L’INERIS fait le point sur les émissions des appareils de chauffage à bois

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Article paru dans le Chauffage Bois Aujourd’hui n°2 de novembre 2019

Le bois-énergie est la première source d’énergie renouvelable et l’enjeu est que son développement, utile à la lutte contre le changement climatique, ait le moins possible d’impact négatif sur la qualité de l’air. La combustion du bois, dans certaines conditions parfois courantes, notamment dans le cas des appareils à chargement manuel, peut en effet être à l’origine d’émissions de polluants : particules fines dangereuses pour la santé mais aussi autres composés toxiques tels que le monoxyde de carbone, les composés organiques volatils et les oxydes d’azote. Il est donc important pour l’avenir de la filière de limiter et réduire l’impact du parc domestique sur la qualité de l’air, notamment sur les niveaux de concentration en particules dans l’atmosphère. L’Ineris, Institut national de l’environnement industriel et des risques, a réalisé une synthèse des enseignements tirés des principales études qu’il a menées sur la caractérisation des émissions depuis une dizaine d’années et dont les présents propos sont tirés.

La formation des particules fines

Les particules issues, plus ou moins directement, des processus de combustion domestique de bois peuvent être divisées en deux catégories :

• les particules primaires : elles se présentent sous forme solide ou sous une forme dite condensable, c’est-à-dire qui peut se transformer en particules suite à la condensation après l’émission directe par l’appareil ;
• les particules secondaires : elles se forment dans l’atmosphère après émission par des phénomènes d’oxydation par la lumière, principalement à partir des composés organiques les plus réactifs.

Réduire la contribution de la filière combustion domestique de biomasse aux concentrations de particules dans l’air ambiant n’implique donc pas uniquement de réduire les émissions de particules solides, mais aussi et surtout celles de la fraction condensable ; et des COV incluant le benzène.

Amélioration des conditions de combustion dans les appareils à chargement manuel

Sur un cycle complet de combustion, en alimentation manuelle, environ 80 % des émissions polluantes a lieu durant les 10 à 15 minutes après l’allumage à froid de la première charge bois ou à chaud lors des charges suivantes. Réduire ce pic de pollution pourrait donc conduire à une réduction drastique des émissions polluantes.

L’amélioration des conditions de combustion intervient sur les émissions de la fraction solide mais surtout sur les émissions de la fraction organique condensable et des COV. Ceci explique la quasi-inexistence de ceux-ci sur des installations de plus fortes puissances où les temps de séjour des gaz et particules sont plus conséquents et les niveaux de température plus élevés.

L’influence des paramètres de fonctionnement a permis de dégager des tendances sur les facteurs d’influence des émissions pour les appareils à alimentation manuelle :

• L’humidité du bois : elle est généralement comprise entre 12 et 25 % voire plus ; au-delà de 25 %, une augmentation des émissions et une diminution du rendement et de la puissance délivrée sont observés ;
• L’essence de bois : les émissions sont en général plus fortes lors de la combustion de chêne ou de résineux que de charme ou de hêtre ;
• L’allure de fonctionnement de l’appareil : l’utilisateur est souvent amené à faire fonctionner son appareil à allure réduite (en limitant les entrées d’air comburant) car son besoin en chauffage ne correspond pas à l’utilisation de l’appareil à sa puissance prévue, si celui-ci a été dimensionné pour subvenir à des épisodes de grand froid, pour compenser un tirage trop élevé de son installation, si l’utilisateur n’est pas physiquement présent pour recharger le foyer ;
• La charge, et la qualité de bois utilisée qui peuvent être variables (dimension, diamètre, humidité des bûches, essences de bois, quantité d’écorce, etc.) ;
• Le tirage dans les installations à tirage naturel : il varie de façon importante d’un logement à l’autre en fonction de la hauteur du conduit et de l’écart de température entre l’intérieur et l’extérieur. Un tirage important n’est pas particulièrement défavorable mais peut provoquer une combustion plus rapide avec des temps de séjour insuffisants pour assurer une combustion achevée qui peut amener l’utilisateur à faire fonctionner son appareil à allure réduite. Le tirage varie en fonction de l’avancement de la combustion ;
• Le vieillissement des appareils : au cours du temps, une usure des joints et des déformations du foyer peuvent avoir lieu, et engendrer des entrées d’air parasites.

Des technologies permettent d’obtenir des performances énergétiques et environnementales élevées

Les appareils à combustion catalytique : ils permettent une oxydation catalytique d’un certain nombre de composés dont le monoxyde de carbone et les composés organiques mais sont peu utilisés en Europe.

Les appareils à combustion avancée : appareils conçus de manière empirique à partir de l’expérience de chaque constructeur. En France, la répartition des débits d’air primaire, secondaire et air de vitre, ainsi que le positionnement de ces entrées d’air sont définis moyennant la réalisation d’essais permettant d’orienter les choix et de positionner les performances du nouvel appareil par rapport aux exigences du label Flamme Verte.

Les poêles de masse ou poêles à restitution lente de chaleur : ces poêles sont conçus pour emmagasiner l’énergie produite lors de la combustion et pour la restituer lentement dans la pièce où il sont installés. Du fait de leur grande capacité à stocker et à restituer la chaleur, la combustion ne dure que quelques heures par jour, essentiellement à allure nominale. La norme EN 15250 précise la durée de restitution de chaleur pour chaque appareil.

Les poêles à granulés : ces équipements sont parmi les plus performants du marché, tant sur le plan énergétique qu’environnemental. Ces appareils permettent d’obtenir des rendements élevés (environ 90 %) grâce à un bon mélange et un ratio air comburant et combustible, la faible taille des granulés favorisant le passage de l’air, et une alimentation automatique en combustible. Les performances des poêles à granulés constatées sont en général élevées mais restent très disparates d’un appareil à l’autre en fonction de leur conception, et surtout à faible allure.

Les chaudières domestiques : quelles que soient les chaudières à granulés, à bûches ou à plaquettes, ces installations se caractérisent par de meilleures performances énergétiques et environnementales que tous les appareils précédents. Lorsqu’elles sont associées à un ballon d’eau chaude tampon, les chaudières fonctionnent essentiellement à allure nominale, La fraction condensable des particules à l’émission des chaudières est en général très faible (de l’ordre de quelques mg/m³).

Télécharger la synthèse complète sur www.ineris.fr

Contact : 03 44 55 66 77 
- ineris@ineris.fr 
- www.ineris.fr

Frédéric Douard