Cooling-based vs Desiccant : quelle méthode de déshumidification choisir pour votre projet

Auteur : département technique Mycond

Le choix de la bonne méthode de déshumidification de l’air est une tâche d’ingénierie critique pour de nombreux projets, des espaces résidentiels aux complexes industriels. Une humidité excessive peut entraîner de nombreux problèmes : des dommages aux structures du bâtiment aux perturbations des procédés technologiques, en passant par la baisse du confort. Dans la pratique moderne, il existe deux approches fondamentales de la déshumidification de l’air : la méthode basée sur le refroidissement (cooling-based) et la méthode basée sur l’adsorption (desiccant).

La logique de la méthode cooling-based est simple et repose sur les propriétés physiques de l’air humide : lorsque l’air est refroidi en dessous de son point de rosée, l’excès d’humidité se condense et peut être évacué. À l’inverse, la méthode dessiccante utilise des matériaux à faible pression de vapeur en surface, qui attirent les molécules d’eau de l’air en raison d’une différence de pressions partielles. Les deux méthodes ont leurs avantages, leurs limites et leurs domaines d’application optimaux.

Méthode de refroidissement : physique du processus et types de systèmes

Le principe de fonctionnement de la déshumidification cooling-based repose sur les propriétés psychrométriques de l’air. Lorsque l’air humide traverse un échangeur de chaleur froid, sa température diminue jusqu’au point de rosée ou en dessous. À ce stade, l’air devient sursaturé en vapeur d’eau, et l’excès d’humidité se condense sur les surfaces froides. Le condensat est ensuite recueilli dans un bac et évacué vers le système de drainage.

Il est important de comprendre qu’après un tel refroidissement, l’air a une humidité relative proche de 100 %. C’est pourquoi une étape de réchauffage de l’air déshumidifié est souvent appliquée, ce qui permet de réduire l’humidité relative à un niveau confortable de 40 à 60 % sans changer la teneur absolue en humidité.

Principaux types de systèmes frigorifiques de déshumidification :

• Systèmes à détente directe (DX) - le fluide frigorigène se détend directement dans l’échangeur de chaleur, où se produit la déshumidification de l’air. Ces systèmes sont relativement simples, compacts et les plus répandus dans les installations petites et moyennes.
• Systèmes à fluide refroidi - utilisent de l’eau refroidie ou du glycol comme caloporteur intermédiaire. Ces systèmes sont typiques des grands sites commerciaux et industriels, où un groupe froid central alimente plusieurs unités de traitement d’air.
• Systèmes dehumidification-reheat - solutions intégrées qui utilisent la chaleur du condenseur du cycle frigorifique pour réchauffer l’air déshumidifié, améliorant ainsi l’efficacité énergétique globale.

Avantages des systèmes cooling-based :

• Haute efficacité énergétique en cas d’humidité élevée de l’air (COP généralement entre 2,0 et 4,5)
• Refroidissement et déshumidification simultanés de l’air
• Technologie éprouvée et bien connue avec une vaste base de connaissances
• Coût initial relativement faible
• Contrôle des paramètres simple

Limitations critiques de la méthode cooling-based :

• Point de rosée minimal atteignable généralement de +4 à +7 °C en raison du risque de gel du condensat sur l’échangeur
• Baisse significative de l’efficacité à basses températures extérieures
• L’air saturé en sortie (proche de 100 % HR) nécessite un réchauffage
• Efficacité réduite à charge partielle
• Enjeux environnementaux liés à l’utilisation de frigorigènes

Déshumidification dessiccante : principe d’adsorption et cycle de fonctionnement

La méthode dessiccante repose sur un principe totalement différent. Au lieu de condenser l’humidité par refroidissement, elle utilise des matériaux (dessiccants) ayant une forte affinité pour l’eau. Ces matériaux se caractérisent par une faible pression de vapeur d’eau à leur surface, ce qui crée une différence de pressions partielles entre l’air et le dessiccant. Grâce à cette différence, les molécules d’eau de l’air migrent vers la surface du dessiccant et y sont retenues.

Les systèmes industriels modernes utilisent le plus souvent des déshumidificateurs dessiccants rotatifs. Leur cœur est un rotor, revêtu ou imprégné de matériau dessiccant. Le rotor tourne lentement (3 à 8 tours par heure) et traverse deux secteurs :

• Secteur de procédé (généralement 75 % de la surface du rotor) - l’air humide traverse le rotor, le dessiccant adsorbe l’humidité et l’air sort déshumidifié. Le processus d’adsorption s’accompagne d’un dégagement de chaleur, d’où une augmentation de la température de l’air en sortie.
• Secteur de régénération (environ 25 % de la surface) - le dessiccant saturé en humidité est régénéré par de l’air chaud à une température de 120 à 250 °C. L’humidité s’évapore du dessiccant et est évacuée vers l’extérieur.

Principaux types de dessiccants :

• Gel de silice - le plus courant, il a une capacité d’adsorption de 10 à 40 % de son propre poids. Il est le plus efficace pour une humidité relative de 20 à 70 %.
• Tamis moléculaires - peuvent offrir des points de rosée très bas, jusqu’à −40 °C et au-delà. Ils sont les plus efficaces à faible humidité relative.
• Chlorure de lithium - possède une capacité d’absorption d’humidité extrêmement élevée (jusqu’à 1000 % de son propre poids). Efficace à forte humidité relative, mais peut être corrosif.

Avantages des systèmes dessiccants :

• Plage pratiquement illimitée de points de rosée atteignables (jusqu’à -70 °C)
• Possibilité de fonctionner à toutes températures, y compris négatives
• Air de sortie très sec (l’HR peut être abaissée à 1–2 %)
• Indépendance vis-à-vis du réseau électrique — la régénération peut utiliser du gaz, de la vapeur ou de la chaleur fatale d’autres procédés
• Possibilité de combiner déshumidification et chauffage des locaux
• Grande fiabilité et longue durée de vie (15–25 ans)

Inconvénients des systèmes dessiccants :

• Forte consommation d’énergie thermique pour la régénération du dessiccant
• Température de l’air en sortie élevée, nécessitant souvent un refroidissement supplémentaire
• Système de contrôle plus complexe que les solutions cooling-based
• Risque de contamination du dessiccant par des substances externes, avec perte d’efficacité
• Coût initial de l’équipement plus élevé

Tableau comparatif des méthodes de déshumidification

Systèmes combinés : le meilleur des deux mondes

Pour une efficacité maximale et des capacités étendues, on utilise souvent des systèmes combinés qui associent les avantages des deux méthodes de déshumidification. Examinons trois schémas les plus courants :

1. Pré-refroidissement avant le dessiccant

Dans ce schéma, l’air passe d’abord par un module de refroidissement, où sa température est abaissée jusqu’au point de rosée (environ +4 °C) et une partie de l’humidité se condense. L’air partiellement déshumidifié est ensuite dirigé vers le module dessiccant, qui l’assèche jusqu’au point de rosée bas requis. Cette combinaison permet d’économiser 30 à 50 % d’énergie pour la régénération du dessiccant par rapport à l’utilisation de la seule méthode dessiccante.

2. Basculement saisonnier

Dans de nombreuses zones climatiques, la méthode optimale de déshumidification varie selon la saison. En été, lorsque l’air extérieur est chaud et humide, la méthode cooling-based est plus efficace. En hiver, lorsque l’air extérieur est froid et que les déshumidificateurs cooling-based perdent en efficacité, il est plus judicieux de basculer vers des systèmes dessiccants. Cette flexibilité assure une efficacité énergétique optimale tout au long de l’année.

3. Utilisation de la chaleur fatale

Une solution particulièrement élégante consiste à utiliser la chaleur rejetée par les condenseurs des installations frigorifiques pour la régénération du dessiccant. Cette solution est souvent employée dans les supermarchés, où les puissances frigorifiques sont importantes. Cette approche permet d’économiser jusqu’à 40 % d’énergie par rapport aux systèmes traditionnels.

Économie du choix : cas pratiques

Examinons deux cas pratiques qui aideront à comprendre la logique de sélection de la méthode de déshumidification optimale :

Cas 1 : Sous-sol résidentiel à forte humidité

Dans le cas typique d’un sous-sol de maison en France, le problème d’humidité excessive est particulièrement aigu pendant la saison chaude. Le point de rosée cible se situe généralement entre +10 et +15 °C, ce qui est parfaitement atteignable avec la méthode cooling-based. Compte tenu du volume relativement réduit, du coût élevé de l’énergie thermique pour la régénération du dessiccant et des exigences modérées en matière d’assèchement, le choix optimal est un déshumidificateur à condensation (cooling-based). Il fournira le niveau de confort requis avec des coûts initiaux et d’exploitation plus faibles.

Cas 2 : Laboratoire pharmaceutique

Pour un laboratoire pharmaceutique, où il faut maintenir un point de rosée inférieur à 0 °C afin de garantir la stabilité des produits, la méthode cooling-based ne convient pas en raison d’une limitation fondamentale — l’impossibilité de refroidir l’échangeur de chaleur en dessous du point de congélation de l’eau. Dans ce cas, la seule solution adéquate est un système dessiccant ou un système combiné avec pré-refroidissement. Bien que l’investissement initial soit plus élevé, c’est la seule approche permettant d’assurer les paramètres microclimatiques nécessaires à un procédé technologique critique.

Schéma décisionnel :

• Si le point de rosée cible est supérieur à +5 °C et que l’humidité extérieure est élevée — le choix optimal est un système cooling-based
• Si le point de rosée cible est inférieur à +5 °C et qu’une énergie thermique bon marché est disponible — le choix optimal est un système desiccant
• Si de bas points de rosée sont requis avec une haute efficacité — un système combiné est recommandé

Foire aux questions (FAQ)

Pourquoi un déshumidificateur à condensation est-il inefficace en hiver ?

En hiver, la température dans les locaux non chauffés peut descendre en dessous de +15 °C. Dans ces conditions, la différence entre la température de l’air et celle de l’évaporateur d’un déshumidificateur cooling-based devient trop faible pour une condensation efficace de l’humidité. De plus, à basses températures, la teneur absolue en vapeur d’eau diminue, et le besoin de déshumidification baisse souvent.

Quel est le point de rosée minimal pour les systèmes cooling-based ?

La limite théorique pour les systèmes à condensation est d’environ +4 à +7 °C. Cela est dû au risque de formation de givre sur l’échangeur de chaleur à des températures plus basses, ce qui bloque le flux d’air et réduit l’efficacité de l’échange thermique. Pour atteindre des points de rosée plus bas, il est nécessaire d’utiliser des systèmes dessiccants.

Quand le desiccant est-il plus économique ?

Les systèmes dessiccants deviennent plus économiques dans trois cas principaux : 1) lorsqu’il faut atteindre des points de rosée très bas (inférieurs à +5 °C) ; 2) lorsque des sources d’énergie thermique peu coûteuses sont disponibles (chaleur fatale, capteurs solaires, gaz peu cher) ; 3) lors d’un fonctionnement à basses températures, où les systèmes cooling-based sont inefficaces.

Peut-on combiner les deux méthodes ?

Oui, les systèmes combinés sont souvent la solution la plus efficace. Le pré-refroidissement de l’air avant son passage dans un déshumidificateur dessiccant réduit considérablement la consommation d’énergie pour la régénération du dessiccant. Cette approche combine la haute efficacité énergétique de la méthode cooling-based par forte humidité avec la capacité à atteindre de bas points de rosée de la méthode dessiccante.

Comment la température influence-t-elle le choix de la méthode ?

À hautes températures (au-dessus de +25 °C) et forte humidité, les systèmes cooling-based sont généralement plus efficaces et économiques. À basses températures (en dessous de +15 °C) ou lorsqu’un point de rosée très bas est requis, les systèmes dessiccants deviennent le choix optimal. Dans les locaux à température contrôlée, le choix dépend davantage du point de rosée cible et des ressources énergétiques disponibles.

Quels secteurs nécessitent une déshumidification desiccant ?

Les systèmes dessiccants sont essentiels pour les industries pharmaceutique, microélectronique et aérospatiale, où des points de rosée très bas sont requis. Ils sont également utilisés dans l’industrie alimentaire pour le séchage des produits, dans les installations militaires pour le stockage des équipements, dans les archives et musées pour la conservation des artefacts, ainsi que dans les brasseries pour le contrôle de la fermentation.

Conclusions

Le choix entre les méthodes de déshumidification cooling-based et desiccant est une tâche d’ingénierie qui exige une analyse approfondie du projet spécifique. Les deux technologies ont leurs avantages et leurs limites :

• Les systèmes cooling-based sont optimaux pour la plupart des applications domestiques et des sites commerciaux avec des exigences modérées en déshumidification, en particulier par forte humidité et température extérieures.
• Les systèmes desiccant sont indispensables pour des applications industrielles spécialisées, où des points de rosée très bas ou un fonctionnement à basses températures sont nécessaires.
• Les systèmes combinés offrent souvent le meilleur compromis entre efficacité et fonctionnalités, surtout pour les sites aux exigences microclimatiques élevées.

Le choix final de la méthode de déshumidification doit reposer sur une évaluation globale de quatre facteurs clés : le point de rosée cible, la plage de températures de fonctionnement, les ressources énergétiques disponibles et l’économie du projet sur l’ensemble du cycle de vie de l’équipement. Un système de déshumidification correctement dimensionné garantira un microclimat optimal, une efficacité énergétique et la protection de vos investissements.