Une installation de chauffage au bois à alimentation manuelle peut s'utiliser comme système principal ou système d'appoint dans une villa familiale ou un immeuble collectif. Avec une installation ä alimentation manuelle, la combustion comprend, hors la mise en place de la charge, son allumage, une phase de combustion stationnaire et finalement Ia combustion du charbon de bois. Pour garantir un confort élevé et une exploitation pauvre en émissions polluantes, il est donc indispensable de prévoir une accumulation et une distribution de la chaleur. Avec des chaudières de chauffage central, la solution consiste en un réservoir d'eau, alors qu'e dans un appartement, il est aussi possible d'utiliser des poöles ä accumulation ainsi que des systèmes de distribution d'air.

Exigences requises pour des installations de chauffage au bois à alimentation manuelle

Pour parvenir à un rendement élevé et minimiser les émissions polluantes, la technique de combustion doit tenir compte des caractdristiques du combustible. La volatilité élevée des combustibles biogènes entraîne une subdivision séquentielle du processus de combustion en une phase de gazéification du combustible solide elle-même suivie d'une phase de combustion des gaz. Pour parvenir à une bonne régulabilité de la puissance et du processus de combustion, la combustion elle-même se dissocie en une première phase de conversion du combustible solide en un lit de braises avec apport d'air primaire et une deuxième phase de combustion des gaz avec apport d'air secondaire dans la chambre de postcombustion [1]. L'air primaire joue en l'occurrence un rôle sur le rendement de la combustion, alors que l'air secondaire est en premier lieu responsable de l'intégralité de la combustion des gaz. Pour que la combustion soit complète, il est indispensable de réaliser un mélange aussi homogène que possible des gaz combustibles et de l'air comburant. Après mélange avec l'air secondaire, il est en outre nécessaire que les gaz séjournent un certain laps de temps minimum dans la zone de haute température. Dans la plupart des cas, il est possible de maintenir une température élevée, de sorte que la qualité de la combustion est avant tout déterminée par la qualité du mélange d'air et de gaz. Plus le mélange d'air et de gaz est de bonne qualité, plus la combustion s'opère avec un plus faible excédent d'air - sans émission de gaz non consumés. Un faible excédent d'air garantit une température de combustion élevée et le rendement est simultanément à son maximum pour un excédent d'air minimum. Le respect de ces conditions préalables fondamentales en matière d'installations de chauffage au bois permet de parvenir à un rendement élevé ainsi qu'à de faibles émissions polluantes non consumées. Ces conditions préalables s'appliquent aussi bien à des installations à alimentation manuelle qu'à des installations automatiques. Dans la pratique, le taux d'emissions polluantes est en outre déterminé par le respect de conditions d'exploitation optimisées et surtout d'un rapport combustible/air comburant optimisé, ce qui nécessite une régulation appropriée. Pour des installations à alimentation manuelle, l'exigence principale requise réside dans une exploitation correcte assortie d'une phase d'allumage pauvre en émissions polluantes.

La phase d'allumage diffère en fonction du type de l'installation. En principe, il est nécessaire d'utiliser une quantité suffisante de bois sec débité en très petits morceaux. Avec des poêles, on évitera de trop remplir le foyer, d'utiliser des morceaux de bois trop gros ou trop humides, ou encore de refermer trop tôt les clapets d'air.

Profil effectif de la combustion

Avec des installations automatiques, la fragmentation du bois en granulés dosables et l'alimentation mécanisée permettent une exploitation continue de puissance quasiment constante. Si le contrôle calorifique est garanti, il est possible d'exploiter une installation automatique dans la plage de puissance programmable dans des conditions optimales. Comparativement, des installations à alimentation manuelle présentent un profil effectif plus distinct des différentes phases de combustion avec allumage, séquence stationnaire et combustion. Comme l'allumage et la combustion entraînent des émissions accrues, les émissions globales dépendent en premier lieu non seulement d'une qualité élevée de la combustion en phase stationnaire, mais aussi de l'existence d'une phase aussi longue que possible de combustion optimale. Avec des installations à alimentation manuelle, on s'efforce également de parvenir à une combustion de puissance constante moyennant une architecture appropriée de la chaudière. Avec des chaudières à bûches à combustion inférieure, la combustion s'opère de telle sorte que seule la couche inférieure du lit de combustible y participe. Les couches de bois supérieures servent de réserve de combustible et ne se consument qu'en parvenant dans la zone embrasée. Pendant la phase stationnaire de la combustion, un ravitaillement pour ainsi dire automatique en combustible s'opère par simple gravité.

Classification des installations de chauffage au bois à alimentation manuelle

Les installations de chauffage au bois à alimentation manuelle comprennent des chaudières basées sur le principe d'un transfert thermique hydraulique pour assurer le chauffage central et la préparation d'eau chaude, et des poêles avec émission de la chaleur par rayonnement et par convection. La distinction entre chaudières et poêles décide des posslbilités d'application et de la classification légale soumise à différentes procédures d'essai. Il existe également des installations combinées, à savoir par exemple des poêles à accumulation équipés d'un échangeur de chaleur ä eau pour raccordement sur un circuit de chauffage central.

Les chaudières à bûches sont équipées d'un accumulateur d'eau dans lequel s'accumule la majeure partie de la chaleur produite par une charge de combustible. On a ainsi l'assurance que la chaudière ne fonctionne pas en service en/hors générant des émissions polluantes accrues, mais en service de charge nominale ou de charge partielle continue garant de faibles émissions polluantes.

Les poêles à accumulation peuvent être munis d'un enduit, de catelles en céramique, de carreaux réfractaires ou de pierre ollaire, ce qui procure d'innombrables possibilités esthétiques. Dans ce contexte, on utilise également souvent des expressions telles que poêle en catelles, poêle en faïence et poêle en pierre ollaire. L'allure extérieure du poêle est en l'occurrence très libre et ne dépend pas de la technique de combustlon. Les poêles individuels, poêles-cheminées, cheminées de salon, cuisinières ä bois et cuisinières de chauffage central constituent d'autres types d'installations de chauffage au bois. Sur la base des différents systèmes, les installations de chauffage au bois à alimentation manuelle peuvent se classifier conformèment au tableau 1.

Parallélement, il est possible de catégorier les différents principes de combustion, à savoir combustion intégrale, combustion superieure, combustion inférieure et combustion descendante; on fait également une distinction entre une installation de chauffage à tirage naturel et une installation équipée d'un ventilateur. Les installations à combustion supérieure sont également dites à combustion intégrale, car la totalité du bois est brûlée en une seule fois. Avec une installation à combustion inférieure, seule la couche inférieure de bois participe par contre à la combustion, alors que le bois encore froid des couches supérieures sert d'élément moteur gravitationnel pour le combustible et participera au processus de combustion après seulement son passage dans la zone embrasée. La combustion inférieure se prête ainsi à une longue durée de combustion à plus faible puissance, ce qui correspond mieux à des besoins calorifiques effectifs. Avec ce principe, il est simultanément possible de réaliser une combustion biétagée avec laquelle les gaz combustibles sont presque entièrement brûlés dans une chambre de combustion séparée par apport d'air secondaire, de sorte qu'il est possible de parvenir à des émissions polluantes plus faibles et des rendements améliorés.

Le principe d'une combustion inférieure biétagée est appliqué depuis de nombreuses années aux chaudières à bûches. Pour parvenir à un bon mélange et permettre des conditions de combustion constantes, on utilise en outre des ventilateurs pour favoriser la circulation de l'air comburant. Les poêles à bois fonctionnent par contre presque exclusivement selon le principe de la combustion supérieure avec tirage naturel. Avec un tirage naturel, la combustion dépend fortement des conditions météorologiques, c'est-à-dire de la température extérieure et des conditions éoliennes, raison pour laquelle il n'est pas possible de parvenir à une exploitatlon pauvre en émissions polluantes dans toutes les conditions.

Tableau 1

lnstallations de chauffage au bois à alimentation manuelle, catégories et remarques. La combustion supérieure est également dite combustion intégrale. Les poêles sont parfois aussi proposés en version à combustion inférieure ou en version à combustion supérieure et ventilateur.

Domaines d'application

Des cheminées ouvertes ne conviennent pas pour des systèmes de chauffage, car il faut leur fournir une quantité d'air disproportionnée pour éviter un dégagement de gaz dans la pièce de séjour. Pour chauffer un seul local, on utilise en règle générale des cheminées fermées, des poêles individuels ou des poêles à accumulation. En l'occurrence, la chaleur est transmise par rayonnement et par convection, ou à la rigueur par échauffement complémentaire de l'air ambiant dans un registre de chauffage. L'apport d'air comburant devrait s'opérer indépendamment de l'air ambiant, c'est-à-dire directement avec de l'air extérieur.

En fonction de leur utllisation, les poêles-cheminées peuvent être de type lourd ou léger. En version légère, l'émission de chaleur s'effectue très rapidement, alors qu'en version lourde, elle s'opère avec une certaine temporisation occasionnée par le phénomène d'accumulation. Les poêles à accumulation presentent une fonction d'accumulation encore bien marquée et autorisent un transfert thermique constant dans le local pendant plusieurs heures. Il est ainsi possible de chauffer plusieurs locaux par distribution d'air chaud au moyen d'un système hypocauste ou en utilisant un poêle à accumulation raccordé à un échangeur de chaleur en aval. L'émission de chaleur par rayonnement assure un climat ambiant agréable, car la température de l'air est inférieure à celle procurée moyennant une émission de chaleur par convection.

Les poêles et les cheminées conviennent surtout pour brûler de petites quantités de bois. Leur domaine d'application couvre donc le chauffage d'appoint pour divers locaux particuliers (par exemple pendant la misaison) ou le chauffage de maisons à très faible demande calorifique. Pour des puissances importantes et un chauffage à l'année, on utilise surtout des chaudières à bûches avec lesquelles la distribution de la chaleur s'effectue par l'intermédiaire d'un circuit de chauffage central.

Technique de combustion

En matière d'installations de chauffage au bois à alimentation manuelle, on distingue entre combustion supérieure et combustion inférieure. Avec la combustion supérieure, le processus de combustion est caractérisé par une combustion brève et intense de toute la quantité de bois avec une puissance momentanée élevée. Cela correspond au processus d'un poêle à accumulation conventionnel dans lequel toute la quantité de bois se consume simultanément. La plupart des poêles individuels fonctionnent également selon le principe de la combustion supérieure. L'illustration 1 présente un exemple de poêle individuel qui dispose d'une zone de combustion situ de en aval du foyer et se distingue en outre par une transmission de chaleur à des éléments d'accumulation. L'illustration 2 présente l'architecture d'un poêle à accumulation à combustion supérieure (combustion montante), alors que l'illustration 3 concerne l'architecture d'un poêle à accumulation avec combustion inférieure latérale et apport d'air secondaire avant la chambre de combustion située en aval. L'illustration 4 est un exemple de poêle à accumulation moderne avec combustion inférieure, chambre de postcombustion et ventilateur d'évacuation des gaz brûlés pour optimisation des conditions de combustion et maintien de celles-ci dans un état constant.

Avec des chaudières à bûches, il est possible de charger de plus grandes quantités de bois dans la trémie de remplissage qu'avec des poêles individuels. Les chaudières à bûches à combustion supérieure présentent donc une puissance élevée à court terme et doivent être équipés d'un accumulateur thermique capable d'absorber une certaine partie de la quantité de chaleur produite par la charge de bois. La libération d'une puissance concentrée sur un bref laps de temps se traduit par la nécessité de disposer d'une grande chambre de combustion afin de garantir une latence suffisamment prolongée des gaz.

Avec une combustion inférieure, seule la couche la plus basse déposée dans la trémie de remplissage participe momentanément à la combustion. La combustion se prolonge ainsi plus longtemps à une puissance moindre et peut durer jusqu'à cinq heures et plus. Pour garantir un confort de service élevé et utiliser le bois en occasionnant des émissions minimales de substances polluantes, un accumulateur thermique est également nécessaire avec des chaudières à combustion inférieure. Comme de la chaleur est directement transmise au bâtiment durant la longue période de combustion, l'accumulateur peut toute fois être plus modestement dimensionné.

Avec un système de chauffage doté d'un accumulateur, l'alimentation s'effectue une à deux fois par jour pendant la saison froide, alors qu'un seul remplissage suffit pour plusieurs jours durant la misaison. Les chaudières à bûches à combustion inférieure bénéficient aujourd'hui d'une technique de combustion sophistiquée. Le contrôle de la puissance au moyen de l'air primaire et l'optimisation de la combustion au moyen de l'air secondaire permettent en outre de procéder à une régulation de bien meilleure qualité.

Les chaudières à bûches modernes disposent en règle générale d'une arrivée d'air assist de par un ventilateur de tirage par aspiration; quelques chaudières sont également équipées d'un ventilateur refoulant. L'exploitation d'une chaudière assistée par un ventilateur présente l'avantage de pouvoir surmonter une plus grande perte de pression dans le foyer, ce qui permet de réaliser un mélange lui-même assisté en surmontant une perte de pression supplémentaire au moyen d'encastrés, chicanes et réductions. Un ventilateur présente par ailleurs l'avantage que la combustion peut s'effectuer très indépendante des conditions environnantes (température, vent et pression atmosphérique).

Les chaudières à combustion inférieure peuvent adopter de nombreuses architectures différentes. Une forme particulière d'architecture correspond à celle de la combustion descendante avec laquelle les gaz passent verticalement sous le lit de braises. Les chaudières à combustion descendante ne comportent pas de grille et pas de compartiment séparé d'évacuation des cendres. Des installations à combustion inférieure latérale peuvent par contre s'équiper d'une grille de combustion et d'un cendrier.

L'illustration 5 présente l'architecture d'une chaudière à combustion descendante disposant d'arrivées d'air primaire et secondaire séparées et équipées de ventilateurs refoulants. Le principe repose en l'occurrence sur une combustion biétagée avec gazéification du bois avec l'air primaire et combustion subséquente des gaz dans une chambre de combustion en aval avec l'air secondaire. Les limites de la combustion présentées dans la figure 3 peuvent ainsi en majeure partie être franchies.

L'illustration 6 présente une chaudière à combustion descendante équipée d'une régulation lambda et d'un ventilateur de tirage par aspiration en lieu et place de ventilateurs refoulants. L'illustration 7 présente l'architecture d'une chaudière à bûches à combustion inférieure latérale. L'illustration 8 présente une vue en coupe du même type de chaudière. Cette chaudière dispose d'un tiroir d'évacuation des cendres et d'un ventilateur de tirage par aspiration. L'air primaire et l'air secondaire sont régulés par des clapets d'admission commandés séparément. L'illustration 9 présente une chaudière à bûches à combustion latérale avec chambre de combustion horizontale.

Régulation

Comme leur nom l'indique, le chargement d'installations de chauffage au bois à alimentation manuelle seffectue à la main. En fonction de l'importance du volume de remplissage, on fait brûler des charges de durée différente. La combustion d'une charge s'opère conformément aux trois phases successives d'allumage, de séquence stationnaire à puissance approximativement constante et de combustion. Dans sa phase initiale, la combustion engendre des émissions polluantes accrues, et notamment des poussières fines et des hydrocarbures non consumés, raison pour laquelle il convient d'abréger la phase en question au maximum moyennant des mesures d'allumage et de combustion appropriées.

Avec des installations de chauffage à circuits d'air primaire et secondaire séparés, la quantité d'air primaire et la quantité d'air secondaire peuvent s'utiliser comme variables réglantes pour la régulation de la puissance et de la combustion. L'air primaire permet de faire varier le taux de gazéification et donc la puissance dans une plage de 100 % à 50 % environ, alors que l'air secondaire permet de contrôler la combustion intégrale des gaz combustibles. Les principaux concepts de régulation relatifs à des installations de chauffage au bois à alimentation manuelle visent les objectifs suivants:

lnfluence sur la puissance de combustion pour parvenir à de plus longues durées de combustion

Optimisation des conditions de combustion

Pour les systémes dotés d'un accumulateur, gestion intégrée de l'accumulateur avec exploitation de la chaleur résiduelle

Pour optimiser les conditions de combustion, on utilise généralement aujourd'hui une sonde lambda qui autorise une régulation directe du rapport combustible/air comburant. Pour réaliser une régulation élargie, il est par ailleurs aussi possible d'utiliser des capteurs CO. Comme variante à la sonde lambda, on peut aussi se baser sur la mesure de la température des flammes. De pareilles régulations peuvent aussi avoir recours à la technologie «fuzzy». Pour des systèmes avec accumulateur, la puissance de combustlon de la chaudière varie en fonction de l'état de charge de l'accumulateur.

Avec des installations de chauffage au bois à alimentation manuelle, les principales fonctions techniques de sécurité comprennent l'ouverture dûment contrôlée de la trémie de remplissage pour éviter l'échappement de gaz (par exemple moyennant un interrupteur et une commande du ventilateur de tirage à aspiration) ainsi qu'une sécurité thermique contre l'écoulement sur la chaudière pour des systèmes hydrauliques à circuit fermé.

Combustible et exploitation

Avec toutes les installations de chauffage à alimentation manuelle, on veillera systématiquement à n'utiliser que du bois de feu sec à l'état naturel correctement stocké (illustration 10). Il est en outre possible d'utiliser des briquettes de bois pour autant qu'elles ne contiennent pas de liants ou d'impuretés. ll est interdit de faire brûler des panneaux de particules, du bois traité, du bois muni d'une couche de peinture ou de vernis ainsi que des déchets de bois combustibles. La combustion de pareils combustibles prohibés dans des installations de chauffage au bois à alimentation manuelle ou des foyers ouverts entraîne des émissions polluantes excessives et des résidus cendreux toxiques qui, s'ils sont déposés dans un jardin, provoquent un empoisonnement du sol et des produits alimentaires cultivés sur celui-ci. Simultanément, la longévité de l'installation de chauffage est également écourtée, car les acides libérés attaquent la chambre de combustion, la chaudière et le conduit de fumée.

L'ordonnance sur la protection de l'air (Opair) donne la liste des combustibles autorisés. Son application relève de la compétence des cantons qui peuvent déléguer son contrôle à un office spécialisé. L'utilisation de combustibles prohibés dans des installations de chauffage au bois à alimentation manuelle peut être décelée par analyse des résidus cendreux dans le cadre d'un test rapide des cendres. Ce test peut par exemple être réalisé par le ramoneur lors d'un contrôle périodique ou réclamé sur plainte du voisinage consécutivement à des nuisances nauséabondes. L'Office fédéral de l'environnement, les services cantonaux de la protection de l'environnement ainsi que le site de l'initiative FairFeuern.ch sont à disposition pour fournir de plus amples informations relatives aux combustibles autorisés et aux conséquences de la combustion de produits prohibés.

La principale substance nocive émise par des installations de chauffage au bois consiste en des poussières fines respirables sous forme de suie et de goudron, poussières qui, dans de mauvaises conditions de combustion, sont émises en de fortes concentrations et peuvent entrainer des nuisances nauséabondes [2]. Une fumée visible et malodorante qui sort d'une cheminée est un signe de combustion incomplète et d'exploitation déficiente qui ne doit durer que quelques minutes après l'allumage. 15 minutes au plus tard après le démarrage de l'installation, aucune fumée apparente ne doit être émise. Une exploitation pauvre en émissions polluantes présuppose surtout un allumage correct et l'utilisation de bois de feu bien sec. Dans des cheminées et des poêles à bois, l'allumage doit s'effectuer dans la partie supérieure avec du bois sec finement bûché sur lequel le combustible sera empilé. L'ancien allumage ordinaire de grosses bûches avec du petit bois placé dessous entraîne par contre une formation trop longue et inadmissible de fumée. L'utilisation de bûches trop grosses, le remplissage du foyer, la fermeture prématurée des clapets d'air ou d'autres fausses manceuvres entraînent également un dégagement excessif de fumée. Deux fiches techniques (illustrations 11 et 12) disponibles sous forme de documents pdf à télécharger sont garantes d'un allumage dans les règles de l'art.

Homologation et label de qualité

Pour garantir la qualité élevée de nouvelles chaudières à bois et de nouveaux poêles à bois. Energie Bois Suisse décerne un label de qualité aux très bonnes installations de chauffage au bois. On teste en l'occurrence les exigences requises en matière d'émissions polluantes et de rendement, exigences qui s'appuient sur l'ordonnance sur la protection de l'air ainsi que les normes européennes en vigueur. L'essai technique est réalisé par un institut d'essai accrédité tel que l'EMPA. Il convient en outre de respecter des exigences concernant la sécurité et les instructions de service ou le mode d'emploi. L'homologation est attestée par l'attribution du label de qualité ASEB (illustration 10). L'utilisation d'installations de chauffage homologuées garantit un standard de qualité élevé sur le plan de la technique de combustion et du confort de service. Dans quelques cantons, l'utilisation d'installations de chauffage au bois fait également l'objet de subventions financières. La liste de l'installations de chauffage au bois dûment homologuées à l'heure actuelle peut s'obtenir auprès de l'ASEB.