Energie Plus Le Site

Outil d'aide à la décision en efficacité énergétique des bâtiments du secteur tertiaire. Réalisé par Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), site de Louvain-la-Neuve, Université catholique de Louvain, Belgique avec le soutien de la Wallonie.

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Monthly Archives: février 2010

Author Image Posted By : Laurent 23 Fév, 2010

Stockage et l’alimentation du bois-énergie

Stockage et l'alimentation du bois-énergie

Avant d’alimenter la chaudière, le bois-énergie, qu’il soit sous forme de pellets ou de plaquettes, est d’abord acheminé vers un lieu de stockage, le silo. Ensuite un dispositif mécanique lui permettra de l’extraire de cette réserve pour ensuite être transporté jusqu’à la chaudière. La chaudière peut elle-même posséder un petit réservoir qui lui permet de ne pas devoir s’alimenter de manière continue à la réserve de pellets ou plaquettes.

Afin de généraliser notre propos, nous allons scinder ce processus en deux étapes :

  • D’une part, on analysera les systèmes de stockage suivant le conditionnement du bois, ainsi que les modes d’extraction suivant le stockage.
  • D’autre part, on analysera le dispositif de transport entre le local de stockage et la chaudière.

Ces développements n’ont pas pour vocation de former le lecteur au choix d’un dispositif de stockage et d’alimentation. En fait, il s’agit d’une tâche de spécialiste. Pour prendre une décision éclairée, il faut connaître les détails techniques et de prix de chaque dispositif. Ceux-ci dépendent du fabricant, du constructeur. En outre, ces techniques peuvent évoluer dans le temps.

La vue synthétique présentée ci-dessus a pour objectif de montrer la variété des solutions qui permettent de s’adapter à un très grand nombre de situations. Cela permet aussi de donner les éléments clefs de réflexion pour interagir avec les spécialistes de la question. Au travers des différentes configurations présentées, on s’aperçoit que les investissements et les aménagements sont plus ou moins lourds. D’un point de vue économique et technique, le stockage est un poste important du projet. Il aura un impact majeur sur sa faisabilité ainsi que sur sa viabilité économique.

Stockage

Pièce de stockage : pellets et plaquettes

On peut distinguer différents types de stockage pour les pellets et plaquettes. Généralement, on trouve une pièce de stockage, c’est-à-dire un silo. Cette pièce rectangulaire ou cylindrique est dissociée de la chaufferie et peut ne pas lui être voisine voire se situer à un niveau différent.

La pièce devra être conçue pour résister mécaniquement à la masse du bois et pour protéger le bois de l’humidité. En outre, elle devra être facilement accessible pour son réapprovisionnement. Ce dernier point sera traité plus tard.

On peut faire certaines distinctions entre les pièces de stockage, distinction qui aura un impact sur la méthode d’extraction du combustible :

  • Avec sol incliné : Dans ce cas, le sol est incliné dans la direction de l’admission de bois de la chaudière. Comme la chaudière est dans le prolongement direct du plan incliné de stockage, le dispositif d’extraction pourra être conçu de manière plus simple.
  • Avec sol horizontal : Tout l’espace est occupé au niveau du sol ce qui assure une optimisation de l’espace disponible. Par contre, le sol peut être à une hauteur différente de l’admission de combustible de la chaudière et le bois à extraire peut se situer n’importe où au niveau du sol de la pièce. En conclusion, le dispositif d’extraction devra être plus élaboré.

     

Illustration de deux organisations spatiales du local de stockage : la figure de gauche représente un local à sol horizontal alors que la figure de droite correspond au local avec un sol incliné.

Stockage des pellets

Les pellets offrent des possibilités de stockage supplémentaires. Cette flexibilité est est due à la grande faculté d’écoulement des pellets. Celui-ci est découle de leurs petites tailles et de leurs surfaces lisses.

Pièce de stockage

Toujours dans les pièces de stockage séparées, on peut maintenant ajouter une troisième catégorie :

  • Avec parois latérales inclinées ou en « V » : Dans ce cas de figure, les pellets sont dirigés naturellement sous l’effet de la gravité vers le centre de la pièce où les deux parois latérales se rejoignent. Cette particularité permettra de concevoir un dispositif d’extraction simple.

 

Illustration  d’un local de stockage pour pellets avec parois latérales inclinées : ce principe garantit l’écoulement naturel des granulés vers le dispositif d’extraction (vis d’extraction).

Sac ou silo textiles à pellets

Il s’agit de silo en textile pré-assemblés par le constructeur. Ces sacs ont des de multiples avantages mais ont des volumes limités si bien qu’ils s’appliquent plutôt au secteur domestique et au petit tertiaire :

  • Plus de flexibilité sur la localisation du stockage. Les parois sont protégées contre l’humidité si bien qu’ils peuvent être placés dans des pièces humides, dans la mesure où le silo textile protège les pellets qu’il contient. Dans le même ordre d’idée, le silo pourra être directement placé dans la chaufferie si celle-ci possède un volume suffisant. Il ne faut donc pas prévoir une pièce spécifique pour le stockage. Le silo peut même être placé à l’extérieur du bâtiment s’il est protégé contre les intempéries et des rayons UV (qui peuvent altérer les propriétés des parois à long terme).
  • Facilité de montage. Dans la mesure où la fonction de stockage et d’extraction est réalisée de façon automatique par le silo préfabriqué. Le montage est relativement simple : il ne reste plus qu’à prévoir le transport entre le silo et la chaudière.

   

Illustration de silos textiles de stockage de pellets  :  la figure de gauche représente un silo textile placé dans un local de stockage tandis que la figure de droite correspond à un silo dans le local de chauffe.

Volume de stockage

On a déjà plusieurs fois évoqué le volume occupé par les différents conditionnements de bois pour une même quantité d’énergie. De cette analyse, il ressort qu’il faut un volume deux à trois fois plus important de pellets que de mazout, un volume dix à quatorze fois plus important de plaquettes. Les plaquettes sont donc caractérisées par un volume de stockage important qui aura un impact direct sur la zone de stockage.

Le tableau ci-dessous reprend les différents volumes de bois en fonction de la consommation annuelle d’énergie du bâtiment [kWh/an]. La première ligne est caractérisée par une consommation de 5 000 kWh/an, ce qui correspond approximativement à une maison passive où le chauffage des pièces et de l’ECS est couvert par le bois. Les hypothèses de calcul sont reprises dans la première ligne du tableau décrivant les entrées. En outre, on a uniquement supposé, pour l’estimation du volume de stockage, que l’on réalisait dix approvisionnements par an. Il est facile de déduire ces volumes pour un autre nombre d’approvisionnements. On a estimé qu’il fallait un volume total de stockage 1.5 fois plus important pour contenir 1 volume utile de bois.

Estimation du volume de stockage en fonction de la consommation annuelle

Besoin calorifique [kWh/an] Litres de mazout: ~10 kWh/litre M³ de gaz naturel : ~10 kWh/m³ Tonnes de plaquettes : ~3 900 kWh/tonne Tonnes de pellets : ~4 600 kWh/tonne Map de plaquettes : ~1 000 kWh/map Map de pellets : ~3 500 kWh/map Volume stockage plaquettes [m³] pour 10 approvisionnements: ~1.5 m³/map Volume stockage pellets pour 10 approvisionnements [m³]: ~1.5 m³/map

5 000

 500 500 1.28 1.08 5 1.42 0.75 0.21
10 000 1 000 1 000 2.56 2.17 10 2.85 1.5 0.43
15 000 1 500 1 500 3.84 3.26 15 4.28 2.25 0.65
20 000 2 000 2 000 5.12 4.34 20 5.71 3.0 0.86
50 000 5 000 5 000 12.82 10.86 50 14.28 7.5 2.14
100 000 10 000 10 000 25.64 21.73 100 28.57 15.0 4.3
200 000 20 000 20 000 51.28 43.47 200 57.14 30.0 8.6
300 000 30 000 30 000 76.92 65.2 300 85.71 45.0 12.8

Approvisionnement

La position de la zone de stockage ne peut être prise au hasard. Elle doit être compatible avec le dispositif d’approvisionnement des pellets et des plaquettes. Dans la pratique, cette contrainte est loin d’être négligeable.

Pellets

De manière générale, les pellets peuvent être vendus par sacs de 10 à 30 kg, par palettes d’une tonne et en vrac par camion souffleur.

Dans le cas du tertiaire, nous considérons ce dernier cas. En pratique, le camion est muni d’une citerne qui contient les pellets. Une fois arrivé à destination, il est muni d’un tuyau flexible qui permet de souffler les pellets dans la zone de stockage. Cette dernière est munie de bouches ou connexions de remplissage. Pour des volumes importants, plusieurs bouches peuvent être placées pour assurer un remplissage plus uniforme de la zone de stockage. En outre, les parois de la zone de stockage sont munies d’un revêtement anti-rebondissement pour ne pas briser les pellets. En effet, il faut que les pellets conservent leurs dimensions et leurs propriétés mécaniques pour que la combustion s’opère dans les meilleures conditions.

Pour que le tuyau flexible puisse atteindre le volume de stockage, il faut que les connexions de remplissage soient situées à maximum 30 m du camion souffleur. Il faudra donc s’assurer que la localisation du stockage soit compatible avec les possibilités d’accès du site.

Illustration de la distance maximale entre le camion souffleur et les conduits d’admission des pellets vers le silo (placés en façade).

Plaquettes

Comme pour le stockage, les plaquettes offrent moins de flexibilité. En effet, la zone de stockage doit être directement accessible par un charroi lourd, c’est-à-dire une remorque à benne ou une benne de tracteur. Cette contrainte spatiale est beaucoup plus sévère que pour les pellets. De nouveau, cela illustre bien qu’une analyse préalable de faisabilité est nécessaire avant de s’engager dans un projet tertiaire basé sur le bois-énergie.

  

     

Illustration de l’accessibilité du local de stockage des plaquettes par un charroi lourd (1ère figure).
Photographie de l’alimentation en plaquettes de la chaufferie de l’hôpital de Dave.

Extraction

Avant d’être transportés vers la chaudière, les pellets ou les plaquettes doivent être extraits du silo. La méthode est fortement liée au type de stockage :

  • Silo avec sol plat : Un déssileur racle le sol de la pièce et amène le bois au niveau d’une tranchée dans laquelle se trouve une vis sans fin d’extraction. Les éléments en bois viennent se placer entre deux pas de vis. La rotation de celle-ci amène ces éléments progressivement vers la sortie du silo. Comme le sol est la plat, la vis d’extraction est elle-même horizontale.
  • Silo avec sol incliné : On travaille toujours avec un déssileur et le principe reste le même. Comme le sol est incliné en direction de la chaudière, la vis intégrée au sol est directement alignée avec la chaudière. Par conséquent, si la vis est assez longue, elle peut directement alimenter la chaudière sans devoir ajouter de dispositifs particuliers.

 Représentation d’un déssileur : la partie supérieure rotative racle le sol de la pièce et amène le bois au niveau d’une tranchée dans laquelle se trouve une vis sans fin d’extraction.

  • Silo avec parois latérales inclinée ou en « V » : Applicable pour les pellets, cette méthode permet d’éviter l’installation d’un déssileur. De par la forme des parois, les pellets s’écoulent naturellement vers la rigole contenant la vis d’extraction.
  • Silo textile : Le dispositif ad hoc est développé par le fabricant du silo textile.
  • Plancher tiroir : Idéal pour les locaux de grande surface.

Représentation simplifiée d’un système d’extraction basé sur un plancher tiroir.

Transport

Une fois extraits de la zone de stockage, les pellets ou plaquettes sont acheminés vers la chaudière. Celle-ci peut être voisine de la zone de stockage ou éloignée, au même niveau ou à niveau inférieur ou supérieur. Ces différents éléments conditionnent le type de système de transport. De nouveau, on verra que les pellets proposent plus de flexibilité que les plaquettes.

Alimentation pellets et plaquettes

  • Par vis d’alimentation inclinée : On peut atteindre directement la chaudière si la chaufferie est proche de la zone de stockage et au même niveau.

Illustration d’une vis d’extraction directement couplée à la chaudière : la disposition relative du sol du local de chauffage et de la chaudière permet de réaliser un couplage direct.

  • Par vis d’alimentation horizontale couplée avec vis montante à renvoi d’angle : La vis montante permet de monter les granulés ou plaquettes de plusieurs mètres (par exemple, maximum 3.5 m) pour atteindre la chaudière si la chaufferie reste proche de la zone de stockage.

       

 L’alimentation de la chaudière se trouve à un niveau supérieur comparé au sol du local de stockage (et par conséquent du système d’extraction) : la vis montante à renvoi d’angle,  illustrée sur la figure en dessous,  permet de récupérer cette différence de niveau.

     

Exemple de vis d’alimentation avec renvoi d’angle sur le coté de la chaudière de l’hôpital de Dave.
Sur la figure de gauche,  on a une vue détaillée de la connexion entre la vis d’alimentation et la chaudière : intercalé entre la fin de la rampe d’alimentation et la vis d’alimentation de la chaudière se trouve un dispositif coupe-feu (dans ce cas-ci, il s’agit d’une guillotine) et un réservoir d’eau pour éteindre la masse de bois non encore intégrée au foyer.

  • Par vis d’alimentation horizontale couplée à une conduite de chute : La conduite de chute permet de descendre les granulés ou plaquettes de plusieurs mètres pour atteindre la chaufferie si celle-ci reste proche de la zone de chauffage.

L’alimentation de la chaudière se trouve à un niveau inférieur comparé au sol du local de stockage (et par conséquent du système d’extraction) : la conduite de chute permet de descendre le combustible de niveau.

Autres alimentations possibles pour les pellets

  • Par aspiration : Les pellets sont aspirés dans un flexible dont la longueur peut aller jusqu’à une vingtaine de mètres. Cela permet d’alimenter une chaufferie distante ou située à un niveau supérieur. La chaudière se voit ajouter un réservoir supplémentaire de collecte pour l’admission des granulés. Cela permet aussi de faire fonctionner le transfert par aspiration de manière intermittente, ce qui minimise la consommation et les bruits durant la nuit. La méthode par aspiration marche aussi bien pour les pièces de stockage que pour les silos flexibles.

    

Dans le cas particulier des pellets, un dispositif de soufflage peut être mis en place, et ce,  pour différentes configuration du local de stockage.

Author Image Posted By : Laurent 19 Fév, 2010

Chaudières bois-énergie

Chaudières bois-énergie

Remarque générale

termes de technologie, il faut noter que les différents conditionnements du bois influencent fortement la structure de la chaudière. Par conséquent, dans les développements ci-dessous, les différentes approches seront déclinées suivant le type de conditionnement.

De manière générale,

  • La température de retour de l’eau vers la chaudière au bois est limitée à une valeur minimale. Celle-ci dépend du modèle, mais un ordre de grandeur fréquent est de 50-60°C, comme pour les chaudières gaz ou mazout d’ancienne génération (c’est-à-dire, avant les chaudières basse température et à condensation). Cette caractéristique a une influence majeure sur le design de la boucle primaire qui sera conçue pour garantir une température de retour suffisante. Il y a lieu de garder ce paramètre en vue. Celui-ci est souvent communiqué par le constructeur.
  • La possibilité de modulation en puissance d’une chaudière au bois est souvent plus limitée qu’une chaudière au gaz voire de certains brûleurs au mazout. Cela a un impact sur la manière de dimensionner la chaudière : la logique de dimensionnement sera différente que pour les combustibles « traditionnels ».

Les chaudières à bûches

Les chaudières à bûches ont le désavantage de ne pas être entièrement automatisées si bien que leur emploi dans le secteur tertiaire soulève certains problèmes. Le facilitateur bois-énergie pour le secteur public, Francis Flahaux de la FRW, mentionne qu’il n’existe pas de projet à bûche en Wallonie. En fait, cette approche est bien adaptée pour le chauffage des maisons individuelles ou collectives et pour des bâtiments agricoles.

               

Exemples de chaudière à bûches.

Les éléments constitutifs de la chaudière à bûches sont la zone de remplissage, la zone de combustion ainsi que l’échangeur thermique. Cette distinction entre zones s’explique par leurs fonctions différentes. Les bûches sont placées manuellement dans la zone de remplissage. C’est dans cette zone qu’elles seront attaquées par l’air primaire.  Les gaz riches générés par cette première phase, essentiellement du monoxyde carbone CO et de l’hydrogène H2, sont ensuite acheminés vers la zone de combustion où l’oxydation complète est réalisée par l’air secondaire. Différentes configurations existent suivant la direction et l’agencement des flux d’air. On peut trouver une combustion montante, latérale ou inversée. Les gaz de combustion issus de la seconde étape, essentiellement de la vapeur d’eau et du CO2, sont à haute température. Ils sont admis dans l’échangeur thermique pour réchauffer l’eau de la chaudière. Ce tirage se fait par un ventilateur situé en aval de l’échangeur.

En 2010, les rendements normalisés annoncés par les constructeurs oscillent entre 90 et 94 %. La plage de modulation oscillant quant à elle autour d’une puissance instantanée minimale de 30 à 50 % de la puissance nominale.

Les chaudières à pellets

Les chaudières à pellets sont bien adaptées pour les applications domestiques, tertiaires et industrielles. D’une part, le système d’approvisionnement peut-être entièrement automatisé, ce qui est toujours le cas dans le secteur tertiaire. Cela donne un confort d’utilisation comparable aux chaudières mazout ou gaz. D’autre part, le bois se trouve sous forme compactée si bien qu’il demande le volume de stockage le plus faible parmi les différents conditionnements du bois.

     

Exemples de chaudière à pellets. Pour la dernière figure, illustration par une coupe dans une chaudière à pellets. On distingue clairement la couche d’isolation pour limiter les pertes vers la chaufferie, le foyer ainsi que la vis d’alimentation situés en bas et surplombés par l’échangeur.  En bas à gauche, une porte permet d’accéder au cendrier.

Comme pour les bûches, la combustion se fait en deux étapes séparées, ce qui influence la structure de la chaudière. Au départ, les pellets sont acheminés vers le foyer. Cela se fait généralement par un système de vis sans fin, mais on trouve aussi des systèmes où les pellets tombent dans le foyer. C’est au niveau du foyer que se passe la phase primaire de combustion.

     

Illustration d’une typologie de foyer à pellets où les pellets sont amenés via une vis sans fin par le dessous et l’air primaire est injecté latéralement par une série de trous percés dans un anneau.

Illustration de deux autres typologies différentes de foyer à pellets : la première figure correspond à une alimentation via une vis sans fin tandis que la dernière image montre des pellets qui tombent dans le foyer.

De nouveau, cette phase dégage des gaz riches, essentiellement du CO et de l’hydrogène H2, qui se déplacent vers la zone dite de « post-combustion » où ces gaz subissent leur oxydation complète par l’air secondaire. La séparation en deux étapes permet de les contrôler indépendamment, permettant ainsi d’optimiser le processus de combustion (c’est-à-dire, obtenir les meilleurs rendements et minimiser l’émission de gaz nocifs).

Les gaz de combustion à haute température traversent l’échangeur thermique pour céder leur chaleur à l’eau de la chaudière. Ce déplacement est généré par un ventilateur situé en aval de l’échangeur.

Vue du haut d’un échangeur vertical avec un système de ressorts pour racler les dépôts. Au centre, on trouve la zone de post-combustion où une série d’injecteurs placés en anneau fournissent l’air secondaire de combustion.

En 2010, les rendements normalisés annoncés par les constructeurs pour les chaudières basse température oscillent typiquement entre 90 et 94 %. La plage de modulation oscillant quant à elle autour d’une puissance instantanée minimale de 20 à 30 % de la puissance nominale. Nous n’avons pas de rendement nominal à notre disposition pour les chaudières pellets à condensation.

Les chaudières à plaquettes

Les chaudières à plaquettes sont elles aussi bien adaptées pour le secteur tertiaire et industriel. En effet, l’entièreté du processus d’approvisionnement est toujours automatisé de même que le nettoyage des tubes de l’échangeur et le décendrage. Néanmoins, il ne faut pas perdre de vue que le volume de stockage pour les plaquettes est plus important que pour les pellets.

Exemple de chaudière à plaquettes.

La chaudière à plaquettes est organisée de manière identique à la chaudière à pellets. On retrouve le foyer et son alimentation en combustible et en air primaire, la chambre de « post-combustion » pour l’oxydation avec l’air secondaire ainsi que l’échangeur thermique.

Les chaudières à plaquettes sont souvent capables de brûler aussi bien des plaquettes que des pellets, et ceci, dans de bonnes conditions. Néanmoins, l’inverse n’est pas vrai : les chaudières à pellets ne peuvent gérer efficacement les plaquettes.

En 2010, les rendements normalisés annoncés par les constructeurs oscillent typiquement entre 88 et 92 %. La plage de modulation oscillant quant à elle autour d’une puissance instantanée minimale de 30 à 50 % de la puissance nominale.

Les chaudières industrielles

Les chaudières industrielles sont caractérisées par des puissances importantes et une plus grande souplesse sur la nature et la qualité du combustible exigé. Elles sont souvent proposées pour des puissances supérieures à ~150 kW.  Ces chaudières peuvent brûler indifféremment des plaquettes et des pellets industriels (qui obéissent à des normes moins strictes que les pellets pour application domestique).

       

 Exemples de chaudière industrielle avec une grille de combustion :  tournante (image de gauche) et rectiligne (image de droite).

Dans cette catégorie de chaudières pour le tertiaire, on trouve essentiellement la combustion sur grille qui permet de brûler du bois présentant des granulométries différentes. De nouveau, on trouve une zone de combustion pour l’oxydation avec l’air secondaire et l’échangeur de chaleur.

Direction de la flamme par rapport à l’alimentation de la grille en fonction de la géométrie de la chaudière et de l’arrivée d’air primaire : combustion à contre-courant (figure de gauche), à co-courant (figure centrale) et latérale (figure de droite).

      

Exemple de chaudière industrielle de 1MW de l’hôpital de Dave brûlant des plaquettes. La première vue représente une vue globale de l’installation. La deuxième photographie montre l’ouverture sur le foyer (les flammes sont maintenues à l’intérieur,  car le foyer est mis en dépression par le ventilateur d’extraction).  La troisième photographie montre la combustion sur la grille.

Équipements de l’installation

Échangeur de chaleur

L’échangeur de chaleur est un élément constitutif récurrent des différents types de chaudière. Son objectif est de transférer la plus grande partie de l’énergie des gaz de combustion à haute température vers l’eau de la chaudière. Cette eau réchauffée sera ensuite acheminée vers le circuit de chauffage.

Généralement, les chaudières ne refroidissent pas les gaz de combustion jusqu’à la condensation de la vapeur d’eau contenue dans les fumées. Le soufre contenu dans l’eau condensée provoquerait la corrosion de l’échangeur. Néanmoins, certains fabricants présentent des chaudières à condensation. Dans ce cas, l’échangeur thermique est adapté pour supporter cette étape supplémentaire, par exemple en travaillant avec de l’acier inoxydable. Si la condensation n’est pas prévue, le circuit hydraulique devra être conçu pour maintenir la température de retour à un niveau suffisant pour éviter cette condensation.

En outre, l’échangeur doit être conçu pour éviter son encrassement. En effet, des cendres volantes ainsi que des suies sont présentes dans les fumées. Généralement, elles viennent s’agglomérer ou se condenser sur les points froids de la chaudière et donc particulièrement dans l’échangeur thermique (puisque sa fonction est de diminuer la température des fumées).

Différentes solutions sont présentées par les constructeurs. On pense notamment à la disposition des canaux de l’échangeur de manière verticale pour permettre l’écoulement naturel des crasses. Certains constructeurs ont équipé les canaux des échangeurs d’éléments métalliques, typiquement des ressorts spéciaux, qui viennent racler la surface de l’échangeur et ainsi assurer son nettoyage (voir figure du zoom sur l’échangeur dans la section sur les chaudières à pellets). Suivant les modèles cette procédure peut être réalisée automatiquement, par exemple sur une base quotidienne ou, mieux encore, sur base d’un nombre d’heures de fonctionnement. De manière moins souple et peu adaptée pour le tertiaire, la procédure peut être réalisée manuellement via une manette qui actionne le jeu de ressorts.

Zoom sur la face avant de la chaudière de l’hôpital de Dave : on voit ici une série d’actionneurs pneumatiques qui permettent de racler les canaux horizontaux de l’échangeur de chaleur.

Cendrier

Les cendres sont un produit naturel de la combustion. Qu’elles proviennent du foyer ou du nettoyage de l’échangeur thermique voire des filtres à fumées, une bonne conception de chaudière les fera aboutir dans un cendrier sous l’effet combiné de la gravité et de dispositifs mécaniques (comme une vis sans fin).

Suivant la teneur en minéraux du bois-énergie qui est à l’origine de la formation des cendres et de la consommation, le volume de cendres généré est plus ou moins important. Souvent, le volume du cendrier est fixé par le constructeur si bien que la fréquence de vidage du cendrier dépend des applications. Pour fixer les idées, on parle de décendrages espacés de deux semaines jusqu’à un seul décendrage par saison de chauffe. Les variations sont donc assez conséquentes, mais restent suffisamment espacées pour garantir le confort d’utilisation. Pour fixer les idées, le taux de cendres est d’approximativement 0.5% du poids avec des granulés jusqu’à 2 voire 3% pour des bois plus minéralisés (par exemple, contenant beaucoup d’écorces).

Pour garantir le caractère renouvelable de la combustion du bois, les cendres doivent être idéalement restituées à la nature. Il s’agit en effet de minéraux qui ont été prélevés au sol durant la croissance de l’arbre. Il est donc logique de restituer ces éléments pour avoir un bilan écologique le plus neutre possible. Néanmoins, à l’heure actuelle, la législation en région wallonne n’autorise pas les épandages en forêt et, pour l’agriculture, les cendres doivent être analysées et agrées par l’AFSCA pour pouvoir intégrer un amendement agricole.

Si le bois est sain, l’épandage ne pose pas de gros problèmes techniques. Par contre, si le bois est pollué, les cendres peuvent contenir des produits toxiques, par exemple du Plomb ou de l’Arsenic. Il n’est dès lors pas question de répandre ces cendres polluées directement dans la nature.

Ballon tampon et cycle de production

Dans les cas des chaudières au bois, on intercale parfois un ballon tampon entre la chaudière et le circuit primaire de chauffage.

Les chaudières au bois présentent des cycles de fonctionnement relativement longs, c’est-à-dire l’espace de temps entre la première injection de combustible et l’arrêt de fonctionnement de la chaudière. Pour les applications domestiques, on parle d’une demi-heure pour les chaudières à pellets et d’une heure pour les chaudières à bûches. Si on veut travailler sur des cycles de production plus courts, la qualité de la combustion sera dégradée significativement. Cette caractéristique est liée à la physique de la combustion du bois. En conclusion, on peut synthétiser que la chaudière doit fonctionner pendant une durée minimale pour travailler de manière efficace.

Les chaudières possèdent une modulation de puissance, c’est-à-dire que la puissance instantanée peut être inférieure à la puissance nominale de chaudière. Certains modèles de chaudière bois-énergie peuvent avoir une plage de modulation d’au maximum 25 à 100 %. Par exemple, une chaudière de 25 kW pourrait avoir une puissance instantanée minimale proche de 6 kW. Cette modulation permet de s’adapter aux besoins thermiques instantanés du bâtiment. Au mieux, on a une production de chaleur qui est égale à la chaleur consommée par le bâtiment. Dans ce cas, la chaudière fonctionne sur base de cycles de production longs. Tout se passe alors pour le mieux : on obtient un fonctionnement continu synonyme de meilleur rendement ainsi qu’un minimum de gaz nocifs produits.

La réalité est malheureusement un peu plus complexe. Suivant les saisons, l’ensoleillement voire l’occupation du bâtiment, les besoins de chaleur de celui-ci seront fort variables. Les puissances demandées pour chauffer le bâtiment peuvent varier à la fois en amplitude, mais aussi dans le temps. À certaines périodes, le besoin d’énergie du bâtiment peut être trop faible pour absorber toute l’énergie produite par un cycle de combustion de la chaudière au bois, même si la durée du cycle est limitée au minimum. En outre, on ne veut engendrer aucune surconsommation : on ne veut pas rejeter la puissance excédentaire ou surchauffer le bâtiment. Ces aspects sont traités dans la partie relative au dimensionnement des chaudières au bois.

Si on ne peut absorber raisonnablement la quantité minimale d’énergie produite par une chaudière, une solution est d’intercaler un ballon tampon entre la chaudière et le circuit primaire de chauffage. Le volume du ballon est dimensionné pour absorber une bonne partie de l’énergie d’un cycle minimal de combustion, si bien que la chaudière est assurée de fonctionner dans des conditions optimales. L’énergie qui n’est pas consommée instantanément par le bâtiment est stockée dans le ballon. Ensuite, une fois la chaudière éteinte, le circuit de chauffage vient s’alimenter dans cette réserve de chaleur au rythme des demandes du bâtiment. Le ballon tampon permet de « temporiser ». Ce ballon permet de faire un découplage entre le rythme de la chaudière et le rythme des demandes du bâtiment. D’un côté, la chaudière peut fonctionner sur base de cycles suffisamment longs, indépendamment de la demande du bâtiment. D’un autre côté, le bâtiment peut toujours être chauffé à la bonne puissance et au bon moment. On a une combustion efficace et aucune surconsommation. Au pire, on a les pertes du ballon tampon.

Installation avec chaudière industrielle de 230 kW de l’école IND à Saint-Hubert. On trouve à gauche la chaudière (en jaune) et le ballon tampon associé (en gris). On voit aussi les conteneurs de cendres (« poubelles » métalliques en gris à gauche de l’image).

Découvrez ces exemples de chaudières bois ou pellets : la chaudière à pellets à la résidence 3e âge « Aux Lilas » de Bonlez, le chauffage urbain au bois de Libin et le chauffage au bois à l’hôpital de Dave.

Author Image Posted By : Laurent 17 Fév, 2010

Bois-énergie : les points clés

Bois-énergie

Origines et conditionnement

Cette section est essentiellement issue des dossiers réalisés par  Valbiom sur la filière bois-énergie. Ces documents sont disponibles sur le portail énergie de la Région Wallonne. Néanmoins, certains dossiers sont essentiellement destinés au secteur domestique.

Avec une superficie forestière de  544 800 ha équivalents à 32% du territoire, la Wallonie présente d’importante ressources en combustibles biomasse (En 2017, Les combustibles biomasse wallons représentent 76% de l’énergie renouvelable wallonne((La place des bioénergies en Europe, Belgique et Wallonie – Valbiom – décembre 2017))). Cependant, ces ressources ne peuvent être exploitées d’une manière raisonnée, traçable et durable qu’à travers la structuration de ce potentiel au sein d’une filière professionnelle.

D’où vient le bois ?

Le bois destiné à la production d’énergie peut avoir plusieurs origines. D’une part, il peut s’agir de bois directement coupé dans des exploitations forestières pour des applications énergétiques (typiquement le chauffage au moyen de bûches). D’autre part, il peut s’agir de sous-produits, aussi appelés « produits connexes » :

  • Sous-produits issus l’exploitation forestière, exploitation dont le produit principal sert à alimenter l’industrie. Il s’agit de sciures, de copeaux, d’écorces, de plaquettes voire de chutes diverses.
  • Sous-produits issus de la première transformation du bois, par exemple au sein de scieries ou des entreprises de déroulage du bois. Ces sous-produits peuvent se trouver sous forme d’écorces, de sciures, de plaquettes ainsi que de chutes diverses.
  • Sous-produits issus de la deuxième transformation du bois, notamment dans les menuiseries et les fabriques de panneaux. Il s’agit de copeaux, de sciures et de chutes diverses.
  • Sous-produits issus de l’entretien des routes, des voies de chemin de fer, des haies ainsi que des arbres isolés. Les volumes générés sont non-négligeables. Généralement, on exploite les grumes, c’est-à-dire le tronc d’arbre abattu dont on a coupé les branches, mais qui est toujours recouvert de son écorce,  les tiges étant broyées sur place.
  • Bois en fin de vie issu de la démolition (bois de rebut), souvent sous forme de plaquettes. Dans ce cas de figure, il faut distinguer le bois propre d’un bois traité. Par bois traité, on entend un bois imprégné par un produit de conservation du bois (PCP ou autre) ou un bois qui a été recouvert sur sa surface (par du PVC ou autre). Bref, tout élément exogène qui rend le bois impur et risque de le rendre impropre à la combustion.

Sous quelle forme ?

Les bûches

Les bûches sont principalement utilisées pour les applications domestiques étant donné que leur usage demande une certaine manutention, une charge socio-économique rarement compatible avec les applications privées ou publiques de grands bâtiments ou de logements collectifs. Pour avoir une vue globale, la thématique des bûches est reprise dans Énergie+ bien qu’il soir fort improbable de retrouver des bûches dans le domaine tertiaire, le secteur cible d’Energie+.

Les bûches viennent principalement de l’exploitation de taillis ou de la récupération des houppiers (c’est-à-dire la tête des troncs d’arbre, toute la partie supérieure au fût). Le tronc est quant à lui destiné à la scierie pour une exploitation industrielle. En fait, on utilise pour le chauffage le bois qui n’a pas la qualité ou les dimensions suffisantes pour un usage industriel, on pense notamment à la menuiserie et à la production de panneaux.

Illustration des différentes parties d’un arbre lors de sa valorisation.

Le bois peut être vendu dans un conditionnement plus ou moins fini :

  • Sur pied : l’acheteur devra réaliser ou faire réaliser la coupe du bois par ses propres moyens ainsi que son conditionnement.
  • En « bord de route » : le vendeur aura préalablement abattu l’arbre et l’aura débardé (pour l’amener au lieu de chargement).
  • Débité : le tronc aura été préalablement découpé.
  • Conditionné en stère (c’est-à-dire un volume d’un m³).
  • Séché à l’abri jusqu’à deux ans.

Plus le conditionnement sera fini, plus le coût sera élevé. Il y a moyen de réaliser des économies substantielles en réalisant une des ces étapes soi-même. Néanmoins, il faut pouvoir assurer ces tâches et disposer d’une zone de stockage qui peut être non négligeable. Encore une fois, on conçoit facilement de réaliser de telles tâches pour une application domestique alors que c’est pratiquement exclu pour les autres contextes.

Conditionnement en stère

Les bûches sont généralement conditionnées en stère. Il s’agit d’un volume d’ 1m x 1m x 1m dans lequel sont empilées des bûches. Suivant la longueur des bûches, leurs formes ainsi que leur régularité, on va pouvoir entasser plus ou moins de bûches dans ce même volume. Comme les bûches sont vendues par stère, il faut donc être vigilant sur leur condition d’empilement. D’une part, cela dépend de la qualité géométrique du bois (longueur, régularité et forme) mais aussi la rigueur avec laquelle on a empilé les bûches.

Illustration de la relation entre le volume apparent et le conditionnement du bois : évolution du volume apparent occupé en fonction de la longueur de la découpe. En prenant au départ 1 m³ de bois coupé sur 1m, on trouve in fine 0.7 m³ de bois coupé en 33 cm.

Pour quantifier cela, on définit le coefficient d’empilage qui est le volume de bois plein présent dans un stère :

CE = m³bois plein/m³apparent = m³bois plein/stère

Le tableau suivant donne un bon aperçu des variations possibles sur le coefficient d’empilage et de leur impact sur la quantité de bois plein présent au sein d’une stère. En reprenant nos considérations sur le *PCI, on voit bien que ce potentiel d’énergie par unité de masse est indépendant de l’essence. Par contre, le PCI par stère dépend à la fois de la masse volumique et du coefficient d’empilage qui sont bien fonction de l’essence.

*PCI : pouvoir calorifique inférieur.

Tableau 1 : Influence du coefficient d’empilement et de l’essence sur les propriétés énergétiques d’une stère de bûches.

Essence HR de 20 La d Coefficient d’empilage [m³/stère] Masse volumique [kg/m³] Masse volumique [kg/stère] Pouvoir Calorifique Inférieur [kWh/kg] Pouvoir Calorifique Inférieur [kWh/stère]
Chêne 0.46 à 0.68 725 334 à 493 3.9 1 302 à 1 922
Hêtre 0.58 à 0.77 725 421 à 558 3.9 1 641 à 2  176
Epicéa 0.62 à 0.76 425 264 à 323 3.9 1029 à 1 259

La définition de corde n’est pas standardisée.

Les filières de production du bois-bûche en Wallonie

Selon Valbiom, la filière de valorisation de bois-bûche est faiblement organisée puisque les producteurs sont, d’une part nombreux, et d’autre part, exercent parfois cette activité d’une manière complémentaire à une activité de valorisation forestière principale. Il s’avère donc moins fiable de récolter une information chiffrée et précise sur leur activité.

Cependant, les tendances démontrent que cette filière commence à se structurer. En effet, la production ne vise pas uniquement à répondre aux besoins de chauffage domestique, mais aussi à fournir du bois-bûche pour attirer de nouveaux clients dans le secteur industriel.

Sans une professionnalisation de cette filière en Wallonie, la production de bûches de qualité sera toujours coûteuse et demandera beaucoup de main-d’œuvre.

Les plaquettes

Photo plaquettes bois.

Exemple de plaquettes.

Source :  www.valoris-environnement.fr.

Les plaquettes sont obtenues par le broyage du bois. Elles sont obtenues à base de sous-produits d’exploitation forestière (par exemple, de houppiers), de déchets issus de la transformation du bois voir de l’entretien des routes ou voies ferrées ainsi que des espaces verts. En outre, cela permet de valoriser ces déchets et de ne pas payer pour s’en débarrasser.

C’est un conditionnement typique pour les applications dans le tertiaire ou l’industrie en chaufferie automatique. En effet, aucune manutention n’est plus nécessaire : le broyage en plaquettes permet d’automatiser tout le processus, à partir du transport jusqu’à l’alimentation de la chaudière.

Le gabarit de ces plaquettes de forme plus ou moins parallélipédique peut varier suivant l’appareil de broyage. Seule la longueur peut être réglée, généralement, elle est comprise entre 15 et 30 mm.

Elles sont obtenues en broyant du bois vert ou légèrement ressuyé. Les plaquettes présenteront alors une humidité relative autour de 50 % qui diminuera rapidement lors du stockage à cause de phénomènes de fermentation qui réchauffent le tas. C’est ce phénomène de fermentation aérobie qui assure le séchage qui dure généralement de 3 à 6 mois. Un emploi efficace nécessitera une phase de séchage sous abris et sur dalle (pour éviter les remontées d’humidité) pour atteindre une humidité de 20 à 25 %. Les plaquettes peuvent aussi être obtenues en broyant du bois qui a été préalablement séché. Dans ce cas, on peut atteindre 20 % d’humidité relative.

Exemple de séchage de plaquettes (Combubois à Sainlez).

Il est important de savoir que les plaquettes doivent avoir atteint un taux d’humidité inférieur à 30 % avant d’être stockées de manière viable sur une longue durée dans un silo fermé. Si l’humidité est trop élevée, le bois pourrait subir un phénomène dit de seconde fermentation qui engendrerait la dégradation des plaquettes (formation de méthane, de champignons ou de sucre). Ce phénomène pourrait même détériorer la chaudière lors de la combustion, et, in fine, alourdir la facture d’entretien. Cela met en évidence l’importance de la teneur en eau lors de l’achat de plaquettes. Dans certaines applications, certaines technologies de chaudières peuvent fonctionner avec des plaquettes vertes.

Mètre cube Apparent de Plaquettes (map)

De manière analogue à ce qu’il a été expliqué pour les bûches, un tas d’1 m³ de plaquettes ne contient pas 1 m³ de bois plein. En fait, il y a beaucoup de vide entre ces plaquettes. Un mètre cube apparent de plaquettes, map en abrégé, correspond à un m³ du tas de plaquettes. Dans ce mètre cube, on ne trouve approximativement que 0.4 m³ de bois plein et par conséquent, 0.6 m³ d’air.

1 m³ de bois plein est approximativement égal à 2.5 map de plaquettes.

L’essence du bois à la base des plaquettes a aussi sont importance dans la mesure où il conditionne la masse volumique. Suivant la valeur de la masse volumique, on aura plus ou moins de kg de bois dans notre map. En reprenant nos considérations sur le pouvoir calorifique inférieur (PCI), on a montré que c’est la masse volumique et l’humidité qui importent pour la détermination du pouvoir calorifique. Le tableau suivant donne un ordre de grandeur.

HR de 30 % Coefficient d’empilage [m³/map] Masse volumique [kg/m³] Masse volumique [kg/map] Pouvoir Calorifique Inférieur [kWh/kg] Pouvoir Calorifique Inférieur [kWh/map]
Plaquettes 0.4 625 250 3.3 825

Qualité et labels

Les plaquettes peuvent être de qualité différente en fonction de l’essence ainsi que de l’humidité. Les appareils de combustion ainsi que les distributeurs de plaquettes utilisent essentiellement deux chiffres pour qualifier les propriétés physiques des plaquettes. La teneur en eau en % est spécifiée après la lettre W suivie de la taille de la plaquette en mm après la lettre G : une plaquette G30 W50 correspond à des plaquettes de 30 mm à une humidité de 50 % (bois vert) alors que G30 W20 correspond à des plaquettes séchées dont l’humidité est descendue à 20 %.

On fait parfois référence au label autrichien ÖNORM M 7133 pour certifier les propriétés physiques d’un lot de plaquettes et ceci pour les applications domestiques ou de puissance inférieure à ~150 kW. Beaucoup de fabricants de chaudières se retranchent derrière ce critère de qualité pour garantir les performances et la viabilité de leur matériel (la chaudière, mais aussi le système d’alimentation). Néanmoins, pratiquement aucun fournisseur belge de plaquettes n’est certifié pour cette norme. Heureusement, beaucoup de producteurs ont des plaquettes qui ont des propriétés conformes ou proches de ce standard, mais il n’y a pas véritablement de procédure de contrôle de qualité. Dans ce cadre, il est intéressant de connaître le producteur de plaquettes ou d’engager la responsabilité du fournisseur sur la qualité de ses plaquettes dans le contrat d’approvisionnement (essentiellement sur la granulométrie G et sur la teneur en eau W).

Les filières de production des plaquettes en Wallonie

Les producteurs de plaquettes forestières en Wallonie sont majoritairement  des agriculteurs ou des exploitants forestiers qui possèdent déjà un tracteur et un accès à la ressource bois. Ils profitent d’une période creuse pour produire et commercialiser des plaquettes.

Jusqu’à présent, 19 producteurs et/ou fournisseurs de plaquettes de chauffage sont recensés par ValBiom. L’estimation de la capacité annuelle de production reste relative et tourne autour de 100.000 t en 2018.

Le bois densifié : pellets, bûchettes et briquettes

Le bois densifié est produit à partir de sous-produits de bois de petite dimension, principalement de la sciure. Pour les briquettes et bûchettes, d’autres éléments peuvent être utilisés, comme des copeaux. Après une phase de séchage, le bois est compressé pour produire un matériau dense et homogène.

Aucun liant n’est ajouté au bois pour assurer la cohésion de la matière densifiée. En effet, la compression engendre une montée importante de la température conduisant à la détente et la plastification de la lignine, un polymère naturellement présent dans le bois. Une fois refroidie, cette lignine assurera le rôle de liant naturel de la matière densifiée.

La densification du bois va augmenter son pouvoir calorifique par m³. D’une part, sous l’effet de l’augmentation de la masse volumique : on trouve plus de masse de bois dans un même volume, d’autre part, sous l’effet de la phase séchage qui va réduire l’humidité relative autour de 10 %, ce qui est bien en dessous de ce que l’on peut obtenir en réalisant un séchage du bois à l’air libre. En conclusion, la densité énergétique du bois densifié est significativement plus importante. Le volume de stockage demandé pour un même besoin énergétique sera donc plus faible que pour les bûches ou les plaquettes. En outre, l’énergie requise pour réaliser le transport est liée au PCI/m³ étant donné qu’un camion sera essentiellement restreint  par le volume de matière qu’il pourra charger. A distance de déplacement égale, le coût énergétique du transport est donc moindre pour du bois densifié.

Le produit fini peut être sous forme de :

  • pellets, des granulés de diamètre de 6 à 12 mm pour une longueur allant jusqu’à 20 mm. Dans ce cas, les petites dimensions ainsi que les surfaces lisses des pellets permettent un certain écoulement de la matière et donc une automatisation complète de l’alimentation ainsi que de la chaîne d’approvisionnement. En 2009, 7 producteurs de pellets étaient actifs en Wallonie dont un pour l’usage industriel. Une liste de producteurs et de distributeurs de pellets élaborée par Valbiom est disponible sur le site internet de l’énergie de la Région Wallonne. Les pellets sont vendues non pas par unité de volume, mais suivant la masse : en tonne ou en kg.

Photo pellets.

Exemple de pellets

  • briquettes (sous forme de briques) et bûchettes (sous forme de bûches), de 5 à 10 cm de largeur ou de diamètre pour 10 à 20 cm de longueur. Vu les dimensions, l’automatisation n’est pas possible, l’application au domaine tertiaire doit donc être mise question. D’ailleurs, le facilitateur tertiaire pour le bois-énergie, Francis Flahaux (FRW), pour le secteur public considère que cela ne s’applique pas du tout pour le tertiaire. Certains modèles semi-automatiques existent. Dans ce cas, la chaudière contient un réservoir alimenté manuellement dans lequel un volume de briquettes peut être stocké, ce qui assure une certaine autonomie. Ces briquettes seront concassées avant d’être acheminées vers la chambre de combustion. Il n’en reste pas moins que la taille de ce réservoir est limitée, cela s’applique à des installations de faible puissance, une phase de manutention étant toujours nécessaire.

Exemple de bûchettes

Qualité et labels

Le bois peut être densifié avec plus ou moins de soin, suivant le choix de la matière première ainsi que son humidité. Il en résulte que la qualité du produit fini peut-être plus ou moins bonne. Les principales propriétés recherchées sont la résistance à l’abrasion, notamment pour les phases de transport et de manutention, ainsi que la conservation durant le stockage. Durant l’achat de bois-énergie densifié, il faudra comparer les prix, mais aussi tenir compte de la qualité du produit.

Il n’existe pas de norme au niveau belge sur la qualité des pellets. Les producteurs et fournisseurs de pellets font référence à des normes de qualité étrangère. En effet, on entend souvent parler de normes allemandes DIN 51731 et DINplus, de la norme autrichienne ÖNORM M 7135 ou de la norme française NF qui donnent les caractéristiques physiques des pellets et la manière de le déterminer. Depuis quelques années, la norme allemande DINplus est devenue le standard imposé par la majorité des constructeurs de poêles et chaudières. En outre, cette qualité peut aussi être requise par les systèmes d’alimentation et pas uniquement les chaudières elles-mêmes.

Logo normes allemandes DINplus.

La standardisation des pellets permet l’automatisation et le réglage des appareils de combustion. Tous les producteurs de pellets ne font pas certifier leurs produits dans la mesure où cela peut demander beaucoup de temps et d’argent. Cela ne veut pour autant pas dire que les pellets non certifiés ne sont pas de bonne qualité. Néanmoins, aucune garantie ne peut être donnée sur cette qualité. Dans ce cas de figure, il vaut mieux connaître le producteur. Certains respectent les standards de la norme DINplus sans pour autant être passés par la procédure officielle de certification. En effet, des analyses légales peuvent toujours être faites par des laboratoires agrées. La nuance peut être comprise dans une formulation différente dans la description de leur produit : pellets « conformes » DINplus au lieu de pellets « certifiés » DINplus.

En 2012 est apparue au niveau européen une norme visant à contrôler la fabrication, l’entreposage ainsi que la qualité des granulés de bois.  Cette norme a été développée par l’European Pellet Council, organisme regroupant les associations nationales du secteur des pellets. La norme ENplus intègre 2 classes en fonction de différents critères de qualité : la classe A1, la plus stricte et la classe A2 qui diffère notamment par une tolérance plus élevée au niveau du taux de cendres. Toutes les informations sur cette norme sont disponibles sur le site officiel ENplus : http://www.enplus-pellets.eu/.

Norme EN Plus Bois

Au niveau des volumes de stockage ainsi que de transport, retenons que pour un même contenu énergétique, ce sont les plaquettes qui prennent le plus de place (600 à 1 000 kWh/map). Ensuite viennent les bûches avec un volume approximativement deux fois moindre (1 500 à 2 000 kWh/stère). Finalement, on arrive aux pellets où l’on peut de nouveau diviser par deux le volume (3 200 à 3 500 kWh/map). Il faut mettre ces chiffres en relation avec le PCI d’un litre de mazout qui vaut approximativement 10 kWh, c’est-à-dire ~10 000 kWh/m³. En conclusion, pour obtenir le même contenu énergétique qu’un mètre cube de mazout, vous avez besoin de ~3 map de pellets, ~6 stères de bois et approximativement 12 map de plaquettes. Cela donne une bonne idée du volume de stockage que cela nécessite si l’on connaît la fréquence d’approvisionnement. La durée de l’autonomie peut varier fortement d’un projet à l’autre, d’un secteur à l’autre. Un bon ordre de grandeur pour le secteur tertiaire est une autonomie de 1 mois.

Comparaison indicative des combustibles-bois : source Valbiom (comprenant documents ADEME 1999, Carré et al. 1991)

Origine Automatisation PCI (moyenne) Humidité sur masse brute Masse volumique Energie volumique
Bûches

Rémanents forestiers (feuillus) et taillis.

 Non 2 100 à 3900 kWh/t 20 à 50 % 250 à 600 kg/stère 1 500 à 2 000 kWh/stère

Entretien de haies ou de bords de route.
Plaquettes

Broyage de rémanents lors d’exploitation forestière.

 Oui 2 200 à 3 900 kWh/t

 

 20 à 50 %

 

 180 à 400 kg/map³

 

 600 à 1 000 kWh/map

 

Broyage lors d’entretien de haies ou de bords de route.

Broyage de sous-produit de l’industrie de transformation du bois.

Bois de rebut.

 3 300 à 3  900 kWh/t 20 à 30 % 170 à 270 kg/map³ 600 à 950 kWh/map
Pellets

Densifié à partir de sciure séchée.

 Oui 4 600 kWh/t 8 à 12 % 700 à 750 kg/map³ 3 200 à 3 500 kWh/map

Les filières de production du bois densifié

Il existe 7 sites de production de pellets en Wallonie et 12 sur l’entièreté du territoire belge en 2017.

En ce qui concerne la production en granulation, l’augmentation de la capacité de production s’est accélérée, passant à 270.000 t/an en  2007, à 650.000 t/an en 2017, dont 75%  concernait uniquement la production effective de pellets.

Quant aux briquettes et bûchettes de bois densifiées, il existe en 2017 5 producteurs en Belgique, dont 3 en Wallonie. La capacité de production est de 15.000 t/an.

 

Impact environnemental et socio-économique

Impact environnemental

Dans la théorie relative à la combustion du bois-énergie, le bilan neutre de CO2 émis lors de la combustion du bois est mis en évidence. Les choses sont cependant un peu plus complexes : la réintroduction dans de la matière végétale du carbone dégagé lors de la combustion prend du temps. Or, le changement climatique n’est plus un enjeu lointain, mais une urgence. Il faut donc s’assurer que le cycle du carbone sur lequel on se base est le plus court possible. Il faut également veiller à ne pas réduire le rôle de puits de carbone des forêts, qui sont nécessaires à terme pour contrebalancer les émissions de gaz à effet de serre que nous ne parviendront pas à éviter. Or l’évolution du stockage de carbone en forêt est lente et dépend de nombreux paramètres, en particulier la répartition des classes d’âge, qui est héritée de la gestion passée. Par exemple, certains pays européens ont vu leurs forêts détruites pendant la Seconde Guerre mondiale et replantées dans les années 50. Ces forêts sont actuellement à maturité, ce qui justifie des coupes qui vont entraîner une diminution temporaire du stockage de carbone, mais répondent néanmoins à une gestion durable, visant à maintenir à long terme le stockage de carbone((https://plateforme-wallonne-giec.be/lettre/)).

Force est de constater que, à l’échelle mondiale, l’industrie du bois n’est pas toujours compatible avec les enjeux environnementaux. Notamment, l’appétit des producteurs d’énergie pour les pellets comme remplacement du charbon entraine une explosion de la demande (fois 20 entre 2009 et 2018 selon l’Outlook for Wood Pellets), et induit des pratiques défavorables à la biodiversité et à la régénération des forêts.  Cette situation a poussé un grand nombre de scientifiques à signer en février 2021 un appel aux autorités européennes  (« Letter Regarding Use of Forests for Bioenergy ») plaidant pour que la combustion de biomasse ne soit plus subsidiée et ne soit plus considérée comme neutre en carbone. Globalement, pour que la production de bois énergie ait une plus-value carbone, il faut que soit l’espace libéré laisse place à une forêt avec des stocks de carbone à l’hectare plus élevés à terme, soit la récolte permet d’anticiper une détérioration de la forêt et par conséquent entretient la pompe à carbone.

En pratique, faut-il donc en finir avec la biomasse ? Non, mais il faut aujourd’hui séparer le bon grain de l’ivraie, et considérer que l’hypothèse d’un bilan neutre ou faible en CO2  de la combustion de biomasse n’est valide que dans trois situations :

  • Lorsque le bois est issu d’une forêt exploitée de manière durable, en ce compris d’un point de vue biodiversité. Deux labels garantissent cela : FSC et PEFC. La Wallonie a fait le choix d’encourage la certification PEFC. Selon le rapport sur l’état de l’environnement wallon, fin 2020, les forêts certifiées PEFC couvraient 52,4 % de la superficie forestière wallonne totale : la quasi-totalité des forêts publiques, mais seulement une dizaine de pour cent des surfaces forestières privées, alors qu’elles constituent la moitié de la superficie totale.
  • Lorsque le bois est en fin de vie utile : un projet pilote de valorisation de bois de déchetterie est en préparation à Mont-Saint-Guibert : InBW fournira le bois de ses recyparcs, pour alimenter une chaufferie connectée au réseau de chaleur de Louvain-la-Neuve, alimentant les bâtiments de l’UCLouvain. Une idée intéressante à reproduire ailleurs : ne bruler le bois qu’à condition qu’il ait déjà été une charpente, un meuble,… et qui ne soit plus réutilisable en tant que tel.
  • Lorsque la biomasse est de cycle court. On vise là les agrocombustibles. Il s’agit de la biomasse végétale produite en zone agricole (donc non-forestière) et qui est destinée à une valorisation énergétique. Il peut s’agir de bois ayant poussé en zone agricole ou de plantes herbacées, de résidus agricoles ou de cultures dédiées (miscanthus par exemple) (Valbiom, 2018). On peut alors compter sur un cycle annuel du carbone. Les agrocumbustibles sont pour l’instant essentiellement utilisés en autoproduction (l’exploitant valorise lui-même la biomasse), mais la filière commence à se structurer, et une contractualisation avec des agriculteurs pour garantir une fourniture régulière est envisageable. Outre un intérêt climatique, cette piste permet, dans certaines conditions, de consolider le tissu économique agricole, et de redessiner des paysages tout en favorisant la biodiversité (par des haies, taillis, etc.). À l’échelle globale, la question des agrocarburants soulève d’autres enjeux, notamment la concurrence avec la production vivrière. Mais dans le contexte wallon de soutien à une agriculture paysanne, basée sur des pratiques agroécologiques, ce type de production a tout à fait sa place((https://energie.wallonie.be/servlet/Repository/panorama-des-filieres-bois-energie-et-agrocombustibles-en-wallonie.pdf?IDR=49095)).

Dans ces conditions, si le bois-énergie est brûlé dans des chaudières performantes, l’émission de gaz nocifs et de particules fines est contrôlée, si bien qu’on peut alors dire qu’il s’agit d’une énergie propre.

Que faire alors comme gestionnaire de bâtiment ? Idéalement, choisir des fournisseurs dans une logique de circuits courts : des agriculteurs locaux qui pourront diversifier leur production grâce à la fourniture d’agrocarburants. Des coopératives, agissant parfois comme tiers investisseurs, peuvent servir d’intermédiaire pour cela. Si un tel partenariat n’est pas possible, exiger de vos fournisseurs la preuve que leur biomasse est wallonne (dans le cas des agrocombustibles) ou issue d’une forêt labellisée PEFC ou FSC. En dernier recours, exiger que le bois soit d’origine UE. Surtout, il ne faut en aucun cas fermer les yeux sur la provenance de la biomasse que vous brulez !

Impact socio-économique

Plusieurs aspects peuvent être mis en évidence :

  • Une énergie rentable : Les performances du bois-énergie doivent être évaluées au-delà de considérations purement économiques. En effet, il ne fournit pas simplement de chaleur, il contribue aussi à la réduction des GES. Deux services sont donc rendus. C’est pourquoi, à performances économiques égales, il doit être favorisé par rapport aux énergies fossiles. Néanmoins, on remarque que le bois-énergie peut tout à fait être compétitif au niveau économique. Il suffit de bien étudier ou de faire évaluer son projet. Les installations bois-énergie sont caractérisées par un investissement initial relativement important, mais qui peut être amorti par une économie substantielle au niveau de la facture énergétique. En effet, suivant les sources d’approvisionnement, le coût par kWh du combustible bois-énergie est inférieur aux énergies fossiles. Contrairement à certaines idées reçues, performances économiques et énergies renouvelables peuvent naturellement aller de pair. À titre illustratif, on peut s’en rendre compte au moyen du baromètre des coûts des combustibles pour le secteur domestique réalisé par l’APERe. La figure ci-dessous tirée du mensuel Renouvelle reprend l’évolution du prix de l’énergie par kWh sur une période allant de janvier 2010 à décembre 2020. En ce qui concerne le bois-énergie, les prix ne comprennent pas les frais de transport. Néanmoins, on voit que le bois-énergie reste particulièrement bon marché et donc attractif. En fait, la différence peut être encore plus marquée pour le secteur tertiaire. Cela dépend aussi du contrat avec le fournisseur. Dans le domestiques, les pellets ont actuellement un prix comparable au mazout, mais les bûches et particulièrement les plaquettes sont moins chères que les énergies fossiles. Dans le tertiaire, les pellets peuvent aussi être obtenues à des prix intéressants par rapport au mazout.

Evolution des prix du combustible

Analyse de l’évolution des prix des combustibles pour le secteur domestique réalisée par l’APERe et issue de la revue Renouvelle.

Prix bois

Le graphique ci-dessus montre l’évolution des prix moyens unitaires, à monnaie courante, des différentes vecteurs « bois »  achetés par les ménages en Belgique.

  • Une énergie locale : Si le bois-énergie vient de nos contrées, cela contribue à diminuer la dépendance énergétique de notre pays et de nos régions. En outre, cela permet de valoriser certains sous-produtis de bois et cela crée des emplois locaux, non délocalisables.

Où en est la filière bois-énergie en Wallonie ?

En 2017, les filières de la biomasse solide ne sont pas recensées dans les règles d’art et les chiffres officiels parlant de chauffage au bois dans les entreprises et les collectivités restent très limités. Toutefois, le recensement qu’à établi ValBiom révèle la présence de 149 installations de chauffage au bois dans les entreprises en Wallonie ayant une puissance totale de 397 MW. Parmi ces installations, dix unités sont des installations de cogénération représentant 85 % de la puissance totale recensée.

Quant aux installations fonctionnant aux agrocombustibles en Wallonie, Valbiom a recensé la présence de 18 chaudières à Biomasse agricole. 7 chaudières  utilisent du miscanthus, une de l’anas de lin et 10 fonctionnent en un mélange des plusieurs types d’argocombustibles((Panorama des filières bois-énergie et agrocombustibles en Wallonie – Valbiom – 2018)).

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