Dans un contexte de réchauffement climatique, la demande mondiale en froid connaît une croissance rapide. Cette demande est aujourd’hui principalement satisfaite par des systèmes à compression mécanique (climatiseurs, groupes frigorifiques), qui induisent une augmentation significative de la consommation électrique et des émissions de gaz à effet de serre. D’après l’Agence Internationale de l’Énergie (AIE), près de 20 % de la consommation électrique des bâtiments est liée à l’usage de climatiseurs et de ventilateurs.

Dans cette perspective, les technologies à absorption représentent une alternative prometteuse, en particulier lorsqu’elles utilisent des sources de chaleur renouvelables ou récupérables, telles que l’énergie solaire ou la chaleur fatale industrielle. Le couple ammoniac/eau (NH₃/H₂O), largement étudié et utilisé, se distingue par des conditions de fonctionnement à haute pression et haute température, adaptées à la production de froid à basse température, l’ammoniac ayant un point de congélation de -77 °C.

Malgré un état de l’art conséquent sur les machines à absorption NH₃/H₂O, leur fonctionnement reste limité dans des conditions climatiques sévères, notamment en zones chaudes (températures ambiantes > 40 °C). Dans ces conditions, la capacité d’absorption diminue fortement en raison de la difficulté à absorber les vapeurs d’ammoniac à pression modérée.

Le projet ATHENA (Advanced THermal ENergy Absorption) vise à lever ces verrous en développant un système innovant d’absorption intégrant un éjecteur. Ce dernier permet d’améliorer les performances en utilisant une fraction des vapeurs de réfrigérant à haute pression (issues du générateur) pour entraîner et comprimer les vapeurs à basse pression de l’évaporateur. Le mélange ainsi obtenu rejoint l’absorbeur à une pression intermédiaire, augmentant ainsi la capacité d’absorption et élargissant la plage de fonctionnement du système par rapport au cycle conventionnel.

L’objectif final du projet est de démontrer la faisabilité du concept à l’échelle d’un prototype (5 à 10 kWth) avec un niveau de maturité technologique TRL 4. Pour cela, le projet s’articule autour de trois axes principaux :

Conception d’un éjecteur innovant adapté au mélange vapeur ammoniac/eau, visant à améliorer les performances du cycle de base ;

Développement d’un prototype de machine à absorption, accompagné d’analyses thermodynamiques détaillées pour évaluer les impacts de l’éjecteur sur la conception, les performances et la régulation du système ;

Identification des cas d’usage et analyse technico-économique, en particulier pour les applications de réfrigération et de climatisation intégrées à des réseaux de chaleur industrielle pour la valorisation de chaleur fatale.