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Section d'un tronc d'arbre

Copeaux frais issus d'une coupe de saules en TCR (taillis à courte rotation)

Bois sous forme de bûches pour chauffage. Le bois énergie est un type de bioénergie utilisant la biomasse.

Briquettes de paille.

Le bois énergie est un type de bioénergie utilisant la biomasse constituée par le bois. Il s'agit essentiellement de l'utilisation du bois en tant que combustible, et dans une moindre mesure en tant que source de combustible. Il s'agit d'une énergie très polluante^[1],[2]. Il peut s'agir d'une énergie renouvelable si le bois est produit par une gestion durable des forêts.

Le « bois de feu » se présente sous quatre formes essentielles : les bûches, les granulés de bois ou pellets, les briques de bois reconstituées et les plaquettes forestières. Il peut également être converti en combustibles plus élaborés comme l'alcool ou un gaz naturel de synthèse (GNS)^[3], l'élaboration de ce GNS est développée infra.

Historique

« Charroyage^[4] du bois de chauffage au Labrador » (1871), gravure tirée de L'Opinion publique périodique canadien-français.

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 de loin la plus importante^[5] source d'énergie possible 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 quasiment disparu au XIX^e siècle avec l'apparition et le développement spectaculaire de l'extraction de la houille (aussi appelée « charbon de terre »).

Entre 1785 et 1786, l'ingénieur français Philippe Lebon travaille à mettre en évidence les propriétés des gaz de distillation du bois. En août 1800, il publia un mémoire sous le titre suivant, Thermolampes ou poêles qui chauffent, éclairent avec économie, et offrent, avec plusieurs produits précieux, une force applicable à toutes espèces de machine^[6]. Dans ses premiers appareils, Lebon distille du bois pour recueillir, les gaz, l'huile, le goudron, l'acide pyroligneux, mais son mémoire annonce la possibilité de distiller toutes substances grasse et la houille. Il ne se borne pas à annoncer ses résultats mais il les met en pratique : sa Thermolampe trouve sa première application avec l'éclairage de la ville de Paris. Il installe pour la première fois ce système dans l'hôtel de Seigneley à Paris le 11 octobre 1801^[7]. Le système se compose d'un vaste four à bois dont les gaz produits par distillation sont acheminés dans les différentes pièces de l'hôtel par différents tuyaux pour les éclairer, tandis que l'hôtel est chauffé par la chaleur produite par le four. Son système et la mauvaise qualité de son gaz ne connaissent pas le succès escompté. On considère Philippe Lebon comme l'inventeur du gaz d'éclairage.

Le bois eut aussi une période d'intérêt particulier pendant la Seconde Guerre mondiale pour alimenter les véhicules à gazogène ou pour pallier le manque de charbon. En Europe, la pénurie de charbon due au conflit a engendré une forte augmentation de la consommation de bois, ainsi en Suisse pendant les dernières années du conflit, la consommation était de plus de deux fois supérieure à la production naturelle.

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

• Le chauffage au bois sous forme de bûches connaît toujours un certain succès, notamment en habitat individuel malgré ses contraintes pratiques et les problèmes de pollution liés au fonctionnement d’un appareil trop ancien (peu performant) ou associés à l’utilisation incorrecte d’un appareil moderne ; interviennent notamment la qualité du combustible^[8] et les façons de procéder, depuis la manière d’allumer le feu jusqu’au choix du mode de fonctionnement de l’appareil^[9].
  

  

  Chaudière de cheminée
• 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. Les chaufferies collectives modernes (équipées de systèmes de dépollution performants), avec ou sans réseau de chaleur, sont à privilégier dans l'avenir, car elles offrent de nombreux avantages écologiques et économiques par rapport au chauffage individuel^[9].
• 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 nommés pellets) dans des chaudières automatisées en remplacement du fioul apparaît prometteur et est courant en Suède^[10] et en Autriche. En Suisse, il est vivement recommandé, et même obligatoire suivant la puissance de l'installation et le canton, d'équiper ces chaudières d'un filtre à particules^[11] (détails dans les sections « Combustion complète » et « Filtres à particules »).
• Une innovation prometteuse consiste en la production à partir du bois d'un gaz de synthèse substituable et mélangeable avec le gaz naturel.
• L'industrie papetière utilise les liqueurs noires (sous produit de la fabrication de la pâte à papier) qui ont un contenu énergétique comparable au bois pour produire de la vapeur et de l'électricité en cogénération.

Combustion du bois

Combustion primaire

Porté à haute température, le bois brûle en produisant des fumées composées d'eau, de gaz carbonique, de composés organiques volatils (en majorité du méthane), et de nombreux autres composants en quantité plus faible. Plus la teneur en eau du bois est élevée, plus la quantité de fumées par unité d'énergie produite est élevée, et plus les composés organiques produits sont lourds. En l'absence de combustion secondaire, les fumées se condensent dans la cheminée provoquant des dépôts de suie et de créosote qui peuvent l'obstruer et/ou provoquer des feux de cheminée. La fraction des fumées qui ne condense pas est rejetée dans l'atmosphère pouvant conduire à une pollution importante avec des conséquences sanitaires.

La combustion primaire est observée dans les cheminées ouvertes, les foyers fermés (poêles, cuisinières, chaudières…) modernes, y compris les appareils certifiés (par exemple type Flamme verte en France^[12] ou EPA aux USA^[13]), utilisés à un régime éloigné du régime nominal (p.e. : ralenti), les foyers fermés (poêles, cuisinières, chaudières…) anciens, le foyer des gazogènes, la phase d'allumage des foyers fermés à combustion secondaire. Son rendement est toujours faible (inférieur, voire très inférieur, à 50 %).

Combustion secondaire

Les gaz émis par le bois chauffé brûlent à très haute température avec un rendement qui est potentiellement très proche de 100 %. Dans les poêles modernes, une fois passée la phase d'allumage, la combustion secondaire devient prédominante. Dans les poêles à pellets, il n'y a pas de combustion primaire, le chauffage initial du bois est obtenu par une résistance électrique. Dans les équipements performants, la combustion secondaire est souvent effectuée dans un compartiment séparé.

Teneur en eau

Pour brûler correctement, le bois doit être sec. Pendant la combustion du bois, une grande partie de l'énergie produite est consacrée à chauffer et vaporiser l'eau (contenue dans le bois) dont la capacité thermique et la chaleur latente sont particulièrement élevées. Le bois vert contient plus de la moitié de son poids en eau. Un bois en équilibre avec l'air ambiant (équilibre obtenu au bout de deux ans pour des bûches de bois dur fendues) a un taux d'humidité de l'ordre de 20 %. Les pellets et briques de bois compressé sont vendus à un taux d'humidité inférieur à 10 % qui, malgré une énergie grise nettement supérieure, leur donne un bilan écologique plus favorable, à condition d'être stockés dans un local particulièrement sec pour éviter toute reprise d'humidité.

Pouvoir calorifique inférieur (PCI) du bois :

– 1,7 kWh/kg à 60 % d'humidité ;

– 4,0 kWh/kg à 20 % d'humidité ;

– 4,4 kWh/kg à 11 % d'humidité.

Ce pouvoir calorifique est indépendant de l'essence et même de la partie de la plante considérée (écorce comprise). Toutefois la densité du bois étant très variable, le pouvoir calorifique par unité de volume varie fortement, considération importante compte tenu du fait que le bois est en général vendu au volume.

Rendements

Ancienne ou contemporaine, une cheminée à foyer ouvert est peu performante et très polluante.

« On doit favoriser les appareils à bon rendement de combustion non seulement pour économiser les ressources mais aussi pour diminuer les risques sanitaires »^[14]
« Il est aujourd'hui primordial [...] que nous, particuliers, apprenions à utiliser correctement les appareils performants pour que ce mode de chauffage écologique ne devienne pas un problème de santé publique »^[9]

On peut comparer les différents rendements de types de chauffage au bois (par moderne on entend un appareil à combustion secondaire) :

• Cheminée à foyer ouvert, ou cheminée ouverte : inférieur à 10 %^[15] (rendement lors de la combustion. Sur une année, le rendement peut être négatif, du fait des pertes thermiques importantes lorsque la cheminée n'est pas utilisée)^[16].
  De plus, pendant la combustion, une grande quantité de l'air chauffé est aspirée par le foyer et expulsée hors du logement (entre 300 et 500 m³ par heure), ce qui réduit encore l'efficacité de la cheminée^[17].
  Un rendement énergétique ne dépassant pas 10 % signifie que 90 % de l'énergie qui peut être fournie par le combustible part littéralement en fumée (produits de combustion incomplète^[18]), ce qui est particulièrement dommageable pour la qualité de l'air (extérieur et intérieur) et représente un véritable gaspillage de la ressource^[19].
  Compte tenu de ses performances médiocres, une cheminée à foyer ouvert n'est pas considérée comme un appareil de chauffage^[20].

• Insert ancien fermé par une vitre : 30 à 50 %^[15]
• Insert moderne fermé par une vitre : 70 à 85 %^[15]
• Insert moderne fermé par une vitre avec bouilleur : 85 à 95 % ^{[réf. nécessaire]}
• Poêle à bûches ancien : 40 à {50 %^[15]
• Poêle à bûches moderne : 70 à 85 %^[15]
• Poêle à bûches moderne avec bouilleur : 85 à 95 % ^{[réf. nécessaire]}
• Chaudière de cheminée : 70 à 80 % ^{[réf. nécessaire]}
• Chaudières à bois : 60 à 80 % ^{[réf. nécessaire]}
• Chaudières à gazéification de bois : 75 à 95 % ^{[réf. nécessaire]}
• Chaudière et poêles à granulés de bois (Pellet): 85 à 95 % ^{[réf. nécessaire]}
• Chaudière à plaquettes forestières : 75 à 90 % ^{[réf. nécessaire]}
• Réseaux de chaleur : fonction de la chaudière utilisée et de la distance

D'une façon générale les chaudières ont un rendement sensiblement inférieur aux poêles de même technologie en raison de la présence dans le foyer, ou à proximité immédiate du foyer, d'un bouilleur dont la température est pour des raisons de sécurité comprise entre 50 °C et 80 °C en fonctionnement normal. La température du foyer lui même est abaissée par cette source froide, ce qui diminue l'efficacité de la combustion secondaire.

Les formes d'utilisation pour la combustion

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, robinier faux-acacia, arbres fruitiers, etc.) ;
• les résineux (épicéa, sapin, pin, mélèze, douglas) et feuillus tendres, (peuplier, saule, aulne, bouleau, etc.).

Le chauffage domestique ayant souvent un aspect important de spectacle des flammes et la plupart des installations étant encore dépourvues de système de stockage de chaleur (hydroaccumulation, poêles de masse), les feuillus durs sont traditionnellement les plus appréciés pour cette utilisation, à l’exception du châtaignier qui nécessite l'utilisation d'un pare-feu car il éclate et produit des étincelles lorsqu'il brûle.

Les feuillus tendres et les résineux brûlent plus vite. S’ils sont mal stockés, ils se dégradent rapidement. Ils sont néanmoins appréciés pour leur température de combustion élevée qui améliore le rendement des appareils et permet une 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 répandus.
• Le bouleau est souvent utilisé pour les cheminées, car il donne une belle flamme (claire, légèrement bleutée) et un bon arôme. Il brûle relativement rapidement.
• Le hêtre est considéré comme le bois de chauffage idéal 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 souvent cité comme une référence par rapport à d'autres bois. Son odeur est généralement très appréciée, c'est la raison pour laquelle le fumage des denrées alimentaires est fait principalement sur bois de hêtre.
• Le chêne a de multiples usages. Il donne de bonnes braises mais une flamme moins belle. Le pouvoir calorifique est encore un peu plus élevé que celui du hêtre, et la combustion est la meilleure. Le chêne contient beaucoup de tanins nécessitant une bonne aération. Il est donc 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 et le robinier faux-acacia, il est particulièrement difficile à couper et émousse donc vite les chaines des tronçonneuses. Le frêne donne la plus belle flamme. Il est idéal pour les cheminées, car il produit peu d'étincelles.

Pouvoir calorifique de quelques essences^[21]

Le pouvoir calorifique est indiqué à volume égal et pour un même degré d'humidité, sur base du pouvoir calorifique du hêtre (fixé arbitrairement à la valeur 100).

Les bûches

C'est l'utilisation historique depuis la nuit des temps, utilisée dans presque tous les appareils de chauffage domestiques anciens. Pour les appareils modernes, l'utilisation du bois bûche présente souvent des performances inférieures aux appareils à plaquettes ou à granulés. De plus, il est possible d'utiliser du combustible insuffisamment sec, ou de dérégler manuellement les arrivées d'air, ce qui a pour conséquence de provoquer des pollutions atmosphériques (poussières, HAP, etc.). Par contre, c'est la forme qui demande le moins de transformation.

Une innovation venue de Suisse permet de réduire sensiblement les émissions de polluants durant la combustion des bûches. Cette nouvelle façon de « faire du feu » commence par des méthodes d’allumage originales :

• Chauffages au bois à combustion supérieure^[22]

Le feu est allumé en haut et brûle vers le bas, comme pour une bougie. Par rapport à l’allumage par le bas, cette combustion se déroule plus lentement et peut mieux être contrôlée durant toute la durée du processus. Les gaz résiduels se retrouvent dans la flamme incandescente et sont presque entièrement brûlés.
Cette méthode, également appelée « allumage inversé » (cf. E. Carcano, op. cit., p. 95, 96), convient aux chauffages à bûches avec évacuation des gaz résiduels par le haut (cheminées, cuisinières à bois, poêles cheminées, poêles à accumulation).

• Chauffages au bois à combustion inférieure^[23]

Il existe trois procédés : procédé pour combustion latérale, procédé pour combustion vers l‘arrière, procédé pour la combustion inversée. Le bois brûle uniformément sur tout l’espace du foyer depuis le bas. À l’opposé des méthodes traditionnelles d’allumage, on peut désormais éviter les phases critiques (surproduction d’oxygène), tout en produisant nettement moins d’émissions durant toute la durée de la combustion.
Ces méthodes conviennent aux chauffages à bûches avec sortie des gaz résiduels par le bas (chaudière à bûches, cuisinière à chauffage central, poêles en faïence).

Pour une efficacité optimale de ces méthodes, d'autres recommandations doivent être observées, notamment :

• utiliser un bois « propre » (non traité, ni souillé) et sec.
• évacuer les cendres refroidies avec les ordures ménagères.
• un nettoyage effectué à intervalles réguliers par un ramoneur permet de diminuer les émissions de particules fines.
• une réduction encore plus significative des émissions de particules fines peut être obtenue en équipant la sortie du conduit de fumée (en inox) d'un filtre électrostatique (60 à 95 % de réduction des PM₁₀).
• transformer une cheminée à foyer ouvert en système fermé.

Chauffages au bois à combustion supérieure, cuisinière à chauffage central et poêles en faïence :

• ne jamais diminuer la flamme en fermant les arrivées d’air ou le clapet de la cheminée (bannir la pratique du « feu continu à allure réduite », d'où l'intérêt de ne pas surdimensionner^[24] son appareil de chauffage - cf. E. Carcano, op. cit., p. 27 et 99 à 101).
• ne fermer les clapets d’aération que lorsque le brasier n’est presque plus visible, afin que le four ne se refroidisse pas trop rapidement. Fermer la glissière quand le brasier est éteint.

Chaudières à bûches :

• faire installer un programme de démarrage ; de tels programmes, qui réduisent la puissance du ventilateur de combustion après le démarrage, sont nécessaires afin d’assurer une combustion dégageant un minimum d’émissions.

Des détails supplémentaires sont disponibles sur deux sites officiels suisses^[25].

Les plaquettes, forestières ou industrielles

Il s'agit ici de bois déchiqueté en plaquettes d'environ 3x2x1 cm. Ceci présente l'avantage d'être utilisé dans des chaudières automatiques, et supprime donc la contrainte du chargement manuel à chaque flambée. En outre, les exigences sur ces plaquettes font que le bois doit être sec (humidité <20%), ce qui améliore le rendement de combustion. On distingue :

• les plaquettes forestières issues de la sylviculture : le bois est généralement broyé encore humide, puis les plaquettes sont séchées en tas afin d'utiliser le phénomène de fermentation (quelques mois) ;
• les plaquettes industrielles issues de l'industrie du bois : le bois est généralement sec et les plaquettes peuvent être utilisées aussitôt après broyage.

Les granulés ou pellets

Les pellets sont de petits cylindres de quelques mm obtenus par compression de la sciure de bois, après l'avoir réduite à l'état de poudre. Ce procédé nécessite une installation de type industriel, mais procure un combustible très sec (humidité de l'ordre de 5 %) ayant donc un pouvoir calorifique élevé (PCI de 4,5 kWh/kg). Ses performances en font un combustible mieux adapté aux petites installations domestique à cause d'un volume de stockage réduit par rapport aux plaquettes. De plus, l'alimentation des chaudières automatiques à granulés est plus souple que celles à plaquettes (aspiration des granulés). Ces granulés peuvent également être utilisés dans des poêles spécifiques avec d'excellentes performances.

On peut noter qu'il existe des briquettes fabriquées avec un procédé similaire, lesquelles sont utilisables dans les poêles conventionnels.

Autres formes

On peut parler ici de tous les rebuts : écorces, vieilles palettes, etc. à condition que le bois soit sain. Ceci concerne généralement les chaufferies de plus grande taille.

Raffinage du bois

Par distillation sèche de bois on obtient du méthanol. Il existe plusieurs procédés de production de bioéthanol à partir de la cellulose du bois, l'un d'eux passe par l'intermédiaire du gaz de synthèse (mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone obtenu par craquage de molécules organiques).

Les chaufferies collectives au bois

Présentation

La chaleur fournie par une chaufferie au bois peut être utilisée dans l’habitat collectif, le secteur tertiaire et les réseaux de chaleur en milieu urbain ou en milieu rural.

Comme pour les chauffages individuels, le choix du combustible est important. Les chaudières collectives acceptent toutes les essences de bois, mais le taux d’humidité est toujours prescrit par le fabricant et doit être respecté^[26].

Les chaufferies bois sont complètement automatisées et ont un fonctionnement similaire à celui des autres énergies. Mais la mise en place d’une chaufferie bois est plus complexe, il est nécessaire de lancer une étude de faisabilité^[27].

Plusieurs pays d'Europe (Allemagne, Autriche, Danemark, Finlande, France, Suède, Suisse) ont déjà créé de nombreuses chaufferies bois qui desservent des bâtiments collectifs ou des réseaux de chaleur.

Les ressources biomasse utilisables en chaufferie

La grande majorité du bois énergie est encore consommée sous forme de bûches, mais le bois bûches nécessite une manutention importante et il est particulièrement exposé au risque de combustion incomplète génératrice de polluants.

Au-delà du bois bûches à usage domestique, le bois-énergie se présente sous des formes très diverses qui ont en commun leur difficulté à trouver des débouchés : résidus bocagers et forestiers, sciures, écorces, bois « en fin de vie », appelé également « bois de rebut » (palettes, caisses et cagettes usagées, vieux meubles...).

Ces déchets ligneux peuvent être valorisés en les brûlant dans des chaufferies automatiques au lieu de les éliminer dans des conditions préjudiciables à l'environnement (abandon en forêt, brûlage à l'air libre, mise en décharge)^[28].

Les cendres du bois brûlé dans les chaudières peuvent être valorisées en agriculture.

Plaquettes de bois utilisées dans les chaufferies automatiques

Les ressources biomasse utilisables dans les chaufferies se présentent ainsi sous de multiples formes :

• plaquettes forestières (appelées parfois « bois déchiqueté »)
• granulés
• sciures
• copeaux
• écorces
• bois de rebut « propres » (sont écartés les bois traités, peints, etc.)^[29]
• déchets verts (valorisables en chaufferie si leur taux d'humidité est inférieur à 50 %)
• sous-produits agricoles (pailles, sarments de vignes, etc.)
• ...

Principaux composants d'une chaufferie bois

Installation avec chaudière de moyenne à forte puissance.

• le silo ou le hangar de stockage du combustible^[30]
• le système de transfert (ou convoyage) du combustible depuis le silo jusqu'au foyer de la chaudière^[31]
• la chaudière biomasse-bois^[32]
• le système de traitement des fumées de combustion (dépoussiérage) ; il existe différents types de filtration des fumées^[33],[26] :

le filtre cyclone ou multicyclone : ce système permet de limiter les émissions de poussières aux environs de 150 mg/Nm³^[34].

le filtre électrostatique (ou électrofiltre) : ce système permet de limiter les émissions aux environs de 50 mg/Nm³. Il est possible d’associer un filtre multicyclone et un électrofiltre pour ramener le niveau d’émission aux environs de 10 mg/Nm³ ; l'électrofiltre possède de bonnes performances même pour les très fines particules (PM_1,0).

le filtre à manche : il est composé de plusieurs manches filtrantes en feutre ou en tissu qui retiennent les poussières ; les rejets peuvent être limités à 5 mg/Nm³, et même 1 mg/Nm³ si l’on utilise un filtre en céramique.

Avantages par rapport au chauffage individuel

Les chaufferies collectives modernes, surveillées et entretenues, présentent de nombreux avantages sur le chauffage individuel : mise en commun des moyens et du combustible ; le coût de l'installation est plus facilement amorti lorsqu'il y a plusieurs utilisateurs ; les techniques utilisées (automatisation, utilisation de filtres à fumée performants) permettent une meilleure maîtrise de certains paramètres comme les émissions de polluants^[9].

L'Office fédéral de l'environnement suisse (OFEV) commente ainsi l'utilité des chaufferies pour la préservation de la qualité de l'air :
« Sur le plan de l'hygiène de l'air, il est recommandé de recourir à ces grandes installations qui disposent d'une épuration efficace des gaz de fumée. En effet, comparé au bois de forêt, le bois des ligneux hors forêt^[35] qui poussent parfois au bord de routes à grande circulation ou dans des zones d'habitation dense contient des quantités bien supérieures de métaux lourds et d'autres polluants, susceptibles de s'échapper dans l'atmosphère en cas de combustion dans de petites chaudières »^[36].

Un commentaire similaire se trouve à la page 3 d'une note de synthèse disponible sur le site du Ministère de l’écologie (France) :
« [...] pour limiter les émissions de polluants dues à l’utilisation de la biomasse, il convient de favoriser le recours au bois énergie dans des installations des secteurs collectif ou industriel d’une puissance thermique supérieure à 2MW. En effet, du fait de leur taille, ces installations présentent l’avantage d’une part de permettre, au plan économique, la mise en œuvre de dispositifs performants de dépollution, comme les filtres électrostatiques ou les filtres à manches, et d’autre part, de disposer d’un rendement supérieur à celui de petites unités. On doit également noter que ces installations entrent dans le champ de la réglementation sur les installations classées et qu’elles seront soumises à des contrôles réguliers par des organismes indépendants qui permettront de s’assure du respect de leurs performances environnementales »^[37].
Privilégier le développement du bois énergie dans les secteurs «  collectif » et « industriel » avait été suggéré en mars 2006 dans la conclusion d'un rapport du même ministère^[1].

Exemples de réalisations actuelles

France - Quelques exemples illustratifs de chaufferies bois, avec leurs caractéristiques, sont disponibles sur le site de l'ADEME^[38].

Suisse - Trois exemples de réseaux de chaleur à distance (CAD) : un réseau avec trois chaudières à plaquettes de bois^[39], une centrale constituée d'une chaufferie au bois et d'une chaudière à gaz en complément^[40], et une troisième installation de CAD à double chaudière bois (combustible : vieux bois, bois de forêt, bois résiduel) avec une chaudière à mazout en complément^[41].

Un gaz naturel de synthèse (GNS) issu du bois

Combiner les avantages du bois-énergie et ceux du gaz naturel, sans leurs inconvénients

En vue d'optimiser l'utilisation du bois énergie et son impact sur l'environnement, le principe ancien des gazogènes (conversion du bois en un gaz de synthèse) fait l'objet de travaux d'amélioration.

« Actuellement, le chauffage au bois représente – et de loin – la technologie la plus importante quant à l’utilisation du bois. Cependant, sa contribution à la pollution s’avère très élevée, comparée aux autres carburants (notamment en ce qui concerne les particules fines). Au vu de ce constat, se pose la question du développement de nouvelles technologies pouvant utiliser de façon optimale la ressource que représente le bois. Par « optimal », on entend que le bois doit présenter le plus haut rendement possible tout en affichant de faibles émissions polluantes, lors de son utilisation en tant qu'énergie primaire pour les formes d’énergie finales nécessitées à l'avenir. La gazéification du bois et la préparation du gaz en résultant – de qualité similaire à celle du gaz naturel – permettent de remplir les critères cités précédemment : en effet, la conversion permet d’obtenir un rendement élevé, tandis que l’utilisation du gaz peut être effectuée de façon décentralisée, tout en rejetant peu d'émissions polluantes (par ex., si l’on considère l’intégralité de la chaîne des opérations, l’émission de particules fines est réduite d’un facteur de 50 à 100). De plus, cette technologie permet également une utilisation finale dans les domaines du transport (véhicules au gaz naturel) et de la production d'électricité. »
[GNS à partir du bois - Institut Paul Scherrer - Texte d'information pour les médias, p. 1] ^[42].

Principes de la conversion

Matières utilisables

Sont principalement concernés les bois forestiers bon marché et de qualité inférieure, les déchets ligneux de l'industrie de transformation du bois, les déchets de bois urbains non traités disponibles dans les déchèteries, les déchets de bois ménagers ou municipaux (élagages....), etc.

Préparation de la matière première

Il faut, le cas échéant, éliminer les substances étrangères (métaux, cailloux...).
La matière première subit ainsi différents traitements préliminaires : tri, broyage, séparation magnétique... puis séchage avant stockage.

Gazéification

Le bois est gazéifié à haute température (800 - 900 °C) par de la vapeur d'eau.
Il en résulte un mélange (gaz de bois) contenant principalement du dihydrogène (H₂), du monoxyde de carbone (CO), du dioxyde de carbone (CO₂) et du méthane (CH₄).

Purification du gaz

Le gaz obtenu contient des impuretés qu'il faut éliminer.

Méthanation

Elle consiste en la conversion catalytique du dihydrogène (H₂) et du monoxyde de carbone (CO) en méthane (CH₄). Le procédé se base sur la réaction d'équation-bilan : CO + 3H₂ → CH₄ + H₂O (en présence d'un catalyseur nickel).

Nettoyage du mélange gazeux

Il faut éliminer le CO et le H₂ résiduels, et séparer la plus grande partie du CO₂ présent dans le mélange.

Le résultat est un « gaz naturel de synthèse » (GNS) qui répond aux normes nécessaires à son injection dans le réseau de gaz naturel.

Des documents relatifs à la conversion du bois en méthane sont disponibles sur deux sites suisses^[3],[43].

Atouts énergétiques et environnementaux

Centrale de gazéification du bois à Güssing (Autriche)

Ce GNS bio peut se substituer ou se mélanger au gaz naturel fossile. Il peut être utilisé aussi bien pour le chauffage que comme carburant ou comme source d'électricité.

Comme le bois, il est une énergie locale, renouvelable, au bilan neutre^[44] pour les émissions de CO₂ et il contribue à l'indépendance énergétique.

Comme le gaz naturel, la combustion de ce GNS est peu polluante. On résout ainsi d'une manière optimale le problème des émissions polluantes du combustible bois, sans filtres coûteux.

Une production rentable de ce GNS nécessite de grandes quantités de bois bon marché. L'Europe de l'Est possède en la matière un potentiel très intéressant^[45].

Les principaux protagonistes

En Suisse : l'Institut Paul Scherrer (PSI), qui a élaboré le principe de cette production.

En Autriche : l'université technique de Vienne.

Dans le district autrichien de Güssing, un consortium helvético-autrichien teste une installation de démonstration pour la production de ce GNS^[46],[42]. Le gaz obtenu est constitué à 98 % de méthane^[47].

Un modèle qui fait des émules

Fin juin 2009, la commune de Güssing a inauguré la première centrale de production de gaz naturel de synthèse à partir du bois. Cette solution innovante suscite l'intérêt des géants européens de l'énergie (une centrale de puissance 20 à 25 fois supérieure à celle de Güssing est en projet en Suède). L'événement a été relaté dans les médias^[48],[49].

Aspects environnementaux

Bilan carbone du bois énergie

La combustion du bois comme source d'énergie a un bilan carbone neutre du point de vue des émissions atmosphériques, dans la mesure où le bois est exploité comme une énergie renouvelable. C'est-à-dire que la quantité de CO₂ libérée par la combustion du bois est compensée par la capture d'une même quantité de CO₂ pour la croissance de l'arbre. Ceci est vrai tant que l'exploitation du bois conduit à une quantité de bois créé au moins équivalente à celle consommée.

Ce bilan ne prend pas en compte l'énergie grise qui ici est notamment constituée de l'énergie nécessaire à l'exploitation et l'entretien des forêts, à la découpe des arbres et au transport du bois jusqu'aux lieux de combustion.

La contribution de l’étape de combustion à l’effet de serre est liée aux émissions de méthane CH₄ et de protoxyde d’azote N₂O. Le méthane a un potentiel de réchauffement global (PRG) égal à 25 fois celui du dioxyde de carbone CO₂ sur une période de 100 ans. Le PRG du protoxyde d'azote est égal à 298 fois celui du CO₂ sur une période de même durée. Cette contribution représente une part notable du bilan effet de serre du bois énergie.

La somme, en équivalent CO₂, de ces différentes contributions, constitue le bilan carbone du bois énergie. Ce bilan présente un net avantage par rapport à ceux des énergies classiques^[50].

Comme agent énergétique, le bois produit 42 g éq. CO₂ par kWh utile (produit chez l'usager)^[51], contre plus de 400 pour le fioul^[52] et 40 à 66 pour le nucléaire^[53],[54]. De plus la filière bois dispose encore d'une marge importante d'amélioration (performance des techniques de coupe et débardage, diminution de l'usage des emballages plastiques, voire passage au vrac, pour les pellets et le bois densifié).

Du point de vue de la présence de carbone organique dans les sols la situation est plus complexe : la décomposition naturelle du bois est un processus alimentant une importante biomasse de détritivores et saprophytes^[55] et aboutit in fine à la création d'humus^[56] qui remplace le sol emporté par érosion. La combustion, a contrario, ne produit qu'une faible quantité de cendres qui sont essentiellement des sels minéraux inorganiques. En revanche, le débitage des arbres crée une importante quantité de divers déchets de bois (branchages, sciure, copeaux, écorce...) qui contribue à nourrir cette biomasse là où ils ne sont pas valorisés sous forme de plaquettes forestières^[57].

Pollution : états des lieux et stratégies de réduction

La combustion de bois dans de mauvaises conditions peut être une source importante de pollution atmosphérique. Du bois insuffisamment sec, une combustion lente, l'utilisation de bois souillés (traités contre insectes ou champignons, peints, etc)^[58] produisent des fumées constituées de particules de suie, de divers composés organiques volatils, d'hydrocarbures aromatiques polycycliques, de dioxines, de furanes, de monoxyde de carbone, d'acide cyanhydrique, de métaux lourds, etc. qui posent tous des problèmes importants de santé publique.

Impact sur la qualité de l’air

En milieu urbain

Pour l’OMS, les particules dues à la combustion sont les plus dangereuses pour la santé. En zones urbanisées, sont concernées les émissions des véhicules diesel et du chauffage (combustibles solides) ^[1].

Une étude de l’INERIS, en partenariat avec des Associations agréées de la surveillance de la qualité de l'air (AASQA), a été réalisée dans quatre villes françaises de novembre 2006 à avril 2007. Les résultats obtenus « prouvent que la combustion du bois joue un rôle important sur la composition de la matière organique de l'aérosol atmosphérique et sur la pollution particulaire en milieu urbain »^[59].

Les chauffages au bois émettent davantage de poussières fines, et certains autres polluants, que la circulation routière^[60],[61].

En milieu rural

En milieu rural, la combustion du bois peut conduire à des niveaux élevés de particules PM₁₀ et de benzo[a]pyrène (ou B[a]P, un HAP très cancérigène) dans l’air extérieur^[62].

Effets sur la santé

De récentes études épidémiologiques ont souligné la similarité des effets sur la santé entre les fumées de combustion de biomasse (chauffage au bois, feux de végétaux) et les produits pétroliers (diesel), tant dans la nature que dans la fréquence des troubles engendrés (affection respiratoire, cancer du poumon...)^[63]. Une étude scientifique en anglais analyse les effets sur la santé de la fumée de bois^[64].

Du point de vue de la propreté de ses émissions, le bois est une forme d'énergie désavantagée par rapport aux autres combustibles^[65],[66] et les risques sanitaires qui en résultent sont plus importants^[67].

Point faible d'un combustible solide - Amélioration

Plus un combustible peut rapidement passer à l’état gazeux, moins il risque de générer des sous-produits de combustion incomplète. Or le bois est un combustible solide et ses constituants oxydables passent plus difficilement à l’état gazeux que ceux de combustibles liquides comme le mazout ou gazeux comme le gaz naturel^{[13],[68],[69]}.

On peut résoudre en partie ce problème en pulvérisant le bois ; c'est l'effet recherché avec les granulés de bois. Les composants du bois pulvérisé présentent une surface de contact avec l'air bien plus importante que dans le cas des bûches, ce qui améliore la combustion^[13].

Combustion incomplète

Une combustion incomplète génère des imbrûlés qui participent à la pollution de l’air.

Réduction des imbrûlés : choisir un appareil performant et bien l’utiliser^[70]

Un appareil à bon rendement de combustion réduit les émissions d’imbrûlés, à condition de bien l’utiliser (voir par exemple le cas d'un appareil labélisé Flamme verte et celui d'un poêle certifié EPA dans la section « Combustion primaire »).

Les équipements de combustion du bois, y compris les plus performants, ne sont pas à l'abri du risque de combustion incomplète ; les performances des appareils sont établies dans des conditions bien précises, souvent peu représentatives des conditions réelles chez la plupart des utilisateurs^[13].

L'information précédente trouve son développement dans un document des Offices fédéraux suisses de l'environnement (OFEV) et de l'énergie (page 5) :

« En conditions habituelles, les exploitants de chauffages à l’huile ou au gaz ne peuvent avoir d’influence ni sur le combustible ni sur le type de fonctionnement de l’installation, si bien que les valeurs d’émissions relevées lors des contrôles périodiques correspondent aux émissions réelles, sans fluctuation en conditions d’utilisation courante. Par contre, le mode d’exploitation des chauffages au bois et le combustible utilisé peuvent influencer considérablement les émissions générées lors de l’utilisation courante, ce qui confère à l’exploitant une importante responsabilité. »^[71].

Appareils à alimentation manuelle, appareils à alimentation automatique

Le problème des risques de combustion incomplète se pose surtout avec les appareils à alimentation manuelle (appareils à bûches)^[71].

Les appareils à alimentation automatique sont les plus fiables, notamment les appareils à granulés (à condition d'utiliser exclusivement des granulés (pellets) de qualité certifiée et d'éviter toute reprise d'humidité du combustible)^[71],[9].

Combustion complète

La combustion complète du bois émet tout de même des quantités notables de particules fines (formées principalement à partir de minéraux contenus dans les cendres) et d'oxydes d'azote qui proviennent en majorité de l'oxydation de l'azote contenu dans les amines et les protéines du bois^{[72],[73],[74]}.

Les particules minérales émises sont moins nocives que la suie, mais ne sont pas sans risques pour la santé puisqu'elles peuvent pénétrer profondément dans les poumons (les risques sont liés à leur caractère irritant pour les voies respiratoires)^[71].

À titre de comparaison, une chaudière à bois à chargement automatique (chaudière à granulés ou chaudière à plaquettes) émet « bien davantage » de particules fines et d'oxydes d'azote qu'une chaudière à mazout^[11].

En France, la rénovation du parc d’appareils domestiques, qui se traduit par des émissions d'imbrûlés plus faibles, conduit à une réduction des émissions de particules et à des émissions d'oxydes d'azote supérieures par rapport à la situation existante^[75].

Filtres à particules

Pour limiter la pollution des équipements de combustion du bois, des filtres à particules (ou filtres à fumée) sont développés pour les chaufferies de grande taille^[76],[66], mais aussi à présent pour les appareils individuels^{[77],[68],[11]}.

Le principe d'un filtre à particules électrostatique (également appelé « électrofiltre ») pour appareils domestiques (schéma et commentaire) est présenté sur le site de « Énergie-bois Suisse »^[78]. Ce type de filtre permet une réduction de 60 à 95 % des particules PM₁₀^[79].

Filtre catalytique. Ce nouveau filtre à particules, primé en 2011 au 12^e « Salon Bois Énergie » (France)^[80], permettrait de réduire de 80 % les émissions polluantes de la combustion des foyers à bois, en particulier à l’allumage et au rechargement des cheminées^[81],[82]. Il fonctionne sans électricité.

À noter l’existence de « dépoussiéreurs par voie humide » : des « électrofiltres humides », des « condenseurs », qui permettent en outre une récupération d’énergie après refroidissement des fumées par pulvérisation d’eau, ainsi que des « laveurs de fumées »^[83],[84].

Dans le cas particulier de la chaudière à granulés à condensation, l'échangeur condenseur joue aussi le rôle de « filtre à particules » original.

La nécessité d'équiper les appareils actuels d'un filtre à particules est évoquée dans un reportage d'un journal télévisé français (cas présenté : celui d'une chaudière à granulés)^[85].

Développement du bois énergie

Dans différents pays, le développement du bois-énergie, dans le cadre de la promotion des énergies renouvelables, fait craindre une aggravation de la pollution atmosphérique, notamment par les particules fines ; les problèmes de pollution atmosphérique générée par le bois énergie concernent avant tout le chauffage individuel.

Europe

Le programme européen Carbosol (2001-2005)

Ce programme scientifique^[63] rassemblait des chercheurs de différentes nationalités et avait pour objectif notamment de définir les parts respectives des combustibles fossiles (transport, industrie, chauffage au fioul et au gaz) et de la biomasse (chauffage au bois, feux de végétaux) à la pollution par les particules carbonées qui sont reconnues les plus dangereuses pour la santé. Les résultats de l'étude ont été publiés à la mi-décembre 2007 : la combustion de biomasse (feux de cheminée, feux agricoles et feux de jardins) est responsable de 50 à 70 % de la pollution carbonée hivernale en Europe.

Pollution atmosphérique transfrontière à longue distance

• Transport de particules

Selon l'OMS, le transport de particules à longue distance contribue significativement à l'exposition des populations et aux effets sur la santé. Dans l'Europe des quinze, les équipements de combustion du bois du secteur domestique (poêles, cuisinières, etc.) deviendraient, à l'horizon 2020, les principales sources de particules fines PM2.5^[86].

• Impact sur l'environnement des émissions de noir de carbone

Un rapport, daté de décembre 2010, établi par le Groupe d’experts du noir de carbone avec le concours des Parties et des observateurs de la Convention sur la pollution atmosphérique transfrontière à longue distance, évalue, dans la région de la CEE, les informations disponibles sur ce polluant et envisage les possibilités de réduction des émissions qui auraient un effet bénéfique notamment sur l’environnement et la santé^[87].

Le noir de carbone produit par la combustion incomplète de divers combustibles (comme le carburant diesel, le charbon et la biomasse) est un aérosol carboné qui, outre ses incidences négatives sur la santé, absorbe fortement la lumière solaire et contribue au réchauffement de l'atmosphère ; son dépôt aggrave la fonte de la neige et de la glace.

Plus que d’autres régions, l’Arctique et les régions alpines pourraient tirer avantage de la réduction des émissions de noir de carbone.

S’il est prévu une forte diminution des émissions du secteur des transports (en particulier routier) ^[88], en revanche la combustion domestique (tous combustibles confondus) est et demeure à l’avenir un des grands secteurs émetteurs de noir de carbone. D'ici à 2020, les petits appareils de chauffage domestique produiront à peu près la moitié des émissions totales de noir de carbone.

Le développement de la biomasse énergie, comme mesure de protection du climat, risque d’accentuer cette tendance (voir pages 10 § 25 et 15 § 43). L’utilisation de poêles et chaudières modernes à granulés de bois, par exemple, pourrait sensiblement réduire les émissions de noir de carbone dues à la combustion de la biomasse (p. 15 § 44)^[89].

Concernant la combustion de biomasse non valorisée en énergie, une interdiction effective de la combustion à l’air libre pourrait compter pour environ 10 % dans le potentiel total de réduction des émissions de noir de carbone. Par ailleurs, les brûlis sont souvent à l’origine des feux de forêt qui sont à leur tour une source d’émissions importante (voir page 16 § 48).

Suisse

Un certain nombre de documents issus des Offices fédéraux de l'environnement (OFEV) et de l'énergie (OFEN) expriment la préoccupation de la Confédération.

État des lieux

Un document des OFEN et OFEV^[90] présente un état des lieux complet sur le chauffage au bois.

Ce document consacre une page aux avantages du bois-énergie et pratiquement cinq pages à ses inconvénients et aux façons d'y remédier pour assurer un développement durable de ce combustible.

Concernant la part de la combustion de biomasse dans les émissions de particules fines en Suisse : « Les chauffages au bois représentent 18 % des particules émises par la combustion, et la combustion en plein air 16 %. Les chauffages au bois et la combustion à l’air libre contribuent au total presque autant à l’émission de poussières fines que les moteurs diesel, qui sont responsables de 39 % des particules de combustion » (p. 2).

Dans le résumé de la page 6, on peut noter :

• Les émissions excessives de particules fines concernent, à des degrés divers, l'ensemble des appareils actuels : « Les chauffages au bois provoquent aujourd’hui des émissions de poussières fines en quantité disproportionnée, qu’il s’agisse des petits chauffages ou des installations automatiques de taille beaucoup plus importante ».
• Le document préconise de mettre en œuvre d'une manière simultanée, et plus rigoureuse qu'auparavant, tous les moyens visant à réduire les émissions de particules des chauffages au bois.
• Le dernier paragraphe indique la nécessité de filtrer les rejets (cf. aussi page 4).

Remplacement du mazout par le bois : une mesure prématurée

Un autre document de l'OFEV précise que les mesures ayant pour objectif la lutte contre l'effet de serre, mais aussi la protection de l'air, ne peuvent inclure le remplacement du mazout par du bois « tant que les émissions des chauffages au bois ne seront pas ramenées au niveau de celles des chauffages à mazout »^[91].

Modifications de l'OPair

En 2006, la Suisse a modifié son ordonnance sur la pollution de l'air (OPair) afin de mettre en œuvre plusieurs mesures du plan d'action qui « vise à diminuer à chaque source les émissions de poussières, de poussières fines, et de suies de diesel et de bois ». Ces mesures visent entre autres les chauffages au bois d'une puissance supérieure à 70 kW, la plupart à chargement automatique, qui « même bien exploités [...] émettent au moins 300 fois plus de poussières fines qu'un chauffage similaire alimenté à l'huile ou au gaz » ^[92].

Campagne de mesures du PSI

Les concentrations nocives de poussières dans les agglomérations sont mesurées régulièrement, surtout en hiver^[93].

« Toutes les particules de poussière ne sont pas également dangereuses : les particules de suie émises directement par les moteurs diesel et les chaudières à bois ne nuisent pas qu’aux poumons mais sont aussi cancérigènes et doivent être éliminées autant que possible ».

Des mesures ont été effectuées par l'Institut Paul Scherrer (PSI), utilisant notamment la spectrométrie de masse, et le carbone 14 qui permet d'identifier dans les poussières fines des sources de carbone fossiles et non-fossiles. La combinaison de ces deux méthodes permet une caractérisation complète des particules d’un diamètre inférieur à 1 micromètre (PM₁).

Les résultats, combinés avec les données des émissions communiquées par l’OFEV, permettent d'estimer la contribution de chaque source à la charge totale de poussières fines : la combustion du bois (chauffages à bois et feux ouverts) contribue « considérablement » aux émissions de particules fines.

Les solutions existantes ou envisagées pour réduire les émissions des chauffages à bois sont :

• des filtres efficaces pour grandes chaudières, filtres relativement bon marché, qui permettent déjà aujourd’hui de brûler le bois presque sans poussières fines ; une alternative serait la gazéification (cf. supra : Un gaz naturel de synthèse issu du bois) ;
• des filtres pour les petites chaudières, mais leur efficacité doit encore être améliorée ;
• une meilleure isolation thermique des immeubles réduit les besoins de chauffage et donc les substances précurseurs des poussières fines.

Allemagne

L’Agence Fédérale de l’Environnement, notant que les émissions de particules fines issues des installations de combustion du bois étaient en constante progression depuis 1995^[94], a publié en 2007 un guide à l’attention des utilisateurs du chauffage au bois. Le communiqué de presse accompagnant ce guide rappelle que le bois est un combustible neutre vis-à-vis du climat mais que sa combustion dans des conditions non optimales ou l’utilisation de combustibles non appropriés peut entraîner une pollution de l’air, à travers notamment les particules et les hydrocarbures aromatiques polycycliques. Les principales recommandations sont les suivantes^[95],[96] :

– se débarrasser des vieux foyers ;

– choisir un combustible adapté et de bonne qualité (propre et sec) ;

– s’assurer que le fonctionnement des appareils de chauffage est optimal, notamment en suivant les conseils de l’installateur ;

– faire régulièrement l’entretien de son installation, au minimum avant chaque période de chauffe.

Canada

Depuis plusieurs années, des campagnes d'information ont été lancées par les instances gouvernementales pour le remplacement des appareils par des appareils plus performants (certifiés EPA), l’encouragement à ne pas utiliser ce mode de chauffage comme mode de chauffage principal ou en cas d’épisodes de pollution. Des campagnes d’échantillonnage réalisées à Montréal depuis 1999 ont en effet montré l’influence du chauffage au bois sur les niveaux de particules, d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et de composés organiques volatils (COV), notamment en soirée et le week-end^[95].

Depuis le 28 avril 2009, sauf exceptions, la ville de Montréal a interdit l'installation de nouveaux appareils ou foyers à combustibles solides ; seule l'installation d'appareils à granulés est autorisée^[97].

La province de l'Ontario a réalisé et diffusé une plaquette invitant les particuliers à ne pas s'équiper de chaudière à bois ou, s'ils en avaient une, à bien maîtriser la combustion^[94].

France métropolitaine

État des lieux

La combustion du bois émet plus de fines particules (notamment les PM1, de taille inférieure à 1 micromètre), et certains autres polluants, que l'ensemble des véhicules Diesel.

La réduction de ces émissions devient un véritable enjeu de santé publique, ainsi que le confirment les données officielles suivantes :

• Émissions dans l'atmosphère comparées de quelques combustibles et des transports (transport routier et autres transports), pour l'année 2009 en France métropolitaine, en % des émissions totales (selon les estimations du CITEPA qui assure, pour le compte du ministère de l'Écologie, la réalisation technique des inventaires de la pollution atmosphérique) :

Émissions nationales de quelques polluants (% en masse) pour l'année 2009
(rapport SECTEN - mise à jour d'avril 2011)^[98]

	Participation à la consommation d'énergie finale	CO	PM10	PM2,5	PM1,0	HAP	COVNM
Bois énergie	3 %	32,1	21	33	59	62	20,3
Fioul domestique (FOD)	?	2,2	4,6	7,4	12	5,2	2,7
Gaz naturel	21 %	0,79	0,28	0,44	0,80	~ 0	1,3
Transports	31 %	22,1	12	13	19	26	18,2

• CO : Monoxyde de carbone ;
• PM₁₀ : particules d'un diamètre aérodynamique^[99] inférieur à 10 micromètres ;
• PM_2,5 : particules d'un diamètre inférieur à 2,5 micromètres, appelées « particules fines » ;
• PM_1,0 : particules d'un diamètre inférieur à 1,0 micromètre, appelées « particules très fines » ;
• HAP : Hydrocarbures aromatiques polycycliques ;
• COVNM : Composés organiques volatils non méthaniques (COV hors méthane), dont le benzène ;
• En ce qui concerne les émissions de benzène, le CITEPA ne fournit pas de données spécifiques au bois énergie, mais précise que : « Le principal secteur émetteur de benzène est le résidentiel/tertiaire (76,5 %) en particulier du fait de la combustion du bois, suivi du transport routier avec 14,1 % » (cf. la section « Spéciation des COVNM (dont benzène) » du rapport SECTEN référencé plus haut).
• Les hydrocarbures aromatiques (HAP et benzène), dont certains sont des cancérogènes reconnus, sont véhiculés par les particules jusqu'au plus profond du système respiratoire^[74].

Comme en Suisse, on observe une forte disproportion entre l'importance relativement secondaire du combustible bois sur le marché de l'énergie (il représente 3 % seulement de la consommation d'énergie finale en France métropolitaine) et sa contribution très importante aux émissions de certains polluants majeurs ; cette disproportion est le fait majoritairement du chauffage au bois dans le secteur domestique (85 % du bois-énergie est utilisé en chauffage individuel).

Depuis 1990, on note globalement une amélioration sensible, mais encore insuffisante. Le renouvellement des appareils se fait encore assez lentement, les vieux appareils à faible rendement et forte pollution (cheminées à foyer ouvert, ou cheminées ouvertes, qu'elles soient anciennes ou de conception moderne d'ailleurs^[9],[15], mais aussi foyers fermés, inserts et poêles anciens)^[20] sont encore très présents ; ces appareils vétustes influencent fortement les résultats du tableau.
À ceci s'ajoutent certaines pratiques défavorables à une bonne combustion (notamment l'utilisation de bois trop vert ou trop humide et la pratique du feu continu à allure réduite) ; les émissions polluantes d'un appareil performant lui-même peuvent être excessives s'il n'est pas utilisé correctement^[9].

Comparaison des facteurs d’émission du chauffage au bois ^[100] avec ceux du chauffage au fioul domestique,
au gaz naturel et au charbon - année 2005 (ministère de l’Écologie – synthèse 2009)^[37]

	Rendement	SO2	NOx	COVNM	CO	PM10	PM2,5	PM1,0	HAP[101]	Dioxine
Bois	48 %	42	126	1996	11190	863	844	836	125 mg/GJ	144 ng/GJ (ITEQ)
Fioul domestique	83 %	114	60	3,6	48	18	18	15	841 µg/GJ	0
Gaz naturel	86 %	0,6	58	2,9	29	0	0	0	0	0
Houille	69 %	876	72	22	721	216	214	212	2,3 µg/GJ	555 ng/GJ (ITEQ)

Les facteurs d’émission des appareils sont exprimés en g/GJ (masse de polluant émise par unité d’énergie sortante (gigajoule (GJ)), excepté pour les HAP et la dioxine (ITEQ = International Toxic Equivalent Quantity).

À la différence du tableau précédent, qui compare les émissions d'appareils de chauffage avec celles de l'ensemble du parc des appareils de chauffage au bois (anciens et actuels), le tableau suivant permet une comparaison entre appareils de chauffage tous actuels :

Le Plan Particules

Dans le secteur domestique, une réduction plus significative des émissions polluantes du chauffage au bois nécessite une accélération du renouvellement du parc et la poursuite de l'amélioration des appareils.

Ces objectifs sont inclus dans le Plan Particules (lequel est intégré dans le deuxième Plan National Santé Environnement^[102]) et sont en cours de réalisation : un crédit d'impôt offrant un taux préférentiel pour le renouvellement d'appareils anciens a été mis en place en 2010, et l'évolution du label Flamme verte vers une réduction des émissions de poussières sera effective au 1^er janvier 2011 (cf. liens externes : communiqué de presse de l'ADEME). En 2006, l'« insuffisance » des actions « flamme verte, crédit d'impôt » était signalée dans la conclusion d'un rapport du ministère de l'Écologie^[1].

D'autres mesures, dont le développement de technologies de filtration des émissions (électrofiltres) sont également évoquées.

Pour atteindre leur pleine efficacité, ces mesures doivent s'accompagner d'une information touchant l'ensemble de la population :

« Les particules émises par le secteur domestique proviennent très majoritairement des équipements de combustion du bois [...]
Le chauffage au bois, parce qu’il se rapproche d’une pratique « naturelle et ancienne », porte une image de pratique propre, ce qui se justifie pour le bilan de CO₂, mais pas pour les particules, ni les composés organique volatils (COV), ni^[103] les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP). Une communication plus complète devra donc être développée avec pour cible l’ensemble des citoyens car les émissions du secteur domestique sont majeures. » (page 9 du plan).

La recommandation précédente fait écho à cette mise en garde du président du Conseil national de l'air dans un rapport adressé en 2007 au Premier ministre : « Mais la combustion du bois pollue [... ] Cette réalité est aujourd'hui méconnue voire occultée en France »^[94].

Les mesures visant la réduction des émissions polluantes du bois énergie dans tous les secteurs l'utilisant (domestique, collectif et industriel) s'avèrent nécessaires pour assurer un développement durable de ce combustible. Voir notamment la page 15 § 4.

Voici un extrait de la conclusion d'une étude du CSTB sur la filière bois-énergie : « L’importance de certains aspects tels que la qualité de l’air ou les risques sanitaires ne doit pas être sous-estimée sous peine de compromettre le bon développement de la filière »^[14].

Économie

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

Production

L'exploitation traditionnelle des forêts pour la production du bois de chauffage a conduit à une technique de taille, l'arbre têtard, et à une forme de sylviculture, le taillis, qui permettaient 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 très 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 toutefois une production de petit bois de chauffage à partir des premières éclaircies. De plus la transformation des grumes en bois d'œuvre n'a qu'un rendement de 40 % (pour les bois durs) à 80 % (pour les résineux), le reliquat pouvant être valorisé en pellets ou autres.

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) essentiellement 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 également d’augmenter la taille du parc installé.

Le plan bois-énergie comporte également 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 industrielles) pour une puissance de 1 000 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 termes 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 égales 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 alors 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 situé entre 7 et 12 Mtep de plaquettes forestières (selon les niveaux de rémanents et d’exploitations forestières), c'est-à-dire autant que ce qui est exploité actuellement ! »^[104].

Concernant la mise à jour des plans énergie-climat pour la France à l’horizon 2020, le directeur général de l’Énergie et du Climat, MEEDDAT, apporte les précisions suivantes :

« La biomasse représentera une part significative des développements anticipés en matière de production de chaleur (9 des 20 Mtep prévus à l’horizon 2020). Il faudra s’assurer que la ressource n’entraîne pas de conflits d’usage^[105] et maîtriser les problèmes de pollution atmosphérique. Si ces problèmes ne sont pas traités correctement, les projets risquent de connaître un coup d’arrêt. Le développement de l’utilisation de la biomasse passe en partie par des appels d’offres, dispositif permettant de s’assurer que le plan d’approvisionnement est compatible avec les autres usages du bois. »^[106].

Le bois énergie représente 3 % de la consommation énergétique totale française mais déjà 25 % de sa production de bois. Il ne peut donc résoudre à lui seul les défis énergétiques qui se présentent^[107].

En Suisse

En 2009, la consommation de bois énergie est estimée à 3,5 millions de m³, dont 40 % de bûches, 53 % de plaquettes forestières et 7 % pour les pellets. Le chauffage au bois représente, selon Énergie Bois Suisse^[108], 7% du marché de la chaleur et 3.9% de l'énergie consommée en Suisse. Le bois est en 2009, le deuxième agent renouvelable du pays derrière l'énergie hydraulique. La forêt suisse est constituée de 420 millions de m³ de bois, répartis sur 1,27 million d'hectares, soit 31 % de la surface de la Suisse (12 746 km²). La densité forestière est de 350 m³ par hectare. La forêt produit 7 à 7,5 millions de m³ de bois exploitable par an dont 5 millions sont déjà exploités, pour une consommation totale de 6,5 millions de m³ ^[109].

Notes et références

Bibliographie

• Emmanuel Carcano (2008), Chauffage au bois > Choisir un appareil performant et bien l'utiliser, Terre vivante,
  (ISBN 978-2-914717-48-9).

Annexes

Liens internes

• Industrie du bois
• Débitage du bois
• Cubage du bois
• Biomasse
• Sylviculture
• Contenu CO2
• Écologie des insectes forestiers
• Litière (forestière)
• Filtres à particules

Liens externes

• 2010 : Évolution du label Flamme Verte (communiqué de presse de l'ADEME)
• Le chauffage au bois pas aussi « inoffensif » qu’on voudrait bien le croire!
• Énergie-bois : se chauffer sainement (2006) (le benzo(a)pyrène est à présent classé cancérogène pour l'homme : groupe 1)
• Information sur la norme NF du bois énergie

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