Les méthodes de détection des fuites dans les systèmes de climatisation automobiles toujours plus sophistiquées

La détection précoce des fuites offre des avantages en termes de sécurité et d'environnement

Les fuites sont un problème en toutes circonstances. Elles peuvent être gênantes, par exemple un tuyau d'eau qui fuit à la maison, mais elles peuvent aussi mettre des vies en danger, comme un gaz toxique qui s'échappe d'une installation industrielle. Une détection précoce permet d'éviter de nombreux problèmes et, heureusement, pour la détection des fuites dans les systèmes de climatisation automobile, il existe aujourd'hui toute une série de techniques. Dans ce cas, le choix se pose entre la détection qualitative et quantitative: il s'agit de choisir la bonne méthode. Faisons le point.

Réduction des émissions

Le système de climatisation d'une voiture est responsable de la température interne, de la qualité de l'air et de l'humidité. Les fuites peuvent être dues à l'endommagement de certains composants, à des problèmes de compresseur, à la corrosion du condenseur ou à des dommages dus à des chocs, entre autres. Les limites acceptables de fuite varient selon les fabricants, mais se situent généralement autour de 10% sur une base annuelle.

Les normes environnementales actuelles visent à réduire les émissions de réfrigérants, généralement des hydrofluorocarbures (HFC). Par exemple, l'Union européenne restreint l'utilisation des réfrigérants ayant un potentiel de réchauffement global (PRG) élevé par le biais du règlement (UE) n° 517/2014. En outre, les garages sont tenus de vérifier l'étanchéité du système de climatisation d'une voiture (il est interdit par la loi de faire l'appoint en cas de suspicion de fuite).

Les limites de fuite acceptables varient selon les fabricants, mais sont généralement de l'ordre de 10% sur une base annuelle

Méthodes de détection qualitative

Ces techniques identifient les fuites mais sans les spécifier. Chaque détecteur de fuites fonctionne selon son propre principe à cet égard.

Test de chute de pression

Dans ce processus, le système est rempli d'azote pur, de CO₂ ou de gaz de formation (95% N₂ + 5% H₂) jusqu'à ce que la pression d'essai prédéterminée soit atteinte: normalement de 0 à 15 bars, 8 bars pour le R134a et le R1234yf. La pression est maintenue constante pendant une courte période (phase de stabilisation) afin de minimiser les fluctuations de température et de pression. La pression du système est ensuite mesurée pendant un certain temps: une chute de pression indique une fuite.

Les points positifs sont la rapidité et la facilité de mise en œuvre. Les inconvénients sont que la méthode est moins sensible aux petites fuites et que la pression peut fluctuer en raison des changements de température.

Détecteurs de fuites électroniques (renifleurs)

Ces capteurs permettent de détecter la présence de fluides frigorigènes tels que le R134a, le R410a, le R22, le R1234yf et le gaz de formation dans un système suffisamment rempli:

• capteur à semi-conducteur: l'exposition à une fuite de réfrigérant entraîne un changement mesurable de la résistance électrique;
• capteur d'ionisation: mesure les variations du courant d'ionisation provoquées par les fuites de gaz (risque avec le R1234yf car cet agent est inflammable);
• capteur infrarouge: mesure l'absorption de longueurs d'onde spécifiques par les molécules de gaz.

Les avantages sont la sensibilité élevée et la réponse rapide, les inconvénients la durée de vie limitée du capteur et leur sensibilité à l'humidité et à la température.

Détection par colorant ou UV

Dans ce processus, une petite quantité de colorant est ajoutée au système:

• colorants fluorescents à base d'huile - PAG, POE et PVE - adaptés aux systèmes contenant de l'huile de compresseur (les spécifications du fabricant du compresseur sont importantes à cet égard);
• colorant spécifique, adapté à certains réfrigérants ou huiles.

Le colorant se mélange progressivement à l'huile présente, le réfrigérant jouant le rôle de 'transporteur'. En cas de fuite, le colorant s'illumine sous l'effet de la lumière UV (365 - 400 nm); des lunettes de protection améliorant le contraste rendent cette lumière (plus) visible. La méthode est rapide, simple et bon marché.

Détecteurs d'hydrogène

Lorsque le système est pressurisé avec du gaz de formation (voir 'Test de chute de pression'), les fuites peuvent être détectées à l'aide d'un capteur à semi-conducteur (détection électronique des fuites). Le H₂ peut s'échapper par de minuscules ouvertures, ce qui permet de localiser de petites fuites (détectables avec un détecteur de fuites de gaz formique).

Les avantages sont une fois de plus une sensibilité élevée et une réponse rapide. L'inconvénient est que les détecteurs de H₂ réagissent parfois à d'autres gaz ou facteurs environnementaux, et sont donc moins spécifiques.

Avec la combinaison 'gaz traceur hélium - spectrométrie de masse', il est possible d'effectuer des mesures à des niveaux (sub)ppm, mais pour une entreprise de garage, cette méthode est excessive et trop onéreuse.

La méthode des bulles a été progressivement remplacée par les méthodes de détection susmentionnées, car elles sont plus précises et plus efficaces. La méthode des fumées reste principalement utilisée pour la détection des microfuites, voir 'Problèmes de détection'.

Méthodes de détection quantitative

Ces techniques déterminent la quantité exacte de réfrigérant qui s'échappe en plus de la présence d'une fuite. Les coûts sont généralement plus élevés que ceux de la détection qualitative en raison de l'utilisation d'équipements spécialisés.

Mesure de la perte de pression

Dans cette méthode, le système est mis sous pression: normalement de 0 à 15 bars, 8 bars pour le R134a et le R1234yf. La durée de la mesure est de quelques minutes à 30 minutes (parfois plus), en fonction des exigences de mesure; les résultats de la mesure peuvent ensuite être utilisés pour calculer la valeur de l'étanchéité (en g/an). Cette méthode est non destructive et d'une grande précision, mais elle est sensible aux variations de température.

Détection de gaz par infrarouge (IR)

Cette méthode utilise les propriétés d'absorption des gaz réfrigérants dans le spectre IR. Un capteur IR émet de la lumière IR (8 à 14 µm, FIR) qui est partiellement absorbée par les molécules de gaz réfrigérant s'écoulant de la fuite. Un capteur de mesure peut être utilisé pour déterminer le degré d'absorption et la valeur de l'étanchéité (voir le point précédent).

Les principaux avantages sont la précision et la sélectivité élevées, ainsi que le fait que le capteur de mesure mesure de manière spécifique. Les inconvénients sont le coût élevé et le fait que les capteurs IR (peuvent) avoir des difficultés à détecter des fuites extrêmement petites.

Mesure par ultrasons

Le fluide frigorigène qui s'échappe provoque des turbulences. Les ondes ultrasonores qui en résultent (>20 kHz) peuvent être converties en un signal par un capteur à ultrasons. Cette conversion se fait de manière directionnelle: le son est détecté à partir d'un point spécifique. Sur la base de l'amplitude de ce signal - et parfois à l'aide d'algorithmes avancés - la taille de la fuite peut être déterminée.

Cette méthode est sûre, non invasive et particulièrement sensible aux petites fuites. En revanche, le capteur de mesure doit être relativement proche de la fuite pour que la mesure soit efficace et la méthode est assez sensible au bruit ambiant.

Test sous vide

La première étape consiste à mettre le système sous vide, généralement à un niveau de 500 à 1.000 microns (1 micron = 1/1.000 mmHg). En fonction de la taille du système et de la température ambiante, cette opération prend de 15 à 30 minutes. Lorsqu'une fuite se produit, de l'air (humide) pénètre dans le système, ce qui entraîne une augmentation de la pression qui peut être mesurée à l'aide d'une jauge à microns. Cette méthode, qui ne convient qu'aux fuites importantes, permet également d'éliminer l'humidité et l'air en une seule fois.

Les techniques de débitmétrie et de spectrométrie de masse sont également exclues ici, car elles sont toutes deux trop complexes pour être appliquées dans un garage.

Détection des fuites dans les systèmes au CO₂
Lors du refroidissement au R744, la pression est comprise entre 40 et 120 bars, selon le système. Par conséquent, la détection des fuites nécessite une approche différente de celle des HFC. Les méthodes les plus courantes sont les suivantes
- le test H₂: le système est rempli de H₂ sec jusqu'à une pression de test de 85 bars, la pression de test maximale du gaz formiate. La chute de pression indique une éventuelle fuite;
- la détection électronique des fuites de CO₂: un capteur de CO₂ est placé le long des composants tels que les tuyaux et les raccords. En cas d'augmentation de la concentration, le système émet un signal d'alarme;
- la méthode du gaz de formation: le système est rempli de gaz de formation (95% N₂ + 5% H₂). Les fuites de H₂, qui indiquent une fuite, sont détectées à l'aide d'un détecteur de H₂.

En raison des risques pour la sécurité, il est recommandé d'utiliser des EPI tels que des lunettes et des gants.

Combinaisons de méthodes

Les combinaisons qui ont fait leurs preuves dans la pratique sont les suivantes

• détecteur électronique + test de pression à l'azote (ci-après N₂): identification rapide et vérification approfondie du système;
• colorant UV + caméra thermique: idéal pour confirmer visuellement les fuites dans les zones froides;
• détecteur de flux d'air ou de gaz + test de pression à l'azote (ci-après N₂): adapté à la détection des fuites difficiles d'accès ou cachées;
• caméra thermique + détecteur électronique: idéal pour visualiser les différences de température et vérifier les fuites de gaz.

Problèmes de détection

Comme souvent, la pratique est indisciplinée, et il en va de même pour la détection des fuites. Plusieurs facteurs peuvent entrer en ligne de compte.

Formes de fuite

Les plus difficiles à détecter sont les microfuites et les fuites intermittentes. Les premières parce que les orifices de fuite sont particulièrement petits, les secondes parce que cette forme de fuite ne se manifeste que périodiquement et passe donc souvent inaperçue. Voir également le tableau ci-dessous.

Visibilité/accessibilité emplacement de la fuite

Les composants difficiles à atteindre et/ou intégrés constituent souvent un problème dans la détection (visuelle) des fuites en raison de leur emplacement derrière le tableau de bord, les panneaux ou les pièces du moteur. L'inspection des conduites traversant la carrosserie nécessite souvent un démontage.

Erreurs de méthode

Il s'agit souvent d'une mauvaise exécution des tests et/ou d'une mauvaise interprétation des résultats de l'analyse. Prenons l'exemple (arbitraire) de la détection aux UV:

• erreur d'exécution: ajout d'un excès de colorant qui rend difficile la distinction entre la fuite réelle et l'excès de colorant;
• erreur d'interprétation: toute 'lumière UV' n'est pas forcément une fuite active. Il peut tout aussi bien s'agir d'un résidu de liquide UV ou d'un déversement d'huile (faux positif).

Les garagistes sont tenus de vérifier l'étanchéité du système de climatisation d'une voiture

Innovations

Application de l'IA

Dans la détection de fuites par IA, l'équipement lui-même apprend à reconnaître et à interpréter des modèles(apprentissage automatique). Dans la détection de fuites par ultrasons, les capteurs pilotés par l'IA sont capables de faire la distinction entre les fuites et les sons ambiants grâce à des algorithmes.

Autodiagnostic automatique

Les systèmes OBD intelligents peuvent détecter automatiquement les fuites et générer des codes d'erreur pour un diagnostic rapide. Les résultats sont instantanément lisibles à l'aide d'un scanner OBD-II ou d'une application pour smartphone. Le développement de nanomatériaux capables de colmater de petites fuites sans intervention humaine est actuellement en phase d'essai.

Capteurs internes

Une nouvelle génération de capteurs est 'intégrée' au système de climatisation et peut surveiller les changements de pression et de température en temps réel, en les signalant via les systèmes du véhicule ou des applications. Des nanocapteurs ultrasensibles sont désormais capables de détecter des quantités infimes de réfrigérant (microfuites).

Détecteur multigaz

Un détecteur multigaz mesure les gaz présents dans l'environnement de la voiture et émet un signal lorsque la concentration de gaz dépasse le seuil fixé. Un tel dispositif peut détecter une large gamme de gaz, y compris les réfrigérants couramment utilisés R134a et R1234yf.

Pour (continuer à) se conformer aux exigences légales et aux souhaits des clients, il est important que les garages investissent, et cela s'applique certainement à la détection des fuites. Heureusement, les fabricants et les organisations sectorielles proposent de plus en plus de formations dans ce domaine.

En collaboration avec Snap-on Tools, TAE et Waeco