Pac, groupes froids : comment cette start-up repense l'usage de l’eau comme fluide frigorigène

Nous avons eu l'occasion de voir que l’emploi de l’eau R718 comme fluide frigorigène pointait deux difficultés : les circuits fonctionnent en dépression et comme il n’existe pas de marché des composants, chaque industriel qui se lance dans l’emploi du R718 doit tout produire lui-même à un coût relativement important. Ce qui pèse sur sa rentabilité. Leviathan Dynamics, une jeune pousse française malgré son nom, a pourtant trouvé des réponses astucieuses à ces deux obstacles.

Compression mécanique de vapeur d’eau sous vide

Leviathan Dynamics, une start-up "deeptech" (qui développe des techniques innovantes) et "cleantech" (qui utilise les ressources naturelles), a été fondée en 2016 par Karino Kang et Alan Chauvin, rejoints en 2022 par Naoufel Menadi en tant que dirigeant. Elle emploie aujourd’hui 17 personnes dans une pépinière d’entreprises de Plaine Commune, en Seine-Saint-Denis, où elle occupe des bureaux et deux ateliers depuis 2020. Elle était auparavant hébergée par l’incubateur de l’École des Arts et Métiers.

L’entreprise envisage de doubler son personnel au cours de l’année 2026 et de construire sa première usine pilote d’ici à quelques mois. Elle est soutenue par le mouvement Team for the Planet au titre du combat contre les gaz à effet de serre.

Leviathan Dynamics a inventé un compresseur centrifuge sous vide, d’abord à un puits à deux étages, avec des vitesses de rotation de 35.000 et de 90.000 tours/minute. © Leviathan Dynamics

Avec son compresseur, Leviathan Dynamics fabrique un évapo-concentrateur à basse température pour le traitement d’effluents, leur concentration et la séparation des solvants. Elle fabrique aussi des groupes froids et des pompes à chaleur réversibles utilisant le R718 comme fluide.

Traitement des effluents industriels

Le premier emploi du compresseur à un étage, celui qui a rapidement rencontré un marché et dont les ventes soutiennent financièrement le développement des pompes à chaleur au R718, et de la machine thermodynamique Tubevap qu’il contient, est le traitement des eaux usées et des rejets industriels sur site. Ce procédé aboutit à un distillat d’eau réutilisable in situ, une dense concentration de déchets à valoriser ou traiter, une faible consommation d’énergie et un faible encombrement au sol, de 1 à 3 m² selon la puissance des machines.

Le traitement se déroule en huit étapes :

- l’effluent est aspiré dans l’évaporateur,

- en tombant dans les tubes de la machine, l’effluent absorbe la chaleur de la vapeur d’eau dans le condenseur,

- surchauffée, une partie de l’effluent s’évapore,

- le reste de l’effluent continue d’absorber la chaleur de la vapeur d’eau et s’évapore,

- la vapeur d’eau est entraînée et comprimée dans le compresseur sous vide développé par Leviathan Dynamics,

- la vapeur comprimée se condense au contact des parois extérieures des tubes du condenseur,

- l’eau propre distillée est extraite et repart vers le process industriel,

- lorsque l’effluent ne contient pratiquement plus d’eau, il est extrait, puis stocké avant traitement ou élimination.

Tout ceci se déroule dans les machines Tubevap, développées par Leviathan Dynamics. Six modèles sont disponibles, avec des capacités de traitement de 20 à 640 litres d’effluent par heure, pour des puissances de raccordement électriques de 3 kVA en 230 V monophasés à 25 kVA et 400 V triphasés ; des consommations d’électricité de 42 kWh / m³ à 25 kWh / m³ et un poids de machine de 200 à 1.000 kg. © Leviathan Dynamics

Les Tubevap, déjà en fonctionnement dans l’industrie aéronautique, chez un équipementier de pièces mécaniques de précision pour le traitement d’huiles de coupe et de résidus de bains de ressuage, débouchent sur 80 % d’économie d’eau grâce à la réutilisation de l’eau traitée, la division des coûts de traitement par 5, une forte réduction des émissions de CO₂, une baisse des consommations d’énergie de 75 %, une maintenance facilitée et un temps de retour de 1 à 3 ans. Ce sont les ventes de Tubevap qui soutiennent le développement des Pac au R718.

La pompe à chaleur au R718

Les Pac et groupes froids au R718 développés par Leviathan Dynamics font appel à un compresseur à volute à deux étages pour une meilleure efficacité. En partant de cette idée, l’entreprise a résolu la question de l’étanchéité du circuit de fluide R718 en ajoutant une petite pompe à vide, de quelques centaines de watts de puissance, chargée de la maintenir à la bonne dépression. Ce qui assure la fiabilité des machines dans le temps.

Leviathan Dynamics propose déjà trois types de machines au R718 : un groupe froid, capable de produire une température de départ d’eau de 7 °C, un climatiseur air/eau capable de descendre la température d’air à 25 °C, des pompes à chaleur air/eau et eau/eau (le Cop est encore meilleur pour ces dernières, car le ΔT est plus faible).

L’entreprise développe également une quatrième machine qui sera une pompe à chaleur haute température pouvant atteindre 120 °C de départ d’eau pour les processus industriels ou même le chauffage urbain. Dans ces machines, Leviathan Dynamics a supprimé l’échangeur de chaleur qui, dans les systèmes thermodynamiques avec fluides classiques, sépare l’eau du circuit de chauffage ou de rafraîchissement du fluide frigorigène. Ce qui, selon eux, augmente de 30 % le rendement.

Plusieurs systèmes de Pac et de groupes froids Leviathan Dynamics sont déjà installés. Celui-ci, d’une puissance de 20 kW et Cop mesuré de 4,6, est posé chez Ariane Espace à Kourou, en Guyane, dans un espace de stockage. D’autres font l’objet de projets pilotes à Lyon et Aubervilliers, ainsi qu’à Bordeaux bientôt. © Leviathan Dynamics

Avec ses solutions thermodynamiques au R718, Leviathan Dynamics s’intéresse aux bâtiments collectifs, au tertiaire, au chauffage urbain et, bientôt, au traitement des centres de données.