Date : 17/02/2010

Auteur : Laurent G.

Notes :

  • mise en page – 1er passage, Sylvie 06.2010 (liens, mise page, Antidote).

Cette section est essentiellement issue des dossiers réalisés par ouverture d'une nouvelle fenêtre !Valbiom sur la filière bois-énergie. Ces documents sont disponibles sur le portail énergie de la Région Wallonne. Néanmoins, certains dossiers sont essentiellement destinés au secteur domestique.

D’où vient le bois ?

Le bois destiné à la production d’énergie peut avoir plusieurs origines. D’une part, il peut s’agir de bois directement coupé dans des exploitations forestières pour des applications énergétiques (typiquement le chauffage au moyen de bûches). D’autre part, il peut s’agir de sous-produits, aussi appelés « produits connexes » :

  • Sous-produits issus l’exploitation forestière, exploitation dont le produit principal sert à alimenter l’industrie. Il s’agit de sciures, de copeaux, d’écorces, de plaquettes voire de chutes diverses.
  • Sous-produits issus de la première transformation du bois, par exemple au sein de scieries ou des entreprises de déroulage du bois. Ces sous-produits peuvent se trouver sous forme d’écorces, de sciures, de plaquettes ainsi que de chutes diverses.
  • Sous-produits issus de la deuxième transformation du bois, notamment dans les menuiseries et les fabriques de panneaux. Il s’agit de copeaux, de sciures et de chutes diverses.
  • Sous-produits issus de l’entretien des routes, des voies de chemin de fer, des haies ainsi que des arbres isolés. Les volumes générés sont non-négligeables. Généralement, on exploite les grumes, c’est-à-dire le tronc d’arbre abattu dont on a coupé les branches, mais qui est toujours recouvert de son écorce,  les tiges étant broyées sur place.
  • Bois en fin de vie issu de la démolition (bois de rebut), souvent sous forme de plaquettes. Dans ce cas de figure, il faut distinguer le bois propre d’un bois traité. Par bois traité, on entend un bois imprégné par un produit de conservation du bois (PCP ou autre) ou un bois qui a été recouvert sur sa surface (par du PVC ou autre). Bref, tout élément exogène qui rend le bois impur et risque de le rendre impropre à la combustion.

Sous quelle forme ?

Les bûches

Les bûches sont principalement utilisées pour les applications domestiques étant donné que leur usage demande une certaine manutention, une charge socio-économique rarement compatible avec les applications privées ou publiques de grands bâtiments ou de logements collectifs. Pour avoir une vue globale, la thématique des bûches est reprise dans Énergie+ bien qu’il soir fort improbable de retrouver des bûches dans le domaine tertiaire, le secteur cible d’Energie+.

Les bûches viennent principalement de l’exploitation de taillis ou de la récupération des houppiers (c’est-à-dire la tête des troncs d’arbre, toute la partie supérieure au fût). Le tronc est quant à lui destiné à la scierie pour une exploitation industrielle. En fait, on utilise pour le chauffage le bois qui n’a pas la qualité ou les dimensions suffisantes pour un usage industriel, on pense notamment à la menuiserie et à la production de panneaux.

Illustration des différentes parties d’un arbre lors de sa valorisation.

Le bois peut être vendu dans un conditionnement plus ou moins fini :

  • Sur pied : l’acheteur devra réaliser ou faire réaliser la coupe du bois par ses propres moyens ainsi que son conditionnement.
  • En « bord de route » : le vendeur aura préalablement abattu l’arbre et l’aura débardé (pour l’amener au lieu de chargement).
  • Débité : le tronc aura été préalablement découpé.
  • Conditionné en stère (c’est-à-dire un volume d’un m³).
  • Séché à l’abri jusqu’à deux ans.

Plus le conditionnement sera fini, plus le coût sera élevé. Il y a moyen de réaliser des économies substantielles en réalisant une des ces étapes soi-même. Néanmoins, il faut pouvoir assurer ces tâches et disposer d’une zone de stockage qui peut être non négligeable. Encore une fois, on conçoit facilement de réaliser de telles tâches pour une application domestique alors que c’est pratiquement exclu pour les autres contextes.

Conditionnement en stère

Les bûches sont généralement conditionnées en stère. Il s’agit d’un volume d’ 1m x 1m x 1m dans lequel sont empilées des bûches. Suivant la longueur des bûches, leurs formes ainsi que leur régularité, on va pouvoir entasser plus ou moins de bûches dans ce même volume. Comme les bûches sont vendues par stère, il faut donc être vigilant sur leur condition d’empilement. D’une part, cela dépend de la qualité géométrique du bois (longueur, régularité et forme) mais aussi la rigueur avec laquelle on a empilé les bûches.

Illustration de la relation entre le volume apparent et le conditionnement du bois : évolution du volume apparent occupé en fonction de la longueur de la découpe. En prenant au départ 1 m³ de bois coupé sur 1m, on trouve in fine 0.7 m³ de bois coupé en 33 cm.

Pour quantifier cela, on définit le coefficient d’empilage qui est le volume de bois plein présent dans un stère :

CE = m³boisplein/m³apparent = m³bois plein/stère

Le tableau suivant donne un bon aperçu des variations possibles sur le coefficient d’empilage et de leur impact sur la quantité de bois plein présent au sein d’une stère. En reprenant nos considérations sur le *PCI, on voit bien que ce potentiel d’énergie par unité de masse est indépendant de l’essence. Par contre, le PCI par stère dépend à la fois de la masse volumique et du coefficient d’empilage qui sont bien fonction de l’essence.

*PCI : pouvoir calorifique inférieur.

Tableau 1 : Influence du coefficient d’empilement et de l’essence sur les propriétés énergétiques d’une stère de bûches.

 
Essence HR de 20 La d Coefficient d’empilage [m³/stère] Masse volumique [kg/m³] Masse volumique [kg/stère] Pouvoir Calorifique Inférieur [kWh/kg] Pouvoir Calorifique Inférieur [kWh/stère]
Chêne 0.46 à 0.68 725 334 à 493 3.9 1 302 à 1 922
Hêtre 0.58 à 0.77 725 421 à 558 3.9 1 641 à 2  176
Epicéa 0.62 à 0.76 425 264 à 323 3.9 1029 à 1 259

La définition de corde n’est pas standardisée.

Les plaquettes

www.valoris-environnement.fr

Exemple de plaquettes.

Source : ouverture d'une nouvelle fenêtre ! www.valoris-environnement.fr.

Les plaquettes sont obtenues par le broyage du bois. Elles sont obtenues à base de sous-produits d’exploitation forestière (par exemple, de houppiers), de déchets issus de la transformation du bois voir de l’entretien des routes ou voies ferrées ainsi que des espaces verts. En outre, cela permet de valoriser ces déchets et de ne pas payer pour s’en débarrasser.
C’est un conditionnement typique pour les applications dans le tertiaire ou l’industrie en chaufferie automatique. En effet, aucune manutention n’est plus nécessaire : le broyage en plaquettes permet d’automatiser tout le processus, à partir du transport jusqu’à l’alimentation de la chaudière.

Le gabarit de ces plaquettes de forme plus ou moins parallélipédique peut varier suivant l’appareil de broyage. Seule la longueur peut être réglée, généralement, elle est comprise entre 15 et 30 mm.
Elles sont obtenues en broyant du bois vert ou légèrement ressuyé. Les plaquettes présenteront alors une humidité relative autour de 50 % qui diminuera rapidement lors du stockage à cause de phénomènes de fermentation qui réchauffent le tas. C’est ce phénomène de fermentation aérobie qui assure le séchage qui dure généralement de 3 à 6 mois. Un emploi efficace nécessitera une phase de séchage sous abris et sur dalle (pour éviter les remontées d’humidité) pour atteindre une humidité de 20 à 25 %. Les plaquettes peuvent aussi être obtenues en broyant du bois qui a été préalablement séché. Dans ce cas, on peut atteindre 20 % d’humidité relative.

Exemple de séchage de plaquettes (Combubois à Sainlez).

Il est important de savoir que les plaquettes doivent avoir atteint un taux d’humidité inférieur à 30 % avant d’être stockées de manière viable sur une longue durée dans un silo fermé. Si l’humidité est trop élevée, le bois pourrait subir un phénomène dit de seconde fermentation qui engendrerait la dégradation des plaquettes (formation de méthane, de champignons ou de sucre). Ce phénomène pourrait même détériorer la chaudière lors de la combustion, et, in fine, alourdir la facture d’entretien. Cela met en évidence l’importance de la teneur en eau lors de l’achat de plaquettes. Dans certaines applications, certaines technologies de chaudières peuvent fonctionner avec des plaquettes vertes.

Mètre cube Apparent de Plaquettes (map)

De manière analogue à ce qu’il a été expliqué pour les bûches, un tas d’1 m³ de plaquettes ne contient pas 1 m³ de bois plein. En fait, il y a beaucoup de vide entre ces plaquettes. Un mètre cube apparent de plaquettes, map en abrégé, correspond à un m³ du tas de plaquettes. Dans ce mètre cube, on ne trouve approximativement que 0.4 m³ de bois plein et par conséquent, 0.6 m³ d’air.

1 m³ de bois plein est approximativement égal à 2.5 map de plaquettes.

L’essence du bois à la base des plaquettes a aussi sont importance dans la mesure où il conditionne la masse volumique. Suivant la valeur de la masse volumique, on aura plus ou moins de kg de bois dans notre map. En reprenant nos considérations sur le pouvoir calorifique inférieur (PCI), on a montré que c’est la masse volumique et l’humidité qui importent pour la détermination du pouvoir calorifique. Le tableau suivant donne un ordre de grandeur.

HR de 30 %
Coefficient d’empilage [m³/map]
Masse volumique [kg/m³] Masse volumique [kg/map] Pouvoir Calorifique Inférieur [kWh/kg] Pouvoir Calorifique Inférieur [kWh/map]
Plaquettes 0.4 625 250 3.3 825

Qualité et labels

Les plaquettes peuvent être de qualité différente en fonction de l’essence ainsi que de l’humidité. Les appareils de combustion ainsi que les distributeurs de plaquettes utilisent essentiellement deux chiffres pour qualifier les propriétés physiques des plaquettes. La teneur en eau en % est spécifiée après la lettre W suivie de la taille de la plaquette en mm après la lettre G : une plaquette G30 W50 correspond à des plaquettes de 30 mm à une humidité de 50 % (bois vert) alors que G30 W20 correspond à des plaquettes séchées dont l’humidité est descendue à 20 %.
On fait parfois référence au label autrichien ÖNORM M 7133 pour certifier les propriétés physiques d’un lot de plaquettes et ceci pour les applications domestiques ou de puissance inférieure à ~150 kW. Beaucoup de fabricants de chaudières se retranchent derrière ce critère de qualité pour garantir les performances et la viabilité de leur matériel (la chaudière, mais aussi le système d’alimentation). Néanmoins, pratiquement aucun fournisseur belge de plaquettes n’est certifié pour cette norme. Heureusement, beaucoup de producteurs ont des plaquettes qui ont des propriétés conformes ou proches de ce standard, mais il n’y a pas véritablement de procédure de contrôle de qualité. Dans ce cadre, il est intéressant de connaître le producteur de plaquettes ou d’engager la responsabilité du fournisseur sur la qualité de ses plaquettes dans le contrat d’approvisionnement (essentiellement sur la granulométrie G et sur la teneur en eau W).

Le bois densifié : pellets, bûchettes et briquettes

Le bois densifié est produit à partir de sous-produits de bois de petite dimension, principalement de la sciure. Pour les briquettes et bûchettes, d’autres éléments peuvent être utilisés, comme des copeaux. Après une phase de séchage, le bois est compressé pour produire un matériau dense et homogène.
Aucun liant n’est ajouté au bois pour assurer la cohésion de la matière densifiée. En effet, la compression engendre une montée importante de la température conduisant à la détente et la plastification de la lignine, un polymère naturellement présent dans le bois. Une fois refroidie, cette lignine assurera le rôle de liant naturel de la matière densifiée.
La densification du bois va augmenter son pouvoir calorifique par m³. D’une part, sous l’effet de l’augmentation de la masse volumique : on trouve plus de masse de bois dans un même volume, d’autre part, sous l’effet de la phase séchage qui va réduire l’humidité relative autour de 10 %, ce qui est bien en dessous de ce que l’on peut obtenir en réalisant un séchage du bois à l’air libre. En conclusion, la densité énergétique du bois densifié est significativement plus importante. Le volume de stockage demandé pour un même besoin énergétique sera donc plus faible que pour les bûches ou les plaquettes. En outre, l’énergie requise pour réaliser le transport est liée au PCI/m³ étant donné qu’un camion sera essentiellement restreint  par le volume de matière qu’il pourra charger. A distance de déplacement égale, le coût énergétique du transport est donc moindre pour du bois densifié.
Le produit fini peut être sous forme de :

  • pellets, des granulés de diamètre de 6 à 12 mm pour une longueur allant jusqu’à 20 mm. Dans ce cas, les petites dimensions ainsi que les surfaces lisses des pellets permettent un certain écoulement de la matière et donc une automatisation complète de l’alimentation ainsi que de la chaîne d’approvisionnement. En 2009, 7 producteurs de pellets étaient actifs en Wallonie dont un pour l’usage industriel. Une liste de producteurs et de distributeurs de pellets élaborée par Valbiom est disponible sur le site internet de l’énergie de la Région Wallonne. Les pellets sont vendues non pas par unité de volume, mais suivant la masse : en tonne ou en kg.

Exemple de pellets

  • briquettes (sous forme de briques) et bûchettes (sous forme de bûches), de 5 à 10 cm de largeur ou de diamètre pour 10 à 20 cm de longueur. Vu les dimensions, l’automatisation n’est pas possible, l’application au domaine tertiaire doit donc être mise question. D’ailleurs, le facilitateur tertiaire pour le bois-énergie, Francis Flahaux (FRW), pour le secteur public considère que cela ne s’applique pas du tout pour le tertiaire. Certains modèles semi-automatiques existent. Dans ce cas, la chaudière contient un réservoir alimenté manuellement dans lequel un volume de briquettes peut être stocké, ce qui assure une certaine autonomie. Ces briquettes seront concassées avant d’être acheminées vers la chambre de combustion. Il n’en reste pas moins que la taille de ce réservoir est limitée, cela s’applique à des installations de faible puissance, une phase de manutention étant toujours nécessaire.

Exemple de bûchettes

Qualité et labels

Le bois peut être densifié avec plus ou moins de soin, suivant le choix de la matière première ainsi que son humidité. Il en résulte que la qualité du produit fini peut-être plus ou moins bonne. Les principales propriétés recherchées sont la résistance à l’abrasion, notamment pour les phases de transport et de manutention, ainsi que la conservation durant le stockage. Durant l’achat de bois-énergie densifié, il faudra comparer les prix, mais aussi tenir compte de la qualité du produit.
Début 2010, il n’existe pas de norme au niveau belge sur la qualité des pellets bien qu’elle soit en cours d’élaboration. Les producteurs et fournisseurs de pellets font référence à des normes de qualité étrangère. En effet, on entend souvent parler de normes allemandes DIN 51731 et DINplus, de la norme autrichienne ÖNORM M 7135 ou de la norme française NF qui donnent les caractéristiques physiques des pellets et la manière de le déterminer. Depuis quelques années, la norme allemande DINplus est devenue le standard imposé par la majorité des constructeurs de poêles et chaudières. En outre, cette qualité peut aussi être requise par les systèmes d’alimentation et pas uniquement les chaudières elles-mêmes.

La standardisation des pellets permet l’automatisation et le réglage des appareils de combustion. Tous les producteurs de pellets ne font pas certifier leurs produits dans la mesure où cela peut demander beaucoup de temps et d’argent. Cela ne veut pour autant pas dire que les pellets non certifiés ne sont pas de bonne qualité. Néanmoins, aucune garantie ne peut être donnée sur cette qualité. Dans ce cas de figure, il vaut mieux connaître le producteur. Certains respectent les standards de la norme DINplus sans pour autant être passés par la procédure officielle de certification. En effet, des analyses légales peuvent toujours être faites par des laboratoires agrées. La nuance peut être comprise dans une formulation différente dans la description de leur produit : pellets « conformes » DINplus au lieu de pellets « certifiés » DINplus.

Principales exigences des normes sur les pellets

Pellets ÖNORM 7135 DIN 51731 DIN plus
Diamètre (D) mm 4 à 10 4 à 10 4 à 10
Longueur mm < 5*D < 50 < 5*D
Masse volumique kg/m³ > 1 120 1 000 à 1 400 > 1120
Humidité % < 10 < 12 < 10
Taux de cendre % < 0.5 < 1.5 < 0.5
PCI MJ/kg > 18 17.5 à 19.5 > 18
Soufre % < 0.04 < 0.08 < 0.04
Azote % < 0.3 < 0.3 < 0.3
Chlore % < 0.02 < 0.03 < 0.02

Tableau de comparaison entre les différents conditionnements

Le tableau ci-dessous reprend des ordres de grandeur pour les principales caractéristiques des conditionnements du bois (bûches, plaquettes et pellets). La principale remarque concerne la densité énergétique des différents conditionnements.
Pour se donner une idée des volumes de stockage ainsi que de transport, retenons que pour un même contenu énergétique, ce sont les plaquettes qui prennent le plus de place (600 à 1 000 kWh/map). Ensuite viennent les bûches avec un volume approximativement deux fois moindre (1 500 à 2 000 kWh/stère). Finalement, on arrive aux pellets où l’on peut de nouveau diviser par deux le volume (3 200 à 3 500 kWh/map). Il faut mettre ces chiffres en relation avec le PCI d’un litre de mazout qui vaut approximativement 10 kWh, c’est-à-dire ~10 000 kWh/m³. En conclusion, pour obtenir le même contenu énergétique qu’un mètre cube de mazout, vous avez besoin de ~3 map de pellets, ~6 stères de bois et approximativement 12 map de plaquettes. Cela donne une bonne idée du volume de stockage que cela nécessite si l’on connaît la fréquence d’approvisionnement. La durée de l’autonomie peut varier fortement d’un projet à l’autre, d’un secteur à l’autre. Un bon ordre de grandeur pour le secteur tertiaire est une autonomie de 1 mois.

Comparaison indicative des combustibles-bois : source Valbiom (comprenant documents ADEME 1999, Carré et al. 1991)

Origine Automatisation PCI (moyenne) Humidité sur masse brute Masse volumique Energie volumique
Bûches

Rémanents forestiers (feuillus) et taillis.

Non 2 100 à 3900 kWh/t 20 à 50 % 250 à 600 kg/stère 1 500 à 2 000 kWh/stère

Entretien de haies ou de bords de route.

Plaquettes

Broyage de rémanents lors d’exploitation forestière.

Oui 2 200 à 3 900 kWh/t

 

20 à 50 %

 

180 à 400 kg/map³

 

600 à 1 000 kWh/map

 

Broyage lors d’entretien de haies ou de bords de route.

Broyage de sous-produit de l’industrie de transformation du bois.

Bois de rebut.

3 300 à 3  900 kWh/t 20 à 30 % 170 à 270 kg/map³ 600 à 950 kWh/map
Pellets

Densifié à partir de sciure séchée.

Oui 4 600 kWh/t 8 à 12 % 700 à 750 kg/map³ 3 200 à 3 500 kWh/map

Impact environnemental

Dans la théorie relative à la combustion du bois-énergie, le bilan neutre de CO2 émis lors de la combustion du bois est mis en évidence. Si la forêt et le bois sont exploités de manière durable (par exemple, gestion de type FSC ou PEFC), il s’agit d’une énergie renouvelable. Dans le contexte actuel du réchauffement climatique, la réduction de nos émissions de gaz à effet de serre (GES) est un objectif majeur. Le bois-énergie contribue donc positivement à préserver notre planète de ce réchauffement.
Si le bois-énergie est brûlé dans des chaudières performantes, l’émission de gaz nocifs et de particules fines est contrôlée, si bien qu’en combinant avec son bilan neutre en CO2, on peut dire qu’il s’agit d’une énergie propre.

Impact socio-économique

Plusieurs aspects peuvent être mis en évidence :

  • Une énergie rentable : Les performances du bois-énergie doivent être évaluées au-delà de considérations purement économiques. En effet, il ne fournit pas simplement de chaleur, il contribue aussi à la réduction des GES. Deux services sont donc rendus. C’est pourquoi, à performances économiques égales, il doit être favorisé par rapport aux énergies fossiles. Néanmoins, on remarque que le bois-énergie peut tout à fait être compétitif au niveau économique. Il suffit de bien étudier ou de faire évaluer son projet. Les installations bois-énergie sont caractérisées par un investissement initial relativement important, mais qui peut être amorti par une économie substantielle au niveau de la facture énergétique. En effet, suivant les sources d’approvisionnement, le coût par kWh du combustible bois-énergie est inférieur aux énergies fossiles. Contrairement à certaines idées reçues, performances économiques et énergies renouvelables peuvent naturellement aller de pair. À titre illustratif, on peut s’en rendre compte au moyen du baromètre des coûts des combustibles pour le secteur domestique réalisé par l’APERe. La figure ci-dessous tirée du mensuel Renouvelle reprend l’évolution du prix de l’énergie par kWh sur une période allant de mars 2005 à janvier 2010. En ce qui concerne le bois-énergie, les prix ne comprennent pas les frais de transport. Néanmoins, on voit que le bois-énergie reste particulièrement bon marché et donc attractif. En fait, la différence peut être encore plus marquée pour le secteur tertiaire. Cela dépend aussi du contrat avec le fournisseur. Dans le domestiques, les pellets ont actuellement un prix comparable au mazout, mais les bûches et particulièrement les plaquettes sont moins chères que les énergies fossiles. Dans le tertiaire, les pellets peuvent aussi être obtenues à des prix intéressants par rapport au mazout.

Analyse de l’évolution des prix des combustibles pour le secteur domestique réalisée par l’APERe et issue de la revue Renouvelle.

  • Une énergie locale : Si le bois-énergie vient de nos contrées, cela contribue à diminuer la dépendance énergétique de notre pays et de nos régions. En outre, cela permet de valoriser certains sous-produtis de bois et cela crée des emplois locaux, non délocalisables.

Exemple de presse à pellets Kahl : vue générale (sur la figure de gauche), zoom sur la coupe en pellets des filets (sur la figure supérieure droite) et zoom sur la filière à travers laquelle sont compactés les pellets (sur la figure inférieure droite).

Photographie d’une filière avec sortie radiale des pellets.

À quoi ressemble une unité de granulation ?

Le bois est d’abord préparé avant d’entrer dans la presse à granulés. Il est éventuellement broyé pour obtenir la bonne granulométrie et séché par exemple au moyen d’un sécheur à bande. Avant la presse, le bois doit avoir typiquement une grosseur de grain de 4 mm et une humidité résiduelle maximale d’environ 10 %.
La figure ci-dessus illustre un type de fonctionnement de presse à pellets. Le bois de faible densité est compacté par une série de rouleaux qui le poussent dans une filière (ici un anneau circulaire). Une fois que la masse de bois est entrée dans les canaux de forme circulaire de la filière, elle progresse et les filets de bois continuent à croître au-delà de la filière. Un couteau vient finalement couper les filets de bois en pellets de bonne dimension. On voit que cette procédure permet de régler le diamètre ainsi que la longueur des granulés. En aval, le bois sera refroidi avant d’être vendu.
Le tableau suivant reprend un exemple des variations de propriétés physiques obtenues durant la phase de densification : compactage en pellets d’un m³ de sciure de bois.

Densification Bois initial Bois densifié : pellets
Volume [m³] 1 0.14
Densité [kg/m³] 400 1 200
Densité [kg/map] 180 600
Humidité [%] 50 7
PCI [MJ/map] 1 460 10 350