Par : Ilana Koegelenberg
Le froid à l’ammoniac (NH3/ R717) continue de dominer les applications industrielles aux États-Unis et dans l’Union européenne, mais le secteur connaît une transformation importante, les exploitants devant concilier les avantages traditionnels avec l’évolution des exigences de sécurité, les difficultés liées à la main-d’œuvre et la concurrence d’autres fluides frigorigènes. Si l’ammoniac conserve sa position dominante dans les installations de grande envergure, les nouvelles technologies et les pressions réglementaires transforment la manière dont le secteur aborde la conception et la mise en œuvre des systèmes. Comment le paysage évolue-t-il ?
La domination du marché confrontée à de nouvelles pressions
Aux États-Unis, l’ammoniac occupe une place prépondérante dans le froid industriel, avec une part de marché estimée entre 80 % et 90 %, selon Kurt Liebendorfer, vice-président du développement commercial du froid industriel chez Evapco. Cette domination a toutefois légèrement reculé au cours de la dernière décennie, à mesure que l’adoption des systèmes frigorifiques au dioxyde de carbone (CO2/ R744) s’étend du secteur des supermarchés et du commerce de détail au secteur industriel. « Ce recul s’est principalement produit dans le secteur des nouveaux entrepôts frigorifiques, où de nombreuses installations ont été construites au cours de cette même période de 10 ans, certains utilisateurs finaux ayant été attirés par des solutions sans ammoniac », explique Liebendorfer.
Le paysage concurrentiel évolue à mesure que les systèmes au CO2 gagnent du terrain, en particulier dans les applications industrielles de plus petite taille. Bernhard Blaeser, responsable du froid industriel chez Bitzer, observe que, dans le segment du froid industriel de faible puissance, le CO₂ semble progresser dans l’Union européenne (UE) en raison des subventions et d’avantages tarifaires initiaux pour certaines applications, ainsi que de l’expansion, sur le marché du froid industriel, des fabricants d’équipements d’origine (OEM) traditionnellement spécialisés dans le CO₂ commercial. Il explique toutefois que l’ammoniac reste très présent dans le segment industriel de forte puissance grâce à ses propriétés thermodynamiques, environnementales et économiques très avantageuses. « Cette situation devrait perdurer dans un avenir prévisible, car l’écart de dépenses d’investissement entre ces deux fluides frigorigènes diminue à mesure que la taille de l’installation augmente. »
Une partie du recul de la part de marché de l’ammoniac a également été captée par des équipements industriels monoblocs utilisant des HFC et des mélanges HFC/HFO dans les nouveaux entrepôts frigorifiques, explique Liebendorfer. Toutefois, avec l’entrée en vigueur prochaine aux États-Unis des restrictions sur les HFC prévues par l’American Innovation and Manufacturing (AIM) Act de l’Environmental Protection Agency (EPA), il constate un renversement partiel de cette progression des HFC, au bénéfice de l’ammoniac comme du CO₂.
Malgré ces pressions concurrentielles, les avantages fondamentaux de l’ammoniac restent convaincants. « L’ammoniac occupe depuis longtemps une place dominante dans les applications de froid industriel et continuera de le faire, même si d’autres fluides frigorigènes sont adoptés puis abandonnés », déclare Mike Sansom, responsable de l’ingénierie chez Superior Industrial Refrigeration (SIR). « L’ammoniac est naturellement présent dans l’environnement, il est abondant et peu coûteux. Ses risques sont bien documentés et compris, et ils sont relativement simples à réduire au minimum. »
Lever les obstacles auxquels le secteur est confronté
Si l’ammoniac conserve une forte présence sur le marché, plusieurs obstacles continuent d’influencer les tendances d’adoption. Sansom désigne les idées reçues et les interprétations erronées comme les principaux obstacles, tout en soulignant que, sur le plan législatif, l’utilisation de l’ammoniac comme fluide frigorigène continue de bénéficier d’un solide soutien grâce à des organisations telles que l’International Institute of All-Natural Refrigeration (IIAR, anciennement International Institute of Ammonia Refrigeration), qui établissent des normes pour la conception et l’exploitation des systèmes. Une campagne continue vise à informer et à sensibiliser le public et les élus aux avantages des fluides frigorigènes naturels.
Selon Liebendorfer, les enjeux de sécurité des personnes liés à la toxicité de l’ammoniac constituent le principal obstacle, auxquels s’ajoutent les coûts supplémentaires des solutions techniques associées. Un deuxième obstacle réside dans le coût des systèmes à l’ammoniac pour les installations de plus petite taille, car plus un système de froid industriel est grand, plus la plage dans laquelle l’ammoniac constitue la solution privilégiée est étendue, explique-t-il.
L’environnement réglementaire façonne les stratégies
Le paysage réglementaire continue d’influencer les tendances d’adoption de l’ammoniac, même si son incidence varie considérablement selon les régions et les applications. Aux États-Unis, l’AIM Act de l’EPA a entraîné, au cours des 18 derniers mois, une récente hausse du recours aux systèmes à l’ammoniac à faible charge et aux systèmes au CO₂ transcritique, indique Liebendorfer.
L’incertitude réglementaire demeure toutefois un facteur à prendre en compte. Liebendorfer souligne qu’avec l’administration actuelle des États-Unis qui cherche à assouplir certaines réglementations fédérales, des parties prenantes du secteur des HFC militent en faveur d’une révision de l’AIM Act qui porterait le potentiel de réchauffement global (GWP) autorisé pour les entrepôts frigorifiques de la limite actuelle de 150 à 700 GWP. L’issue de cette démarche déterminera le maintien de la pression réglementaire favorable aux fluides frigorigènes naturels.
Dans l’UE, une législation locale plus stricte rend de plus en plus difficile l’exploitation de petites installations à l’ammoniac dans certains pays, ce qui facilite le passage au CO₂, explique Blaeser. Le secteur de l’ammoniac réagit toutefois par des mesures compensatoires, notamment l’installation d’un plus grand nombre de solutions à l’ammoniac à faible charge et à détente directe (DX), afin de répondre à cette législation.
Les systèmes à faible charge stimulent l’innovation
La tendance la plus marquante qui transforme le secteur du froid à l’ammoniac est l’adoption rapide de systèmes à faible charge, qui utilisent moins de fluide frigorigène que les systèmes traditionnels. Cette évolution répond à la fois aux préoccupations de sécurité et aux exigences réglementaires, tout en préservant les avantages thermodynamiques de l’ammoniac.
Pour les nouvelles installations, les systèmes à l’ammoniac à faible charge, assemblés en usine ou construits sur site, se généralisent au détriment des systèmes à l’ammoniac historiques « à charge plus importante », indique Liebendorfer. Des OEM tels qu’Evapco construisent et commercialisent activement des systèmes monoblocs à l’ammoniac à faible charge, tandis que de nombreux installateurs-concepteurs spécialisés dans le froid industriel en mettent également en place, certains fabriquant aussi leurs propres équipements monoblocs.
La transition vers des systèmes à faible charge représente bien plus qu’une simple amélioration de la sécurité. Hernan Hidalgo, directeur des ventes pour le froid industriel chez Danfoss Climate Solutions, explique que des systèmes innovants à l’ammoniac à faible charge, tels que NeoCharge de Danfoss, peuvent permettre des gains d’efficacité pouvant atteindre 20 % et réduire la charge d’ammoniac jusqu’à 50 %. Cette technologie convient aussi bien aux installations neuves qu’aux projets de rénovation et propose des algorithmes d’apprentissage automatique qui améliorent l’efficacité tout en réduisant les interventions des opérateurs.
Liebendorfer énumère les récentes améliorations technologiques apportées aux équipements monoblocs à l’ammoniac à faible charge, notamment les systèmes de régulation avancés, la conception innovante des équipements, les méthodes d’alimentation en fluide frigorigène telles que les injecteurs et la détente directe, ainsi que la disponibilité d’autres technologies de condensation. Ces avancées rendent les systèmes à faible charge de plus en plus attractifs pour les exploitants qui cherchent à concilier performances, sécurité et conformité réglementaire.
Hidalgo souligne également qu’une attention accrue portée à l’intégrité mécanique des tuyauteries et des composants a conduit à l’adoption de vannes en acier inoxydable et d’autres équipements adaptés.
La recherche et le développement soutiennent les progrès
Le secteur connaît une importante activité de recherche et développement axée sur l’optimisation des performances des systèmes à l’ammoniac et la réduction de leur impact environnemental. Les initiatives européennes de recherche sont particulièrement notables, plusieurs grands axes d’étude s’étant dégagés de récentes conférences techniques.
Blaeser cite des exemples tirés de communications techniques et d’études de cas présentées par plusieurs grands fournisseurs européens de composants lors de la récente Industrial Refrigeration Network Conference (IRN2025), qui s’est tenue en juin. Des recherches en laboratoire étudient les méthodes les plus efficaces sur le plan énergétique pour dégivrer les batteries d’évaporateurs à l’ammoniac, notamment l’optimisation des méthodes, du déclenchement, de la durée, des cycles de dégivrage et de la température. Des systèmes plus avancés de régulation de la qualité de la vapeur sont en cours de développement afin d’optimiser les performances des évaporateurs et de faciliter l’exploitation des systèmes à l’ammoniac à faible charge et à détente directe.
Des travaux progressent également sur la réduction de la charge des grands systèmes à l’ammoniac par l’abaissement du taux de circulation dans les systèmes à circulation par pompe. Cette approche permet d’augmenter la puissance avec la même charge en vue d’une extension future, sans reconcevoir le système. Par ailleurs, des recherches examinent comment réduire la consommation énergétique spécifique des grands entrepôts frigorifiques au moyen de boucles de régulation intégrées en temps réel, qui pilotent de manière interactive les variateurs de vitesse de l’ensemble des compresseurs, ventilateurs de condenseurs et d’évaporateurs, et pompes, en s’adaptant constamment aux besoins d’exploitation.
Émergence de solutions hybrides et de technologies concurrentes
L’adoption croissante de systèmes frigorifiques hybrides combinant l’ammoniac et le CO₂ constitue une évolution intéressante du secteur. Blaeser indique observer « un nombre croissant d’installations en cascade CO₂/ammoniac mises en service, dans lesquelles l’étage booster utilise du CO₂ subcritique et l’étage haute pression de l’ammoniac. Cette combinaison de fluides frigorigènes offre à l’exploitant les meilleurs coefficients de performance dans leurs plages de fonctionnement optimales respectives. »
Cette approche hybride permet aux exploitants de tirer parti des points forts des deux fluides frigorigènes, tout en répondant aux exigences particulières de l’application et aux contraintes réglementaires.
Parallèlement, la technologie au CO₂ continue de progresser rapidement. Hidalgo souligne que les améliorations des performances et de la fiabilité des compresseurs à haute pression, les systèmes de régulation basés sur des automates programmables, ainsi que les vannes haute pression et les éjecteurs plus grands et plus fiables permettent de concevoir des systèmes au CO₂ de plus grande taille, adaptés à des puissances supérieures tout en assurant la sécurité et les performances requises.
Liebendorfer observe que « l’industrialisation » des équipements monoblocs au CO₂ transcritique transforme le marché américain du froid industriel. Les systèmes au CO₂, arrivés sur le marché industriel depuis le secteur du froid commercial, sont dimensionnés pour des installations beaucoup plus grandes et intègrent des systèmes de régulation, des équipements électriques et des systèmes d’isolation « plus industriels », ainsi que diverses fonctionnalités conviviales demandées par les utilisateurs industriels.
Les difficultés liées à la main-d’œuvre restent préoccupantes
La diminution du niveau d’expérience de la main-d’œuvre qualifiée constitue une difficulté persistante pour le secteur du froid à l’ammoniac. Sansom considère cette question comme une tendance importante du secteur et indique qu’il « souhaiterait voir davantage de programmes de formation destinés aux techniciens et aux professionnels de la maintenance frigorifique afin de combler les lacunes laissées par le départ à la retraite des experts chevronnés de notre secteur ».
Cette difficulté liée à la main-d’œuvre ne se limite pas aux effectifs, mais concerne également les connaissances spécialisées requises pour les systèmes à l’ammoniac. La complexité des systèmes modernes à faible charge et des technologies de régulation avancées exige des techniciens qui possèdent à la fois une expérience traditionnelle de l’ammoniac et une bonne connaissance des nouvelles technologies.
Croissance du marché et expansion des infrastructures
Malgré les pressions concurrentielles, le marché global du froid industriel continue de se développer, créant des débouchés pour les systèmes à l’ammoniac. Sansom indique que « la tendance est à l’expansion du volume d’espaces industriels réfrigérés, du moins d’après ce que j’observe. Les entrepôts frigorifiques se modernisent et s’agrandissent, tandis que la production alimentaire augmente sous l’effet d’une demande croissante. »
Les données statistiques confirment cette trajectoire de croissance. Selon le rapport de marché 2024 d’ATMOsphere, Fluides frigorigènes naturels : état du secteur, l’Amérique du Nord comptait 1 230 sites industriels utilisant des systèmes à l’ammoniac à faible charge en décembre 2024, soit une augmentation de 17 % par rapport à 2023. Ce total comprend 842 sites aux États-Unis et 388 au Canada. Le taux de croissance annuel des unités monoblocs a été particulièrement élevé, atteignant 38 %, contre 15 % pour les systèmes centralisés.
En Europe, la croissance a été encore plus spectaculaire. ATMOsphere estime que 3 600 sites industriels européens utilisaient des systèmes à l’ammoniac à faible charge, soit un taux de croissance de 7 % par rapport à 2023. Entre juin 2021 et décembre 2024, le nombre d’installations industrielles européennes utilisant de l’ammoniac à faible charge a augmenté de 47 %, selon le rapport de marché.
Perspectives d’avenir
Le secteur du froid à l’ammoniac se trouve à un tournant où les avantages traditionnels doivent être mis en balance avec l’évolution des exigences du marché. Si l’ammoniac conserve sa position dominante dans les applications industrielles de grande envergure grâce à ses propriétés thermodynamiques, environnementales et économiques supérieures, le secteur s’adapte avec succès grâce à l’innovation technologique, tandis que le CO2 gagne du terrain dans certaines applications.
Le développement de systèmes à faible charge, de systèmes de régulation avancés et de solutions hybrides démontre la capacité du secteur à évoluer tout en préservant ses principaux avantages. Comme le conclut Hidalgo : « C’est une période passionnante pour contribuer à améliorer l’efficacité, à réduire le gaspillage et à créer un secteur du froid industriel plus durable. »
La poursuite de la croissance des installations à faible charge, associée aux efforts de recherche en cours, laisse penser que le froid à l’ammoniac conservera son rôle essentiel dans les applications industrielles. La réussite dépendra de la capacité du secteur à répondre aux besoins de formation de la main-d’œuvre, à poursuivre l’innovation et à communiquer efficacement aux utilisateurs finaux la proposition de valeur à long terme de l’ammoniac, alors qu’ils doivent composer avec un processus de sélection des fluides frigorigènes de plus en plus complexe.
Études de cas concrètes
Vous trouverez ci-dessous une sélection d’études de cas illustrant l’efficacité et l’évolutivité des technologies de froid à l’ammoniac.
Rénovation réalisée par SPX Technologies pour Albertsons, Tracy, Californie
Albertsons, l’un des plus grands distributeurs alimentaires des États-Unis, s’est associé à SGS Refrigeration et Clauger US pour moderniser son entrepôt frigorifique critique de Tracy, en Californie. Le projet prévoyait le remplacement de 79 évaporateurs obsolètes par des unités conçues sur mesure afin d’améliorer la fiabilité et l’efficacité. Grâce à une planification minutieuse, une exécution sans heurts et une collaboration étroite, la rénovation a été achevée dans les délais, améliorant les performances du système et garantissant sa disponibilité opérationnelle à long terme.
Système ammoniac/glycol d’EVAPCO pour une usine de produits surgelés, Royaume-Uni
EVAPCO a fourni une solution frigorifique ammoniac/glycol à haute efficacité pour une usine de produits surgelés à base de pommes de terre située à Scarborough, au Royaume-Uni. Le système, qui comprend cinq condenseurs ATC-935E et une tour de refroidissement du glycol en circuit fermé, alimente des tunnels de surgélation IQF et des entrepôts frigorifiques, tout en réduisant la charge d’ammoniac de 29 000 kg à 15 900 kg. Cette modernisation a considérablement réduit la consommation d’énergie et préparé l’usine à de futures extensions.
Vous souhaitez découvrir toutes ces études de cas en détail ?
Elles figurent dans l’édition spéciale de Refindustry Magazine 2025 / Numéro 3.
