En raison de sa faible densité énergétique, qui nécessite la manutention de grandes quantités de combustible, de sa teneur en
Type Prix indicatif Coûts spécifiques
Plaquettes de bois d’origine forestière 5,5 – 6,5 ct./kWh
Bois de feuillu frais 40 – 46 Fr./map
Bois de feuillu sec 44 – 51 Fr./map
Bois de résineux frais 27 – 33 Fr./map
Bois de résineux sec 32 – 38 Fr./map
Granulés de bois
Quantité 3 t 394 Fr./t 7,9 ct./kWh
Quantité 5 t 380 Fr./t 7,6 ct./kWh
Quantité 8 t 369 Fr./t 7,4 ct./kWh
Tableau 26: Prix in-dicatifs pour diffé-rents types de bois énergie (Economie forestière suisse, 2012).
Illustration 121: Dé-roulement de la combustion du bois
eau souvent élevée et de son point de fu-sion des cendres bas, le bois est considéré comme un combustible difficile. Les types de bois moins coûteux, par exemple issus de l’entretien paysager ou de bois de récu-pération, nécessitent une technologie plus complexe pour obtenir une combustion de bonne qualité. Dans un chauffage à bois, la libération des substances volatiles s’effec-tue par gazéification du bois dans le lit de braises. Les substances qui dégagent des gaz sont mélangées à l’air de combustion primaire et brûlées dans la chambre de combustion avec formation de flammes.
Pour garantir la combustion complète des gaz, de l’air secondaire est apporté. La combustion du bois se déroule ainsi en trois phases. Celles-ci sont parfois simultanées, parfois successives (illustr. 121). Dans la phase de séchage, de la chaleur est amenée au bois humide par rétrodiffusion à partir de la troisième phase de combustion (oxy-dation). De cette manière, au-dessus d’une température de 100 °C, l’humidité du com-bustible s’évapore. A partir de 250 °C, l’ef-fet de la chaleur provoque la décomposi-tion du bois. Dans la seconde phase, la py-rolyse, se produit la gazéification par apport d’air primaire. Les produits qui en résultent sont des gaz et du carbone solide. La gazéi-fication du carbone s’effectue à partir d’une
température de 500 °C. Dans la troisième phase de combustion, à une température comprise entre plus de 700 et 1500 °C, les gaz combustibles sont oxydés, ce qui conduit à la formation de dioxyde de car-bone et d’eau. C’est dans cette phase de combustion que doit s’effectuer le dégage-ment de chaleur vers les parois entourant la chambre de combustion et vers le nouveau combustible acheminé.
Polluants
La combustion du bois produit des pol-luants qui dépendent de la composition du combustible et des conditions de combus-tion. Le système de combustion a pour tâche de créer de bonnes conditions pour que le processus de combustion puisse se dérouler de façon optimale dans les trois phases décrites. En outre, seule une exploi-tation correcte permet de réduire à un mini-mum la quantité de polluants émis. L’ap-port ciblé et le dosage de l’air sont néces-saires pour obtenir une combustion effi-ciente et peu polluante. Les polluants résul-tant d’une combustion incomplète peuvent être évités par de hautes températures et par un bon mélange des gaz avec l’air de combustion. Pour garantir la combustion de bois humide sans émission de polluants, il est indispensable de disposer d’une chambre de combustion chaude dotée d’une zone de séchage chaude et suffisam-ment grande. Dans le cas d’un foyer à grille, le combustible humide peut traverser les trois phases de combustion dans la chambre de combustion chaude avec un temps de H2O
CO + CXHY Particules non brûlées
CO2 + NOX Particules brûlées H2O+N2
«Bois» humide
CH1.4O0.7 (N, S, cendre) + H2O
H2O + Gaz combustibles CXHY+CO + H2+NHY
Produits souhaités: CO2 + H2O (+ N2) Produits non souhaités: NOX + particules
Chaleur Air primaire (O2 + N2)
Air secondaire
(O2 + N2) En cas de combustion incomplète
En cas de combustion complète correcte
Chaleur Cendre Séchage
Gazéification
Oxydation
Atmosphère Illustration 122:
Emissions d’un chauffage à bois au niveau de la chemi-née.
séjour suffisant jusqu’à ce que la cendre tombe finalement de la grille. Dans un sys-tème à alimentation manuelle, le combus-tible doit impérativement être sec pour que la chambre de combustion puisse atteindre la température nécessaire à une combus-tion complète et peu polluante.
Les émissions d’oxydes d’azote pro-viennent d’une part de l’azote contenu dans le combustible et d’autre part d’oxydes d’azote produits lors de la com-bustion. Les émissions d’oxydes d’azote produites par les chauffages à bois dé-pendent donc également de la teneur en azote du combustible. Pour réduire les émissions d’oxydes d’azote, des mesures primaires sans utilisation d’additifs, ou des mesures secondaires utilisant un agent ré-ducteur, peuvent être mises en œuvre.
Dans le cas des chauffages à bois, les me-sures secondaires consistent à appliquer un procédé de réduction non catalytique sélective (SNCR), qui utilise comme agent réducteur l’ammoniac ou une solution d’urée. L’utilisation du procédé de réduc-tion catalytique sélective (SCR) n’a pas été éprouvée dans le cas des installations de combustion du bois.
Indice d’excès d’air
Le rapport entre la quantité d’air apportée et la quantité de combustible est une grandeur d’exploitation importante qui
influence les émissions et le rendement.
Pour les combustibles solides, avec les-quels il est plus difficile d’obtenir le mé-lange des gaz combustibles avec l’air qu’avec des combustibles liquides ou ga-zeux, un indice d’excès d’air λ de 1,5 à 2,5 est généralement requis. L’illustration 123 montre le comportement de combustion d’installations de combustion, à l’aide de la caractéristique CO-lambda. Les émis-sions de CO sont un bon indicateur pour l’évaluation de la qualité de combustion.
La plupart des polluants non brûlés se comportent en termes de quantités de fa-çon similaire au monoxyde de carbone.
C’est pourquoi une bonne qualité de com-bustion est nécessaire pour que la part de polluants non brûlés reste faible. Dans l’exemple d’une chaudière à bûches (courbe rouge dans l’illustration 123), on peut différencier trois zones dans le dia-gramme. La zone I indique une combus-tion incomplète en présence d’un excès d’air élevé et d’une température de com-bustion basse. Dans la zone II (1,5 < λ < 2, 5), la température de combustion aug-mente à mesure que l’excès d’air diminue.
Par conséquent, la qualité de combustion augmente et la teneur en monoxyde de carbone des gaz de combustion diminue.
La zone III avec λ < 1,5 est caractérisée par un manque d’oxygène local et la qualité de combustion se dégrade. En raison du
Indice d’excès d’air λ 100 000
10 100 1 000 10 000
0 1 2 3 4 [–] 5
CO [mg/m3] à 11% O2
Poêle individuel
Chaudière à bûches
Chauffages à bois automatiques Illustration 123:
Emissions de mo-noxyde de carbone en fonction de l’ex-cès d’air (Documen-tation suisse du bâ-timent, Energie-bois
partie I).
De haut en bas:
Chauffage à bois à alimentation ma-nuelle simple; Chau-dière à bûches avec
combustion infé-rieure; Chauffage à
bois automatique avec technique de combustion simple;
Chauffage à bois automatique avec technique de
com-bustion perfor-mante.
mélange insuffisant de l’air de combustion et des gaz combustibles, les émissions de monoxyde de carbone augmentent.
L’OPair définit des valeurs limites d’émis-sions pour les particules, le CO et les NOx
pour les installations destinées à la com-bustion de combustibles-bois soumises à obligation de mesure (c.-à-d. d’une puis-sance thermique supérieure à 70 kW). Les cantons sont autorisés à fixer des valeurs limites plus strictes que celle de l’OPair.
Exploitation correcte des chauffages au bois
Pour garantir une combustion peu pol-luante, il ne suffit pas de disposer d’un bon système de combustion, il faut également que celui-ci soit correctement dimensionné et correctement exploité.
]
] Utiliser un combustible approprié:
Chaque système de combustion correspond plus particulièrement à certains combus-tibles. Ainsi, dans les chauffages à bois à alimentation manuelle, il ne faut utiliser que du combustible sec car il est techniquement impossible d’obtenir une combustion peu polluante avec des bois humides. Les sys-tèmes de combustion automatiques, quant à eux, ne peuvent pas être utilisés de façon universelle avec tous les types de bois, mais doivent être adaptés au combustible en termes d’humidité, de calibre, de part de particules fines et de part de corps étran-gers.
]
] Régler correctement les paramètres de combustion: Dans chaque système, qu’il soit manuel ou équipé d’une technique de combustion moderne, les paramètres de combustion doivent être correctement ré-glés. Ces réglages doivent être réalisés en fonction du combustible et de la puissance de combustion et doivent être adaptés en cas de modification.
]
] Veiller aux limites des systèmes de combustion: Chaque système de combus-tion possède ses limites d’utilisacombus-tion, non seulement au regard des types de combus-tible pouvant être utilisés, mais également au regard de la plage de puissance. Les chauffages à alimentation manuelle ne pos-sèdent qu’une possibilité de régulation très limitée en termes de puissance de
combus-tion. Les chauffages automatiques à pla-quettes peuvent être réglés en fonction de l’humidité du combustible, dans une plage de puissance comprise entre 30 et 100 %. Si ces limites d’utilisation ne sont pas respec-tées, des émissions accrues sont à craindre.
]]Limiter les cycles d’allumage: Tout feu qui s’éteint dans une installation de com-bustion à alimentation manuelle ou auto-matique traverse des phases dans les-quelles les conditions de combustion sont mauvaises. Au cours de ces phases, des températures de chambre de combustion trop basses et des quantités d’air de com-bustion non contrôlées génèrent des émis-sions de polluants trop élevées. C’est pour-quoi il convient de réduire ou d’éviter au-tant que possible les cycles d’allumage, grâce à une exploitation appropriée.
]
] Proscrire la combustion de déchets Les chauffages au bois ne doivent pas être utilisés pour la combustion illégale de dé-chets. Dans les systèmes de combustion existants, seuls doivent être utilisés les types de bois autorisés conformément aux prescriptions de l’OPair (tabl. 21). La com-bustion d’autres substances peut endom-mager l’installation et engendrer des émis-sions de polluants considérables ainsi que des résidus toxiques dans la cendre.
Production de cendres et élimination Lors de la combustion du bois, des résidus de combustion solides sont produits sous forme de cendres. La teneur en cendres des combustibles-bois varie fortement. Elle est comprise entre 0,2 et 12 % en poids. Selon sa qualité, la cendre peut être recyclée ou
Illustration 124:
Modèle des princi-paux flux d’élé-ments nutritifs dans un écosystème fo-restier exploité.
Réserve de nutriments dans le sol Apport atmosphérique (dépôt humide et sec)
Exportation des nutriments par récolte de bois
Infiltration Lessivage dans l’eau d’infiltration
éliminée de différentes façons. Elle se com-pose de substances minérales telles que le potassium, le magnésium et le calcium ainsi que de substances étrangères telles que le sable, la roche et éventuellement d’autres additifs. La cendre est enrichie en polluants, notamment en métaux lourds. Les cendres de résidus de bois et de bois de récupéra-tion, en particulier, contiennent des parts élevées de métaux lourds. On trouve égale-ment des métaux lourds dans la cendre vo-lante de types de bois à l’état naturel. Dans le cas des métaux lourds très volatils, on en trouve des teneurs très variables dans les différentes fractions de cendres. Les teneurs en plomb, zinc, cadmium et mercure aug-mentent nettement entre la cendre gros-sière et la cendre fine volatile.
Selon la composition de la cendre et le ni-veau de température dans la chambre de combustion, la cendre peut se ramollir, voire fondre intégralement. Des tempéra-tures de chambre de combustion élevées qui dépassent la température de fusion de la cendre peuvent causer des dommages sur la maçonnerie et des encrassements considérables de la chaudière en raison des phénomènes de goudronnage.
A l’heure actuelle, on ne recycle que très rarement la cendre en Suisse, son élimina-tion s’effectue généralement dans des dé-charges. Parallèlement, la tendance s’oriente vers l’utilisation d’arbres entiers. L’utilisation de branches ou même de cimes d’arbres entraîne un prélèvement important d’élé-ments nutritifs pour la forêt, ce qui peut, sur quelques rares sites, être compensé par un réapprovisionnement à partir du sol ou par infiltration. Pour garantir une utilisation du-rable de la forêt après un prélèvement ré-pété d’éléments nutritifs, il faut envisager leur réintroduction par de la cendre, ce qui n’est actuellement pas autorisé.