Le bloguepar Alfred
18 juillet 2018

Les systèmes à compresseur pour cave à vins : tout ce que vous devez savoir – Partie 1

par Alfred

Dans un article précédent, Alfred s’intéressait aux conditions de conservation qui distinguaient l’Europe de l’Amérique (lire l’article ici).

Le constat se résumait aux observations suivantes :   

On reconnaît empiriquement la qualité des caves naturelles européennes;

notamment pour leur stabilité de température tout au long des saisons et pour leur taux d’humidité élevé.

En revanche, de l’autre côté de l’océan, le rêve nord-américain (et asiatique!) est actuellement de reconstituer une réserve de vins au cœur d’une habitation, en utilisant des appareils de climatisation et des matériaux de construction dont les propriétés ne semblent pas vraiment équivaloir à la stabilité, à l’humidité et à l’obscurité des caves traditionnelles.

Dans la continuité, Alfred a voulu augmenter ses connaissances sur les composantes de ce nouveau type de cave, et ce, dans le but de mieux servir et protéger votre collection.

Nous vous présentons donc, cette semaine, la première partie d’une entrevue réalisée avec M. Normand Brais, ancien professeur à l’École Polytechnique de Montréal.

La suite de cette entrevue vous sera présentée la semaine prochaine.


Un climat qui dicte la garde


De nos jours, la très vaste majorité d’entre nous contrôle la température de sa cave à vin à l’aide d’un système à compresseur. Le même mécanisme est également utilisé à plus petite échelle à l’intérieur d’appareils de rangement tels les refroidisseurs à vin ou des armoires réfrigérées dites « de conservation ». Alors, que ce soit pour une pièce ou pour un cabinet, leur revêtement, leur format, leur précision et leur puissance diffèrent grandement; par contre, le mécanisme interne, lui, repose sur le même principe partagé : la compression d’un gaz.

Afin de décortiquer ce type d’appareil qui, à l’heure actuelle, dicte l’environnement de garde du vin au cœur des caves contemporaines, Alfred s’est entretenu avec un ancien professeur de l’École Polytechnique de Montréal, M. Normand Brais (Ingénieur mécanique et détenteur d’une maîtrise en aérothermie et d’un doctorat en génie nucléaire)…


Alfred — Pouvez-vous nous expliquer brièvement le fonctionnement d’un compresseur?

Normand Brais:
Dans les faits, un système de réfrigération à compression est un système très ancien. Ce système utilise un gaz comprimé pour refroidir. Le principe est très simple; en comprimant un gaz, on produit de la chaleur. Par exemple, lorsqu’on pompe un pneu de vélo, on sent de la chaleur au bout de la pompe parce qu’on y comprime de l’air.

Donc, dans un premier temps, le système à compresseur comprime l’air. Ensuite, il évacue la chaleur causée par la compression. Puis, le système fait le processus inverse, soit une décompression (aussi appelée détente du gaz) à travers d’un orifice. Dès que la pression du gaz diminue, c’est le contraire qui se produit : on obtient donc du froid!

Pour la petite histoire, les premiers systèmes à réfrigération ont été inventés vers la fin des années 1800, par un médecin très créatif du sud des États-Unis qui voulait produire de la glace pour traiter ses patients atteints de la fièvre jaune. Comme vous le savez peut-être, avant la guerre de Sécession, les gens du Sud s’approvisionnaient en glace à partir de Boston et d’autres régions du Nord, ce qu’ils ne pouvaient plus faire en temps de guerre.

De ce fait, ce médecin a dû créer de toutes pièces ce premier système de réfrigération en comprimant de l’air et en provoquant son expansion à travers un orifice afin de produire du froid et, ainsi, produire lui-même sa glace pour soigner ses patients! D’ailleurs, on utilise toujours le terme « tonne » aujourd’hui (tonne de climatisation ou tonne de réfrigération) pour caractériser la puissance des systèmes de climatisation : cela fait référence à la quantité de glace produite par jour. Ainsi, en parlant d’un appareil d’une tonne ou de deux tonnes, on désigne des machines capables de produire d’une à deux tonnes de glace en 24 heures.

Donc, de toute évidence, il s’agit d’un système très ancien qui s’est, bien entendu, amélioré au fil du temps. Maintenant, au lieu d’utiliser de l’air comme gaz, on utilise du fréon — une famille de gaz plus sophistiquée qui permet d’avoir une meilleure efficacité, tant sur le contrôle des températures que sur les pressions d’utilisation. Cela en fait donc des machines beaucoup plus simples et surtout, moins coûteuses.

Originellement, les compresseurs ont été fort utiles pour, par exemple, conserver la viande. En effet, autrefois, les moyens de conservation, mis à part le sel et les épices, étaient très minces. Or, en abaissant la température de l’environnement à 3-4 °C (ou même sous le point de congélation), il était possible de conserver les aliments beaucoup plus longtemps.

En revanche, pour le vin, on est vraiment très loin des températures idéales… puisque celui-ci doit se garder autour de 14° à 16 °C, ce qui veut dire qu’en utilisant un compresseur pour climatiser une cave, on lui demande donc de se maintenir à des températures beaucoup plus élevées — de 10 à 12 °C plus chaud — que ce pour quoi il a été conçu à la base.

Alfred:
On comprend donc que le système à compresseur a été adapté à plusieurs utilisations, notamment pour la conservation d’aliments, mais aussi à des fins de climatisation de maisons et de véhicules de transport. Ce serait donc le même mécanisme qui se retrouve à l’intérieur des refroidisseurs à vin et des appareils de climatisation pour les caves à vins?

Normand Brais:
Il s’agit toujours du même principe de compression d’un gaz, d’évacuation de la chaleur, et ensuite de détente à travers un orifice pour produire du froid. D’ailleurs, pour que l’échangeur de ces appareils soit le plus compact possible, les compresseurs pour caves à vins ont été conçus de sorte que la température de leur élément froid soit maintenue à une température très basse soit aux alentours de 4-5 °C. Or, cela a pour conséquence de condenser toute l’eau contenue dans l’air de la cave; et donc, en retirant l’humidité de l’air, l’eau s’écoule par un drain et on se retrouve avec une cave asséchée, ce qui n’est évidemment pas du tout souhaitable pour la conservation du vin.

 

Alfred- Qu’en est-il des cycles de dégivrage? Pourquoi se produisent-ils? Que se passe-t-il durant ces cycles?

Normand Brais:
Ce phénomène se produit lorsque le système a été mal configuré ou mal choisi. Il arrive fréquemment que l’élément froid descende sous 0 °C et, dans ces cas, l’eau gèle après condensation; il se forme alors de la glace qui bloque les ailettes de l’échangeur et le système n’arrive plus à échanger de la chaleur avec l’air de la cave. Le cas échéant, ces systèmes ont été prévus pour inverser leur cycle, et donc renvoyer de la chaleur dans la cave, afin de faire fondre la glace. C’est ce processus que l’on appelle le cycle de dégivrage. En d’autres mots, cela se produit par un manque de contrôle du système.

Alfred:
Et lorsque vous faites référence à « l’aspect plus compact » du système, cela veut donc dire que si le système était de plus grande taille, la compression se produirait dans un plus grand espace et celui-ci aurait un meilleur contrôle sur la température? C’est bien cela?

Normand Brais:
Effectivement, cela est fort plausible. Théoriquement, un système à compresseur pourrait être adapté pour les caves à vins, de sorte que l’élément froid travaille à une température plus chaude — autour de 10 °C par exemple. Par contre, actuellement, les compresseurs produits massivement sur le marché (à 99,99 %) sont consacrés au marché des réfrigérateurs. Pour cette raison, il n’y a personne qui a véritablement cherché à adapter ces systèmes.

Ce qu’on appelle le taux de compression — la différence entre la pression initiale et la pression finale du compresseur — devrait, en pratique, être beaucoup plus petit que pour les systèmes actuels. Ce serait donc des compresseurs vraiment différents, ce qui représenterait également un gros changement du point de vue mécanique.

Alfred:
Ainsi, est-ce que la taille de ces compresseurs serait vraiment plus grande?

Normand Brais:
Ce ne serait pas tellement la taille du compresseur lui-même qui serait plus grande, mais plutôt la surface de l’échangeur de chaleur : la surface requise serait beaucoup plus grande pour compenser le fait que la température du fluide refroidissant (en l’occurrence, le fréon) serait plus élevée. Cela dit, tout comme les systèmes actuels, il faudrait tout de même choisir une seule température pour le fluide refroidissant; on ne pourrait pas la faire varier par la suite.

Alfred:
Est-ce que c’est pour cette raison que ces systèmes doivent fonctionner par intermittence? Pour « broder » autour de cette température unique?

Normand Brais:
Exactement. La température du fluide refroidissant est unique, ce qui explique que lorsque le mécanisme se met en marche, le système est conçu pour atteindre son point de fonctionnement, soit un fluide refroidissant à une température de 4 à 5 °C.

Donc, lorsqu’il s’arrête de fonctionner, c’est parce que la cave a atteint la température réellement désirée par l’utilisateur, soit par exemple 14 °C. C’est aussi ce qu’on appelle le point de consigne (« set point »).

Autrement dit, si l’on souhaite maintenir sa cave à 14 °C, le système va descendre jusqu’à 14 °C et puis s’arrêter. Il laissera ensuite la température de la cave remonter — par exemple à 15 ou 16 °C — et se remettra en marche, pour redescendre jusqu’au 14 °C voulu à nouveau. En effet, il y a toujours cette « zone morte » de 1 ou 2 °C, c’est-à-dire celle où le système fonctionne à plus ou moins 1 °C autour de la température désirée.

En prenant l’analogie de la voiture, on peut conduire une voiture à vitesse constante à condition d’avoir le pied plus doux. Ou alors, on peut donner un coup d’accélération puis relâcher pour ralentir. J’avais une tante qui conduisait comme ça… c’était assez pénible d’ailleurs… (rires)

Alfred:
La température n’est donc jamais maintenue réellement à la température de consigne. Elle oscille sans cesse à chaque zone morte… Et si le compresseur fonctionnait en continu… le système refroidirait la cave à vin jusqu’à environ 4-5 °C?

Normand Brais:
Exactement. Si on le faisait fonctionner en continu sans point de consigne, toute la cave s’approcherait de la température de son fluide froid, soit 4-5 °C, ce qui serait beaucoup trop froid pour le vin. En fait, par définition, étant donné que l’échangeur froid ne dispose que d’une seule température de fonctionnement fixe, cela impose forcément que le système soit intermittent, et que la température finale de la cave soit donc instable.

Alfred:
Donc, cela signifie aussi que plus il y aura d’entrées de chaleur dans le cellier — soit par mauvaise isolation ou par des entrées et sorties fréquentes — plus cette intermittence se répètera? Est-ce que cela aura un impact sur la durée de vie du compresseur

Normand Brais:
En effet, plus la température remontera rapidement dans le cellier, plus le système se mettra en marche fréquemment et aura pour effet d’accélérer sa détérioration. N’importe quel système mécanique qui doit s’arrêter, démarrer et s’arrêter de nouveau verra inévitablement sa durée de vie diminuer en raison de la répétition incessante du démarrage et à l’usure conséquente des pièces mobiles qu’il contient.

 

C’est ce qui met fin à la première partie de cette entrevue. Ne manquez pas la suite la semaine prochaine!

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PHOTO:
Normand Brais: ancien professeur de l’École Polytechnique de Montréal, Ingénieur mécanique, détenteur d’une maîtrise en aérothermie et d’un doctorat en génie nucléaire

AlfredL'expert en vin.

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