Bois énergie

Les applications du bois comme combustible sont nommées bois énergie.

Le bois énergie est un type de bioénergie utilisant la biomasse constituée par le bois. Il peut s'agir d'une énergie renouvelable si le bois est produit par une gestion durable des forêts.

Il se présente sous quatre formes principales :

• les bûches ;
• les granulés de bois ou pellets ;
• les briques de bois reconstituées ;
• les plaquettes forestières.

Historique

Le bois est l'une des sources d'énergie les plus anciennement utilisées par l'humanité. Depuis la préhistoire jusqu'au début de l'exploitation du charbon, le bois fut l'unique source d'énergie envisageable pour le chauffage et pour la cuisson des aliments. Au Moyen Âge puis à l'époque moderne, c'est le bois qui permit le développement de certaines industries gourmandes en énergie et qui nécessitaient des températures élevées, comme la sidérurgie et la verrerie. À cet effet, le bois était transformé en charbon de bois par des artisans spécialisés, les charbonniers. Ce métier a presque disparu au XIXe siècle avec la naissance et le développement spectaculaire de l'extraction de la houille (aussi nommée «charbon de terre»).

Le bois eut aussi une période d'intérêt spécifique au cours de la Deuxième Guerre mondiale pour alimenter les véhicules à gazogène.

Aujourd'hui, le bois énergie suscite un regain d'intérêt en raison du prix grandissant des énergies fossiles, de sa disponibilité et de son caractère renouvelable.

Applications

Les différentes applications du bois énergie se définissent par leur rendement. Les dernières générations de matériel permettent des rendements en énergie particulièrement élevés (supérieurs à 90%).

• Les applications les plus intéressantes sont les réseaux de chaleur en cogénération avec de l'électricité le plus fréquemment.
• Le chauffage au bois sous forme de bûches connaît toujours un certain succès, surtout en habitat pavillonnaire et malgré ses contraintes pratiques, car outre les aspects économiques et écologiques, il apporte un caractère chaleureux que n'ont pas les modes de chauffage modernes.
• Les chaufferies collectives au bois utilisant des déchets de scierie (sciure, chutes de bois) ou des plaquettes de bois issues de l'exploitation forestière se développent fortement.
• En chaudière individuelle, du fait des difficultés d'approvisionnement et de stockage, le développement est plus lent mais la filière commence à se structurer. L'utilisation de plaquettes forestières ou de granulés de bois (aussi appelés pellets) dans des chaudières automatisées à la place du fioul apparaît prometteur, et est courant en Suède et en Autriche.

Rendements

On peut comparer les différents rendements de types de chauffage au bois :

• Insert ou cheminée ouverte : rendement 10 à 15% (rendement lors de la combustion. Sur une année, le rendement peut être négatif, du fait des pertes thermiques importantes quand la cheminée n'est pas utilisée)
• Insert fermé par une vitre : 30 à 70%
• Poêle à bois moderne (à combustion secondaire)  : 70%
• Chaudière de cheminée : 85 à 95%
• Chaudières à bois : 85 à 95%
• Chaudière à granulés de bois (Pellet)  : 85 à 95%
• Chaudière à plaquettes forestières : 75 à 90%
• Réseaux de chaleur : 95%

Les essences de bois de chauffage

Les essences de bois sont classées en deux grandes familles selon leur densité :

• les feuillus durs (chêne, hêtre, frêne, châtaignier, charme, noyer, arbres fruitiers, etc. )  ;
• les résineux (épicéa, sapin, pin, mélèze, douglas) et feuillus tendres, (peuplier, saule, etc. ).

Les feuillus durs sont les plus appréciés pour le chauffage domestique, à l'exception du châtaignier qui éclate en brûlant. Les feuillus tendres et les résineux brûlent plus vite. S'ils sont mal stockés, ils se dégradent rapidement. Les résineux sont néanmoins appréciés pour leur montée rapide en température.

• Le sapin et l'épicéa ont le même pouvoir calorifique mais le sapin produisant moins de résine, il génère moins d'étincelles.
• Le pin et le mélèze sont de bien meilleure qualité, mais sont moins courants.
• Le bouleau est fréquemment utilisé pour les cheminées, car il donne une belle flamme (claire, un peu bleutée) et un bon arôme. Il brûle assez rapidement.
• Le hêtre est reconnu comme le bois de chauffage parfait car il donne une belle flamme et de bonnes braises presque sans étincelles et possède, en outre, un très haut pouvoir calorifique. L'apport énergétique / calorifique du bois de hêtre est fréquemment cité comme une référence comparé à d'autres bois. Son odeur est le plus souvent particulièrement appréciée, c'est pourquoi le fumage des denrées alimentaires est fait essentiellement sur bois de hêtre.
• Le chêne a de multiples usages. Il donne de bonnes braises mais une flamme moins belle. Le pouvoir calorifique est toujours légèrement plus élevé que celui du hêtre, et la combustion est la meilleure. Le chêne contient énormément de tanins nécessitant une bonne aération. Il est par conséquent bien adapté pour les fours, mais pas pour les cheminées ouvertes.
• Le charme commun, de même que le chêne, a un très haut pouvoir calorifique. Il donne une belle flamme et brûle longtemps. Comme le frêne, il est spécifiquement complexe à couper. Le frêne donne la plus belle flamme. Il est parfait pour les cheminées, car il produit peu d'étincelles.

Inconvénients

Le chauffage au bois résidentiel est une source importante de pollution atmosphérique, importante en nombre de composés rejetés et en quantité (en particulier si on compare les valeurs à celles d'autres combustibles). Il peut occasionnellementêtre nuisible à la santé. De récentes études épidémiologiques ont souligné la similarité des effets sur la santé entre les fumées de combustion de biomasse (feux de cheminées, feux agricoles, feux de jardins) et les produits pétroliers (diesel), tant dans la nature que dans la fréquence des troubles génèrés (affection respiratoire, cancer du poumon... ) (source : les résultats du programme européen CARBOSOL, décembre 2007) ^[1].

Parmi la liste des substances émises lors de la combustion du bois, on note : des particules fines (dont les PM2, 5 qui pénètrent profondément dans le dispositif respiratoire), le monoxyde de carbone (CO) , les oxydes d'azote (NOx) , les composés organiques volatils (COV) , l'acroléine, le formaldéhyde, des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) , des dioxines et des Furanes. Selon les sensibilités et les niveaux d'exposition, la fumée de combustion du bois peut causer des maux de tête, de la nausée, l'irritation des yeux et du dispositif respiratoire, une aggravation des maladies cardiorespiratoires et une espérance de vie réduite. Certains composés émis sont aussi des substances potentiellement ou avérées mutagènes et cancérigènes (benzène et HAP, par exemple) ^[2].

Le bois représente 5% uniquement de la consommation finale d'énergie en France (dont 85% utilisés dans les maisons individuelles).

Emissions dans l'atmosphère dues à la combustion du bois (pour l'année 2006 en France métropolitaine, en % des émissions totales), selon les estimations du CITEPA, qui assure la réalisation technique des inventaires dans ce pays :

PM2, 5 : 39% (en 1ère position) - PM1 (particules particulièrement fines, toujours plus nocives)  : 64% - HAP : 74% - COVNM (COV Non Méthaniques = COV sauf méthane)  : 21% - PCB ("pyralènes")  : 70%. Ils sont les seconds émetteurs de dioxines/furannes (17%) [CITEPA, mise à jour de février 2008].

Ils sont aussi les principaux émetteurs de benzène (62% en 2003 dans le secteur résidentiel-tertiaire, 74% en 2005) [rapport Marc Rico, ministère de l'écologie, 2 mars 2006 et rapport Air et Atmosphère de Philippe Richert, (ex) vice-président du Sénat, 13 mars 2008].

En comparaison, toujours pour l'année 2006, les émissions dues au fioul domestique, au gaz naturel et au gazole ont été nettement plus faibles (spécifiquement pour les deux premiers cités)  :

Fioul domestique > PM2, 5 : 6% - PM1 : 8% - HAP : 4% - COVNM : 1% - PCB : 0, 8% - dioxines/furannes : 0, 08%.

Gaz naturel > PM2, 5 : 0, 1% - PM1 : 0, 05% - HAP : 0, 2% au maximum - COVNM : 0, 6%.

Gazole > PM2, 5 : 11% - PM1 : 17% - HAP : 18% - COVNM : 3% - PCB : 0, 8% - dioxines/furannes : 0, 7%.

Le transport routier est en 2è position pour les émissions de benzène (14, 6%) et en 4è position pour les émissions de PM2, 5 (12%), l'industrie manufacturière étant en 2è position (26%) et le secteur de l'agriculture/sylviculture à la 3è place (17%).

[CITEPA, mise à jour de février 2008].

Depuis la fin des années 1980, plusieurs technologies ont été développées pour rendre les appareils de chauffage au bois plus écologiques. Les catalyseurs et les entrées d'air secondaires sont des exemples de technologies qui permettent une combustion presque totale des gaz émis et évitent l'émission de fumée visible. Ces technologies ont été développées pour répondre à des normes environnementales sévères comme la norme américaine pour poêle à bois EPA. Malheureusement, la majorité des appareils de chauffage au bois en utilisation, qui datent du début des années 1980 et ne sont pas pourvus de ces technologies, sont toujours particulièrement polluants. Les pouvoirs publics se sont par conséquent lancés dans une incitation particulièrement forte à leur remplacement au profit de pœles et d'inserts bien plus performants (70% de rendement minimum, 0, 3% de CO). Ces 2 caractéristiques déterminent en partie le caractère "flamme verte" des pœles. Elles permettent aussi de minimiser les rejets gazeux et metalliques associés.

Au SIREME 2008 a été présentée une étude faite par l'ADEME sur la pollution atmosphérique liée au chauffage au bois. Les résultats d'un poële moderne sont désormais en ligne avec les autres modes de chauffage à base de combustion.

On note les éléments suivants qui influenceront largement la quantité de pollution génèrée par ce mode de chauffage :

• la densité de la population ;
• les conditions climatiques ;
• la topographie ;
• la qualité des appareils de combustion ;
• les essences de bois utilisées ;
• le taux d'humidité du bois (il faut totalement bruler du bois de moins de 18% d'humidité)
• et les techniques de combustion utilisés.

Il convient par conséquent de comparer ces pollutions à celles génèrées par les autres modes de fabrication de l'énergie, surtout des énergies de chauffage les plus utilisées (fuel, gaz, électricité).

Cependant, un des avantages du bois comme source d'énergie est que son bilan carbone est neutre (quand on ne tient pas compte de la quantité de CO₂ produit par les équipements à énergie fossile utilisés pour la coupe, le débitage et le transport de la ressource). Le CO₂ libéré au cours de la combustion d'un arbre a été capturé par ce dernier lors de sa croissance. Étant donné qu'on ne prélève pas plus de bois qu'il n'en pousse, la combustion du bois n'a par conséquent aucun impact sur le dioxyde de carbone émis si les forêts sont bien gérées. Qui plus est , la décomposition du bois au sol aurait de toute façon libéré une quantité équivalente de CO₂, ou alors de méthane, sans en récupérer l'énergie.

Comme énergie solide, le bois produit 42 g de CO2 fossile par kwh pour sa combustion, contre plus de 400 pour le fuel (source BIOMEE [1]) et confirmée par l'ADEME). Cette energie est principalement du au transport entre la foret et le point de consommation (coupe, débardage, transport). EDF annonce 55 g de CO2 fossile pour la totalité de sa production.

Les cyanures et poussières de suie sont un sous-produit de la combustion et une grande concentration de chauffage au bois génère du smog.

Économie

Le bois comme source d'énergie contribue positivement à l'environnement économique : d'une part, il a un impact particulièrement fort sur l'aménagement du territoire par la gestion des forêts qu'il génère, d'autre part, il développe l'économie de proximité par les emplois qu'il induit sur la totalité de la chaîne (exploitation forestière, production, récolte, logistique).

Production

L'exploitation respectant les traditions des forêts pour la production du bois de chauffage a conduit à une forme de sylviculture, le taillis, qui permettait de produire en quantité des bois de petit diamètre (deux versions extrêmes, récoltée de manière industrielle en sont le taillis à courte rotation (TCR) et le taillis à particulièrement courte rotation (TTCR), basés sur la récolte de clones de saules densément plantés en alignements).

Le traitement en futaie de production de bois d'œuvre permet cependant une production de petit bois de chauffage à partir des premières éclaircies.

Le déchiquetage des rémanents d'exploitation (branchages et petits bois) qui n'étaient jusqu'alors pas valorisés sous formes de plaquettes forestières est une technique prometteuse pour l'approvisionnement, mais qui peut poser des problèmes écologiques (épuisement et dégradation des sols)

La production de bois énergie permet ainsi de dynamiser la gestion forestière et la récolte de bois d'œuvre en rentabilisant les premières éclaircies. La montée en puissance du bois énergie pose néanmoins le problème d'une concurrence avec les filières d'approvisionnement en bois de trituration.

En France

«La France doit sa place de premier producteur européen de bois-énergie (9, 18 millions de tonne d'équivalent pétrole en 2004) principalement au chauffage domestique (environ 7, 4 Mtep). Dans l'habitat individuel, plus de 5 millions de ménages sont équipés d'un chauffage au bois (45 % d'inserts et de foyers fermés, 27 % de foyers ouverts, 13 % de poêle, 9 % de cuisinières et 6 % de chaudières individuelles). Le rendement énergétique de ces appareils reste faible (40-50 %) compte tenu des nouveaux produits présents sur le marché dont les rendements dépassent les 65 %. Un des grands enjeux du “plan bois-énergie 2000-2006” et de la loi fiscale sur les appareils utilisant les renouvelables (crédit d'impôt de 50 % en 2006) est d'accélérer le renouvellement vers les appareils de chauffage au bois à haut rendement et aussi d'augmenter la taille du parc installé.

Le plan bois-énergie comporte aussi un important volet pour le développement du bois-énergie dans les secteurs industriel, collectif et tertiaire. L'objectif pour 2006 est la mise en service de 1 000 chaufferies supplémentaires (600 collectives et 400 industriels) pour une puissance de 1000 nouveaux mégawatts (350 MW pour le collectif et 650 MW pour l'industrie), soit une production supplémentaire de bois-énergie de 0, 3 Mtep (0, 12 Mtep pour le collectif et 0, 18 Mtep pour l'industrie). Les objectifs de ce plan sont d'ores et déjà atteints en termes de quantité de chaufferies (1 090). En terme d'énergie produite, après cinq ans, on en est à 73 % de l'objectif fixé. Il reste 80 000 tep à économiser pour les années 2005 et 2006.

À la fin de l'année 2004, l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie estime que le parc des chaufferies collectives bois en fonctionnement comprenait 641 installations soit 430 MW de puissance thermique installée (+13 % par an en moyenne depuis 2000). Le parc des chaufferies industrielles (de puissance> 1 MW) est estimé à 1 000 unités pour une puissance de 2500 MW. Ce parc est caractérisé par quelques unités de forte puissance dans l'industrie de la trituration qui fonctionnent en cogénération. Concernant la production d'électricité, le gouvernement a communiqué le 11 janvier 2007, les résultats de l'appel d'offres biomasse-biogaz pour des installations supérieures ou identiques à 12 MW. Le ministre a fait le choix de 14 projets biomasse (216 MWe) et 1 projet biogaz (16 MWe) qui devraient permettre une production supplémentaire d'électricité de 1, 8 TWh. Le prix moyen d'achat demandé par les promoteurs est de 86 €/MWh tandis que le prix sur le marché de gros est de l'ordre de 35 €/MWh. Le tarif d'achat pour l'électricité produite à partir de la combustion de la biomasse pour les puissances inférieures à 12 MW est de 49 €/MWh, plus une prime d'efficacité énergétique comprise entre 0 et 12 €/MWh. Le potentiel reste important en France. Une étude commanditée par l'Ademe a identifié un gisement physique national supplémentaire et annuel localisé entre 7 et 12 Mtep de plaquettes forestières (selon les niveaux de rémanents et d'exploitations forestières), c'est-à dire tout autant que ce qui est exploité aujourd'hui !» ^[3]

L'exemple d'une région française, la Franche-Comté

La Franche-Comté est une région beaucoup boisée aux importantes ressources forestières, localisée dans l'Est de la France, le long de la frontière suisse. Dès qu'on veut dépasser le stade du chauffage au bois respectant les traditions en bûches, la mise en place d'une filière industrielle intégrée s'impose. C'est ce qui s'est fait dans cette région avec l'aide de l'ADEME (Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie).

Plaquettes de bois utilisées dans les chaufferies automatisées

L'automatisation indispensable des installations nécessite un combustible dont les caractéristiques doivent se rapprocher d'un fluide. En conséquence, c'est la transformation du bois en plaquettes de 2 à 3 cm de longueur qui s'est avérée la plus propice à l'exploitation automatique.

L'ADEME estime à :

• 81200 Tep par an la ressource forestière disponible pour la production de plaquettes (bois d'éclaircie et bois non valorisés aujourd'hui par un autre usage).
• 15300 Tep par an la ressource en écorces, chutes et bois de rebut (sous-produits de l'industrie du bois).

En 2003, la ressource forestière n'est mobilisée qu'à hauteur de 8% tandis que la ressource en sous-produits de l'industrie est mobilisée à 112% (des sous-produits proviennent d'autres régions).

Entre 1995 et 2003

Pupitre de commande de la chaufferie au bois de 3200 kW installé à Gray (Haute-Saône)

• 215 chaufferies automatiques ont été mises en place.
• 13 raccordements de bâtiments sur des réseaux de chaleur alimentés par des chaufferies au bois existantes ont été réalisés.
• 7 broyeurs dont 6 de forte capacité ont été mis en service.

En 2003, la Franche-Comté disposait d'une puissance installée de 104310 kW (104 MW).

L'installation de Gray

Sur la base d'une première chaufferie centrale au bois et d'un réseau de chaleur mis en place en 1985 est installée en 2001 une chaufferie mixte bois-gaz constituée de :

• une chaudière bois de 3200 kW automatisée alimentée en écorce ou plaquettes.
• deux chaudières d'appoint ou de secours au gaz naturel de 600 et 1740 kW

Le réseau de chaleur dessert 600 logements, une école maternelle, un groupe scolaire, un collège, une maison de retraite, un centre médico-social et la piscine municipale. La chaudière au bois assure 90% des besoins de chaleur (11 500 000 kWh) équivalent à une consommation de 1400 tonnes de pétrole.

Liens externes

• Le site de l'Institut Technique Européen du Bois Energie (ITEBE)
• Le point sur les particules fines (un article de ITEBE)
• Comment diminuer les émissions du bois-énergie
• Dossier de l'ADEME sur le bois énergie
• Information sur la norme NF du bois énergie
• Sites de bois énergie en France de l'annuaire Dmoz
• Une pratique personnelle, depuis 60 ans, de chauffage au bois !

Références

1. ↑ Les feux d'hivers sont responsables de la pollution carbonée
2. ↑ Le chauffage au bois et la santé - Direction de la Santé Publique de Montréal-Centre
3. ↑ Extrait du baromètre du bois-énergie - oct 2005, EurObserv'ER

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 29/03/2009.
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