudières en marche, charge 56,6 %, retour 35,0 °C, brûleur réglé à λ = 1,25. L'analyseur lit O₂ 4,59 %, CO 14 ppm, fumées à 42,0 °C, air à 20 °C.
2. Excès d'air : 21 / (21 − 4,59) = 1,279, et non 1,25. La relation suppose que les fumées sèches d'une combustion exacte ont le volume de l'air ; pour le méthane, elles n'en font que 8,52 / 9,52 = 0,895, et 1 + 0,25 / 0,895 = 1,279.
3. CO₂ : 11,73 × (1 − 4,59 / 21) = 9,17 %. CO non dilué : 14 × 21 / (21 − 4,59) = 18 ppm.
4. Siegert : (41,97 − 20) × (0,66 / (21 − 4,59) + 0,009) = 1,08 % ; le bilan exact du modèle donne 1,07 %.
5. Les fumées sortent 12,9 K sous leur point de rosée, 54,9 °C, et 52,1 % de la vapeur d'eau condense. Rendement de combustion : 104,55 % sur PCI ; moins 0,44 % de pertes par l'enveloppe, rendement utile 104,11 % sur PCI, soit 93,8 % sur PCS.

L'excès d'air se règle d'après la notice du fabricant. Trop d'air dilue les fumées, abaisse leur rosée et réduit la condensation : à λ 1,50, O₂ 7,53 %, 41,7 % de l'eau condensée, rendement utile 92,6 % sur PCS, 1,3 % de gaz en plus. Trop peu d'air fait exploser le CO : à λ 1,05, le brûleur d'exemple du chapitre 61 donne 468 ppm, 494 ppm non dilués. Le gaz baisse de 0,9 %, mais il n'y a plus de marge.

Aucun texte en vigueur lu pour ce chapitre ne fixe de seuil de CO dans les fumées d'une chaudière de cette taille ; le seuil réglementaire porte sur l'ambiance (72.1). L'usage attend quelques dizaines de ppm non dilués d'un brûleur à prémélange bien réglé et prend souvent 1 000 ppm non dilués comme limite : au-delà, on cherche la cause (manque d'air, conduit obstrué, échangeur bouché, brûleur abîmé).

L'encrassement se lit sur la température des fumées. Le modèle traite l'échangeur en contre-courant ; les fumées y entrent à la température adiabatique de flamme, 1 742 °C à λ 1,25 :

t_f − t_r = (T_ad − t_r) · e^−NTU NTU = NTU₀ · (1 − e)

avec t_r le retour et e la part du coefficient d'échange perdue ; propre, NTU₀ = 5,50. À 10 % de perte, les fumées passent de 42,0 à 47,1 °C, la part condensée tombe à 35,9 % et il faut 2,0 % de gaz en plus. À 20 %, elles atteignent 55,9 °C, au-dessus de la rosée : plus rien ne condense, le rendement utile tombe à 88,1 % sur PCS et le gaz augmente de 6,5 %. Le chiffre décisif est la distance au point de rosée. Une température de fumées qui monte d'une visite à l'autre, à retour égal, signale un échangeur à nettoyer ; le tartre côté eau produit le même effet (chapitre 64).

72.4 Le froid : fluide, seuils et périodicités

Les fluides frigorigènes fluorés relèvent du règlement (UE) 2024/573, qui a abrogé le règlement 517/2014 en mars 2024. Ses obligations dépendent de l'effet de serre de la charge, en tonnes équivalent CO₂ :

m_éq [t éq. CO₂] = m [kg] × PRP / 1 000

Le PRP sur 100 ans se lit à l'annexe I : 675 pour le HFC-32 (R32), 3 500 pour le HFC-125, 1 430 pour le HFC-134a. Un mélange prend la moyenne pondérée par les masses (annexe VI) : le R410A, moitié R32 et moitié R125, a un PRP de 2 087,5.

L'article 5 impose un contrôle d'étanchéité à partir de 5 t éq. CO₂ ; les équipements hermétiquement scellés et étiquetés comme tels en sont exemptés en dessous de 10 t. Le contrôle a lieu tous les 12 mois sous 50 t, tous les 6 mois sous 500 t, tous les 3 mois au-delà, et tous les 24, 12 ou 6 mois si l'équipement a un système de détection des fuites (§ 6). Ce système est obligatoire à partir de 500 t et se vérifie tous les 12 mois (art. 6). En R32, les seuils de 5, 50 et 500 t valent 7,41 kg, 74,07 kg et 740,74 kg ; en R410A, 2,40 kg, 23,95 kg et 239,52 kg. À effet égal, un groupe au R32 contient donc environ trois fois plus de fluide (2 087,5 / 675 = 3,09).

Une fuite se répare sans retard injustifié, puis une personne certifiée contrôle la réparation, au plus tôt après 24 h de marche et au plus tard un mois après (art. 4). L'exploitant tient pour chaque équipement un registre (fluide et quantités, interventions, contrôles, fuites), conservé cinq ans (art. 7). La récupération revient à du personnel certifié (art. 8).

Exemple : obligations du groupe d'eau glacée du plateau

1. Variante à condenseur à air, charge supposée de 0,25 kg par kW froid : 0,25 × 120 = 30,0 kg de R32.
2. Effet de serre : 30,0 × 675 / 1 000 = 20,25 t éq. CO₂.
3. 5 ≤ 20,25 < 50 : contrôle tous les 12 mois, tous les 24 mois avec un système de détection, non obligatoire.
4. Ce système doit alerter au plus tard pour une perte de 50 g/h ou de 10 % de la charge, la plus grande des deux, soit 3,0 kg ici (arrêté du 29 février 2016, art. 3).
5. Variante sur tour, condenseur à plaques, 0,12 kg/kW : 14,4 kg, soit 9,72 t. Toujours 12 et 24 mois, sauf groupe hermétiquement scellé et étiqueté, ce que n'est pas en général un groupe muni de vannes de service.
6. Les mêmes 30,0 kg en R410A donneraient 62,6 t, contrôlées tous les 6 mois (12 avec détection) : le R32 divise par deux le nombre de visites.

Le Code de l'environnement complète le règlement (art. R543-75 et suivants). Seul un opérateur titulaire d'une attestation de capacité, valable cinq ans au plus, intervient sur le fluide (R543-78 et R543-99). Chaque intervention donne lieu à une fiche d'intervention (R543-82) ; fiches et justificatifs des contrôles d'étanchéité se conservent cinq ans (R543-80 et R543-82). Le dégazage est interdit, et un rejet de plus de 20 kg en une fois ou de plus de 100 kg cumulés sur l'année se déclare (R543-87). Le fluide se récupère en totalité (R543-88), et on ne recharge pas un équipement qui fuit (R543-89). L'arrêté du 29 février 2016 ajoute une vignette de contrôle, dont l'échéance passée interdit toute recharge (art. 6), et une vignette de défaut d'étanchéité, qui impose de réparer, ou d'arrêter et vidanger, dans les quatre jours ouvrés (art. 7). Une présomption de fuite, une alarme par exemple, se vérifie par une méthode directe sous 24 h, 12 h à partir de 500 t (art. 3).

72.5 Diagnostiquer la charge

Le manifold se raccorde aux prises de service : la BP donne la température d'évaporation t₀, la HP la température de condensation t_c, par la table de saturation du fluide (chapitre 43). Deux thermomètres à pince, sur l'aspiration et sur la ligne liquide, complètent :

SH = t_asp − t₀(BP) SR = t_c(HP) − t_liq

La surchauffe SH dit si l'évaporateur est bien alimenté, le sous-refroidissement SR s'il reste du liquide en réserve au condenseur. Le groupe du cours a un détendeur thermostatique, qui maintient sa surchauffe tant qu'il le peut : c'est donc le sous-refroidissement qui parle le premier. Au projet, BP 7,65 bar relatifs (t₀ 2,00 °C), HP 27,60 bar relatifs (t_c 46,00 °C), SH 5 K, SR 3 K, EER 3,356 pour 35,76 kW électriques. Le modèle suppose une réserve de liquide de 5 % de la charge : à 95 %, le sous-refroidissement est déjà nul, sans autre signe.

Exemple : le groupe a perdu 20 % de sa charge

1. Il reste 24,0 kg sur 30,0 kg. Il manque 6,0 kg, soit 4,05 t éq. CO₂, deux fois le seuil d'alarme d'un système de détection.
2. BP : 7,65 bar relatifs, t₀ 2,00 °C, comme au projet. Lue seule, la BP ne dit rien.
3. Surchauffe : 8,3 K au lieu de 5 K. Le détendeur, grand ouvert, ne suffit plus : l'évaporateur est affamé.
4. HP : 26,84 bar relatifs, t_c 44,86 °C ; sous-refroidissement 0,0 K au lieu de 3 K. Au voyant, des bulles : titre de vapeur 0,046 à l'entrée du détendeur.
5. Puissance froide 112,3 kW (−6,4 %), COP 3,219 (−4,1 %), eau glacée à 6,38 °C au lieu de 6,00 °C.
6. On cherche et on répare la fuite avant toute recharge (R543-89), on contrôle la réparation, on tire au vide et on recharge à la balance la masse de la plaque signalétique.

La dérive n'est pas proportionnelle au manque. À 90 % de charge, le COP perd 1,2 % et seuls les bulles et le sous-refroidissement nul trahissent le manque ; à 70 %, il perd 15,1 % et t₀ descend à −1,98 °C : sous 0 °C, l'évaporateur à plaques risque le gel. L'excès se voit aussi : à 120 %, le liquide noie une partie du condenseur, la HP monte à 29,16 bar et le sous-refroidissement à 11,6 K, pour un COP inchangé à 0,4 % près. Le sous-refroidissement, lu avec la HP sur un groupe stable à pleine charge, est donc le bon indicateur. Avec un détendeur électronique ou une bouteille de liquide, les indicateurs changent et la notice du fabricant prime.

72.6 Chercher les fuites

L'arrêté de 2016 distingue deux familles (art. 1 et 2). Les méthodes directes localisent la fuite : détecteur électronique, qui doit déceler 5 g/an et se vérifie tous les 12 mois ; produit moussant sur un raccord suspect ; traceur fluorescent injecté dans le circuit et repéré à la lampe ultraviolette. Les méthodes indirectes la font présumer d'après l'exploitation : pressions, températures, courant du compresseur, niveaux et surtout quantités rechargées inscrites au registre. Une présomption se confirme ensuite par une recherche directe.

Le détecteur se passe lentement, à quelques millimètres des pièces, par le bas, le R32 étant plus lourd que l'air, machine arrêtée et ventilateurs coupés. Points à risque : raccords flare, vannes de service, capillaires qui frottent, brasures qui vibrent. Après réparation, l'usage veut un essai de pression à l'azote sec puis un tirage au vide. Le R32 est faiblement inflammable : pas de flamme nue sur un circuit qui en contient, et la charge admissible dans un local relève de l'EN 378 (chapitre 48).

72.7 Condenseur, filtre et huile

Un condenseur sale ne fait pas perdre de fluide, mais il fait monter la HP, et son effet sur le COP ressemble à celui d'un défaut de charge. Sur la variante à air, une batterie colmatée qui ne passe plus que 80 % du débit d'air fait monter t_c de 2,26 K et perdre 6,6 % d'EER ; à 60 %, +5,91 K et −16,0 %. On la nettoie à l'eau à basse pression, à contre-sens du passage de l'air (chapitre 46). Sur la variante à tour, un encrassement côté eau de 1,76 × 10⁻⁴ m²·K/W, valeur usuelle pour une eau de tour traitée, attribuée aux tables d'encrassement de la TEMA et à vérifier sur le texte, fait monter t_c de 2,78 K, et l'EER passe de 5,215 à 4,702 (−9,8 %) ; la qualité de l'eau de la tour en décide (chapitre 47).

Le filtre déshydrateur de la ligne liquide retient humidité et particules. Bouché, il fait chuter la température à sa traversée, le liquide se vaporise en partie en aval et le voyant montre des bulles alors que la charge est complète : une mesure de température de part et d'autre du filtre distingue ce cas d'un manque de fluide. On le change chaque fois que le circuit a été ouvert. L'huile des groupes au R32 est en général une huile polyester, très hygroscopique : bidon fermé, niveau au voyant du compresseur, test d'acidité après la casse d'un moteur. Une trace d'huile sur une tuyauterie signale presque toujours une fuite de fluide.

72.8 Organiser l'entretien

Ces visites entrent dans le plan de maintenance (chapitre 71) et la conduite (chapitre 70). Les relevés de mise en service (chapitre 69) servent de référence, et une mesure ne se compare qu'à une mesure prise dans les mêmes conditions : on note chaque fois la température extérieure, la charge et le retour d'eau.

À retenir

• Chaudières de 4 à 400 kW : entretien chaque année civile, attestation sous quinze jours, gardée deux ans ; au-delà, contrôle d'efficacité par un organisme accrédité. Le plateau, 2 × 35 kW, en reste loin.
• CO ambiant : 10 à 50 ppm, situation anormale ; 50 ppm et plus, danger grave et immédiat. Dans les fumées, on raisonne en CO non dilué.
• L'analyseur mesure O₂, CO et températures, et calcule λ, CO₂ et pertes. À λ 1,25 et −7 °C, le plateau rejette ses fumées à 42,0 °C, 12,9 K sous leur rosée.
• Un échangeur qui perd 20 % de son coefficient d'échange rejette ses fumées à 55,9 °C, au-dessus de la rosée : 6,5 % de gaz en plus.
• m_éq = m × PRP / 1 000 : 30,0 kg de R32 font 20,25 t éq. CO₂, d'où un contrôle tous les 12 mois, 24 avec détection.
• Avec un détendeur thermostatique, le sous-refroidissement tombe en premier. À 80 % de charge, BP normale, surchauffe 8,3 K, COP −4,1 %. On ne recharge qu'après réparation.
• Un condenseur à air colmaté à 60 % du débit coûte 16,0 % d'EER : vérifier le condenseur avant d'accuser la charge.

Sources publiques : Code de l'environnement, art. R224-20, R224-21, R224-31 à R224-38 et R224-41-4 à R224-41-9, et art. R543-75 à R543-89 et R543-99 (versions en vigueur, Légifrance, lues le 26/10/2026) ; arrêté du 15/09/2009 relatif à l'entretien annuel des chaudières de 4 à 400 kW, version consolidée (art. 1er et 3, annexes 1 et 2 ; la norme d'entretien à laquelle renvoie l'annexe 1 n'a pas été consultée) ; arrêté du 29/02/2016 relatif à certains fluides frigorigènes et aux gaz à effet de serre fluorés, version consolidée (art. 1 à 4, 6 et 7) ; règlement (UE) 2024/573 relatif aux gaz à effet de serre fluorés, art. 4 à 8, annexes I et VI (base Cellar) ; EN 378, par le chapitre 48, pour le principe des limites de charge ; facteur d'encrassement usuel de l'eau de tour traitée, attribué aux tables de la TEMA (édition 2026 en vigueur, valeur non relue sur le texte), par le chapitre 46 ; formule de Siegert et relations de l'analyseur, par le chapitre 61 ; propriétés du R32 par CoolProp ; chapitres 25, 43, 46 à 48, 61, 64 et 69 à 71 du cours. Installations de référence : commun/ et modèles des chapitres 46 et 61. Tous les nombres viennent du modèle du cours. Charges spécifiques, réserve de liquide, détendeur, brûleur d'exemple et modèle d'encrassement sont des hypothèses d'ordre de grandeur ; le seuil de CO dans les fumées est un usage, pas un texte.