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21/11/2023

Un nouveau mélange élastomère pour les solutions d'étanchéité au service du thermal management des véhicules électriques et hybrides fonctionnant avec le fluide réfrigérant R744

Expert et leader en solutions d’étanchéité pour le secteur automobile, Hutchinson – Precision Sealing Systems accompagne les évolutions du secteur automobile depuis des décennies en assurant la sécurité des circuits grâce à une étanchéité sans faille. Pour accompagner la transition vers l’électrique, Hutchinson a développé pour Volkswagen un nouveau mélange élastomère adapté aux contraintes de fonctionnement du fluide réfrigérant R744 -prometteur pour la gestion thermique des véhicules électriques et hybrides, mais nécessitant une adaptation de l‘ensemble des composants du circuit, notamment les pièces d’étanchéité.
 
 
Un nouveau mélange élastomère EPDM dédié au fluide R744 : Le 8EP3411
 
Hutchinson a développé un mélange élastomère spécialement conçu pour répondre aux besoins d’étanchéité des composants utilisés pour les applications de pompes à chaleur des véhicules électriques (valves, compresseurs …) utilisant le réfrigérant R744.
 
 
Co-Conception et Validation

La mise au point de cette innovation matière a été possible grâce au savoir-faire des équipes Hutchinson dans la formulation des matériaux élastomères et une étroite collaboration avec le Groupe Volkswagen et un équipementier majeur du thermal management. Au-delà des essais laboratoires, des validations fonctionnelles ont été réalisées avec expertise des pièces confirmant la solution technique dans le mélange EPDM 8EP3411. Les solutions d’étanchéité Hutchinson fabriquées à base du mélange EPDM 8EP3411 sont utilisées en série sur les véhicules équipés de la plateforme MEB tel que ID.3.


Performance Thermique

Comparativement à des matériaux EPDM traditionnels, ce mélange élastomère présente des performances thermiques élargies avec une plage de température allant de –40 à +165°C correspondant aux températures optimales d’utilisation des heat pumps fonctionnant au R744.


Résistance à Haute Pression
Un re-engineering complet des solutions existantes a permis de répondre au nouveau cahier des charges. La dureté de 80 Shore A le rend adapté à des sollicitations de haute pression allant jusqu’à 130 bars. L’environnement des joints d’étanchéité doit tout de même être conçu pour limiter les jeux d’extrusion. Les équipes de développement travaillent actuellement sur un élastomère offrant une dureté de 90 Shore A pour les sollicitations en pression les plus extrêmes.


Résistance à la Décompression Explosive (RGD - Rapid Gas Decompression)

La résistance à la décompression explosive est une caractéristique critique pour les élastomères afin d’éviter une dégradation physique des joints (fissure, craquelure, bulles...) Des essais spécifiques ont été réalisés pour aboutir à la formulation finale. Le 8EP3411 est conforme à la norme Norsok M710 : Rating 0, confirmant l’absence de défaut après exposition.


L’utilisation du fluide réfrigérant R744 dans les véhicules électriques

L’autonomie des véhicules électriques est un enjeu majeur pour le développement des véhicules électriques. Elle est d’autant plus réduite si les températures extérieures sont basses. À l’inverse des véhicules thermiques, il n’y a pas de source de chaleur disponible pour maintenir la batterie dans une plage de température idéale et réchauffer l’habitacle pour le confort des passagers. La gestion thermique joue donc un rôle essentiel pour optimiser l’utilisation de l’énergie disponible dans la batterie.

On utilise actuellement des résistances électriques très consommatrices en énergie ou des systèmes de pompes à chaleur automobiles moins énergivores utilisant des gaz frigorigènes fluorés (R1234yf en Europe). Cependant, les propriétés thermodynamiques de ces fluides réfrigérants ne permettent pas un fonctionnement à des températures inférieures à -10°C.

Par ailleurs, les gaz réfrigérants fluorés ont un fort impact environnemental. Le R134a présente par exemple un GWP de 1430 (Global Warming Potential) comparativement au CO2 qui a un GWP de 1. Ces gaz de type HFC mais également HFO sont également générateurs de PFAS et sont déjà soumis à une régulation pour les applications industrielles (climatiseurs, pompes à chaleur…) qui vise une interdiction dans les années à venir.

Un fluide réfrigérant intéresse de plus en plus les constructeurs et équipementiers automobiles pour répondre à ces problématiques d’autonomie des véhicules, environnementales et humaines. Le réfrigérant R744 (CO2) est un fluide naturel non inflammable, par définition PFAS-free qui présente un GWP de 1. Ses propriétés thermodynamiques permettent un fonctionnement des systèmes de pompes à chaleur sur une plage de température en-dessous de -10°C et une amélioration du coefficient de performance sur une certaine plage de température. Le besoin en énergie pour réchauffer la batterie et l’habitacle est moindre, ce qui augmente l’autonomie des véhicules électriques.

Afin d’assurer pleinement ses fonctions réfrigérantes, le R744, 100% naturel, passe de l’état liquide à gazeux (absorption de chaleur) et de gazeux à liquide (génération de chaleur), générant ainsi des cycles thermodynamiques à des pressions jusqu’à 130 bars, bien supérieures à celle des fluides traditionnels, afin de maintenir son point critique à 31°C.


Une solution d’avenir

Déjà utilisé dans les systèmes de pompes à chaleur des bus, trains ou dans les climatisations industrielles telles que les systèmes de réfrigération des supermarchés, les contraintes environnementales et maintenant législatives vont sans doute renforcer l’utilisation du R744 plus largement dans les applications industrielles telles que les pompes à chaleur résidentielles.

L’arrêt programmé de la commercialisation des véhicules à moteur thermique en Europe en 2035 associé aux enjeux environnementaux (PFAS, GWP…) font également du R744 une option sérieuse pour devenir le standard des fluides réfrigérants pour les applications automobiles en Europe.


    Source Hutchinson


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