Le Diagramme de Mollier : L’Outil Indispensable de la Thermodynamique Appliquée

Le diagramme de Mollier, ou diagramme enthalpique (P-h), est essentiel en génie frigorifique et thermique. Développé par Richard Mollier, cet outil graphique révolutionne l’analyse des cycles thermodynamiques en visualisant clairement les transformations énergétiques des fluides frigorigènes.

I. Structure et Caractéristiques du Diagramme Pression-Enthalpie

A. Axes et représentation graphique

• Axe horizontal (enthalpie massique, h) : énergie en kJ/kg
• Axe vertical (pression absolue, P) : généralement logarithmique

B. Zones principales

• Liquide sous-refroidi (gauche)
• Mélange liquide-vapeur (centre)
• Vapeur surchauffée (droite)
• Point critique (sommet)

C. Courbes isoparamétriques essentielles

• Isobares (pression constante)
• Isothermes (température constante)
• Isentropes (entropie constante)
• Isotitres (titre vapeur constant)
• Isochores (volume constant)

Questions de révision I

1. Quels sont les deux axes principaux du diagramme P-h ?
2. Que représente la courbe de saturation sur ce diagramme ?
3. Pourquoi utilise-t-on une échelle logarithmique pour la pression ?

II. Application aux Cycles Frigorifiques et Pompes à Chaleur

A. Étapes du cycle frigorifique

1. Évaporation : isobare (absorption de chaleur)
2. Compression : isentropique (augmentation pression/température)
3. Condensation : isobare (rejet de chaleur)
4. Détente : isenthalpique (chute pression)

B. Particularités pour les pompes à chaleur

Même principe mais cycle inversé : la chaleur produite au condenseur est l’objectif principal.

Questions de révision II

1. Quelle transformation est représentée par une ligne verticale sur le diagramme P-h ?
2. Pourquoi la surchauffe est-elle utile dans le cycle frigorifique ?

III. Pourquoi le Diagramme Pression-Enthalpie est-il Préféré ?

• Visualisation simple des transformations clés (isobares/isenthapiques)
• Lecture directe des échanges énergétiques
• Spécialisation optimale pour le froid et les PAC

Questions de révision III

1. Donnez deux avantages du diagramme P-h par rapport à un autre diagramme thermodynamique.

IV. Importance pour les Professionnels

Maîtriser le diagramme P-h permet de :

• Tracer et analyser les cycles réels et théoriques
• Diagnostiquer les installations
• Dimensionner et optimiser les équipements
• Choisir les fluides frigorigènes adaptés

Conclusion

Le diagramme de Mollier en version pression-enthalpie est essentiel pour toute analyse rigoureuse en thermodynamique appliquée aux installations frigorifiques et aux pompes à chaleur. Sa maîtrise garantit expertise, fiabilité et efficacité énergétique aux professionnels du secteur.

B. Importance de la Relation Pression-Température sur le Diagramme

Dans un mélange liquide-vapeur (zone diphasique), la pression est entièrement déterminée par la température et indépendante de la quantité de liquide ou de vapeur présente, tant qu’il subsiste un contact entre les deux phases. C’est le fondement de la notion de température de saturation. Cette relation permet :

• De calibrer les manomètres en pression et en température.
• De raisonner thermodynamiquement en température, ce qui facilite les diagnostics quelle que soit la nature du fluide.
• De comprendre que dans la zone diphasique, les courbes d’isobares et d’isothermes se confondent sur le diagramme P-h.

C. Représentation du Cycle Frigorifique Normal

Le diagramme enthalpique permet de suivre précisément l’évolution du fluide frigorigène à travers les étapes du cycle :

1. Évaporation (1 → 2) : transformation isobare où le fluide absorbe de la chaleur latente. L'enthalpie augmente fortement.
2. Surchauffe (2 → 3) : la vapeur est chauffée au-delà de la température de saturation. Cela garantit une évaporation complète et protège le compresseur.
3. Compression (3 → 4) : transformation idéalement isentropique, augmentant pression et température. Elle se visualise comme une courbe ascendante.
4. Désurchauffe (4 → 5) : refroidissement de la vapeur surchauffée jusqu’à saturation.
5. Condensation (5 → 6) : transformation isobare pendant laquelle le fluide cède de la chaleur latente et repasse à l’état liquide.
6. Sous-refroidissement (6 → 7) : refroidissement supplémentaire du liquide en dessous de sa température de saturation. Cela augmente la puissance frigorifique.
7. Détente (7 → 1) : transformation isenthalpique où une partie du liquide s’évapore brutalement, provoquant une chute de pression.

D. Représentation des Pertes Réelles

Le diagramme permet également d’observer les écarts entre cycle idéal et fonctionnement réel :

• Pertes de pression (pertes de charge) : normalement représentées par des lignes horizontales (isobares), les lignes peuvent s’incliner légèrement vers le bas dans les systèmes réels à cause des pertes de charge dans les tuyaux ou échangeurs.
• Pertes de température : une compression réelle s’écarte de l’isentrope idéale à cause des frottements et transferts thermiques parasites, augmentant l’entropie. Cela augmente le travail de compression nécessaire.
• Surchauffe ou sous-refroidissement anormaux : un point hors zone attendue sur le diagramme peut signaler un problème (ex. flash gas, prédétente, échangeur bouché…)

Questions de révision II (suite)

1. Pourquoi la pression dans un mélange liquide-vapeur dépend-elle uniquement de la température ?
2. Quelles transformations du cycle frigorifique sont représentées par des lignes horizontales sur un diagramme P-h ?
3. Comment les pertes de charge modifient-elles la représentation du cycle sur le diagramme ?