Poeles Scandinaves Poêle cheminée scandinave

Faire un bon feu n’est pas si simple

Le bois est utilisé comme combustible depuis des millénaires et son utilisation pour le chauffage est considérée comme simple et naturelle. Il est si facile de faire un feu de bois qu’on ne songe pas aux moyens d’en faire un vraiment efficace !
On assiste depuis quelques années à un intérêt renouvelé pour le bois comme combustible et les ingénieurs ont perfectionné la technologie de combustion du bois pour en améliorer à la fois le rendement et les taux d’émissions nocives.
Pour se convaincre de remplacer les poêles polluants par des poêles plus efficaces, pour bien utiliser et bien entretenir ces derniers, il faut avoir assimilé certains principes théoriques de base sur la combustion en général et sur la combustion du bois en particulier. Les appareils ont évolué, à nous d’évoluer également.

Comment se produit la combustion ?
La première découverte importante et décisive pour l’humanité a été le feu. Grâce à cela  l’homme a pu cuire de la viande, se chauffer et se protéger. Cependant il a fallu plusieurs dizaines de milliers d’années pour comprendre les mécanismes physiques et chimiques de la combustion du bois.
La combustion est une réaction chimique. On appelle cela une réaction exothermique car elle produit de la chaleur.
Pour que la combustion ait lieu, il faut impérativement l’association de 3 éléments :
• Un combustible : le bois composé essentiellement d’hydrogène et de carbone.
• Un comburant : l’oxygène contenu dans l’air.
• Une énergie d’activation : à l’allumage un briquet, ensuite c’est la chaleur du feu qui entretient la combustion.


La chaleur, lors de la combustion, est simplement produite par l’activité accélérée de l’oxygène (O) sur des matériaux combustibles comme le carbone et l’hydrogène (H). On parle donc d’oxydation. Toute oxydation de ces matériaux dégage de la chaleur, mais seule l’oxydation accélérée dégage suffisamment de chaleur pour produire des flammes et une quantité utilisable de chaleur pour le chauffage.
Pour accélérer l’oxydation, il faut dépasser le stade d’ignition du combustible (température d’inflammation du bois). Pour arriver au stade d’ignition, il faut chauffer le combustible à une température suffisante pour que l’oxydation soit si rapide qu’elle se communique spontanément au reste du matériel (énergie d’activation).
Autrement dit, une fois la température d’ignition atteinte, une réaction en chaîne d’oxydation se déclenche et gagne le reste du combustible, pourvu qu’on fournisse suffisamment d’oxygène dans la réaction.


Etapes de la combustion
Lorsqu’on dépose une bûche sur un lit de braises, on observe plusieurs étapes.
Le bois est un combustible solide qui nécessite une source de chaleur afin de faire évaporer les produits gazeux inflammables qu’il contient. Cela s’appelle la pyrolyse de bois (ou gazéification du bois).
• Le séchage : Avant tout, le bois doit perdre toute son humidité résiduelle afin de pouvoir monter en température. La bûche absorbe donc de la chaleur pour permettre l’évaporation de l’eau, cette étape consomme de l’énergie. Plus le bois est humide, plus il va falloir de la chaleur pour faire évaporer l’eau, plus la bûche est grosse, plus elle va avoir besoin de chaleur pour commencer sa pyrolyse.

• La pyrolyse : À partir d’environ 300°C, La chaleur décompose la structure chimique du bois, les produits volatiles commencent à s’évaporer (hydrogène, goudrons et méthane…). Ils s’oxydent  (brûlent) correctement à partir de 475°C. Une réaction en chaine commence : les gaz s’oxydent (brûlent) grâce à l’oxygène, ce qui produit une grande quantité de chaleur qui, à son tour, permet l’évaporation des produits gazeux. Il faut savoir que ces produits représentent environ 60 % de l’énergie potentielle du bois. C’est pendant cette phase que la combustion produit le plus de chaleur. La température du foyer peut monter jusqu’ à 750°C.
Si la température dans le foyer est trop basse, la combustion sera incomplète car beaucoup de gaz sortira par la cheminée sans brûler.
Cette étape est volontairement simplifiée. En fait, il existe plusieurs réactions chimiques selon les degrés de volatilité des différents produits contenus dans le bois et selon la température de la chambre de combustion.

• L’incandescence : Il ne reste plus que le charbon de bois sous forme incandescente qui brûle doucement en ne produisant pas de flamme mais beaucoup de rayonnement infrarouge.
En réalité dans un feu ces réactions coexistent en permanence lors de la combustion, selon la température de la chambre de combustion, la quantité d’air disponible, le positionnement des bûches…

Les arrivées d’air
Tous les appareils Wanders sont dotés d’arrivée d’air primaire et secondaire/tertiaire que l’on peut commander avec un ou deux points de réglage.
• L’air primaire sert à attiser le feu (la pyrolyse), elle est distribuée par la sole foyère ou alors par une rampe placée en partie basse  à l’avant (appareil de dernière génération sans cendrier).
• L’air secondaire sert à alimenter la combustion des gaz en partie supérieure de la chambre de combustion (au dessus du feu), généralement cet air est préchauffé afin d’éviter de refroidir le feu. il est distribué par une rampe le plus souvent située juste au dessus de la vitre ou juste en dessous du déflecteur (ou parfois les deux)
• Le réglage du débit d’air va surtout dépendre du tirage de la cheminée. Il faut adapter le débit par rapport au tirage. Si la cheminée tire beaucoup il faut réduire le débit d’air, si la cheminée tire peu, il faut augmenter le débit.
Dans tous les cas, il faut respecter un ratio air/bois optimal afin de faire du feu à haut rendement (du bon feu).
Trop d’air primaire nuit au fonctionnement

Il est inutile d’ouvrir en permanence l’air primaire à fond. Cela produit « un feu de forge », génère des surchauffes (combustion trop rapide), dilue les gaz de bois et refroidit la chambre de combustion.
La combustion est incomplète, beaucoup de chaleur est perdue dans la cheminée à cause de « l’effet de forge », les fumées n’ont pas le temps de diffuser leur chaleur.

En règle générale,  lorsque le foyer est chaud  il faut 80 % d’air secondaire et 20 % d’air primaire.

Allumage

L'’allumage  peut apparaître comme une étape  difficile et fastidieuse si on ne maîtrise pas la technique pour bien démarrer la combustion. L’allumage doit être rapide afin d’atteindre rapidement la température nécessaire à la bonne combustion du bois.
Au démarrage de la combustion il faudra beaucoup d’air primaire pour avoir une combustion rapide et avoir un bon lit de braises qui maintiendra la température du foyer suffisamment haute.
Il y a deux techniques d’allumage. La première dite traditionnelle et la seconde dite inversée (ou top down).
Nous allons seulement parler de la technique top down qui offre les avantages suivants par apport à la méthode traditionnelle :
• Moins de suies qui se déposent sur la vitre
• Emission de polluants réduites
• Pas de refoulement de fumées
• Le bois a le temps de se sécher progressivement
• L’allumage est plus progressif
• ça marche à tous les coups !

Matériel nécessaire :
• 1 ou 2 allume-feux (préférer les allume-feux à base de copeaux ou de sciure de bois)
• 1 briquet
• 4 bûches moyennes (7-10 cm de diamètre)
• Du petit bois d’allumage
Cette méthode consiste donc à allumer le bois par-dessus. Les bûches sont disposées au fond du foyer, le bois d’allumage dessus (les plus gros vers le bas, les plus fins vers le haut)  puis les allume-feux sur le dessus ou dans le bois d’allumage.
Même si cela parait illogique, il s’agit là de la meilleure façon d’allumer son poêle, il faut en faire l’expérience…

Lorsque les allume feux vont brûler, dans un premier temps cela va préchauffer la cheminée pour augmenter le tirage et évacuer les éventuels « bouchons de froid ».
Ensuite le petit bois va progressivement prendre feu et chauffer le foyer et les bûches qui se trouvent en dessous. Peu de matière se consume à la fois, la combustion est meilleure car on ne doit pas chauffer toute la masse de bois en même temps. Cela se voit, il n’y a quasiment pas de fumée.
Peu à peu les bûches vont atteindre la température de pyrolyse et prendre feu.
Dès que les bûches seront complètement enflammées (environ 45 minutes), le foyer sera à sa température idéale pour un rechargement en bois.
 

Le chauffage

Chargement et puissance calorifique. A chaque nouveau chargement de bois, il faut correctement doser la quantité de bois. Cela dépend de la chaleur souhaitée et de la puissance nominale de l’appareil.
Dans de bonnes conditions, la puissance restituée dépend de la charge de bois effectuée.Pouvoir calorifique de 1 kg de bois de hêtre en bûches de 30/33 cm :
Pn = 1kg x 4,0 kW x 0,8 (rendement thermique de 80%)
Pn = 3,20 kW/h.

Charge maximale pour une puissance calorifique nominale de 7 kW :
Chr  =  7kW / 3,20 kWh
Chr = 2,18 kg par heure
*Avec un taux d’humidité de 16 % à 20 %.
Le réglage du débit d’air comburant est proportionnel à la charge de bois, plus on augmente la quantité bois, plus on doit augmenter la quantité d’air nécessaire à la bonne combustion. Le « réglage »  de la puissance doit donc s’effectuer sur la quantité de bois chargée et non sur la quantité d’air.

Prenons comme exemple un moteur de voiture. Pour décélérer, on lâche l’accélérateur et donc le carburateur envoie moins d’essence au moteur.
Imaginons maintenant que pour décélérer, le carburateur envoie toujours autant d’essence dans le moteur mais il réduit fortement l’arrivée d’air au moteur. Ainsi la combustion (l’explosion) est diminuée (car mauvaise) donc le rendement est très faible; sans parler des émissions polluantes !  Cela ne semble t-il pas aberrant de fonctionner de cette manière ?
A quel moment recharger?
Le rechargement doit s’effectuer lorsque la quasi-totalité du précédent chargement est sous forme de braises.
Lors du rechargement, il faudra temporairement augmenter le débit d’air afin de favoriser l’inflammation rapide du nouveau chargement.
Une fois que le chargement est correctement enflammé, réduire l’air primaire.
Essences de bois    Puissance calorifique
kWh/KG*
Erable    4,1
Bouleau    4,3
Hêtre    4,0
Chêne    4,2
Aulne    4,1
Frêne    4,2
Epicéa    4,5
Pin    4,4
Peuplier    4,1
Sapin    4,5


Le Feu continu
Le feu continu  (ou devrait t-on plutôt dire braises continues) consiste à faire en sorte qu’un poêle  brûle du bois sur une longue période (souvent la nuit) en produisant une chaleur faible.
Pour obtenir cet effet, il faut charger le poêle à son maximum et fermer les arrivées d’air. La combustion sera alors lente. Cette utilisation était surtout en vogue dans les années 70-80 et encore quelque peu aujourd’hui malheureusement.
"Techniquement, il est déraisonnable de faire fonctionner un poêle à bois de cette façon, puisque la combustion n’est pas complète ; elle est même catastrophique d’un point de vue économique et environnemental. "

Que se passe-t-il lors d’une combustion lente ?

Comme cette utilisation oblige à fermer les arrivées d’air, le feu s’étouffe. La température de combustion est alors sous le point d’ignition des produits volatils. En réalité, cette utilisation transforme les poêles en fabriques à charbon et fumées. Ils émettent beaucoup de sous-produits de combustion non oxydés, le goudron entre autres qui deviendra du créosote en se condensant sur les parois froides du conduit de fumée. Quant au carbone, faute d’oxygène, il se transformera en CO (monoxyde de carbone) et en particules de suie. Une fumée visible, plus ou moins noirâtre, sortira alors de la cheminée, causée par le passage de la combustion en mode carbonisation.

La combustion « lente » allonge donc le temps de dégagement de rayonnement infrarouge, mais au prix d’une forte augmentation des polluants tels les particules fines, les COV non brûlés et les HAP, en plus de causer du tort aux conduits de fumée en y faisant condenser le créosote.

"Pour juger de la qualité d’une combustion, il suffit d’observer les dégagements de fumée à la sortie de toit du conduit de cheminée. Une fumée visible sera le signe d’une combustion incomplète."