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C'est l'hiver.
Le froid est déjà tombé dehors et la nuit approche.
Bientôt l'heure d'aller se coucher...

Mais voilà, le poêle à bûches classique est le seul moyen de chauffer la maison : le chauffage électrique c'est bien trop cher et le bois c'est plus écologique. Pas vrai ?

L'habitat doit rester chaud jusque demain matin alors il n'y a qu'une seule stratégie possible : charger le poêle autant que possible et régler les arrivées d'air au minimum.

Les bûches vont se consumer doucement tout au long de la nuit, et permettre de maintenir péniblement la température de l'habitat. Avec un peu de chance, il y aura même des braises pour faire repartir un feu le lendemain matin...

Eh bien voilà, la mauvaise combustion du bois vient de libérer autant de particules fines qu'un vieux diesel qui aurait roulé toute la nuit autour de Paris sur le Boulevard Periphérique...

L'image est percutante mais bien réelle...

Explications en chiffres, avant les solutions envisageables#

Considérons une flambée de 10 kg de bois. 98,6 Nm3 d'air seront nécessaires à la combustion (source).

Selon des essais réalisés dans le cadre d'une thèse (citée ci-dessous), voici les quantités de particules fines émises lors de la combustion de bois avec des arrivées d'air réduites au minimum (appelé essai Thèse 2 dans le tableau ci-dessous).

L'essai numéro 1 est l'essai de référence, avec une utilisation normale selon le protocole d'utilisation du poêle (le cas optimal).

Afin de comparer aux émissions d'un véhicule diesel, considérons l'ensemble des particules fines PM10 (de tailles inférieures à 10μm )

Dans ce cas, la somme des PM10 est de $5+227+436 = 668 mg.Nm^\mathrm{-3}$

La flambée libère $98,6\ Nm^3$ de fumées, soit $65868\ mg$ de particules fines PM10.

Selon un rapport de l'ADEME cité ci-dessous, on peut déduire une estimation moyenne de l'émission de PM10 en fonction du nombre de km parcourus par un vieux diesel (catégorie Pré Euro 2 de la figure, ce qui correspond aux véhicules diesel mis sur le marché avant 1997).

Le rapport indique, en étant optimiste, $0,8\ kT$ de particules PM10 pour près de 5 milliards de km parcourus.

Soit en moyenne $160\ mg.km^\mathrm{-1}$ de PM10 émises pour ce type de vieux diesel.

On peut donc calculer que la quantité de particules fines émises lors de la combustion des 10 kg de bois à allure réduite correspond à environ 412 km parcours avec un vieux diesel.

Autrement dit, c'est pareil que de rouler une bonne partie de la nuit sur le Boulevard Périphérique.

Au final, rouler pendant 6h sur le Boulevard Périphérique avec un vieux diesel est équivalent, en terme d'émissions aux particules fines, à charger un poêle à bois pour la nuit, arrivées d'air au minimum.

Vous aurez fait 12 fois le tour de Paris...

Alors certes les vieux diesel sont interdits à la circulation dans Paris et ça parait évident.

Mais personne ne devrait être contraint d'utiliser son poêle à bois de cette façon. Ce n'est pas une fatalité.

Quelles solutions ?#

Des solutions performantes, peu polluantes et garantissant un bon niveau de confort, existent pour se chauffer au bois.

Pour cela, plusieurs conditions à réunir :

• un appareil de chauffage performant et peu polluant (équivalent au label Flamme Verte 7*)
• du combustible de qualité, avec un taux d'humidité inférieur à 20%
• un utilisateur qui peut respecter, en pratique, son mode d'utilisation

Ce dernier point est essentiel : on ne peut pas demander à un usager de passer sa journée (et sa nuit!) à maintenir un poêle à bois en fonctionnement optimal pour se chauffer. Un poêle classique ou un insert devrait être considéré comme un appoint uniquement.

C'est ce qui fait la différence entre une chauffage au bois écologique sur le papier ou en laboratoire, et un chauffage au bois réellement écologique en conditions réelles.

En fonction de votre contexte, plusieurs type d'appareils sont envisageables afin d'utiliser la ressource bois : chaudières bois, poêles à granulés ou plaquettes, poêles bouilleur, poêles de masse ou poêles à accumulation.

Si vous voulez un système simple, qui fonctionne aussi sans électricité et qui vous permettra d'utiliser des bûches plutôt que de dépendre d'une filière industrielle comme les granulés, alors le poêle de masse est une solution idéale.

Il ne convient pas non plus à tous les habitats.

Poêle de masse#

Son principe de fonctionnement ?

Une seule flambée vive et intense est réalisée chaque jour. La chaleur est absorbée par sa masse, constituée en briques par exemple, pour être ensuite restituée doucement à l'habitat tout au long de la journée.

Même conçu sur mesure, les performances d'un poêle de masse peuvent être reconnues par l'Etat et ainsi ouvrir droits aux aides à l'installation MaPrimeRénov'.

En effet, les meilleurs poêles de masse ont des niveaux de performance équivalent au label Flamme Verte 7*.

Pour en savoir plus :

• exemple de réalisation d'un poêle de masse artisanal, éligible aux aides à l'installation
• poêle de masse pour petit habitat
• réseau des artisans poêliers

Sources / Crédits#

• Ademe ; Emissions de particules des véhicules routiers ; figure 3 ; Novembre 2012
• Benoît BRANDELET ; Caractérisation physico-chimique des particules issues du chauffage domestique au bois ; pages 120,172 ; 2016
• Photo by Oziel Gómez from Pexels

Licence#

Aujourd'hui, un petit calcul pratique qui nous sera utile pour de prochains articles.

Si je brûle une masse de 1kg de bois, quel sera le volume d'air prélevé dans mon habitat ?

Hypothèses#

• Le bois anhydre est de composition élémentaire $CH_\mathrm{1,44}O_\mathrm{0,66}$
• Taux d'humidité du bois $H_\mathrm{b} = 20\%$

Les autres hypothèses sont celles mentionnées dans la thèse originale citée en référence.

Relations#

• $q$ représente la quantité de matière exprimée en $moles$
• $Q$ représente le volume de gaz exprimé en $Nm^3$ (normo mètre cube)
• $H_b$ est le taux d'humidité contenu dans le bois
• $m_\mathrm{bois\ humide}$ et $m_\mathrm{bois\ anhydre}$ représentent la masse de bois : avec et sans eau
• $X_\mathrm{O_2}$ est le taux d'oxygène résiduel dans les fumées, il est considéré égal à 13%

Objectif#

On cherche à déterminer le volume d'air nécessaire pour faire bruler un kg de bois, en supposant la combustion complète. Nous voulons donc calculer le rapport $\frac{Q_\mathrm{air}}{m_\mathrm{bois\ humide}}$ exprimé en $Nm^3.kg^\mathrm{-1}$

Résultat#

D'après les relations précédentes, on en déduit :

En considérant un bois avec un taux d'humidité de 20% et des gaz de combustion avec un taux d'oxygène résiduel de 13%, on obtient :

Sources#

• Claude BERNARD ; Caractérisation et Optimisation de la Combustion de Bois Fragmenté en Chaufferies Automatiques ; p89 à 96 ; 2005
• Photo by Tatiana Syrikova from Pexels

Licence#

Calcul d'ordre de grandeur afin de déterminer l'énergie perdue si le poêle n'est pas mis à l'arrêt.

Ce clapet est situé au début du conduit d'évacuation des fumées.

Un poêle de masse bien utilisé suppose la réalisation d'une flambée vive et intense avec une charge de bois adaptée.

La puissance de combustion est conséquente : un petit foyer de 10 kg correspond à une puissance de plus de 30 kW.

Tant que le poêle n'est pas mis à l'arrêt (fermeture de l'arrivée d'air et fermeture du clapet du conduit d'évacuation), de l'air continue de circuler. L'air entre l'arrivée d'air, circule et se réchauffe en passant par à travers le foyer et les carneaux avant de ressortir par le conduit d'évacuation.

Pendant tout ce trajet, l'énergie absorbée par ce courant d'air est conséquente.

Mieux vaut-il mettre le poêle de masse à l'arrêt au bon moment...

Dans le cadre d'essais réalisés au laboratoire de l'AFPMA, les chiffres utilisés pour le calcul sont les suivants :

• foyer conçu pour une charge de bois de $10 kg$, dimensionné selon la norme NF EN 15544
• vitesse de l'air estimé en fin de flambée dans le conduit d'arrivée d'air: $v_\mathrm{air} = 1\ m.s^\mathrm{-1}$
• diamètre intérieur du conduit d'arrivée d'air : $D = 115\ mm^2$
• température de l'air extérieur : $T_e = 0\ °C$
• température de l'air en sortie : $T_s = 100\ °C$
• capacité thermique massique de l'air : $Cp = 1004\ J.K^\mathrm{-1}.kg^\mathrm{-1}$
• masse volumique de l'air (supposé sec et pris à l'extérieur à 0°C) : $ρ_\mathrm{air} = 1,3\ kg.m^\mathrm{-3}$

On en déduit :

• la section du conduit d'arrivée d'air $S = 104\ cm^2$
• le débit volumique d'air entrant dans le poêle est : $Q_\mathrm{air} = v_\mathrm{air}.S = 0,01\ m^3.s^\mathrm{-1}$
• le débit massique d'air entrant dans le poêle est : $q_\mathrm{air} = ρ_\mathrm{air} * Q_\mathrm{air} = 0,013\ kg.s^\mathrm{-1}$

Pendant un temps $t = 1\ s$, nous avons donc $13\ g$ d'air qui s'échauffe de $0\ °C$ à $100\ °C$.

Cela nécessite une énergie égale à $E = q_\mathrm{air} t Cp (T_s - T_e) = 1305\ J$

Si cette énergie a servi à réchauffer l'air, c'est cela en moins pour réchauffer l'habitat.

Autrement dit, tant que le poêle n'est pas mis à l'arrêt, une puissance de chauffe estimée à $\boxed{P = 1305\ W}$ est gaspillée.

Prenez un beau radiateur électrique, branchez le dehors à pleine puissance et vous aurez le même résultat...

Il faut donc mettre à l'arrêt le poêle au bon moment, une idée pour un autre article.

Licence#

Après plusieurs années d'essais, d'expérimentations et de belles rencontres, voici réalisé ce poêle de masse. Conçu selon les bonnes pratiques artisanales, il répond aux normes en vigueur en terme de performance et de pollution. À ce titre, il ouvre droit aux aides de l'état MaPrimeRénov'.

Introduction#

Ce chantier a été réalisé à l'automne 2020, c'est un projet pilote avec plusieurs objectifs :

• concevoir selon la norme dédiée aux poêles de masse artisanaux et sur mesure (norme NF EN 15544 "Poêles en maçonnerie fabriqués in situ")
• réaliser un poêle de masse avec une entreprise artisanale RGE Qualibois Air (Le Courant Alternatif)
• faire intervenir un artisan poêlier expérimenté (Damien Lehmann)
• solliciter plusieurs artisans pour la mise en oeuvre, poêliers ou non, afin de réduire le temps de chantier là ou c'est possible.
• capitaliser l'expérience et le savoir-faire acquis, le documenter et le rendre accessible à tous sous licence libre avec Le Fonds Agir Low-Tech

Pourquoi ces objectifs ?#

À terme, les chantiers seront mis en oeuvre selon les spécificités suivantes :

• un mode constructif certifié et reconnu (performance théorique de l'appareil)
• accompagnement et encadrement du chantier par une entreprise artisanale qualifée et agréée RGE QualiBois Air (qualité de mise en oeuvre garantissant en pratique les performances de l'appareil)

En effet, ce mode de mise en oeuvre (mode constructif certifé, encadrement et accompagnement artisanal qualifié) permet de répondre à plusieurs problématiques.

Pour un particulier (le client) :#

• une conception sur mesure en fonction des caractéristiques de son habitat
• un chantier géré et encadré par un artisan compétent (agréé RGE QualiBois Air)
• une assurance décénnale sur le poêle de masse réalisé
• une aide de l'état qui peut aller jusque 3373€ (MaPrimeRenov' + Certificats d'économies d'énergie) en fonction du revenu fiscal de référence de votre foyer (voir p13 du guide MaPrimeRenov' d'octobre 2020)
• une participation possible du client ou d'autres personnes au chantier dans un cadre légal : ce qui permet de réduire le coût du chantier, de s'approprier son poêle de masse sans risque

Pour un artisan :#

• réduire son temps de chantier et de trajet puisque le chantier est réalisé à plusieurs avec la participation du client ou d'autres personnes
• s'inscrire dans le cadre d'une norme reconnue par l'état, ce qui permet de faire reconnaître la qualité du poêle de masse et de rassurer ses clients
• passer un moment convivial en partageant son savoir-faire le temps d'un chantier

Pour tous :#

• sur le plan environnemental : une norme exigente, bien pensée et applicable au quotidien par un utilisateur de poêle de masse garantit les performances en terme de rendement et pollution aux particules fines.
• sur le plan social : l'artisanat local et son savoir-faire est valorisé. En effet, cadrer la réalisation d'un chantier de poêle de masse avec des artisans agréés et qualifés c'est s'assurer, en pratique, d'une mise en oeuvre de qualité, de favoriser des métiers qui ont du sens et qui ont des impacts positifs dans nos territoires.

Articles détaillés#

[Cette section sera complétée progressivement]

Photos#

Avant chantier#

Après chantier#

Partenaires & collaborateurs#

Un GRAND merci pour leurs contributions sur ce chantier à :

• Jérôme - maçon en terre crue, mais pas uniquement !
• Antoine, Florent & Clément - entreprise artisanale 'Le Courant Alternatif'
• Damien Lehmann - poele-cuisiniere.fr

Articles & Liens#

• AFPMA - Association Française du Poêle Maçonné Artisanal
• Le Poêle de Masse Artisanal existe enfin officiellement dans le Code des impôts, AFPMA