Le bois

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Le bois, un combustible d’avenir

Le bois énergie est un type de bioénergie utilisant la biomasse constituée par le bois. Il s'agit essentiellement de l'utilisation du bois en tant que combustible, et dans une moindre mesure en tant que source de combustible. Il peut s'agir d'une énergie renouvelable si le bois est produit par une gestion durable des forêts.
Le « bois de feu » se présente sous quatre formes essentielles : les bûches, les granulés de bois ou pellets, les briques de bois reconstituées et les plaquettes forestières. Il peut également être converti en combustibles plus élaborés comme l'alcool ou gaz naturel de synthèse.
Aujourd'hui, le bois énergie suscite un regain d'intérêt en raison du prix grandissant des énergies fossiles, de sa disponibilité et de son caractère renouvelable.


La Combustion du bois

    - Combustion primaire
Porté à haute température le bois brûle en produisant des fumées composées d'eau, de gaz carbonique, de composés organiques volatils (en majorité du méthane), et de nombreux autres composants en quantité plus faible. Plus la teneur en eau du bois est élevée, plus la quantité de fumées par unité d'énergie produite est élevée, et plus les composés organiques produits sont lourds. En l'absence de combustion secondaire les fumées se condensent dans la cheminée provoquant des dépôts de suie et de créosote qui peuvent l'obstruer et, ou provoquer des feux de cheminée. La fraction des fumées qui ne condense pas est rejetée dans l'atmosphère pouvant conduire à une pollution importante avec des conséquences sanitaires.
La combustion primaire est observée dans les cheminées ouvertes, les foyers fermés (poêles, cuisinières, chaudières, ...) anciens, la phase d'allumage des foyers fermés à combustion secondaire. Son rendement est toujours faible (inférieur, voire très inférieur, à 50%).
    - Combustion secondaire
Les gaz émis par le bois chauffé brûlent à très haute température avec un rendement qui est potentiellement très proche de 100%. Dans les poêles modernes, une fois passée la phase d'allumage, l'arrivée d'air primaire est coupée, et le chauffage du bois n'est produit que par la combustion secondaire. Dans les poêles à pellets il n'y a pas de combustion primaire, le chauffage initial du bois est obtenu par une résistance électrique. Dans les équipements les plus performants la combustion secondaire est effectuée dans un compartiment séparé.

Teneur en eau
Pour brûler correctement le bois doit être sec. Pendant la combustion du bois une grande partie de l'énergie produite est consacrée à chauffer et vaporiser l'eau (contenue dans le bois) dont la capacité thermique et la chaleur latente sont particulièrement élevées. Le bois vert contient plus de la moitié de son poids en eau. Un bois en équilibre avec l'air ambiant (équilibre obtenu au bout de plus de deux ans pour des bûches non fendues) a un taux d'humidité de l'ordre de 20%. Les pellets et briques de bois compressé sont vendus à un taux d'humidité inférieur à 10%, qui, malgré une énergie grise nettement supérieure, leur donne un bilan écologique plus favorable, à condition d'être stockés dans un local particulièrement sec pour éviter toute reprise d'humidité.

Pouvoir calorifique inférieur (PCI) du bois :
• 1,7 kWh/kg à 60% d'humidité
• 4,0 kWh/kg à 20% d'humidité
• 4,4 kWh/kg à 11% d'humidité
Ce pouvoir calorifique est indépendant de l'essence et même de la partie de la plante considérée (écorce comprise). Toutefois la densité du bois étant très variable, le pouvoir calorifique par unité de volume varie fortement, considération importante compte tenu du fait que le bois est en général vendu au volume.

Rendements
Ancienne ou contemporaine, une cheminée à foyer ouvert est peu performante et très polluante.

On doit favoriser les appareils à bon rendement de combustion non seulement pour économiser les ressources mais aussi pour diminuer les risques sanitaires.
Il est aujourd'hui primordial que nous, particuliers, apprenions à utiliser correctement les appareils performants pour que ce mode de chauffage écologique ne devienne pas un problème de santé publique.
On peut comparer les différents rendements de types de chauffage au bois (par moderne on entend un appareil à combustion secondaire) :
     • Cheminée à foyer ouvert, ou cheminée ouverte : inférieur à 10 % (rendement lors de la combustion. Sur une année, le rendement peut être négatif, du fait des pertes thermiques importantes lorsque la cheminée n'est pas utilisée).
De plus, pendant la combustion, une grande quantité de l'air chauffé est aspirée par le foyer et expulsée hors du logement (entre 300 et 500 m3 par heure), ce qui réduit encore l'efficacité de la cheminée.
Un rendement énergétique ne dépassant pas 10 % signifie que 90 % de l'énergie qui peut être fournie par le combustible part littéralement en fumée (produits de combustion incomplète), ce qui est particulièrement dommageable pour la qualité de l’air (extérieur et intérieur) et représente un véritable gaspillage de la ressource.
Compte tenu de ses performances médiocres, une cheminée à foyer ouvert n'est pas considérée comme un appareil de chauffage.
     • Insert ancien fermé par une vitre : 30 à 50 %
     • Insert moderne fermé par une vitre : 70 à 85 %
     • Poêle à bûches ancien : 40 à 50 %
     • Poêle à bûches moderne : 70 à 85 %
     • Chaudière de cheminée : 70 à 80 %
     • Chaudières à bois : 60 à 80 %
     • Chaudières à gazéification de bois : 75 à 95 %
     • Chaudière et poêles à granulés de bois (Pellet): 85 à 95 %
     • Chaudière à plaquettes forestières : 75 à 90 %
     • Réseaux de chaleur : fonction de la chaudière utilisée et de la distance
D'une façon générale les chaudières ont un rendement sensiblement inférieur aux poêles de même technologie en raison de la présence dans le foyer, ou à proximité immédiate du foyer, d'un bouilleur dont la température est pour des raisons de sécurité comprise entre 50 °C et 80 °C en fonctionnement normal. La température du foyer lui même est abaissée par cette source froide, ce qui diminue l'efficacité de la combustion secondaire.

Les essences de bois de chauffage.
Les essences de bois sont classées en deux grandes familles selon leur densité :
     • les feuillus durs (chêne, hêtre, frêne, châtaignier, charme, noyer, robinier faux-acacia, arbres fruitiers etc.)
     • les résineux (épicéa, sapin, pin, mélèze, douglas) et feuillus tendres, (peuplier, saule, aulne, bouleau, etc.).
Le chauffage domestique ayant souvent un aspect important de spectacle des flammes et la plupart des installations étant encore dépourvues de système de stockage de chaleur (hydro-accumulation, poêles de masse), les feuillus durs sont traditionnellement les plus appréciés pour cette utilisation, à l’exception du châtaignier qui nécessite l'utilisation d'un pare-feu car il éclate et produit des étincelles lorsqu'il brûle.
Les feuillus tendres et les résineux brûlent plus vite. S’ils sont mal stockés, ils se dégradent rapidement. Ils sont néanmoins appréciés pour leur température de combustion élevée qui améliore le rendement des appareils et permet une montée rapide en température.
     • Le sapin et l'épicéa ont le même pouvoir calorifique mais le sapin produisant moins de résine, il génère moins d'étincelles.
     • Le pin et le mélèze sont de bien meilleure qualité, mais sont moins répandus.
     • Le bouleau est souvent utilisé pour les cheminées, car il donne une belle flamme (claire, légèrement bleutée) et un bon arôme. Il brûle relativement rapidement.
     • Le hêtre est considéré comme le bois de chauffage idéal car il donne une belle flamme et de bonnes braises presque sans étincelles et possède, en outre, un très haut pouvoir calorifique. L'apport énergétique / calorifique du bois de hêtre est souvent cité comme une référence par rapport à d'autres bois. Son odeur est généralement très appréciée, c'est la raison pour laquelle le fumage des denrées alimentaires est fait principalement sur bois de hêtre.
     • Le chêne a de multiples usages. Il donne de bonnes braises mais une flamme moins belle. Le pouvoir calorifique est encore un peu plus élevé que celui du hêtre, et la combustion est la meilleure. Le chêne contient beaucoup de tanins nécessitant une bonne aération. Il est donc bien adapté pour les fours, mais pas pour les cheminées ouvertes.
     • Le charme commun, de même que le chêne, a un très haut pouvoir calorifique. Il donne une belle flamme et brûle longtemps. Comme le frêne et le robinier faux-acacia, il est particulièrement difficile à couper et émousse donc vite les chaines des tronçonneuses. Le frêne donne la plus belle flamme. Il est idéal pour les cheminées, car il produit peu d'étincelles.

Les bûches
C'est l'utilisation historique depuis la nuit des temps, utilisée dans presque tous les appareils de chauffage domestiques anciens. Pour les appareils modernes, l'utilisation du bois bûche présente souvent des performances inférieures aux appareils à plaquettes ou à granulés. De plus, il est possible d'utiliser du combustible insuffisamment sec, ou de dérégler manuellement les arrivées d'air, ce qui a pour conséquence de provoquer des pollutions atmosphériques (poussières, HAP, etc...). Par contre, c'est la forme qui demande le moins de transformation.
Une innovation venue de Suisse permet de réduire sensiblement les émissions de polluants durant la combustion des bûches. Cette nouvelle façon de « faire du feu » commence par des méthodes d’allumage originales. « Voir vidéo ci-dessous »

Les méthodes  
     • Chauffages au bois à combustion supérieure - le feu est allumé en haut et brûle vers le bas, comme pour une bougie. Par rapport à l’allumage par le bas, cette combustion se déroule plus lentement et peut mieux être contrôlée durant toute la durée du processus. Les gaz résiduels se retrouvent dans la flamme incandescente et sont presque entièrement brûlés.

Cette méthode, également appelée « allumage inversé » convient aux chauffages à bûches avec évacuation des gaz résiduels par le haut (cheminées, cuisinières à bois, poêles cheminées, poêles à accumulation).
     • Chauffages au bois à combustion inférieure - il existe trois procédés : procédé pour combustion latérale, procédé pour combustion vers l‘arrière, procédé pour la combustion inversée. Le bois brûle uniformément sur tout l’espace du foyer depuis le bas. À l’opposé des méthodes traditionnelles d’allumage, on peut désormais éviter les phases critiques (surproduction d’oxygène), tout en produisant nettement moins d’émissions durant toute la durée de la combustion.
Ces méthodes conviennent aux chauffages à bûches avec sortie des gaz résiduels par le bas (chaudière à bûches, cuisinière à chauffage central, poêles en faïence).
Pour une efficacité optimale de ces méthodes, d'autres recommandations doivent être observées, notamment :
     • utiliser un bois « propre » (non traité, ni souillé) et sec.
     • évacuer les cendres refroidies avec les ordures ménagères.
     • un nettoyage effectué à intervalles réguliers par un ramoneur permet de diminuer les émissions de particules fines.
     • une réduction encore plus significative des émissions de particules fines peut être obtenue en équipant la sortie du conduit de fumée (en inox) d'un filtre électrostatique (60 à 95% de réduction des PM).
     • transformer une cheminée à foyer ouvert en système fermé.
Chauffages au bois à combustion supérieure, cuisinière à chauffage central et poêles en faïence :
     • ne jamais diminuer la flamme en fermant les arrivées d’air ou le clapet de la cheminée ( bannir la pratique du « feu continu à allure réduite », d'où l'intérêt de ne pas surdimentionne son appareil de chauffage.
     • ne fermer les clapets d’aération que lorsque le brasier n’est presque plus visible, afin que le four ne se refroidisse pas trop rapidement. Fermer la glissière quand le brasier est éteint.
Chaudières à bûches :
     • faire installer un programme de démarrage : de tels programmes, qui réduisent la puissance du ventilateur de combustion après le démarrage, sont nécessaires afin d’assurer une combustion dégageant un minimum d’émissions.

Economie
Le bois comme source d'énergie contribue positivement à l'environnement économique : d'une part, il a un impact très fort sur l'aménagement du territoire par la gestion des forêts qu'il engendre, d'autre part, il développe l'économie de proximité par les emplois qu'il induit sur l'ensemble de la chaîne (exploitation forestière, production, récolte, logistique).

Production
L'exploitation traditionnelle des forêts pour la production du bois de chauffage a conduit à une technique de taille, l'arbre têtard, et à une forme de sylviculture, le taillis, qui permettaient de produire en quantité des bois de petit diamètre (deux versions extrêmes, récoltée de manière industrielle en sont le taillis à courte rotation (TCR) et le taillis à très courte rotation (TTCR), basés sur la récolte de clones de saules densément plantés en alignements).
Le traitement en futaie de production de bois d'œuvre permet toutefois une production de petit bois de chauffage à partir des premières éclaircies. De plus la transformation des grumes en bois d'oeuvre n'a qu'un rendement de 40% (pour les bois durs) à 80% (pour les résineux), le reliquat pouvant être valorisé en pellets ou autres.
Le déchiquetage des rémanents d'exploitation (branchages et petits bois) qui n'étaient jusqu'alors pas valorisés sous formes de plaquettes forestières est une technique prometteuse pour l'approvisionnement, mais qui peut poser des problèmes écologiques (épuisement et dégradation des sols)
La production de bois énergie permet ainsi de dynamiser la gestion forestière et la récolte de bois d'œuvre en rentabilisant les premières éclaircies. La montée en puissance du bois énergie pose néanmoins le problème d'une concurrence avec les filières d'approvisionnement en bois de trituration.

En France
« La France doit sa place de premier producteur européen de bois-énergie (9,18 millions de tonne d'équivalent pétrole en 2004) essentiellement au chauffage domestique (environ 7,4 Mtep). Dans l’habitat individuel, plus de 5 millions de ménages sont équipés d’un chauffage au bois (45 % d’inserts et de foyers fermés, 27 % de foyers ouverts, 13 % de poêle, 9 % de cuisinières et 6 % de chaudières individuelles). Le rendement énergétique de ces appareils reste faible (40-50 %) compte tenu des nouveaux produits présents sur le marché dont les rendements dépassent les 65 %.
Le bois énergie représente 3% de la consommation énergétique totale française mais déjà 25% de sa production de bois. Il ne peut donc résoudre à lui seul les défis énergétiques qui se présentent.

Tableau récapitulatif du pouvoir calorifique selon les essences de bois

         Essence           Pouvoir calorifique par rapport au volume (KWh/m3)   Pouvoir calorifique par rapport au poids (KWh/m3) 
 Hêtre 2150 4.2 
 Chêne 2100  4.2 
 Frêne 2100  4.2 
 Bouleau 1900  4.3 
 Orme 1900  4.1 
 Erable 1900  4.1 
 Saule 1400  4.1 
 Peuplier 1400  4.2 
 Pin 1700  4.4 
 Mélèze 1700  4.4 
 Epicéa 1600  4.4 
 Sapin 1500  4.4