ICR2019 : les technologies frigorifiques innovantes pour les pays en développement

Bien que les données de la Banque mondiale montrent qu'il y a eu une amélioration considérable au cours des 25 dernières années, près d'un milliard de personnes dans le monde n'ont pas encore accès à l'électricité. ⁽¹⁾

Les pays ayant le moins accès à l'électricité sont situés principalement en Afrique subsaharienne, dans les Caraïbes, en Asie du Sud-Est et dans le Pacifique, ainsi que dans de nombreuses petites îles du monde entier. Cependant, ces régions bénéficient le plus souvent d'un ensoleillement abondant qui peut être exploité pour le fonctionnement des équipements de froid solaire. De plus, les matériaux à changement de phase et plus généralement le stockage d’énergie peuvent être utilisés pour stocker le froid produit et permettre son utilisation en adéquation avec les besoins.

Plusieurs communications présentées à la conférence ICR2019 ont été consacrées aux progrès des technologies frigorifiques adaptées aux pays en développement.

En ce qui concerne le transport frigorifique, Guanghai Liu et al. soulignent dans leur présentation le faible nombre de véhicules frigorifiques dans les pays en développement par rapport aux pays développés (par exemple 1/10 000 en Chine contre 14/10 000 au Royaume-Uni), principalement en raison des coûts initiaux et opérationnels élevés des véhicules de transport frigorifiques. Ces chercheurs ont conçu une nouvelle palette en PCM qui permet d'utiliser de l'électricité de nuit bon marché pour stocker de l'énergie, au lieu d'utiliser du carburant diesel provenant d'un véhicule frigorifique. Lors de l'utilisation, le PCM situé dans la palette peut être congelé par le système frigorifique d'un entrepôt frigorifique. Lors du transport et de la distribution, les aliments sont stockés sur la palette PCM dans un véhicule à isolation thermique ne nécessitant pas de froid. ⁽²⁾

Un autre article de A. Coca-Ortegon et al.⁽³⁾ examine les réfrigérateurs à énergie solaire comme solution pour la conservation des aliments dans les régions isolées sans alimentation en électricité ou avec des coupures de courant fréquentes. Il évalue pour 2 pays (Kenya et Cuba) l'autonomie énergétique d'un réfrigérateur à énergie solaire doté d'une dalle en PCM placée sur la paroi interne du réfrigérateur, en contact avec l'évaporateur. L’autonomie du système a été optimisée en utilisant une épaisseur de dalle PCM de 80 mm et 100 mm et des modules photovoltaïques multicristallins de 100 Wp et 150 Wp pour le Kenya et Cuba, ce qui permet au réfrigérateur à énergie solaire de fonctionner sans alimentation électrique.

Trois autres communications traitent du problème du refroidissement et du stockage des vaccins dans les pays en développement. L'OMS et l'UNICEF ⁽⁴⁾ ont souligné qu'en 2014, 20 % des établissements de santé dans les pays à revenu faible ou intermédiaire étaient dépourvus d'équipement de la chaîne du froid pour stocker les vaccins et les protéger contre les dommages causés par la chaleur. Parmi les 80% d’établissements de santé équipés, seuls 2 % avaient une chaîne du froid fonctionnelle utilisant des technologies optimales. Les 78 % restants des établissements étaient équipés d’équipements de la chaîne du froid qui ne fonctionnaient pas ou qui utilisaient une technologie obsolète, exposant ainsi les vaccins aux dommages causés par la température.

Comme souligné par P.H. Pedersen et al. ⁽⁵⁾, depuis de nombreuses années, dans les zones dépourvues de réseau d’électricité, l’énergie photovoltaïque est utilisée pour les réfrigérateurs à vaccins avec une batterie plomb-acide afin de stocker l’énergie électrique et de fournir le courant de démarrage du compresseur. Le problème avec cette technologie est que la durée de vie de la batterie est courte en raison d'une décharge forte de la batterie pendant les périodes de faible irradiance et de température ambiante élevée. Le développement de réfrigérateurs solaires à entraînement direct, où l’énergie est stockée dans la glace au lieu d’utiliser une batterie, a débuté en 1999 à l’Institut technologique danois (DTI). Il a été démontré que la densité énergétique de la glace produite par un compresseur est du même ordre de grandeur que la batterie plomb-acide. À ce jour, l’OMS répertorie sur son site internet 40 refroidisseurs de vaccins à entraînement direct de huit fabricants différents. Cette technologie est l'une des technologies à la croissance la plus rapide dans la chaîne du froid des vaccins.

Dans leur article ⁽⁶⁾, J. K. Jensen et al. étudient, à l'aide d'un modèle dynamique, comment différents paramètres liés à un refroidisseur de vaccins solaire tapissé de glace affectent sa durée d'autonomie. Les résultats montrent que la masse de glace stockée est le paramètre le plus prometteur à prendre en compte pour prolonger l’autonomie. En outre, il a été démontré que la réduction des ponts thermiques dans le coffret revêtait également une grande importance.

Enfin, R. Kühn et al. ⁽⁷⁾ ont présenté les premiers résultats d'essais sur le terrain d'un nouveau réfrigérateur médical solaire hors réseau. Le réfrigérateur est refroidi grâce à un cycle à adsorption miniaturisé, conçu pour fonctionner sans électricité. Il est alimenté par de l'eau chaude chauffée par un capteur solaire standard, contrairement à d'autres réfrigérateurs solaires à adsorption hors réseau. L'eau est utilisée comme frigorigène. La température du compartiment réfrigérateur doit rester comprise entre 2 et 8 °C à des températures ambiantes allant jusqu'à 32 °C pour satisfaire aux exigences de l'OMS concernant les réfrigérateurs pour vaccins hors réseau dans des climats tempérés. Cet objectif n'a pas été complètement atteint. Toutefois, des mesures d’amélioration faciles à mettre en œuvre ont été identifiées et pourront être déployées pour garantir des performances suffisantes aux nouveaux prototypes.

L’ensemble de ces présentations est disponible dans la base de données Fridoc (voir liens ci-dessous).

L’ensemble des autres communications du Congrès peut être téléchargé ici?: https://bit.ly/33awcVV

Les membres de l’IIF bénéficient d’un quota de téléchargements gratuits.

(1) International Energy Agency, 2018. World Energy Outlook 2018: https://www.iea.org/weo2018/

(2) Guanghai Liu, Junzhang Wu, Ruhe Xie, Judith Evans, Alan Foster, Design and application of a novel cold chain pallet using a phase change material: https://bit.ly/34lzA1T

(3) Adriana Coca-Ortegon, Juan Prieto, Alberto Coronas, Sizing of thermal energy storage with phase change materials for a battery-free solar-powered refrigerator: https://bit.ly/2qAYsnt

(4) WHO-UNICEF joint statement, Achieving immunization targets with the comprehensive effective vaccine management (EVM) framework: https://bit.ly/2Oy9mCx

(5) Per Henrik Pedersen, Ivan Katic, Jonas Kjær Jensen, Wiebke Brix Markussen, Hendrik Moeller, Claus Cording, Direct drive solar coolers: https://bit.ly/2D5QzsL

(6) Jonas K. Jensen, Christoffer Busk, Claus Cording, Per Henrik Pedersen, Wiebke B. Markussen, Extending the autonomy time of an icelined solar powered vaccine cooler: https://bit.ly/34bzycz

(7) Roland Kühn, Kilian Mähne, Karsten Düwell, Christoph Göller, Julia Römer, First field test results of a solar thermal off-grid refrigerator for vaccines: https://bit.ly/2ODwNKr