Bois-énergie Les Combustibles Bois

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Juin 2015
Bois-énergie
Les Combustibles Bois
Pierre MARTIN
t 081 62 71 88
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Direction générale opérationnelle - Aménagement du territoire, Logement,
Patrimoine et Energie
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essentiellement sur son positionnement indépendant, sa rigueur scientifique et sur son approche
intégrée des filières de valorisation non-alimentaire de la biomasse
ValBiom produit ses meilleurs efforts pour que les informations contenues dans ce document
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cas donner lieu à un quelconque engagement de sa responsabilité.
Table des matières
LES COMBUSTIBLES BOIS .............................................................................. 1
1 INTRODUCTION ........................................................................................... 3
2 PRINCIPAUX PARAMETRES DE CARACTERISATION ............................. 3
2.1
Le pouvoir calorifique
3
2.2
L’humidité Relative
4
2.3
La masse volumique
5
2.4
Le taux de cendres
7
3 TYPES DE COMBUSTIBLES BOIS .............................................................. 8
3.1
Bûches
8
3.2
Plaquettes
9
3.3
Copeaux de rabotage
3.3.1 Sciures et poussières de ponçage
13
13
3.4
Ecorces
14
3.5
Pellets
15
3.6
Bûchettes densifiées
18
3.7
Charbon de bois
19
4 EVOLUTION DES PRIX DES COMBUSTIBLES BOIS ............................... 20
Les Combustibles Bois | 2
1 Introduction
Contrairement aux combustibles fossiles, les combustibles à base de bois se présentent sous de
nombreuses formes, et possèdent des caractéristiques qui peuvent fortement varier. Ce
document présente succinctement les principaux paramètres qui permettent de caractériser un
combustible bois et décrit ensuite les formes les plus courantes sous lesquelles nous pouvons
les rencontrer.
2 Principaux paramètres de caractérisation
Il est nécessaire de pouvoir estimer la qualité d’un combustible, et principalement sa capacité à
fournir plus ou moins d’énergie. Cette capacité peut être mesurée sur base des paramètres
suivants.
2.1
Le pouvoir calorifique
Le contenu énergétique du bois est exprimé par son pouvoir calorifique. Il représente l’énergie
dégagée sous forme de chaleur lors de sa combustion complète, et s’exprime en kilowatts heure
(kWh) ou en mégajoules (MJ) par kilo ou tonne de matière.
On distingue généralement le Pouvoir Calorifique Supérieur (PCS) et Inférieur (PCI).
Le PCS correspond à l’énergie dégagée par la combustion du bois en prenant en compte la
récupération de la chaleur latente de la vapeur d’eau émise lors de la combustion. En effet, même
lorsque le combustible est parfaitement sec, la réaction de combustion produit de l’eau sous forme
de vapeur1 : si cette vapeur est condensée par la suite, la chaleur latente peut être récupérée. Le
PCS du bois dépend de sa composition chimique, plus particulièrement de sa teneur en carbone.
Comme cette dernière varie très peu d’une essence à l’autre (50% de C), on peut considérer le
PCS du bois comme invariable et égal à 5,4 kWh/kg (19,44 MJ/kg).
Le PCI correspond quant à lui à l’énergie produite par la combustion d’un combustible sans tenir
compte de la chaleur latente contenue dans la vapeur d’eau produite. Comme le PCS est
invariable, le PCI va donc dépendre principalement de la quantité d’eau contenue dans le bois.
En effet, lorsque le bois brûle, l'eau qu'il contient se dégage sous forme de vapeur avec les
fumées. Une partie de l'énergie produite au sein du foyer va être utilisée pour transformer cette
eau en vapeur, qui ne pourra être récupérée par la suite.
Le PCI du bois anhydre (ne contenant pas d’eau) et exempt de matières minérales est
relativement stable et peu dépendant de l’essence de bois2. On considère qu’il vaut en moyenne
5,14 kWh/kg (18,5 MJ/kg). La formule permettant de déterminer le PCI du bois en fonction de
son contenu en eau (humidité relative, voir § 4.1.2) est la suivante (en kWh/kg) :
=
é
=%
&' ( )
é
−
é
-.%
-.%
× +1 −
12 − %2,5 ×
2
100
100
é
!"!#
$
!
Où HR% correspond à l’humidité relative du bois exprimée en fonction de sa masse humide. Le
graphique de la Figure 1 montre la relation entre le PCI et l’humidité du bois.
6 -(
+ 0,589: → < 9: + 0,58-: 9 + ℎ!
1
L’équation globale de la réaction de combustion peut s’écrire :
2
Le PCI des résineux est supérieur de 5% à celui des feuillus, notamment à cause de leur contenu en résine.
Figure 1 : PCI du bois et humidité
La prise en compte du PCS n’a d’intérêt que si l’on brûle du bois dans une chaudière équipée
d’un système de condensation des fumées. Ces appareils étant encore peu courants, dans la
pratique on n’utilise que le PCI.
2.2
L’humidité Relative
L'humidité relative (HR), exprimée en %, représente la quantité d'eau contenue dans le bois par
rapport à sa masse humide (eau + bois) :
-.%
&
A!
! ! >
> ! 7
? @
* 100
, ? @
Comme vu dans le paragraphe précédent, l’humidité relative va influencer la quantité de chaleur
fournie lors de la combustion.
Le bois étant un matériau poreux, l’eau va occuper les vides laissés dans les cellules. C’est cette
eau qui sera éliminée lors du séchage. L’eau liée, contenue entre les structures moléculaires des
parois des cellules, ne sera éliminée qu’après séchage en étuve.
Figure 2 : Bois frais (à gauche) et bois sec (à droite)
En moyenne, le bois « frais » (directement après coupe) contient entre 40 et 50 % d’eau, tandis
qu’un bois sec aura une HR comprise entre 15 % et 30 %. Un bois bien sec et sain (non pourri) a
un aspect grisâtre sur sa surface, et résonne clairement lorsqu’on frappe deux bûches l’une contre
l’autre.
2.3
La masse volumique
La masse volumique du bois, exprimée en kg/m³ représente la masse du bois par unité de volume.
La masse volumique du bois anhydre varie en fonction de l’essence : de manière générale, les
résineux sont moins denses que les feuillus (Tableau 2). A fortiori, la masse volumique va aussi
varier en fonction de la teneur en eau du bois.
La masse volumique intrinsèque du bois va influencer la vitesse de combustion : plus le bois sera
poreux, plus le rapport surface/masse sera important. La réaction de combustion étant une
réaction de surface, ceux-ci brûleront donc plus rapidement. Au contraire, dans les bois les plus
denses, les gaz de décomposition arrivent plus difficilement à la surface de la pièce de bois, ils
brûlent donc plus lentement.
Résineux
Feuillus
Essence
Masse
volumique
anhydre
(kg/m³)
Pin noir
560
Mélèze
550
Pin sylvestre
510
Douglas
470
Épicéa
430
Sapin Blanc
410
Charme
750
Hêtre
680
Chêne
670
Frêne
670
Bouleau
640
Erable
590
Saule
520
Peuplier
410
Tableau 1 : Masse volumique anhydre de certaines essences
(Source : Wood Fuels Handbook, AEBIOM 2008)
La connaissance de la masse volumique du bois est importante car celui-ci est parfois vendu par
unité de volume alors que son contenu énergétique dépend de sa masse.
Selon que l'on considère le volume réel d'un morceau de bois ou le volume d'encombrement d'un
empilement de bois, on parlera respectivement du volume plein (volume réel) ou du volume
apparent.
A titre d’illustration, le bois-bûches est souvent vendu par stère, qui correspond à un volume d’un
empilement de bûches d’1 m de long, sur 1m de haut et 1 m de large, soit 1 m³ d’air et de bois
(Figure 3). Or, le volume réel (et donc la masse) de bois contenue dans un stère peut fortement
varier.
1m
1m
1m
1m
1m
1m
1 stère de rondins (Ø 23 cm) contient
réellement 0,68 m³ de bois
1 stère de fines bûches (Ø 5 cm)
contient réellement 0,44 m³ de bois
Figure 3 : Un stère de bois
Le coefficient d’empilement (CE) permet de déterminer le volume réel de bois (volume plein)
contenu dans ce volume composé d’air et de bois (Figure 4). Le CE est toujours inférieur à 1, et
varie en fonction de la section des bûches et de leur rectitude.
Figure 4 : Le coefficient d’empilage des bûches
Par ailleurs, lorsque les bûches de ce stère sont recoupées (en bûches de 33, 45 ou 50 cm), elles
occuperont moins d’espace une fois rangées.
Bûches de 1 m
1 stère occupe 1m³
Bûches de 50 cm
1 stère occupe 0,8 m³
Bûches de 33 cm
1 stère occupe 0,7 m³
De même, les plaquettes de bois (chips) sont encore fréquemment commercialisées en utilisant
le m³ apparent de plaquettes (MAP), qui correspond à un tas de plaquettes d’1 m³. En moyenne,
le déchiquetage d’1 m³ de bois plein donnera entre 2,5 et 3 MAP : un MAP contient donc
réellement environ 0,4 m³ de bois (Figure 5). Cette proportion varie en fonction de la granulométrie
des plaquettes : plus elle est fine, plus le volume de bois plein contenu dans un MAP est faible.
Figure 5 : m³ plein et MAP
Une fois que le volume réel est connu, il est aisé, à partir de la masse volumique et de
l’humidité relative, de calculer la masse de bois contenue dans un empilement et d’en
déduire son contenu énergétique à partir du Pouvoir Calorifique.
Exemple :
Quelle est la quantité d’énergie contenue dans 15 stères de chêne (CE : 0,57) à 25 % HR ?
Volume de bois plein : 15 x 0,57 = 8,55 m³
Masse de bois sec : 8,55 m³ x 670 kg/m³ = 5729 kg3
Masse totale (bois + eau) : 5729 / (1 - 0,25) = 7639 kg
Contenu énergétique (PCI du bois à 25% HR = 3,7 kWh/kg) : 7639 kg x 3,7 = 28.264 kWh
2.4
Le taux de cendres
Le taux de cendres correspond à la teneur en matière minérales contenues dans le bois. Ces
dernières peuvent avoir une influence sur le pouvoir calorifique, puisqu’elles ne participent pas à
la réaction de combustion. Un bois avec un taux de cendres élevé aura par conséquent un PCI
légèrement plus faible qu’un bois pur.
Le bois sans écorces a un taux de cendres moyen compris entre 0,5 t 1,5 % de sa masse anhydre,
les écorces peuvent en contenir jusque 5 %. Plus un combustible bois contient d’écorces, plus il
aura un taux de cendres élevé.
Les cendres de bois naturel sont principalement composées de calcium, potassium, et
magnésium, ce qui en fait potentiellement un bon engrais de culture4. Elles peuvent aussi contenir
dans une moindre mesure du sodium, du fer et de la silice.
La composition des cendres, et donc du combustible dont elles proviennent, va avoir un impact
sur leur fusibilité, qui est un paramètre important dans la gestion des appareils de chauffage.
Lorsque les cendres fusionnent, elles produisent du mâchefer, sorte d’amalgame solide qui peut
bloquer les systèmes d’évacuation et les arrivées d’air des appareils. De manière générale, la
fusion débute à partir de 900 °C, s’intensifie à partir de 1200 °C jusqu’à liquéfaction autour de
1400 °C.
3
Attention : ce résultat est une approximation qui ne tient pas compte de la variation du volume de bois en fonction de
son taux d’humidité.
4 Attention, actuellement, la réglementation wallonne considère les cendres comme des déchets, elles ne peuvent être
utilisées comme amendement de sols que moyennant autorisation du Département de la Protection des Sols du SPW.
3 Types de combustibles bois
Il existe une multitude de formes de combustibles bois, lesquelles sont présentées dans les
paragraphes suivants.
3.1
Bûches
Les bûches proviennent de l'exploitation de taillis ou de récupération des branches (houppiers)
lors de coupes commerciales de bois. Il s'agit de bois dont la qualité et les dimensions ne sont
pas suffisantes pour des usages dits nobles : sciage (fabrication de meubles, etc.), tranchage ou
déroulage (utilisation en menuiserie, etc.).
Figure 6 : Bois pouvant être valorisés en bois de chauffage (taillis à gauche et houppiers à droite)
Les bûches sont des combustibles extrêmement hétérogènes. Elles peuvent être d'essences
variées, de bois frais ou de bois sec, de gabarits différents, aussi bien rectilignes que noueuses
et irrégulières. Leur PCI varie de 1.600 à 2.200 kWh/stère, selon le type de bois et le coefficient
d’empilement. Elles demandent tout de même un espace de stockage important, toujours à l'abri
des précipitations et dans un endroit aéré, pour favoriser leur séchage.
Figure 7 : Empilement de bûches. Les trois niveaux de couleur montrent bien l’état du séchage.
De gauche à droite, bûches sèches de 2 ans, 1 an et de l’année.
Elles constituent le moyen de chauffage au bois le plus anciennement et traditionnellement utilisé
pour le chauffage domestique. Elles sont très rarement utilisées pour le chauffage collectif ou
industriel car la manutention que demandent les fréquents rechargements de l'installation
représente un coût de fonctionnement important.
Tableau de synthèse : Bûches
Unité de vente
m³ apparent (stère)
Humidité (HR%)
Variable selon séchage : 50 % si bois frais, ~30 % si
séché 1 an à l’air, <25 % si 2 ans
Contenu énergétique volumique
1.600 à 2.200 kWh/MAP selon essence et HR%
Masse volumique
Très variable selon essence et CE
Avantages
Inconvénients
Facilement disponible en zone rurale
Hétérogénéité
Prix attractifs
Manutention importante, pas d’automatisation
Charme de la flamme
Place de stockage et séchage importante
PCI/stère très variable selon essence, HR%, CE (de
0,55 à 0,70)
Tableau 2 : Récapitulatif bûches
3.2
Plaquettes
Les plaquettes de bois ou « chips » sont des fragments ou des copeaux de bois dont la taille peut
fortement varier d’une catégorie à l’autre. Ils sont obtenus par déchiquetage ou par broyage de
bois de différentes catégories : branches, arbres impropres au sciage, bois bocagers, parcs et
jardins, connexes de scieries, bois de rebus, taillis à courte rotation… Pour déchiqueter le bois, il
existe plusieurs types de déchiqueteuses (à disques, à tambour, etc.), autonomes ou non. En
fonction de leurs caractéristiques, elles peuvent accepter différents types de bois et produire des
plaquettes de dimensions déterminées (moyennant, notamment, l'usage d'un crible).
Il y a lieu de distinguer plusieurs types de plaquettes en fonction de leur provenance :
>
Les plaquettes blanches ou d’industrie : il s’agit des produits résultant du
déchiquetage de chutes de l’industrie du bois. Elles sont normalement dépourvues
d’écorces, de feuilles, d’aiguilles ou de brindilles. Leur granulométrie varie entre 2 et 80
mm et leur unité de mesure est la tonne ou le MAP. Elles sont utilisées en chaudières
industrielles ou domestique pour les particuliers, mais sont généralement utilisées pour
la fabrication de pellets, ou de panneaux de bois ainsi que de pâte à papier.
Figure 8 : Plaquettes blanches
>
Les plaquettes forestières vertes : elles proviennent du déchiquetage des résidus
d’exploitation et d’entretien des forêts et espaces verts et comprennent les feuilles,
aiguilles et brindilles. Elles peuvent être utilisées en chaufferie industrielle ou domestique
et sont impropres à la fabrication de pellets, de panneaux de bois ou de pâte à papier.
Figure 9 : Plaquettes vertes
>
Les plaquettes forestières grises : elles proviennent soit du déchiquetage des résidus
d’exploitation et d’entretien des forêts et espaces verts à l’exclusion des feuilles, aiguilles
et brindilles, soit du déchiquetage en industrie de bois non écorcé. Utilisation en
chaudière industrielle ou domestique sont impropres à la fabrication de panneaux ou de
papier.
Figure 10 : Plaquettes grises.
Les plaquettes forestières sont généralement produites à l’endroit même où se trouve le bois à
broyer, soit en forêt en bord de coupe, soit sur des plateformes de déchiquetage permettant
d’optimiser les chantiers par la concentration du bois à broyer.
Selon la logistique, le bois sera broyé frais ou après un premier séchage à l’air libre. Lorsqu’elles
sont produites à partir de bois frais, les plaquettes ont une humidité de 50 %. Elles peuvent
atteindre une humidité d’environ 25-30 % après un séchage naturel (à l’air libre) en tas sous abri
ventilé d’environ une saison (six mois printemps-été). Lors de ce séchage, des phénomènes de
fermentation interviennent : ils produisent une chaleur nécessaire au séchage, mais peuvent
dégrader entre 6 et 15 % de la matière sèche qui n’est plus disponible pour l’énergie.
Un séchage artificiel peut aussi être envisagé, lorsque de la biomasse telle que de l’écorce ou les
fractions de criblage les plus fines sont disponibles. Ce séchage permet de diminuer le temps de
stockage et aussi d’atteindre des taux d’humidité plus bas (20%). Certains producteurs tamisent
leurs plaquettes afin de garantir une granulométrie la plus homogène possible.
Le PCI des plaquettes est le même que celui du bois dont elles proviennent. Leur contenu
énergétique volumique varie entre 750 et 1.000 kWh/MAP en fonction de l’humidité et du taux
d’écorces. Leur masse volumique varie de 250 à 350 kg/m³ selon la granulométrie et l’essence
du bois dont elles proviennent.
Les plaquettes forment un combustible beaucoup plus homogène que les produits de départ. La
mise en plaquettes de produits connexes aux dimensions variées permet de faciliter le stockage,
le séchage et le transport du combustible. Cette homogénéité et leur taille réduite rend également
possible l'automatisation complète de la chaudière qui ne demande aucun chargement manuel.
Chaque installation possède des exigences spécifiques en ce qui concerne le type de plaquettes
à utiliser pour en assurer le bon fonctionnement.
On peut dire de manière générale que :
>
>
>
>
>
Plus la (puissance de la chaudière est petite, plus les plaquettes doivent être petites.
Plus la chaudière est petite, plus le bois doit être sec.
Plus la chaudière est petite, plus le bois doit être pur (exempt de particules, feuilles,
aiguilles).
Plus le bois est pur et sec, moins il y a de cendres.
Plus le bois est pur et sec, plus la densité énergétique est élevée.
Actuellement, il n’existe pas encore de réglementation uniforme ni de système de certification
concernant les exigences de qualité imposées aux plaquettes de bois. Généralement, c’est la
norme autrichienne « Önorm M7133 » qui est utilisée comme norme de référence (Tableau 3).
La classification s’effectue suivant :
>
>
>
>
La taille des plaquettes (qui est importante pour la fiabilité et la taille de l’installation)
Le taux d’humidité (plus l’humidité est faible, plus la valeur calorifique est grande)
La densité (plus la densité est élevée, moins l’on nécessite de place de stockage)
Le taux de cendres
Les plaquettes utilisées en chaufferie domestiques ne peuvent en aucun cas contenir de traces
de :
>
>
>
Matières étrangères comme des cailloux, du sable, du plastique, du fer, etc. ;
MDF, agglomérés, OSB et autres déchets de bois ;
Produits chimiques provenant du traitement du bois (couleur verte, jaune ou brun foncé.
Seules les installations équipées de la technologie et des autorisations adéquates peuvent brûler
des plaquettes contenant ces types de matières.
Dimension des plaquettes
Classe
Analyse de criblage (mm)
Valeurs maximales
<20%
60-100%
<20%
max 4%
Surface (cm²)
Longueur (cm)
G30
1-3
3-16
>16
<1
3
8,5
G50
1-6
6-32
>32
<1
5
12
G100
1-11
11-63
>63
<1
10
25
G120
1-63
63-10
>100
<1
12
30
G150
1-100
100-130
>130
<1
15
40
Taux d'humidité
Classe
Humidité (% base humide)
Description
W20
<20
Sec à l'air
W30
20-30
Adapté au stockage
W35
30-35
Adapté au stockage de manière limitée
W40
35-40
Humide
W50
40-50
Frais
Densité
Classe
Densité (kg/m³)
Description
S160
<160
Faible densité
S200
160-250
Densité moyenne
S250
>250
Densité élevée
Taux de cendres
Classe
Taux de cendres (%)
Description
A1
<1
Faible taux de cendres
A2
>1
Taux de cendres élevé
Tableau 3 : Exigences de la norme ÖNORM M7133
Tableau de synthèse : Plaquettes
Unité de vente
MAP (1m³ apparent), Tonne (plus rare)
Humidité (HR%)
Variable selon séchage : 50 % si frais,
25~30 % si séché 1 an sous abri ventilé,
<25 % si séchage artificiel
750 à 1.000 kWh/MAP
Masse volumique
250 à 350 kg/MAP selon humidité et granulométrie
Avantages
Inconvénients
Facilement disponible
Place de stockage importante
Prix attractifs
Pas d’utilisation en poêles
Fluidité permettant l’automatisation
Appareils de chauffage plus chers, rentable pour
puissances moyennes (>30 kW)
Manutention aisée
Taille et qualité variable
Tableau 4 : Récapitulatif plaquettes
3.3
Copeaux de rabotage
Les copeaux sont des éclats de bois résultant d'activités comme le rabotage. Il s'agit d'un
combustible généralement très sec et aux dimensions hétérogènes. Ils sont couramment produits
en mélange avec de la sciure sèche et des poussières de ponçage.
Figure 11 : Copeaux de rabotage
Leur valorisation énergétique se fait dans des installations adaptées à ce mélange, souvent sur
le site même de leur production. Les copeaux peuvent aussi entrer dans la fabrication de
briquettes de bois densifié. Ils peuvent aussi être utilisés comme litière de haute qualité pour les
animaux tels que les chevaux.
Tableau de synthèse : Copeaux de rabotage
Unité de vente
MAP (1m³ apparent), Tonne (plus rare)
Humidité (HR%)
10 à 15 %
350 à 500 kWh/MAP
Masse volumique
80 à 110 kg/MAP selon humidité et
granulométrie
Avantages
Inconvénients
Facilement disponible pour l’entreprise
productrice
Place de stockage très importante
Masse volumique faible
Nécessite une chaudière adaptée
Tableau 5 : Récapitulatif copeaux
3.3.1
Sciures et poussières de ponçage
Les sciures sont constituées de fines particules de bois propre. Elle est produite lors du sciage
des grumes (sciure humide) ou lors du travail de planches dans les industries de seconde
transformation du bois (sciure sèche). Dans ce second cas, elle sera couramment produite en
mélange avec d'autres formes de résidus de bois sec (poussières de ponçage).
Figure 12 : La sciure sert de base à la fabrication de pellets
Historiquement, la sciure propre était principalement récupérée pour la fabrication de panneaux
de particules. Elle fait désormais aussi l’objet d’un marché pour l’énergie puisqu’elle entre comme
matière première dans la fabrication de pellets ou de bûches de bois densifié. Elle peut parfois
être utilisée directement en chaudière, généralement sur le site même de sa production pour le
séchage de bois ou le chauffage de locaux.
Tableau de synthèse : Sciures
Unité de vente
Tonne
Humidité (HR%)
40 à 60 %
PCI
1600 à 2.800 kWh/T
Masse volumique
230 à 550 kg/MAP selon humidité
Avantages
Inconvénients
Facilement disponible pour entreprise
productrice
Place de stockage très importante
Mauvaise conservation
Tableau 6 : Récapitulatif sciures
3.4
Ecorces
Les écorces proviennent des entreprises de sciage ou des chantiers de découpe. Elles sont plus
difficilement valorisables pour la production d'énergie car, d'une part, elles sont généralement fort
humides (40 à 60 % HR) et, d'autre part, elles ont un taux de cendres fort élevé. Les chaudières
utilisant des écorces sont spécialement conçues pour faire face à ces deux propriétés. Plus
coûteuses et nécessitant des technologies plus robustes, ces installations ne seront rentables
que pour des chaufferies de très grande puissance.
Figure 13 : Ecorces sur le site d’une scierie
La valorisation énergétique des écorces reste le plus souvent limitée à la scierie où elles ont été
produites.
Les écorces trouvent aussi une voie de valorisation dans la filière du paillage horticole.
Tableau de synthèse : Ecorces
Unité de vente
Tonne
Humidité (HR%)
40 à 60 %
PCI
1.800 à 2.300 kWh/T
Masse volumique
250 à 500 kg/MAP selon humidité
Avantages
Inconvénients
Facilement disponible pour entreprise
productrice
Place de stockage importante
Taux de cendres élevé
Pas d’autres valorisations matière
Tableau 7: Récapitulatif écorces
3.5
Pellets
Les pellets sont des particules cylindriques de bois densifié. Leur diamètre varie entre 6 et 12 mm
pour une longueur allant jusque 40 mm.
Figure 14 : Pellets de bois
Les pellets de bois sont majoritairement produits à partir de connexes de la première
transformation du bois, principalement de la sciure ou des plaquettes blanches humides, broyées
pour obtenir une granulométrie fine et homogène. Le broyat ainsi obtenu est séché et compressé
en un matériau plus dense et cohérent. Aucun additif chimique n’est utilisé, la cohésion est
assurée par la lignine naturellement contenue dans le bois. Lors de son passage dans la presse,
la sciure est soumise à de fortes pressions et frictions, qui vont provoquer une augmentation de
température. La lignine va alors se plastifier et migrer en partie vers l’extérieur du pellet en
formation. En refroidissant, la lignine agit alors comme une colle qui va maintenir la forme et la
densité du pellet. Une vision schématique d’une unité de production de pellets est présentée à la
Figure 15.
La densification du bois permet d’augmenter le contenu énergétique du combustible par unité de
volume, rendant ainsi son transport et son stockage plus efficace. L’origine de l’augmentation de
la densité énergétique est double. D’une part, la compression du bois lors de son passage en
presse augmente sa masse volumique (celle d’un pellet est plus élevée que le bois dont il
provient). D’autre part le séchage préalable de la sciure avant son entrée en presse (minimum 12
% HR) et son séchage final lors de l’augmentation de température dans la presse permet
d’atteindre une humidité finale inférieure à 10 % HR, augmentant ainsi significativement le
contenu énergétique.
Figure 15 : Schéma de fonctionnement d’une unité de pelletisation (© ITEBE, 2001)
Le procédé de densification a aussi l’avantage de transformer un combustible relativement
hétérogène en un produit homogène et standardisé, permettant l'entière automatisation des
installations de production d'énergie.
Cependant, selon le soin qui est apporté au processus de fabrication ainsi qu’au choix de la
matière première, les pellets seront de qualité parfois fortement variable. Les principales
caractéristiques d’un pellet de qualité sont la résistance à l’abrasion lors de la manutention et du
transport (la durabilité), une densité élevée, une humidité faible et un taux de cendres très bas.
Actuellement, certaines entreprises travaillent sur un procédé de torréfaction de bois, pour
produire des pellets torréfiés. La torréfaction permet d’obtenir un combustible très sec (1 à 5 %
HR), hydrophobe, avec une densité énergétique plus importante (5.000 à 7.000 kWh/T), plus
homogène et plus friable. Ces caractéristiques font que ce combustible est idéal pour le transport
longue distance et les grosses centrales de production d’énergie. Actuellement, il n’existe pas de
marché pour ce combustible qui est encore peu répandu.
Afin de garantir au consommateur et aux fabricants d’appareils de chauffage une qualité élevée,
des systèmes de certification ont été développés. Les pellets certifiés répondent à un cahier des
charges très strict, en matière de qualité de la matière première, de caractéristiques physiques et
chimiques, de pouvoir calorifique, etc. Ce cahier des charges existe maintenant sous la forme
d’une norme européenne : c’est la norme EN 14961-2, elle-même traduite en norme
internationale ISO 17225. Cette norme est un document de référence qui définit les
caractéristiques des pellets permettant de juger de leur qualité. Le Tableau 8 présente quelquesuns des paramètres ainsi que leur valeur limite tels qu’exigée par la norme pour la catégorie A1.
Caractéristiques physiques de la norme EN 14961-2, granulés de catégorie A1
(chauffage domestique, et petites puissances)
Diamètre
6 mm ±1 ou 8 mm ±1
Masse volumique
apparente
Longueur
3,15 mm ≤ L ≤ 40 mm
Origine matière 1ère
Humidité
≤ 10 %
Température de fusion
des cendres
Cendres
≤ 0,7 %
Azote
< 0,3 %
Résistance
mécanique
≥ 97,5 %
Soufre
< 0,03 %
Quantité de fines
≤1%
Chlore
< 0,02 %
Additifs
≤2%
Pouvoir calorifique
inférieur (PCI)
4600 ≤ PCI ≤ 5300
kWh/kg
Contrôle des métaux
lourds
≥ 600 kg/m³
Bois vierge (naturel)
≥ 1200 °C
oui
Tableau 8 : Exigences de la norme EN 14961-2
La certification garantit donc que les pellets répondent aux spécifications de cette norme, mais
également que la production est réalisée selon un processus contrôlé et validé par un organisme
indépendant.
C'est la raison pour laquelle la plupart des notices techniques de chaudières ou de poêles exigent
l'usage de pellets certifiés. Soulignons qu'en cas de litige sur une installation, la garantie du
constructeur peut ne pas fonctionner si le granulé utilisé n'est pas certifié.
En Belgique, deux systèmes de certification sont actuellement utilisés : « DINplus » et
« ENplus ».
Tableau de synthèse : Pellets
Unité de vente
Tonne (vrac) ou sacs de 15 kg
Humidité (HR%)
5 à 12 %
PCI
4.500 à 5.100 kWh/T
Masse volumique
600 à 650 kg/MAP
Avantages
Inconvénients
Facile à transporter, stocker et utiliser
Perte de l’aspect « feu de bûches »
Fluidité et grande homogénéité permettant
l’automatisation
Prix plus important
Autonomie importante
Très sensible à l’humidité
Haute densité et contenu énergétique
Place de stockage moins importante
Combustion performante grâce à la
standardisation du combustible
Tableau 9 : Récapitulatif pellets
3.6
Bûchettes densifiées
Le bois densifié peut également prendre la forme de bûchettes ou de briquettes. De plus grandes
dimensions (5-10 cm de diamètre ou de largeur pour 20-30 cm de longueur), elles sont fabriquées
à partir de copeaux, plaquettes ou sciures selon le même principe que les pellets.
Figure 16 : Briquettes de bois (© Copo.be)
Elles ne peuvent être utilisées dans des installations automatiques mais gardent les avantages
des combustibles à haute densité énergétique. Elles s'utilisent comme produit de substitution des
bûches dans les appareils de chauffage domestiques.
Tableau de synthèse : Briquettes et bûchettes densifiées
Unité de vente
Sac de 6 à 10 bûchettes
Humidité (HR%)
5 à 12 %
PCI
4.000 à 4.600 kWh/T
Masse volumique
800 à 950 kg/MAP
Avantages
Inconvénients
Usage pratique en dehors des zones rurales
Plus friable que les granulés
Maintien de l’aspect « feu de bûches »
Prix élevé
Très sensible à l’humidité
Haute densité et contenu énergétique
Manutention importante, pas
d’automatisation
Place de stockage moins importante
Peu présent sur le marché actuellement
Tableau 10 : Récapitulatif briquettes et bûchettes densifiées
3.7
Charbon de bois
Ce combustible est produit à partir de la carbonisation du bois dans une atmosphère pauvre en
oxygène. La carbonisation permet d’augmenter significativement le PCI du combustible par
concentration du carbone et élimination de l’eau, qui atteint 7.600 à 9.000 kWh/T.
Ce combustible n’est que très rarement utilisé pour le chauffage, mais reste le combustible de
prédilection pour la cuisson sur barbecue étant donné sa capacité à fournir des braises chaudes
et continues, sans flammes.
4 Evolution des prix des combustibles bois
ValBiom réalise un suivi des prix mensuels des combustibles bois. L’évolution des prix montre
que sur les 5 dernières années, les prix sont restés très stables en comparaison avec les
combustibles fossiles. Les pellets ont un prix qui va varier un peu plus selon la saison : c’est en
été qu’il est le plus avantageux, c’est donc à ce moment qu’il faut privilégier le
réapprovisionnement du silo.
Figure 17 : Suivi des prix ces 4 dernières années
Une présentation plus détaillée du suivi des prix, comprenant une description de la méthodologie
et un commentaire est disponible sur le site de ValBiom.

Bois-énergie Les Combustibles Bois

Transcription

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