Mise en place d'une chaufferie au bois : Etude et installation d'une unite a alimentation automatique

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Mise en place d’une chaufferie au bois

La loi de programmation et d’orientation sur l’énergie donne à la France un nouveau cadre pour la maîtrise de l’énergie et le développement des énergies renouvelables dont les bioénergies. Le développement des investissements en chaufferies bois à alimentation automatiques doit participer aux objectifs d’accroissement de 50 % de la part des énergies renouvelables dans le bouquet énergétique français. Mettre en œuvre une chaufferie bois et son réseau de chaleur suppose des connaissances variées, une méthodologie adaptée ainsi qu’un savoir pragmatique indispensable. Cet ouvrage contient ces éléments et traite notamment : – du choix des combustibles ; – de la logistique d’approvisionnement ; – des technologies de chauffage et de combustion ; – des aspects environnementaux, économiques, réglementaires et sociaux qui se posent lors de la conception et de la réalisation d’un tel projet.

■ Coordination : Jean-Christophe Pouët

Mise en place d’une chaufferie au bois

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www.edpsciences.org www.ademe.fr

39 €

ÉNERGIE BOIS

Mise en place d’une chaufferie au bois Étude et installation d’une unité à alimentation automatique Coordination : Jean-Christophe Pouët

Édité une première fois en 1999, ce guide technique a été mis à jour pour tenir compte des évolutions et faire partager l’expérience acquise ces dernières années. Il s’adresse à la fois aux prescripteurs, aux maîtres d’ouvrage, aux maîtres d’œuvre ainsi qu’aux opérateurs et utilisateurs afin de répondre à leurs interrogations sur l’opportunité de leur projet, leur apporter une méthodologie éprouvée et des connaissances à jour. ISBN 978-2-86883-961-9

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Mise en place d’une chaufferie au bois Étude et installation d’une unité à alimentation automatique Coordination : Jean-Christophe Pouët

EDP Sciences/ADEME

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Illustrations de couverture : déchiqueteuse ©Afocel ; chaufferie bois de la Ferté-Macé ©Biomasse Normandie.

ISBN : 978-2-86883-961-9

Tous droits de traduction, d'adaptation et de reproduction par tous procédés, réservés pour tous pays. La loi du 11 mars 1957 n'autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l'article 41, d'une part, que les « copies ou reproductions strictement réservées à l'usage privé du copiste et non des tinées à une utilisation collective ». et d'autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d'exemple et d'illustration, « toute représentation intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l'auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite » (alinéa 1 er de l'article 40). Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du code pénal.

© 2007, EDP Sciences, 17 avenue du Hoggar, PA de Courtaboeuf, 91944 Les Ulis Cedex A et ADEME Éditions, 2 square La Fayette, 49004 Angers Cedex.

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Sommaire Introduction

1. Production, transformation et livraison des combustibles bois 1.1 Matières premières ligneuses : inventaire et classement réglementaire pour la combustion ■ Bois d’origine forestière, bocagère ou urbaine

1■

5 5■ 5■

■ Sous-produits ou produits connexes de l’industrie du bois

10 ■

■ Bois déchets ou de rebut

13 ■

■ Classement réglementaire des bois comme combustibles ou déchets

15 ■

1.2 Production et caractéristiques des combustibles bois

16 ■

■ Conditionnement des matières premières en combustibles bois

17 ■

■ Familles de combustibles bois

32 ■

■ Caractéristiques des combustibles bois

36 ■

1.3 Livraison des biocombustibles

45 ■

■ Chargement du matériel de transport

45 ■

■ Matériels de transport

47 ■

■ Livraison au silo de stockage de la chaufferie

47 ■

2. Production et fourniture d’énergie

49

2.1 Technologies des chaufferies bois

50 ■

■ Description d’une chaufferie bois

50 ■

■ Stockage du bois

50 ■

■ Alimentation automatique

56 ■

■ Générateur de chaleur

60 ■

■ Traitement des fumées

68 ■

Sommaire

III

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■ Décendrage

72 ■

■ Armoire de commande et de régulation

75 ■

■ Raccordement aux réseaux de distribution de chaleur

76 ■

■ Emprise foncière, accessibilité, intégration architecturale

80 ■

■ Construction des ouvrages

80 ■

2.2 Conception et dimensionnement des projets de chaufferies bois et de réseaux de chaleur

82 ■

■ Paramètres clefs d’une chaufferie

82 ■

■ Dimensionnement des projets de chaufferies bois et de réseaux de chaleur

87 ■

3. Montage des projets 3.1 Typologie des projets

93 ■

■ Chaufferies dédiées à un seul établissement ou usager

93 ■

■ Chaufferies desservant plusieurs établissements ou groupes de logements

94 ■

■ Exemples d’installations

95 ■

3.2 Les étapes d’un projet

99 ■

■ Évaluation de la pertinence d’un projet

IV

93

99 ■

■ Réalisation d’une étude de faisabilité

100 ■

■ Décision du maître d'ouvrage

100 ■

■ Construction et mise en route de la chaufferie bois

100 ■

■ Suivi du fonctionnement

100 ■

3.3 Structuration de l’approvisionnement en combustibles bois

101 ■

■ Typologie des structures d’approvisionnement

101 ■

■ Démarche pour la création d’une structure d’approvisionnement

102 ■

■ Montages juridiques et financiers

105 ■

■ Prix des combustibles bois

108 ■

3.4 Création de la chaufferie bois

109 ■

■ Maîtrise d’ouvrage

109 ■

■ Montage technique

110 ■

■ Analyse économique

113 ■

■ Montages juridiques

125 ■

■ Aspect réglementaire

137 ■

Conclusion : cinq recommandations pour réussir un projet

139 ■

Références bibliographiques

141 ■

Glossaire

145 ■

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Sigles

149 ■

Liste des figures et tableaux

153 ■

Annexes

157 ■

■ A1. Réglementation sur les chaufferies bois

158 ■

■ A2. Détermination du rendement d'une chaudière bois

162 ■

■ A3. Les types de contrats d'exploitation de chauffage

163 ■

■ A4. Unités du bois énergie

165 ■

■ Les partenaires du guide

166 ■

■ L’ADEME en région

169 ■

Sommaire

V

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Ont participé à l’élaboration de ce guide :

– l’ADEME avec : – Christophe BAREL, – Luc BODINEAU, – Sylvain BORDEBEURE, – Sylvie COGNEAU, – Jean-Christophe POUET, – Caroline RANTIEN ; – Biomasse Normandie avec : – Marie-France CLAVE, – Stéphane COUSIN ; – débat avec : – Serge DEFAYE ; – l’Ageden avec : – Gilles BELLET ; – Rhônalpénergie Environnement avec : – Valérie BORRONI ; – l’Association des ingénieurs territoriaux de France (AITF) avec : – Etienne CAYREL (SIEL 42) ; – l’Union des coopératives forestières françaises (UCFF) avec : – Pierre DUCRAY ; – l’Union sociale pour l'habitat (USH) avec : – Sylvette BARET-GUEYE (Habitat et Territoires Conseil, bureau d'études de l'USH).

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Introduction Les prescripteurs du bois comme source d’énergie doivent apporter de nombreuses réponses aux maîtres d’ouvrage et aux futurs usagers, mais très souvent aussi aux professionnels de la forêt, du bois, du bâtiment et du chauffage. Le plus souvent, ils doivent aller au-devant de questions et fournir, au démarrage d’un projet, des informations générales qui seront ensuite explicitées au cours d’un long processus qui va de l’étude préalable à la mise en service des chaufferies et des réseaux. Le présent guide a pour objet de rassembler les données techniques, économiques et juridiques détaillées, pour informer les prescripteurs, les maîtres d’ouvrage, les opérateurs et les utilisateurs de chauffage automatique et collectif au bois. Rappelons ici brièvement les premières réponses apportées lors d’un premier contact avec un maître d’ouvrage.

Les techniques du chauffage collectif au bois sont-elles au point ? Oui, la filière bois-énergie a atteint un stade de maturité, même si elle a encore des progrès à faire en s’appuyant notamment sur le savoir-faire des professionnels des pays nordiques, de l’Autriche… et à condition que les professionnels français disposent d’un retour d’expérience suffisant. Mais en prenant les dispositions qui s’imposent, il est possible de concevoir, réaliser et exploiter un ouvrage et des équipements qui donnent entièrement satisfaction.

Introduction

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La garantie d’approvisionnement en combustible bois est-elle assurée partout ? Oui, les forêts européennes sont sous-exploitées et les ressources ligneuses sont potentiellement très abondantes et en partie inutilisées. Cependant le maître d’ouvrage ou son exploitant doit s’assurer qu’une structure régionale ou locale sérieuse possède la capacité de livrer les quantités de combustible bois nécessaires, en respectant un cahier des charges et en s’engageant sur le long terme notamment pour ce qui concerne le prix de vente du combustible et son indexation.

Une chaufferie bois est-elle plus difficile à mettre en œuvre qu’une chaufferie fioul ou gaz ? Oui, il s’agit d’un combustible solide et le concepteur ne peut pas fractionner les générateurs de chaleur en autant de modules que de bâtiments à chauffer. Ainsi il faut souvent créer une chaufferie centrale et un réseau enterré de distribution d’énergie calorifique et même parfois un réseau de chaleur (au sens juridique) qui supposera la mise en place d’une régie communale ou le recours à un délégataire, gestionnaire du service public local. Le maître d’ouvrage devra faire appel à des prescripteurs spécialisés pour mener à bien son projet, en ne négligeant surtout pas les aspects économiques, juridiques et financiers.

Le bois-énergie est-il compétitif ? Le prix du combustible bois stricto sensu est deux à trois fois moins cher que le fioul domestique ou le gaz naturel. Ce constat est à nuancer s’agissant de la chaleur sortie de la chaudière (ou distribuée à chaque sous-station) dont le prix de revient inclut, au-delà de l’achat du combustible, les charges d’exploitation et d’achat des ouvrages et équipements. Pour des projets de moyenne à forte puissance (1 à 15 MW), on peut aboutir, grâce aux subventions aux investissements ou autres mécanismes de financements, à une baisse significative par rapport à la chaleur issue du fioul ou du gaz. Une baisse significative est plus difficile à atteindre pour les chaudières de petite puissance en milieu rural, surtout quand la desserte d’usagers multiples suppose un réseau de distribution de chaleur très étendu.

Le bois-énergie sera-t-il toujours subventionné ? Tout dépendra du prix des énergies concurrentes et de la fiscalité appliquée aux biocombustibles et aux réseaux de chaleur utilisant cette énergie renouvelable. Aujourd’hui, les subventions aux investissements ou les autres mécanismes financiers sont nécessaires pour réduire le poids de l’amortissement dans le prix final de la chaleur produite par une chaudière bois et distribuée par un réseau.

Le bois-énergie est-il favorable à l’environnement ? Sur le plan global (lutte contre l’accroissement de l’effet de serre, préservation des ressources fossiles…) et local (entretien des forêts et des campagnes, abandon des pratiques de brûlage à l’air libre ou de mise en décharge…), le bilan est positif. Pour autant, il ne faut pas sous-estimer les contraintes de nature à ternir l’image d’une réalisation (intégration architecturale, livraison du combustible en site urbain…) et les aspects émissions polluantes de proximité (poussières, CO…) et préconiser systématiquement des équipements à hautes performances énergétique et environnementale, l’épuration et la filtration des fumées, la valorisation des cendres…

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Mise en place d’une chaufferie au bois

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Au-delà de son caractère renouvelable, le bois-énergie a-t-il d’autres retombées positives ? Fortement lié à un territoire, il génère des activités forestières et agricoles durables et des emplois. Les technologies de production/distribution de biocombustibles sont mécanisées et celles de production/distribution de la chaleur automatisées. Pour une opération isolée, le volume d’activité et d’emplois n’est pas considérable. Seuls des programmes régionaux à grande échelle, comme en Autriche, RhôneAlpes, Franche-Comté et autres régions de France, sont susceptibles de créer un nombre significatif d’emplois dans les métiers de la forêt et du bois, de la logistique, de l’exploitation de chauffage et de la maintenance des installations.

Introduction

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1.

Production, transformation et livraison des combustibles bois À la différence des chaudières chargées manuellement avec des bûches, les chaudières automatiques nécessitent un combustible aisé à manutentionner : depuis le silo de réception jusqu'au foyer où il est brûlé, le bois doit se présenter sous la forme la plus « fluide » possible. Des rémanents de l'exploitation forestière aux bois de rebut en passant par les produits connexes des industries de transformation du bois, on trouve des produits susceptibles d'être utilisés comme combustibles dans les chaufferies bois automatiques après une préparation plus ou moins importante.

1.1. Matières premières ligneuses : inventaire et classement réglementaire pour la combustion 1.1.1. Bois d’origine forestière, bocagère ou urbaine 1.1.1.1. Bois forestiers ■

Ressource

Avec 15 millions d’hectares, la France détient la 3e surface boisée d’Europe, après la Suède et la Finlande. La forêt française s’accroît tous les ans en moyenne de 85 millions de m3 (en volume dit « IFN » soit le volume du tronc dont le diamètre est supérieur à 7 cm) et on ne récolte que 60 % de cet accroissement.

Production, transformation et livraison des combustibles bois

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En intégrant le volume du tronc dont le diamètre est inférieur à 7 cm ainsi que le volume des branches associées, l’accroissement annuel total atteint 125 millions de m3. On ne récolte que 40 % de cet accroissement. Au cours de l’exploitation de la forêt pour le bois d’œuvre et d’industrie ou le bois de chauffage, des volumes importants de bois non marchands (tiges de faible volume, branches, cimes) sont abandonnés ou brûlés sur les parterres de coupe. Cette ressource peut ainsi être utilisée sous forme de bûches pour le chauffage des particuliers ou sous forme de bois déchiqueté pour les chaudières automatiques. [1] L’évaluation de la quantité de biomasse ligneuse disponible est effectuée à l’aide : – de « tarifs de masse » pour les jeunes résineux et feuillus : un épicéa de diamètre 8-9 cm pèse environ 50 kg, un charme de 8 cm 30 kg ; – de ratios pour les rémanents des coupes rases : on observe 0,8 à 1,5 t de biomasse dans les houppiers feuillus (dont seule la moitié est marchande) par m3 de grume, les cimes et branches des peuplements résineux correspondant quant à elles à 25 % de la quantité de biomasse aérienne. [2] Tableau 1.1 : Biomasse ligneuse récoltable pour l’énergie selon le type de coupe. Coupe rase Première éclaircie de résineux

Futaie feuillue

Taillis simple ou sous futaie

Futaie résineuse

Ressource

Arbres entiers

Brins non marchands et cimes

Tout le houppier

Bois non marchand du houppier

Arbres entiers

Brins non marchands et cimes

Cimes et branches

Biomasse ligneuse récoltable (tonnes fraîches/ha)

30 à 70

10 à 25

50 à 100

25 à 50

200 à 400

50 à 150

50 à 100

Source : Biomasse Normandie

L’ADEME a par ailleurs réalisé en 2005 une étude avec la collaboration de SOLAGRO, l’IFN et RBM afin de connaître le potentiel forestier français disponible pour l’énergie. Le principal gisement de bois énergie considéré est celui correspondant aux rémanents de l’exploitation forestière : partie non commercialisée de la tige et branches. Dans certaines situations toutefois, on peut raisonnablement faire l’hypothèse que c’est la totalité de l’arbre qui sera exportée à des fins énergétiques (taillis, première éclaircie résineuse). Le gisement de bois énergie se déduit donc d’une première estimation des récoltes en forêt, récoltes actuelles mais également futures (prospective). Deux méthodes d’estimation des récoltes ont été utilisées selon les situations : – estimation des prélèvements par comparaison d’inventaires forestiers ; – estimation des disponibilités forestières dans le cadre d’une étude prospective (résineux uniquement). Un gisement brut actuel et un gisement brut futur associé à une intensification des prélèvements ont été définis à partir d’une combinaison entre méthode d’estimation des récoltes, compartiment de l’arbre et période. Finalement des hypothèses de mobilisation de ces gisements ont été formulées selon leurs caractéristiques propres – type de peuplement, compartiments de l’arbre, conditions d’exploitabilité… – mais également l’environnement économique (scénario technico-économique). Notons que cette étude ne prend pas en compte les gisements associés aux forêts non productives (forêts récréatives, de protection…), aux peupleraies et aux arbres hors forêt (haies, alignements, arbres épars).

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Source IFN 2004

Figure 1.1 : Gisement forestier disponible pour l’énergie.

La figure 1.1 présente le potentiel disponible à partir de l’exploitation forestière actuelle. Il est évalué sur la base d’un prélèvement maximum de 80 % de la biomasse ligneuse disponible. Le gisement annuel national actuel est estimé à 7,3 millions de tep. Dans le cas d’une intensification des prélévements, le potentiel disponible dépasserait 12 Mtep. [3] ■

Impact du prélèvement des rémanents

Le prélèvement de l’ensemble des rémanents d’exploitation d’une parcelle s’accompagne d’une exportation des éléments minéraux plus importante que lors de la seule production de bois d’œuvre, bois d’industrie et bois de feu. En effet, les feuilles représentent de 3 à 12 % de la biomasse aérienne sèche de l’ensemble d’un peuplement forestier, mais contiennent de 10 % à 50 % des éléments minéraux. Plus le peuplement est jeune, plus ce pourcentage est élevé. Cette exportation est néanmoins à relativiser car le développement de la mécanisation de l’exploitation forestière laisse plus de bois sur le sol que par le passé. Des conseils pratiques peuvent être donnés afin de garantir le maintien de la fertilité chimique des sols : – laisser sécher les rémanents rangés bord de coupe 4 à 6 mois avant leur déchiquetage ; – espacer les récoltes de rémanents dans la vie du peuplement ; – éviter le déchiquetage des rémanents sur les terrains pauvres, ou, le cas échéant, apporter une fertilisation compensatoire (ex. : recyclage des cendres de chaufferies bois en forêt). [4] 1.1.1.2. Taillis à courte rotation (TCR)

À mi-chemin entre la foresterie traditionnelle et l’agriculture, les taillis à courte rotation sont des cultures intensives d’arbres, plantés à haute densité (1 500 à 3 000 plants par hectare), exploités selon un

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Photo : Inra

Photo : Inra

Figure 1.2 : Taillis à courte rotation.

Figure 1.3 : Taillis à très courte rotation (mécanisation de la récolte).

cycle court (7 à 10 ans) et qui rejettent de souche. L’objectif est de produire le maximum de biomasse ligneuse par unité de surface (10 à 13 tonnes de matière sèche par hectare et par an, soit 150 à 250 tonnes de matière fraîche par hectare lors de la récolte) à partir d’un végétal sélectionné et homogène (peuplier, saule, eucalyptus...), pour des usages industriels (papeteries) ou énergétiques (chaufferies bois) ou les futurs biocarburants de deuxième génération. Cette filière en est encore au stade expérimental et n’a pas atteint un seuil de compétitivité. Il faut cependant souligner qu’elle peut s’inscrire dans une perspective d’aménagement du territoire, de dépollution des sols et d’épandage des boues d’épuration, de protection des espaces agricoles abandonnés ou gelés (jachères) et de sécurité d’approvisionnement à long terme en matières premières et en énergie. Dans le cadre de la politique agricole commune, il est prévu l’attribution d’une prime aux cultures énergétiques (notamment TCR de peuplier ou d’eucalyptus). 1.1.1.3. Taillis à très courte rotation (TTCR)

Les taillis à très courte rotation sont principalement des plantations de saules comportant de 10 000 à 20 000 plants par hectare, produisant de 8 à 12 tonnes de matière sèche par hectare et par an et exploitées tous les 2 à 4 ans sous forme de plaquettes pour l’énergie exclusivement. La récolte des TTCR est fortement mécanisée. Les TTCR ont été développés essentiellement en Suède où ils couvrent environ 18 000 ha. Des expérimentations ont également été entreprises au Danemark, au Royaume-Uni et en France. Cette diversification des sources d’approvisionnement en biomasse ligneuse concerne des pays qui ont un programme de développement du bois-énergie plutôt ambitieux dans une perspective à long terme et qui exploitent déjà très largement leurs ressources forestières (Suède) ou qui, comme le Danemark, importent du bois. En France, seuls 50 hectares ont été plantés dans le Nord-Pas-de-Calais et en Bretagne, à titre expérimental ou pour des buts premiers autres qu’énergétiques (épuration des eaux usées, réhabilitation de sols pollués). 1.1.1.4. Bois bocagers

Issus de l’entretien des haies, éléments caractéristiques de l’écosystème bocager, les bois bocagers sont des clôtures faites d’arbres et d’arbustes alignés qui marquent la limite entre deux parcelles agricoles.

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Les haies, plantées parfois sur talus, se composent normalement de trois strates (arborescente, arbustive et herbacée), les méthodes d’entretien modèlent les paysages. On peut caractériser plusieurs types de haies : – traitées en taillis formés d’essences rejetant de souche (châtaignier, frêne…) et exploitées en coupe rase tous les 10 à 15 ans : selon sa largeur, 1 km de haie peut être assimilé à un taillis dont la surface serait de 0,5 à 1 ha ; – comportant des « têtards » ou taillis perchés sur un tronc court (châtaignier, chêne, saule…) ; – composées d’arbres d’émondes (chêne…), constitués d’un tronc haut et de petites branches coupées tous les 5 ans. L’essentiel des bois bocagers est transformé en bûches alors que le petit bois n’est plus fagoté mais brûlé à l’air libre en bord de champ. L’alternative est de déchiqueter ces rémanents afin de produire des plaquettes bocagères alimentant des chaufferies automatiques. Tableau 1.2 : Biomasse récoltable pour l’énergie pour une haie de type taillis exploitée à 15 ans. Biomasse ligneuse récoltable (tonnes fraîches par km)

Essences dominantes Arbres entiers

Cimes et branches

Noisetier, saule

30 à 60

10 à 20

Châtaignier, chêne, hêtre, frêne

75 à 150

15 à 30

Source : Biomasse Normandie, AILE.

1.1.1.5. Bois urbains et des bords de routes

Le patrimoine arboré des collectivités comprend les arbres d’alignement des villes et des bords de route ainsi que les arbres des parcs et jardins urbains et péri-urbains. La taille des arbres est nécessaire afin de limiter leur croissance ou d’améliorer leur intégration dans l’environnement. Les travaux d’entretien se déroulent en général en automne, en hiver et au début du printemps, pendant la phase de repos

Photo : Biomasse Normandie

Photo : Biomasse Normandie

Figure 1.4 : Haie bocagère.

Figure 1.5 : Élagage urbain.

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des végétaux. Par ailleurs, les opérations ayant trait à l’esthétique et à la suppression des bois morts sont plutôt réalisées en « vert » (printemps, été). Les bois urbains sont souvent valorisés par compostage en mélange avec les autres déchets verts (tontes...) : leur utilisation à des fins énergétiques ne doit pas perturber ce débouché. Les bois de bords de routes sont en revanche très souvent broyés puis abandonnés sur le talus : les orienter vers des chaufferies permet de les valoriser. L'entretien de 100 arbres d’alignement génère 4 à 6 t/an de sous-produits ligneux (50 % élagage, 50 % abattage de vieux arbres). 1.1.2. Sous-produits ou produits connexes de l’industrie du bois 1.1.2.1. Produits connexes de la première transformation

Les entreprises composant le secteur de la première transformation du bois sont les scieries et les usines de déroulage et de tranchage (la fabrication d’emballages, bien que relevant de la seconde transformation, est assimilée au sciage, du moins pour les sous-produits). Le rendement matière de la transformation des grumes varie, en moyenne, de 45 à 60 % selon les essences. Les produits connexes représentent donc des quantités importantes et sont composés de dosses, de délignures, de chutes de tronçonnage, de sciures et d’écorces. [4]

Schéma : Biomasse Normandie

Figure 1.6 : Produits connexes de la première transformation du bois. ■

Dosses, délignures et chutes de tronçonnage

Les dosses et délignures sont des chutes de bois massif de longueur variable (plus de 2 m). Les dosses proviennent du débit des grumes en plots ; de faible épaisseur, elles présentent une face convexe et une face plane. Les délignures sont issues de la production d’avivés : ce sont les côtés des plateaux, appelés flaches. L’humidité des dosses est peu différente de celle des grumes dont elles proviennent. Il n’en est pas de même des délignures qui peuvent être produites à partir de plateaux ressuyés ou séchés artificiellement. Les chutes proviennent principalement du tronçonnage des sciages préalablement avivés. Dans le cas des feuillus, leur longueur dépend de la nature des singularités à éliminer et de la longueur commerciale recherchée. Pour les résineux, une part importante des chutes résulte d’un tronçonnage global des sciages au moment de la mise en paquets.

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■

Sciures humides

Les sciures dites « humides » sont produites au cours des coupes effectuées sur la matière première (généralement du bois frais). On identifie les sciures « propres », aspirées directement au-dessus des machines, et les sciures « sales », récupérées à même le sol et souvent mélangées à des corps étrangers et à des écorces. Leur granulométrie (0,5 à 1 mm en moyenne) varie selon l’essence du bois et le type de scie utilisée. Les sciures aspirées directement sur les machines sont souvent plus sèches car elles sont pulvérisées sur le tas par le ventilateur. Les sciures propres sont valorisées dans la fabrication des panneaux de particules (surtout pour les résineux), en litière animale ou pour l’énergie (éventuellement après compactage). L’utilisation en chaufferie des sciures humides nécessite des technologies adaptées. ■

Écorces

L’écorce est la partie superficielle et protectrice des troncs, des branches et des rameaux, riche en liège et tanins. La proportion d'écorce par rapport au volume d'une grume sur écorce varie selon le diamètre des arbres et l'essence. D’une façon générale, plus les bois sont gros, moins la proportion d’écorce est importante. Selon leur granulométrie et le matériel utilisé, on distingue : – les écorces longues et filandreuses (peuplier, châtaignier…) ; – les écorces issues d’écorceuses à disque (longs copeaux de 20 cm, étroits et enroulés sur euxmêmes) ;

Les plaquettes de scierie On distingue : – les plaquettes blanches (déchiquetage de bois écorcés), qui trouvent leur débouché principal auprès des industriels de la trituration pour la fabrication de pâte à papier et de panneaux, un cahier des charges strict étant défini (contrôle de la granulométrie et du taux d’écorce) ; – les plaquettes grises (issues de dosses et délignures non écorcées), qui sont refusées en papeterie mais peuvent être utilisées pour la fabrication de panneaux (un taux d’écorce plafond est défini, plus élevé que pour la pâte à papier) ou pour la production d’énergie.

Photo : Biomasse Normandie

Figure 1.7 : Plaquettes blanches de scierie.

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– les écorces issues d’écorceuses à rotor annulaire ou à fraise (morceaux plus ou moins longs et réguliers). Les écorces ont pour caractéristique de se gorger d’eau facilement. Leur humidité varie selon les essences, les conditions atmosphériques et le mode de stockage. Tableau 1.3 : Proportion de produits connexes de scierie selon l’essence. Produits connexes (% du volume de grume sur écorce)

Essence Dosses et délignures

Chutes de tronçonnage

Sciures

Écorces

Total

Chêne

25,7

6,2

9,2

10,9

52,0

Hêtre

19,9

3,4

7,2

6,5

37,0

Peuplier

21,0

1,7

13,9

10,4

47,0

Merisier, frêne, châtaignier

17,5

5,2

11,1

9,7

43,5

Sapin/épicéa

20,1

2,2

9,7

9,0

41,0

Pin maritime

20,2

1,6

12,1

21,0

54,9

Pin sylvestre

18,4

1,5

11,1

12,1

43,1

Source : CTBA

1.1.2.2. Produits connexes de la seconde transformation

Les entreprises de la seconde transformation du bois fournissent des produits tels que du mobilier, des éléments de charpente et de construction pour le bâtiment, des objets divers (tournerie, tonnellerie...) et des emballages (caisses, palettes, cagettes). Hormis les fabricants d’emballages qui utilisent des grumes et génèrent des sous-produits identiques à ceux de la première transformation, les industries de la seconde transformation font souvent appel à des matières premières variées (sciages, panneaux, placage...). La gamme de sous-produits est donc elle aussi large. [5] Seuls les chutes courtes, copeaux, sciures sèches, poussières de ponçage (également appelées fines de ponçage) et chutes de panneaux qui respectent les points suivants peuvent être valorisées dans des installations de combustion (rubrique 2910 de la réglementation sur les installations classées pour la protection de l’environnement, cf. paragraphe 1.1.4 sur la réglementation) : – pas de traitement de préservation ni d’ignifugation ; – aucun revêtement de type chant PVC ; – les finitions utilisées (peintures, vernis, lasures...) ne contiennent ni métaux lourds ni composés organohalogénés. Les autres déchets de bois doivent être incinérés ou enfouis (cf. paragraphe 1.1.3 sur les bois déchets et de rebut). [6] ■

Chutes courtes

Les chutes courtes sont produites lors de la mise au gabarit des sciages ; elles sont donc de longueur et largeur variables selon l’usage ultérieur des bois d’œuvre.

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Mise en place d’une chaufferie au bois

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■

Copeaux et sciures sèches

Il s'agit des déchets fins obtenus lors du sciage, du ponçage et de différents usinages. Ces déchets sont secs et constitués d'un mélange de sciures (environ 1/3) et de copeaux (environ 2/3). Les sciures sont issues de découpes (particules fines à très fines, caractérisées par une bonne fluidité). Les copeaux sont issus des rabotages (particules de bois enroulées sur elles-mêmes, caractérisées par une masse volumique apparente très faible et une mauvaise fluidité). Chaque machine-outil possède un système d'aspiration qui récupère les sciures et copeaux et les envoie directement dans le silo (généralement métallique) prévu à cet effet. ■

Poussières de ponçage

Le ponçage génère de fines particules qui sont aspirées comme les copeaux et sciures sèches. Elles sont assimilables à des poussières très sèches (moins de 10 % d’humidité), ce qui en fait un matériau dangereux à stocker (risque d’explosion). Les poussières de ponçage, souvent valorisées en combustion au sein même de l’entreprise, exigent des précautions particulières au stockage et lors de la combustion. ■

Chutes de panneaux

La valorisation des chutes de panneaux contenant des colles requiert une autorisation des services de l’État (DRIRE) dès 100 kW de puissance (ICPE rubrique 2910B). Des valeurs seuils pour les émissions atmosphériques sont définies au cas par cas. Ce combustible est exclusivement utilisé par les industriels de la filière bois pour éliminer leurs seuls déchets bois de fabrication. Tableau 1.4 : Proportion de produits connexes dans l’ameublement et la menuiserie industrielle Matières premières consommées et nature des sous-produits

Taux de sous-produits (% du volume entrant) Ameublement

Menuiserie industrielle

Chutes courtes

31,7

22,1

Sciures

5,6

8,4

Copeaux

14,5

19,8

Poussières de ponçage

3,0

1,5

Total

54,8

51,8

Panneaux

12,0

16,0

Placages

33,0

5,0

Sciages

Source : CTBA

1.1.3. Bois déchets ou de rebut Les bois de rebut regroupent un éventail large de déchets de bois allant des déchets de bois exempts d’adjuvant aux déchets fortement adjuvantés. Les professionnels de la filière ont par conséquent élaboré une classification qui leur est propre, sans valeur réglementaire et fonction de la valeur marchande de ces déchets : classe A (ou verte), classe B (orange) et C (rouge).

Production, transformation et livraison des combustibles bois

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1.1.3.1. Bois propres (non traités et non souillés)

Les emballages, dits bois de classe A selon la définition des professionnels (bois non traités et non souillés), sont classés en deux catégories : ■

Emballages lourds (palettes, caisses-palettes et caisses) Les palettes représentent la très grande majorité du gisement et sont de deux types : – les palettes unirotation ou emballages perdus (poids de 8 à 12 kg, 70 % du marché, durée de vie de l’ordre de 12 mois) ; – les palettes réutilisables, dites multirotation (poids de 20 à 25 kg, 30 % du marché, durée de vie de 4 à 5 ans).

Photo : Biomasse Normandie.

Figure 1.8 : Emballages lourds.

Les flux sont concentrés dans les zones urbaines, industrielles et commerciales et dans les entreprises de collecte et/ou de réparation. Une part importante du gisement est encore mise en décharge ou brûlée à l’air libre (mode d’élimination inacceptable du point de vue environnemental, que les réglementations européenne et française interdisent). Les palettes unirotation ne posent aucun problème pour la valorisation en chaufferie bois car il est facile d’identifier le producteur et de garantir un bois exempt de traitement. Les palettes multirotation sont à l’inverse susceptibles d’avoir reçu un traitement de préservation : leur utilisation en chaufferie nécessite de prouver qu’elles n’ont pas été traitées (courrier du 30 décembre 2003 du sous-directeur des déchets du ministère de l’Écologie et du Développement durable à la DRIRE Lorraine relatif à l’élimination des déchets de bois). ■

Emballages légers (cageots, cagettes, bourriches, boîtes à fromage...).

Confrontés au problème du recyclage des emballages légers en bois usagés (cagettes, barquettes…), les producteurs et distributeurs se sont organisés en créant le système GROW International. Sur le territoire national, GROW-France gère l’organisation et la coordination de la récupération des emballages auprès de leur détenteur final (principalement la grande distribution). Actuellement, les emballages légers ne subissent aucun traitement chimique pour leur préservation. [7] 1.1.3.2. Bois traités, souillés ou comportant des adjuvants

À l’exception des emballages propres, des chutes de bois massif, des déchets verts et des branches, les bois récupérés dans les centres de tri et les déchèteries ont en principe subi un traitement. Ces bois ne peuvent pas être valorisés en chaufferie sous la rubrique ICPE 2910A combustion du bois. Il importe donc de mettre à disposition des professionnels ou des usagers des déchèteries des bennes distinctes pour séparer les bois propres des autres bois. Ces derniers sont regroupés en deux grandes catégories : – Les bois de démolition, portes, fenêtres, vieux meubles, panneaux de process... (classe B). Il s’agit de déchets non dangereux. Ces bois comportent des colles, vernis et peintures qui sont des

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résines, donc des produits organiques théoriquement totalement oxydés lors de la combustion, à l’exception des colles phénoliques du fait de leur résistance au feu. Néanmoins, certains de leurs adjuvants ou de leurs composants (durcisseurs de colles, pigments, revêtements) peuvent poser des problèmes de pollution (chlore, soufre, métaux lourds). La plupart du temps dirigés vers des centres d’enfouissement techniques, les bois de classe B sont également utilisés pour la fabrication de panneaux de particules (sous réserve d’un conditionnement spécifique) ou brûlés dans des chaufferies industrielles adaptées (bois faiblement adjuvantés, pour lesquels l’ADEME a défini des règles actuellement non reprises dans la réglementation). [8] [9] [10] – Les déchets dangereux dits « bois de classe C » traités soit à la créosote (traverses de chemin de fer, poteaux téléphoniques...) ou autoclavés et imprégnés de sels métalliques (piquets de vigne et d’arboriculture, écrans acoustiques, glissières de sécurité...). Leur élimination nécessitant des équipements adaptés en raison notamment des risques d’émission dans l’atmosphère de divers composés organiques volatils polluants (HAP...) et de métaux lourds, ces bois sont détruits en usine d’incinération de déchets spéciaux ou utilisés dans les fours de cimenteries. Quelques alternatives pour les valoriser sont néanmoins testées en France depuis peu, notamment l’élimination des créosotes par thermolyse et celle des sels métalliques par minéralisation du bois avec récupération de graphite utilisé pour la production d’acier, d’électrodes, de batteries. [11] 1.1.4. Classement réglementaire des bois comme combustibles ou déchets Les matières premières ligneuses utilisables en chaufferie sont listées dans la rubrique n° 2910 des installations classées pour la protection de l'environnement (ICPE). Cette rubrique concerne les installations de combustion à l'exclusion des installations visées par les rubriques : – 167 C : traitement ou incinération de déchets industriels provenant d'installations classées. Rubrique spécifique au traitement des déchets dangereux (bois dits de classe C) ; – 322-B-4 : incinération des ordures ménagères et autres résidus urbains. Ces installations peuvent brûler des déchets dits de classe A et de classe B. Elles ne sont en général pas habilitées à brûler les déchets dangereux des industriels. La rubrique 2910, combustion, comprend deux sous-rubriques : – 2910 A, lorsque l'installation consomme exclusivement, seuls ou en mélange, du gaz naturel, des gaz de pétrole liquéfiés, du fioul domestique, du charbon, des fiouls lourds ou de la biomasse. La biomasse doit se présenter à l’état naturel et n’être ni imprégnée, ni revêtue d’une substance quelconque. Elle inclut notamment le bois sous forme de morceaux bruts, d’écorces, de bois déchiquetés, de sciures, de poussières de ponçage ou de chutes issues de l’industrie du bois, de sa transformation ou de son artisanat (définition du décret du 20 mai 1953). Dans sa circulaire du 10 avril 2001, le ministère chargé de l’Environnement a annoncé son intention de modifier la rubrique 2910 afin d’intégrer la définition communautaire de la biomasse (parue le 04 décembre 2000 dans le cadre de la directive européenne sur l’incinération) et propose un projet de décret en ce sens (non paru au jour de publication). Il définit par biomasse : – les produits composés de la totalité ou d'une partie d'une matière végétale agricole ou forestière ; – les déchets végétaux agricoles et forestiers ; – les déchets végétaux provenant du secteur de la transformation alimentaire ; – les déchets végétaux issus de la production de pâte vierge et de la production du papier à partir de pâte ; – les déchets de liège ; – les déchets de bois, à l'exception des déchets de bois qui sont susceptibles de contenir des composés organiques halogénés ou des métaux lourds à la suite d'un traitement avec des conservateurs du bois ou du placement d'un revêtement, y compris en particulier les déchets de bois de ce type provenant de déchets de construction ou démolition.

Production, transformation et livraison des combustibles bois

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Tableau 1.5 : Rubrique 2910 A. Puissance thermique maximale (MW)

Procédure

P ≥ 20

Autorisation

2 < P < 20

Déclaration

P≤2

-

– 2910 B, lorsque les produits consommés seuls ou en mélange sont différents de ceux visés en 2910 A. Cette rubrique peut concerner les déchets de bois faiblement adjuvantés : panneaux agglomérés (voir la circulaire du 12/05/2005 de la DPPR aux DRIRE relative aux installations de combustion de bois – Cas particulier des panneaux de particules). Tableau 1.6 : Rubrique 2910 B. Puissance thermique maximale (MW)

Procédure

P ≥ 0,1

Autorisation

D’une manière générale, dès qu’il est prévu de brûler du bois de rebut dans une chaufferie, la DRIRE doit en être informée. Tableau 1.7 : Récapitulatif du classement réglementaire des matières premières ligneuses. Matière première ligneuse

Valorisation énergétique possible

Rubrique ICPE

Combustion (en chaufferies collectives et industrielles)

2910 A

Combustion en chaufferies industrielles adaptées

2910 B

Incinération

322 B4

Bois ignifugés Palettes, caisses, caisses-palettes souillées

Incinération

322 B4

Bois créosotés Bois imprégnés de sels métalliques

Incinération

167 C

Bois forestiers, bocagers et urbains Produits connexes de scierie Produits connexes de la seconde transformation « sans adjuvant » Palettes, caisses-palettes, caisses (non traitées et non souillées) Emballages légers Bois comportant des colles (selon composition) ou bois comportant des vernis et peintures

1.2. Production et caractéristiques des combustibles bois On considère trop souvent les chaufferies bois comme des équipements qui brûlent des déchets bruts, ne nécessitant que peu d'organisation pour la collecte et le transport. Or, si les trois aspects essentiels des combustibles (granulométrie, taux d’humidité et présence d'impuretés) sont mal maîtrisés, des dysfonctionnements très importants et de sérieux problèmes à l’exploitation sont observés.

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Mise en place d’une chaufferie au bois

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Approvisionner en combustible une chaufferie bois nécessite de bien distinguer, d'un côté, les matières premières ligneuses, généralement sous-produits d'une activité principale (forestière ou agricole, industrielle ou de recyclage), et de l'autre, les combustibles bois, produits élaborés et prêts à l'emploi. Ceci implique de mettre en place les moyens techniques nécessaires pour passer des premières aux seconds, ce qui requiert un professionnalisme confirmé (producteur de combustibles bois est un métier à part entière !). 1.2.1. Conditionnement des matières premières en combustibles bois Certains produits peuvent être livrés à la chaufferie directement depuis leur site de production (transport en flux tendu) : plaquettes forestières, plaquettes de scierie, sciures, écorces fines… Leur transit par une plate-forme de stockage secondaire ou de sécurité permet cependant une sécurité d'approvisionnement (contrôle de la granulométrie et du taux d'humidité), un calibrage pouvant éventuellement y être effectué à l'aide d'un matériel mobile. D'autres matières premières nécessitent au contraire un conditionnement spécifique. On distingue deux principaux types de chantier impliquant des modes de conditionnement et de stockage différents : – déchiquetage sur chantier de bois forestiers, bocagers, urbains ou de bords de routes ; – conditionnement des bois sur une plate-forme (broyage de bois ronds, de branchages, de souches, d’écorces, de chutes de scierie ou de bois de rebut). 1.2.1.1. Déchiquetage sur chantier des bois forestiers, bocagers, urbains ou de bords de routes

Le déchiquetage de bois forestiers ou bocagers concerne les arbres entiers de faible diamètre (taillis forestier ou bocager, première éclaircie résineuse ou feuillue) ou les branches et rémanents d’exploitation (coupe rase de futaie feuillue ou résineuse, tailles de haies). Le déchiquetage des bois d’élagage urbains ou de bords de routes concerne très majoritairement les branches les plus fines, les bois forts étant récupérés comme bois de chauffage. ■

Matériels de déchiquetage

Deux grandes catégories de machines peuvent être distinguées : les déchiqueteuses automotrices de récolte et les déchiqueteuses à poste fixe. [1] Les déchiqueteuses automotrices de récolte sont des engins tout terrain à 4, 6 ou 8 roues motrices comportant une déchiqueteuse, une benne mobile à plaquettes et une grue à grappin pour l’alimentation du broyeur. Ces machines, destinées à des professionnels devant réaliser de grosses productions annuelles (plus de 150 jours de fonctionnement par an), peuvent être divisées en deux grandes familles : – des machines spécifiquement conçues pour le déchiquetage, dotées d’un seul moteur ; – des porteurs destinés à l’origine au débardage des bois ronds mais transformés par l’adjonction d’une grosse déchiqueteuse (entraînée par un puissant moteur auxiliaire) et d’une benne à plaquettes. Conçues pour évoluer en forêt, leur masse et leur taille importante interdisent cependant leur utilisation en forte pente ou sur terrain irrégulier (elles ne peuvent pas grimper et franchir les obstacles). Les déchiqueteuses peuvent être : – portées sur l’attelage « 3 points » d’un tracteur agricole ou forestier et entraînées par la prise de force de celui-ci : associé à une remorque, l’ensemble constitue un matériel léger tout terrain qui peut être utilisé pour le déchiquetage sur coupe des bois forestiers ou bocagers ; – sur roues et tractées, disposant fréquemment de leur propre moteur : leur évolution sur des terres agricoles nécessite un second tracteur tirant une remorque pour la récupération des plaquettes, alors que cette dernière peut être réalisée avec un seul matériel lorsque les déchiqueteuses sont tirées par un camion porte-conteneur (chantiers d’élagage urbains ou de bords de routes) ; – montées sur remorque routière ou sur camion : elles sont conçues pour opérer à poste fixe en bord de route (déchiquetage de bois forestiers) et sont entraînées par un moteur auxiliaire monté sur le même châssis.

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Source : UCFF

Photo : Arbocentre

Figure 1.9 : Déchiqueteuse automotrice.

Figure 1.10 : Déchiqueteuse portée.

Photo : Arbocentre

Photo : John Deere

Figure 1.11 : Déchiqueteuse tractée.

Figure 1.12 : Compactage de rémanents.

Pour diminuer le coût de la production de plaquettes à partir de branches, il existe également des systèmes de compression développés dans les pays scandinaves, qui permettent d’augmenter la masse volumique des rémanents, de faciliter leur manutention et leur stockage. [12] Ceci étant, ce système présente néanmoins quelques restrictions. D’une part, la réalisation de fagots avec du bois fraîchement abattu entraîne une exportation des éléments minéraux (essentiellement concentrés dans les feuillages). Par ailleurs, ce système induit également une rupture de charge car l’opération de déchiquetage est transférée sur le site de consommation, ce qui entraîne un surcoût sur la mobilisation du combustible. Cette technique s’adresse essentiellement aux installations de forte puissance. ■

Principe de formation des plaquettes [1]

La position de la trémie d’alimentation de la déchiqueteuse peut être, par rapport à l’axe de progression de l’engin, soit latérale (introduction des bois avec un angle de 45 à 90°), soit frontale (introduction axiale). L’alimentation peut être réalisée à la main pour les petits bois ou un déchiquetage occasionnel. La grue à grappin est nécessaire pour les gros bois ou l’utilisation à temps plein. L’avance des perches ou rémanents est ensuite réalisée grâce à des rouleaux à picots animés d’un mouvement de rotation, certaines

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Mise en place d’une chaufferie au bois

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grosses déchiqueteuses disposant également d’un tapis d’amenage facilitant la pose et l’absorption de gros branchages ou de longs morceaux. Les organes de coupe de la plupart des déchiqueteuses sont des couteaux disposés sur un disque ou un tambour. Un disque comporte plusieurs couteaux radiaux au nombre de 2, 3, 4 voire 6 selon les modèles, et des orifices munis de « peignes » ou « éclateurs ». Lors du passage d’un couteau au niveau de la perche ou de la branche à déchiqueter, une « tranche » est sectionnée. Sous l’effort de compression, cette dernière traverse l’orifice en se fractionnant sur les éclateurs et est ensuite éjectée par la goulotte de la machine. Un tambour est un cylindre tournant autour de son axe et comportant 2 à 4 couteaux fixés selon les génératrices et autant de cavités destinées à recevoir les « tranches » de bois prélevées lors de chaque passage de couteaux. Ces cavités comportent des sortes de nervures qui jouent le rôle de fragmenteurs. Des grilles de calibrage peuvent être montées à l’entrée de la goulotte d’éjection des plaquettes.

Figure 1.13 : Principes du tambour et du disque.

Il existe quelques rares déchiqueteuses à vis conique dont les rebords coupants fonctionnent à la manière d’un hachoir à viande. ■

Ressuyage des perches ou branches et séchage des plaquettes

La diminution du taux d’humidité du bois, qui permet d’optimiser les frais de transport des plaquettes et leur valorisation énergétique ultérieure, peut être obtenue par ressuyage des perches ou des branches sur la coupe après l’abattage ou par séchage des plaquettes en tas. Dans le premier cas, les perches ou rémanents sont laissés pendant 6 à 8 mois sur le parterre de coupe, les feuilles ou aiguilles tombent et une partie des écorces et brindilles se détache des troncs ou des branches. On limite ainsi l’exportation des minéraux qui sont présents en plus grande concentration dans les feuilles, aiguilles et écorces. Dans le second cas, les tas de plaquettes humides subissent une élévation de température (60-70 °C au cœur) puis une diminution lente jusqu’à une stabilisation à un niveau supérieur à la température ambiante. La dissipation de chaleur du centre vers la périphérie du tas permet le séchage des plaquettes. Le stockage des plaquettes en bord de coupe ou sur plate-forme empêche la livraison en flux tendu du chantier de production au site utilisateur. Cette méthode a l’inconvénient de provoquer une rupture de charge mais elle a l’avantage de permettre un contrôle de la qualité au niveau du stockage intermédiaire. Toutefois, lorsqu’il est possible d’effectuer des livraisons en flux tendu de la forêt à la chaufferie (installations de puissance supérieure à 1 MW), il convient de privilégier le ressuyage des perches ou branches sur coupe pour plusieurs raisons : – les éléments nutritifs retournent au sol d’où ils ont été extraits ; – il n’y a pas de dégradation du bois donc pas de perte de matière sèche ni de contenu calorifique ; – une rupture de charge et une reprise des plaquettes sont évitées, limitant ainsi les coûts de fourniture du combustible ;

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Source : CTBA

Figure 1.14 : Évolution du taux d'humidité et du pouvoir calorifique inférieur (PCI) de perches de feuillus en fonction du temps de ressuyage sur coupe.

Source : CTBA – Biomasse Normandie

Figure 1.15 : Séchage naturel du bois déchiqueté.

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– il n’y a pas de risque d’introduction de terre et de cailloux dans le combustible, contrairement à la reprise de plaquettes stockées à même le sol pour laquelle il est nécessaire de laisser une couche de bois (et donc de perdre du combustible) sans pour autant avoir une garantie sur l’absence d’éléments indésirables.

Stockage des plaquettes à l’air libre ou sous abri Le stockage en bord de coupe des plaquettes obtenues par déchiquetage de bois frais peut être réalisé à l’air libre : le taux d’humidité de la couche superficielle du tas est alors soumis aux aléas climatiques. Les plaquettes peuvent également être couvertes avec une bâche. Deux cas se présentent alors : – la bâche utilisée est totalement imperméable : le taux d’humidité reste alors constant d’où l’utilité de produire les plaquettes en saison sèche et de les recouvrir une fois le taux d’humidité abaissé ; – la bâche est imperméable à l’eau mais perméable à l’air, ce qui autorise le séchage des plaquettes : ce type de bâche a été testé par les coopératives forestières en 2005 et celles-ci admettent que, si les bâches restent onéreuses, elles fournissent cependant des résultats intéressants : leur utilisation est plus simple que celle des bâches agricoles, de plus, avec un minimum de précautions, elles peuvent être réutilisées une seconde fois. Le stockage des plaquettes sur une plate-forme intermédiaire (sous hangar avec dalle bétonnée ou bitumée) évite les inconvénients du stockage en bord de route (aléas climatiques, introduction de terre et de cailloux) et permet un séchage plus rapide (en quatre mois, le taux d’humidité passe de 45-50 % à 20-25 %) mais suppose l’amortissement ou la location de la plate-forme. [13] [14]

Source : Thomas Thörnqvist

Figure 1.16 : Stockage sous abri ou à l’air libre : impact sur l’humidité des plaquettes.

Lors de la manipulation des plaquettes, les moisissures et autres micro-organismes qui se sont développés lors de l’échauffement du ! tas peuvent se disséminer dans l’air, pénétrer dans le système respiratoire et provoquer des maladies ou réactions allergiques : le port d’un masque est donc recommandé.

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Organisation des chantiers de production de plaquettes forestières La production de plaquettes forestières peut être entreprise selon deux grands types de chantiers de déchiquetage : - sur coupe ; - en bord de coupe. [1] [15]

Figure 1.17 : Les méthodes de production des plaquettes forestières par déchiquetage d’arbres entiers.

Déchiquetage sur coupe Abattage

L'abattage doit être obligatoirement directionnel pour que les perches soient orientées dans la même direction. Si ce n'est pas le cas, l'alimentation de la déchiqueteuse est difficile. Des voies de pénétration suffisamment larges et dans le sens de la pente sont indispensables pour le passage de la déchiqueteuse. Il faut également veiller à ne pas rouler sur les bois à déchiqueter avec l’abatteuse afin de ne pas les briser et éviter l’introduction de terre ou de cailloux dans la déchiqueteuse.

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Déchiquetage

Les plaquettes peuvent être obtenues à l’aide de déchiqueteuses de petite ou moyenne capacité (quelques centaines à quelques milliers de tonnes par an) ou bien de machines automotrices pour des quantités plus importantes (de l’ordre de 20 000 à 30 000 t/an). Les chantiers de déchiquetage peuvent être organisés selon les méthodes axiale et latérale. La première est assez polyvalente, mais plus particulièrement adaptée aux éclaircies résineuses et aux taillis, en déchiquetage d'arbres entiers ou de cimes et brins ; l’alimentation de la machine doit être frontale. La méthode latérale est surtout adaptée à l'exploitation de taillis, aux coupes rases de feuillus ou de résineux, plus difficilement envisageable en travaux d'éclaircie ; l’alimentation de la déchiqueteuse doit être latérale. Débardage des plaquettes

Les plaquettes contenues dans la benne élévatrice de la machine automotrice sont déversées dans une remorque de 30 m3 attelée à un tracteur forestier effectuant le débardage en bord de route. Les plaquettes y sont alors transférées dans des conteneurs de 40 m3 qui seront évacués par camion.

Déchiquetage en bord de coupe Débardage des bois à déchiqueter

Le débardage des bois à déchiqueter peut être réalisé à l’aide : – d’un débusqueur à pince ou grapple skidder pour les arbres entiers préalablement rassemblés en javelles. L’accumulation de terre ou de sable lors du traînage des perches sur le sol entraîne cependant une usure prématurée des couteaux de la déchiqueteuse et nuit à la qualité du produit final ; – d'un porteur pour les rémanents et les perches courtes. Il peut recevoir des bois de 6 à 8 m de longueur, au-delà il faut procéder à un tronçonnage des perches. Un stock tampon suffisamment important doit être constitué en bord de coupe de manière à ce que le débit de déchiquetage soit le moins possible affecté par le débit de débardage et utiliser, le cas échéant, deux engins de débardage. Pour le déchiquetage des rémanents, ces derniers seront débardés en même temps que les bois ronds : il faut donc disposer d’une place de dépôt suffisamment importante en bord de coupe. Déchiquetage

Le déchiquetage en bord de coupe est réalisé à l’aide d’un matériel de forte puissance à poste fixe, monté sur châssis routier et équipé d’une grue à grappin. La production annuelle est d’environ 30 000 à 40 000 t de plaquettes. Les plaquettes sont éjectées directement dans un semi-remorque ou un conteneur. La rotation des camions pour l’évacuation des plaquettes doit toutefois être suffisante afin d’éviter tout déversement de celles-ci sur le sol entraînant une reprise et des risques de pollution avec de la terre ou des cailloux.

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Figure 1.18 : Organisations de chantier pour le déchiquetage sur coupe.

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Source : UCFF

Figure 1.19 : Déchiquetage en bord de coupe.

Productivité des chantiers La productivité des chantiers de déchiquetage peut être influencée par plusieurs paramètres : – la bonne organisation des chantiers dans leur ensemble. Pour le déchiquetage sur coupe, il est important que l’abattage ou le rangement des rémanents soit directionnel et que la machine automotrice n’effectue pas elle-même le débardage des plaquettes. Les différences de débit des matériels intervenant sur les chantiers de déchiquetage en bord de coupe peuvent être importantes : pour éviter d’altérer le débit de déchiquetage, la coordination doit être parfaite, notamment pour le débardage des bois à déchiqueter et l’évacuation des plaquettes ; – l’alimentation de la déchiqueteuse : manuelle ou à la grue ; – la masse unitaire et la conformation des bois déchiquetés. Ne déchiqueter que des petits brins ou branches conduit à des rendements déplorables. De même, il est préférable de manier des perches et des brins longs plutôt que de multiples tronçons courts. Les parties fourchues doivent être recoupées par un bûcheron sous peine de bourrage à l’entrée de la goulotte d’alimentation ; – la biomasse par hectare : elle joue par sa quantité et par la façon dont elle est rassemblée (andains ou tas de rémanents, javelles de perches). Il faut éviter que la déchiqueteuse perde du temps dans des déplacements improductifs ; – la distance de débardage et l’état du terrain.

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Figure 1.20 : Productivité du déchiquetage selon les systèmes de récolte.

1.2.1.2. Plates-formes de conditionnement/stockage

Les plates-formes peuvent recevoir des bois à transformer en provenance : – de la forêt (tronçons de perches, fagots de rémanents) ; – des chantiers d'entretien des espaces verts urbains (troncs, branchages, souches) ; – de scieries (dosses, délignures, chutes courtes, écorces) ; – d'industries ou de centres de tri (palettes, caisses, cagettes…) mais du bois peu ou pas adjuvanté. Faire transiter des bois forestiers par une plate-forme et effectuer un déchiquetage de tout ou partie de ceux-ci permet, comparativement au déchiquetage en forêt, d’assouplir le fonctionnement de l’activité. Ceci engendre par contre inévitablement un surcoût (estimé à environ 6 €/t par les coopératives forestières en 2005). La centralisation des bois d’autres provenances est cependant nécessaire quand les détenteurs n’ont pas l’équipement ou la place pour les transformer sur leur site. Les plates-formes permettent également le stockage des combustibles, leur séchage et leur mélange (obtention du taux d’humidité souhaité, amélioration de la fluidité...). Un des principaux enseignements tirés des expériences françaises indique qu'il est préférable de diversifier l'activité et les débouchés des structures d'approvisionnement en combustibles bois, afin d'atteindre assez rapidement l'équilibre économique. Trois filières sont envisageables : – valorisation matière : vers l'industrie de la trituration (fabrication de pâte à papier et de panneaux de process), l’industrie de l’aluminium ou l’industrie chimique ; – valorisation énergétique : transformation de la matière première ligneuse pour production de plaquettes pour chaufferies, combustible calibré et normalisé ; – valorisation agricole et agronomique : amendement organique et support de culture, litière animale. ■

Transformation de la matière première en combustible [16]

Les opérations de conditionnement des bois sont les suivantes (selon les matières premières, toutes ne sont pas nécessaires) : – Tri visuel et manuel. Les bois de classe C doivent être systématiquement refusés sur la plate-forme. Le tri manuel permet d'écarter les bois de rebut de classe B ainsi que les indésirables (plastiques, gros

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morceaux métalliques, gravats…). Des appareils de détection des polluants contenus dans le bois permettent d'effectuer des tris de meilleure qualité mais restent très onéreux. – Broyage/déchiquetage. – Déferaillage et éviction des métaux non ferreux. Ils sont impératifs lors du conditionnement de bois de rebut de classe A (clous, agrafes…) et vivement conseillés pour les autres matières premières (outil cassé, lame de scie…) afin d'éviter tout blocage de l'alimentation automatique ou des grilles du foyer de la chaudière et de permettre une meilleure valorisation des cendres. – Criblage/dépoussiérage. Il permet d'éliminer : – les morceaux grossiers (réintroduits en tête de chaîne de broyage) qui peuvent bloquer les systèmes d'alimentation des chaudières ; – les fines et poussières ; – la terre et les cailloux qui peuvent bloquer les grilles du foyer de la chaudière par vitrification. – Séchage. Les chaufferies de petite ou moyenne puissance nécessitent un combustible à faible taux d’humidité : un séchage des plaquettes, sous abri, est indispensable. En hiver, les écorces sont très humides et nécessitent un ressuyage avant d’être livrées en chaufferie. En dehors des broyats de bois de rebut déjà secs, le séchage des plaquettes constitue donc une étape indispensable afin d’augmenter le pouvoir calorifique du combustible. Le procédé le plus simple consiste dans le cas des plaquettes forestières, à laisser sécher par exemple, les perches ou rémanents sur coupe pendant 6 mois (cela permet d’obtenir un PCI moyen de 3 000 kWh/t et de favoriser le retour au sol des éléments minéraux). Si, pour diverses raisons, il n’est pas envisageable de laisser le bois sur coupe (ex. : risques d’incendie, etc.), alors d’autres solutions peuvent être adoptées : réalisation d’un cône de fermentation (entraînant un surcoût de 6 à 10 €/t), construction d’un hangar semiventilé (valable pour l’ensemble des combustibles), etc. [17] – Stockage. Nécessaire pour assurer la sécurité de l’approvisionnement des chaufferies, il peut être réalisé : – à l’air libre pour les écorces (attention au risque de compostage si le stockage dure trop longtemps), le broyat de bois de rebut (seuls les premiers centimètres en superficie du tas reprennent de l’humidité lorsqu’il pleut) et les plaquettes pour les chaufferies de forte puissance ; – sous abri pour les plaquettes sèches destinées à alimenter des chaufferies de petite ou moyenne puissance. Dans tous les cas, le stockage doit être effectué sur dalle bétonnée ou bitumée pour faciliter la reprise et éviter l’insertion de terre et de cailloux dans le combustible.

Le stockage de sciures sèches et des poussières de ponçage requiert des conditions spécifiques à cause des risques d’explosion. ! Le bois humide (notamment les écorces) peut geler et prendre en masse. Des incendies peuvent se déclarer dans les tas d’écorces trop gros (échauffement dû à la présence d’écorces et manque d’aération) : les tas ne doivent pas dépasser 7-8 m de hauteur et ne doivent pas être tassés par le roulement des engins. ■

Aménagement et équipement de la plate-forme

• Infrastructure Une plate-forme de conditionnement/stockage doit comprendre : – une aire de stockage des matières premières entrantes ; – des aires de manœuvre et de travail (broyage, criblage…) ; – une aire de stockage du combustible humide ; – un bâtiment de stockage du combustible sec ; – un quai de chargement ; – un pont-bascule ;

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Source : Biomasse Normandie d'après Valobois [16]

Figure 1.21 : Plan type d’une plate-forme de 15 000 m².

– un local technique ; – un local gardien / bureaux ; – un bassin de rétention des eaux / fosse de sécurité incendie. On considère, en première approche, qu’il faut une surface de 1 ha pour transformer 10 000 à 15 000 tonnes de bois par an. • Matériel La transformation de la matière première en combustible nécessite l'utilisation de matériels spécifiques, répondant à deux logiques : – matériels fixes pour le conditionnement des bois sur une plate-forme unique ; – matériels mobiles pour pouvoir intervenir sur plusieurs plates-formes de taille plus modeste ou directement chez le détenteur de matières premières, ce qui permet d’éviter le transport des bois à transformer. [18] L’ordre de présentation des matériels ci-dessous correspond à la pratique pour le conditionnement du combustible bois : – Broyeurs à vitesse lente (concassage). Ces matériels, polyvalents et robustes, sont équipés de marteaux fixes ou mobiles, de dents ou de couteaux. Pour la plupart, ils sont capables de broyer des déchets verts, des troncs, des souches, des bois de démolition, des grumes… – Broyeurs à vitesse rapide (broyage/affinage). Ces matériels, généralement entraînés par un moteur thermique, sont équipés d’une trémie rectangulaire ou cylindrique. Les organes de broyage, constitués principalement de marteaux ou de fléaux, tournent à vitesse élevée (1 500 à 2 000 tours par minute), ce qui permet à ces broyeurs de traiter les déchets verts et les bois de rebut tels que les palettes par exemple. Une grille de calibrage « post-broyage » permettant d’obtenir une granulométrie du broyat plus homogène est généralement installée.

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Source : Hammel

Source : Hantsch

Figure 1.22 : Broyeur à vitesse lente.

Figure 1.23 : Organes de broyage (dents).

Source : Miclo Environnement

Source : Hantsch

Figure 1.24 : Broyeur à vitesse rapide.

Figure 1.25 : Organes de broyage (fléaux).

– Déchiqueteuses à couteaux de forte puissance fonctionnant à poste fixe pour la transformation des troncs forestiers et urbains. – Déchiqueteuses à couteaux de plus faible puissance pour la transformation des chutes de scierie et de menuiserie. – Bandes transporteuses. Selon la configuration de la chaîne de conditionnement des bois, plusieurs bandes transporteuses seront nécessaires. En règle générale, il faut prévoir au moins une bande pour l'extraction des plaquettes en sortie de broyeur et une autre peut être utilisée pour une alimentation automatique du crible. Une bande transporteuse se caractérise par sa vitesse de rotation, sa largeur et sa longueur. – Extracteurs magnétiques ou déferrailleurs. Pour réaliser le déferraillage, les électro-aimants ne se justifient pas, mais il faut assurer une évacuation continue des pièces. Il existe deux solutions à aimantation permanente : – l'overband ; – la poulie magnétique. Les performances de ces appareils dépendent de plusieurs facteurs : nature du produit, débit, vitesse du transporteur, épaisseur du produit sur la bande, granulométrie, et nature des pièces ferro-magnétiques. Pour un déferraillage maximum, les constructeurs préconisent un « overband » à aimantation permanente au-dessus de la bande transporteuse, et une poulie magnétique en bout de la bande transporteuse.

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Source : UCFF

Photo : Biomasse Normandie

Figure 1.26 : Bande transporteuse.

Figure 1.27 : Électro-aimant.

– Extracteurs de métaux non ferreux, qui utilisent les courants de Foucault : – la rotation d’un rotor (ou roue polaire), garni d’aimants permanents à pôles alternés en périphérie, crée un champ magnétique induisant un courant électrique dans les éléments métalliques non ferreux ; – ce courant génère à son tour un champ magnétique s’opposant à chaque instant au champ de la roue polaire : les métaux non ferreux subissent une répulsion et sont éjectés. – Cribles (tamisage/dépoussiérage). Trois grandes catégories de matériels sont disponibles : – Les trommels rotatifs. Ils présentent des surfaces de contact de 5 à 55 m². Ces matériels sont en général mobiles (montés sur châssis routier) et peuvent être utilisés sur plusieurs plates-formes. Ils sont équipés de moteurs thermiques et possèdent des tambours à maillage interchangeable suivant la granulométrie souhaitée. Soulignons que certains matériels peuvent en un seul passage du produit fabriquer plusieurs combustibles de granulométries différentes : ils sont équipés, soit d’un double trommel, soit de plusieurs segments de maille différente. – Les tamis à disques et à étoiles. Ces matériels sont rarement mobiles mais plutôt stationnaires ou amovibles. Le matériau à cribler est déposé dans une large trémie dont le fond est constitué par le tamis (à disques, à étoiles ou à dents). Pour disposer de plusieurs granulométries sur un même site, ces matériels sont en général installés en cascade. Soulignons que certains modèles de petites dimensions peuvent être montés sur le bras d'un chargeur ou d'une pelle. – Les tamis vibrants. Ces cribles sont constitués d'une ou deux grilles animées d'un mouvement alternatif. La surface active de chacune varie de 4 à 8 m². Ce sont les matériels qui semblent les mieux adaptés aux bois déchiquetés (ils sont très souvent utilisés dans les usines de panneaux). – Engins de manutention. 1.2.1.3. Réglementation liée à l’implantation d’une plate-forme de conditionnement et de stockage ■

Préalable à toute implantation

Avant d'engager la demande de déclaration ou d'autorisation d'une part et les investissements correspondants à l'aménagement ou à la mise en conformité d'un site envisagé d'autre part, il est primordial de faire un état des lieux complet de la zone d'implantation et de son environnement, notamment : – la nature et l'état du sol (et du sous-sol) ;

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Source : Doppstadt

Source : Miclo Environnement

Figure 1.28 : Trommel rotatif.

Figure 1.29 : Principe du tamis à disque.

Source : Erin

Source : Farwick

Figure 1.30 : Tamis à doigts de criblage.

Figure 1.31 : Tamis vibrant.

– l'eau (mode d'évacuation des eaux pluviales…) ; – les caractéristiques socio-économiques de la zone (statut du terrain au regard des documents d’urbanisme, présence d’entreprises et d’habitations proches...) ; – la desserte et le transport autour du site ; – les moyens de défense incendie déjà en place. Cette approche renseignera le maître d'ouvrage sur les contraintes qui pourraient faire obstacle au développement d'une plate-forme et sur les éventuelles précautions à prendre. ■

Les autorisations Deux autorisations à solliciter en parallèle peuvent être nécessaires pour créer une plate-forme :

– le permis de construire (si on construit un bâtiment) ; – l'autorisation ou la déclaration d'exploiter au titre de la législation des installations classées pour la protection de l'environnement. Conformément aux textes applicables, l'activité de stockage, broyage, déchiquetage, dépoussiérage/calibrage, déferraillage du bois est soumise à trois rubriques de la nomenclature des installations classées. Le contenu du dossier à établir dans les cas d'autorisation ou de déclaration est du même type mais très simplifié dans le deuxième cas. L'enquête publique n'est pas exigée dans le cadre d'une simple déclaration.

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Tableau 1.8 : Rubriques ICPE concernant la création d’une plate-forme. Désignation des activités (1)

Numéro

Déclaration (D) ou autorisation (A)

1530

Dépôts de bois, papier, carton ou matériaux combustibles analogues : 1. 1 000 m3 < Stockage < 20 000 m3..................................................................... 2. Stockage > 20 000 m3.......................................................................................

D A

2260

Broyage, concassage, criblage, déchiquetage, ensachage, pulvérisation, trituration, nettoyage, tamisage, blutage, mélange, épluchage et décortication des substances végétales et de tous produits organiques naturels, à l'exclusion des activités visées par les rubriques 2220, 2221, 2225 et 2226, mais y compris la fabrication d'aliments pour le bétail. La puissance installée de l'ensemble des machines concourant au fonctionnement de l'installation étant : 1. Supérieure à 40 kW mais inférieure à 200 kW.................................................. 2. Supérieure à 200 kW..........................................................................................

D A

Déchets industriels provenant d'installations classées (installations d'élimination, à l'exception des installations traitant simultanément et principalement des ordures ménagères) : Traitement..............................................................................................................

A

167 C

(1) Pour une définition complète, se reporter au texte en vigueur.

■

Procédure de demande d'autorisation

La demande d'autorisation, à déposer auprès du préfet de département, comprend une lettre de demande et un dossier d'étude d'impact et de dangers/sécurité. L'étude d'impact comporte entre autres : – – – –

un état initial du site et de son environnement ; les effets de la plate-forme sur l'environnement ; les raisons du choix du projet ; les mesures envisagées pour supprimer, réduire et compenser les conséquences dommageables de la plate-forme ; – l'analyse des méthodes utilisées pour évaluer les effets du projet ; – une étude déchets. L'étude de danger comprend entre autres : – un recensement et une description des accidents susceptibles d'intervenir ; – la nature et les conséquences d'un accident ; – les mesures de prévention ; – les moyens de secours prévus. Une fois la demande remise au préfet, plusieurs mois sont nécessaires (8 à 12 mois), y compris l'enquête publique, pour obtenir l'autorisation d'exploiter une plate-forme. De fortes sanctions sont applicables à qui exploite sans autorisation. 1.2.2. Familles de combustibles bois Le comité technique du Comité européen de normalisation CEN/TC 335 (biocombustibles solides) a été constitué pour faciliter l’utilisation énergétique de la biomasse en définissant notamment la terminologie à employer, le classement des différents combustibles selon la provenance (matière première) et le mode de conditionnement, les modalités de prise d’échantillons et les méthodes d’analyses. De manière simplifiée, on peut en extraire six grandes familles de combustibles bois issus de neuf catégories de matières premières ligneuses (tableau 1.9). [19]

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Tableau 1.9 : Des matières premières ligneuses aux biocombustibles. Matières premières ligneuses

Bois forestiers

Bois bocagers

Bois urbains et de bords de routes

Écorces

Combustibles bois

Écorces

Sciures humides

Dosses, délignures et chutes de tronçonnage

Seconde transformation du bois

Chutes courtes

Copeaux et sciures sèches

X

humides

X

X

X

X

sèches

X

X

X

X

X

X

Broyat

X

Copeaux et sciures sèches Granulés

Bois déchet ou de rebut (classe A) ou faiblement adjuvanté

X

Sciures humides Plaquettes calibrées

Première transformation du bois

X X

X

1.2.2.1. Écorces brutes

Ces produits riches en tanins ont pour propriété de se gorger d’eau facilement (taux d’humidité de 40 à 60 % sur masse brute). Leur utilisation en chaufferie n’est possible qu’avec des technologies « lourdes » au niveau du dessilage (racleurs), de l’alimentation (tapis) et de la combustion (grilles inclinées mobiles, forte inertie). Les coûts d’investissement et de maintenance de ces équipements sont élevés mais compensés par le bas prix du combustible. Les écorces sont orientées de préférence vers les chaufferies de forte puissance (supérieure à 1 MW). Leur taux de cendres est le plus élevé de tous les combustibles bois (supérieur à 5 % de la masse anhydre), ce qui est dû à leur richesse en minéraux et à l’incrustation de terre fine lors du débardage en forêt et du stockage des grumes. Ce phénomène est d’autant plus accentué que l’écorce est rugueuse. 1.2.2.2. Sciures humides

Elles proviennent des coupes effectuées dans les scieries ; on distingue les « sciures propres », aspirées directement au-dessus des machines, et les « sciures sales », récupérées à même le sol et mélangées à des corps étrangers. Les sciures sont difficiles à utiliser seules en chaufferie. Elles ont tendance à s’agglomérer, ce qui oblige à n’utiliser que des dessileurs à racleurs et des convoyeurs à tapis. Leur forte humidité (40 à 60 % sur brut) et leur faible granulométrie exigent des foyers comportant une forte masse réfractaire et adaptés pour éviter les envols (entraînement de fines particules charbonneuses dans les fumées). Certains constructeurs développent des technologies spécifiques (foyers cyclones, injecteurs à sciures…). Stockées en tas important, les sciures humides, comme les sciures sèches (< 25 % d’humidité), sont relativement stables au stockage (à la différence des écorces seules ou du mélange écorces / sciures, qui ont tendance à composter).

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Source : Arbocentre

Photo : Biomasse Normandie

Figure 1.32 : Écorces brutes.

Figure 1.33 : Sciures humides.

Source : Arbocentre

Photo : Biomasse Normandie

Figure 1.34 : Plaquettes calibrées.

Figure 1.35 : Broyat.

Source : Arbocentre

Photo : Biomasse Normandie

Figure 1.36 : Copeaux-sciures.

Figure 1.37 : Granulés.

Mise en place d’une chaufferie au bois

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1.2.2.3. Plaquettes calibrées

Ces plaquettes proviennent du déchiquetage des dosses et délignures, des chutes de tronçonnage, des chutes courtes de menuiserie, des bois forestiers, bocagers, urbains et de bords de routes. À l’état brut et livrées en flux tendu, elles ont une forte humidité (à l’exception des plaquettes issues des chutes de menuiserie). Par contre, elles peuvent être stockées et séchées sous abri. On peut les répartir en deux catégories : – Les plaquettes humides (30 à 50 % d’humidité), dont la granulométrie varie de 10 à 80 mm ; elles nécessitent un dessilage par racleurs et un convoyage par tapis, des matériels thermiques présentant une forte inertie et une combustion sur grilles inclinées. – Les plaquettes sèches (20 à 25 % d’humidité, voire 15 % pour celles issues de chutes de menuiserie), généralement plus fines (5 à 30 mm) et plus régulières ; elles sont aussi plus faciles à dessiler par des systèmes à pales et supportent un transport par vis ; leur combustion se fait dans des brûleurs ou des foyers volcans avec peu d’inertie. Le taux de cendres varie de 0,5 à 1,5 % de la masse anhydre. Cette variation est due au pourcentage d’écorces contenues dans les plaquettes. 1.2.2.4. Broyat

Il provient du broyage de palettes, de caisses… Les broyeurs à marteaux ont la particularité d’éclater les bois ; les extrémités des plaquettes sont donc fibreuses et les morceaux ont tendance à s’emboîter les uns dans les autres, ce qui provoque des voûtages dans les silos et nuit à la fluidité du produit. Le broyat de bois de rebut nécessite souvent des opérations d’affinage (second broyage, déferraillage, dépoussiérage, calibrage…). Ces plaquettes conservent cependant une granulométrie assez grossière et irrégulière (sauf lorsqu’elles sont criblées) et une tendance à l’emmêlement qui oblige à n’utiliser que des dessileurs à racleurs et des convoyeurs à tapis. Le broyat étant sec, un foyer réfractaire lourd n’est pas nécessaire. La présence de corps étrangers entraîne en revanche des formations de mâchefer qui peuvent poser problème dans certains types de foyers (sans grille mobile notamment). Peu dense et aéré, ce produit sèche facilement. Il reste stable, y compris lorsqu’il est stocké à l’air libre. Le taux de cendres varie de 0,5 à 2 % de la masse anhydre. Cette variation est due aux corps étrangers non combustibles présents dans le produit (ferrailles…). 1.2.2.5. Copeaux et sciures sèches

Ces déchets fins sont obtenus lors du sciage, du ponçage et de différents usinages effectués par les menuiseries et fabricants de panneaux de particules et contre-plaqué. Secs et légers, ces combustibles peuvent être transportés sans difficulté par voie pneumatique. Le dessilage est assez délicat car les copeaux ne sont pas fluides. Il se fait généralement avec des systèmes à vis tournante (sans fin) ou à bras rotatif à l’intérieur du silo (planétaire). Au niveau du foyer, on utilise de préférence des foyers volcans. Du fait du faible taux d’humidité, le foyer n’a pas besoin d’une grande inertie, et lorsque celle-ci existe, il convient de prendre garde aux surchauffes. Ces produits à très faible densité sont plutôt utilisés en autoconsommation. Leur stockage se fait alors généralement dans un silo acier extérieur qui récolte les sciures et copeaux aspirés directement au niveau des machines-outils. Étant sec, le combustible est très stable dans le temps mais il a tendance à se tasser sensiblement. 1.2.2.6. Granulés

Les granulés proviennent de l’agglomération de sciures sèches, ou éventuellement humides préalablement séchées. Ils peuvent être utilisés dans des systèmes à alimentation automatique simples, le dessilage et le convoyage se faisant par vis sans fin. Ils sont utilisés dans des brûleurs à faible inertie thermique. Les coûts d’investissement et de maintenance sont plus faibles que pour les autres biocombustibles, ce qui compense en partie le coût élevé de l’approvisionnement.

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Tableau 1.10 : Orientation des combustibles bois en chaufferie. Catégories de combustibles

Combustibles bois entrant dans la composition

Hétérogène humide

Écorces et broyat

Non calibré humide*

Écorces et broyat Écorces et plaquettes humides Écorces avec stockage tampon

Calibré humide*

Écorces calibrées avec stockage tampon** Plaquettes calibrées humides

Non calibré sec

Broyat

Calibré sec

Tout produit calibré (hormis écorces et sciures) avec stockage/séchage d’environ 6 mois pour les biocombustibles initialement humides (plaquettes de scierie, plaquettes forestières…), et stockage tampon pour les produits plus secs (plaquettes issues de chutes de menuiserie et broyat)

Granulés et briquettes

Sciures sèches compactées Sciures humides séchées puis compactées

* Pour le chauffage collectif, les sciures humides ne sont pas utilisées seules mais en mélange avec d’autres combustibles bois dans les catégories « non calibré humide » et « calibré humide ». ** L’utilisation de broyat en mélange aux connexes (principalement aux écorces) permet un contrôle de l’humidité du combustible.

Les granulés doivent être stockés à l’abri de toute humidité. S’ils sont stockés dans de mauvaises conditions et reprennent l’humidité, alors ils gonflent et se décomposent en sciures. 1.2.3. Caractéristiques des combustibles bois 1.2.3.1. Composition chimique

Le bois anhydre se compose d'une fraction organique et d'une fraction minérale. ■

Fraction organique Elle se compose de résines, de tanins et de polymères (cellulose, hémicellulose, lignine...).

La composition chimique de la partie organique du bois est déterminante vis-à-vis de la qualité énergétique de celui-ci. La répartition moyenne est donnée dans le tableau 1.11 Tableau 1.11 : Composition chimique moyenne du bois (en % de la masse anhydre). C (carbone)

H (hydrogène)

O (oxygène)

N (azote)

49 à 50

6

43 à 44

0,2 à 0,5

La composition du bois amène plusieurs remarques sur son utilisation comme combustible : – le bois peut être assimilé à une molécule de type C6H9O4N0,1 ; – il contient beaucoup d'oxygène et nécessite, pour sa combustion, moins d'air que les combustibles fossiles ; – il ne contient pas de soufre contrairement aux combustibles fossiles. [21] ■

Matières minérales (cendres)

Les cendres proviennent des matières minérales contenues dans le bois et des impuretés accrochées aux écorces. Ces dernières expliquent la forte variabilité du taux de cendres des combustibles ligneux.

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Le bois a un taux de cendres moyen compris entre 0,5 et 1,5 % de la masse anhydre. Les écorces ont un taux de cendres qui dépasse 5 %. Plus un combustible bois contient d'écorce, plus il a un taux de cendres élevé. On peut aussi trouver un taux de cendres élevé dans le broyat mal déferraillé et/ou issu de bois de rebut mal triés. Les cendres de bois contiennent principalement du calcium, du potassium et du magnésium et, dans une moindre mesure, du sodium, du fer, de l'aluminium et de la silice. Les traces de radioactivité que l’on peut y déceler appartiennent à la famille de la « radioactivité naturelle » (concentrée à l’occasion de la combustion) qui entoure notre Univers depuis sa création et non à la « radioactivité artificielle » de l’industrie nucléaire ou de la médecine ; ces traces sont sans impact sur la santé. [20] La fusibilité des cendres est variable selon les types de bois. D'une manière générale, la transformation en mâchefer débute autour de 900 °C, s'intensifie à partir de 1 200 °C jusqu'à écoulement autour de 1 400 °C. La teneur et la nature des cendres ont une importance dans le choix de la technologie de combustion. Un taux de minéraux élevé provoque une formation importante de mâchefer qui oblige à utiliser des grilles mobiles ou des systèmes de recyclage des gaz de combustion pour appauvrir l’air comburant en oxygène et ainsi diminuer la température du foyer. 1.2.3.2. Granulométrie

La granulométrie donne une indication sur la taille des morceaux de bois qui constituent un combustible. Elle influence la masse volumique apparente. C’est un critère à prendre en compte pour choisir les technologies d'alimentation et de combustion les mieux adaptées. ■

Définition La granulométrie est généralement liée au degré d'élaboration du combustible. Dans la pratique, elle est caractérisée par trois grandeurs :

– les cotes moyennes des morceaux de la fraction la plus importante ; – le pourcentage de fines (poussières et sciures) ; – le pourcentage et la longueur maximale des gros morceaux (accidents granulométriques). Les écorces, obtenues avec divers types d’écorceuses, ont des caractéristiques variables (dimensions et foisonnement) pouvant aller des « plaquettes calibrées » au « broyat ». On peut même observer des granulométries encore plus hétérogènes (lanières très longues), notamment pour les écorces de peuplier ou de châtaignier. La norme européenne sur les biocombustibles solides (CEN/TC 335) définit des classes de granulométrie pour chaque combustible. ■

Influence sur les choix techniques

Les gros morceaux sont susceptibles de provoquer des blocages dans les systèmes d'alimentation. Ces derniers doivent être d'autant plus robustes et tolérants que le combustible est grossier. La granulométrie du combustible a une grande influence sur la combustion. La vitesse et la qualité de cette dernière dépendent de la surface d'échange entre l'air et les particules. On a intérêt à avoir des particules à surface d'échange importante. Le foyer doit être adapté à la granulométrie du bois. 1.2.3.3. Taux d’humidité

Le taux d’humidité est un facteur déterminant dans l'utilisation du bois comme combustible. Il influe sur la conservation du bois, sur la masse volumique et sur le contenu énergétique.

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Tableau 1.12 : Exemples de granulométrie des principaux combustibles bois. Cotes moyennes (mm)

Taux de poussières et sciures

Gros morceaux <1%

Broyat

150 x 50 x 50

<5%

200 mm max.

Écorces

variables

<5%

200 mm max.

Plaquettes calibrées (moyennes)

40 x 20 x 10

<5%

80 mm max.

Plaquettes calibrées (fines)

20 x 10 x 5

<5%

40 mm max.

Copeaux

20 x 10 x 2

-

30 mm max.

2x1x1

-

10 mm max.

25 x 6 à 9 (Ø)

-

-

Combustibles bois

Sciures Granulés

■

Définition Le taux d’humidité s'exprime couramment de deux façons :

– sur masse brute : H = masse d'eau contenue dans le bois / masse totale du bois ; – sur masse anhydre : E = masse d'eau contenue dans le bois / masse du bois anhydre. Les formules liant les deux notions sont : 100 100 H = E x ------------------- et E = H x -------------------- . 100 – E 100 + H Contrairement aux pratiques habituelles dans la filière bois, les professionnels du bois-énergie raisonnent plutôt à partir du taux d'humidité sur masse brute. La courbe de la figure 1.38 présente les correspondances entre ces deux modes d'expression du taux d'humidité.

Figure 1.38 : Correspondance taux d’humidité sur masse anhydre / masse brute.

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Le taux d’humidité du bois traduit un état physique déterminé : – de 0 à 23 % d'humidité sur masse brute, l'eau contenue dans le bois est liée par réaction chimique à la cellulose des fibres. L'absorption de cette eau provoque une augmentation de volume du bois ; – au-delà de 23 %, l'eau absorbée remplit les vides entre les cellules : on l'appelle « eau libre ». Elle n'induit pas de modification supplémentaire du volume. La teneur en eau des arbres sur pied varie de 40 à 55 % sur masse brute selon les essences, l'âge, la partie de l'arbre et la période de l'année. Lors du séchage naturel, l'eau libre est relativement aisée et rapide à extraire alors que l'eau liée se libère lentement et difficilement.

Taux d'humidité sur masse brute (%) Bois vert ou humide

plus de 23

Bois sec à l'air

17 à 23

Bois séché artificiellement

9 à 17

Bois desséché

0à9

Eau libre

Eau liée (eau de saturation)

Eau de structure (eau de constitution)

Source : ADEME

Figure 1.39 : Caractérisation de l'eau contenue dans le bois.

■

Influence sur la conservation des combustibles

L'humidité peut entraîner, durant le stockage, des dégradations biochimiques (compostage) et une perte de matière sèche. Cet effet est d'autant plus sensible que le produit contient un fort pourcentage d'écorces et de feuilles ou d'aiguilles. Un compostage avancé se produit alors en moins de 3 mois. Lors du stockage de bois vert, si le produit est suffisamment aéré, on constate dans les premières semaines une fermentation qui provoque un échauffement et un séchage (passage de 50 % à 20-25 % d'humidité sur masse brute en 3 à 6 mois). La perte de matière est alors limitée (10 à 15 % de la masse). Un combustible peut être considéré comme stable au stockage lorsqu'il contient moins de 30 % d'humidité sur masse brute. Il faut donc, dans la mesure du possible : – éviter de stocker longtemps (pas plus de quelques semaines) les combustibles humides et fins ; – stocker sous abri aéré (et sur une dalle) les combustibles humides et de granulométrie moyenne ou élevée : – pour qu'ils puissent sécher, ce qui permet d'éviter leur décomposition et d'améliorer leur contenu énergétique ; – pour éviter qu'ils ne reprennent l'humidité après avoir séché. En hiver, un stock de combustible humide peut prendre en masse à cause du gel. ■

Influence sur les choix techniques

Plus un combustible est humide, moins il est fluide et plus il est « lourd ». Les systèmes d'alimentation doivent donc être plus robustes. Pour brûler un combustible humide, il faut le sécher. L'énergie qui est utilisée pour évaporer l'eau rend alors plus difficile le maintien d'une température de foyer élevée nécessaire à une bonne combustion.

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L'utilisation de combustibles humides nécessite une conception de foyer spéciale, avec une lourde masse réfractaire. 1.2.3.4. Densité et masse volumique apparente ■

Masse volumique réelle (densité)

• Définition La masse volumique réelle indique le poids d'un volume donné de bois plein. Elle s'exprime en kg/m3 plein ou m3 équivalent bois rond (m3 ebr) et dépend de l'essence et de l'humidité. • Influence de l'humidité Lorsque le taux d'humidité augmente, la masse du bois augmente proportionnellement à la quantité d'eau ajoutée. Le volume augmente aussi jusqu'à saturation des fibres autour de 23 % d'humidité ; audelà, il reste égal au volume saturé. En ce qui concerne le bois-énergie, l'humidité est la plupart du temps supérieure à 20 % sur masse brute ; le volume est donc égal au volume saturé. Pour calculer la masse volumique MVE du bois (en kg/m3 plein) à un taux d’humidité E (en % de la masse brute), il faut donc prendre pour base la masse volumique basale (masse de bois anhydre / volume saturé) et non la masse volumique anhydre (masse de bois anhydre / volume sec) : E MVE = MVbasale x § 1 + -------------------· © 100 – E¹ • Influence de l'essence On peut classer les essences en trois catégories : – les bois durs (chêne, hêtre, frêne, châtaignier, orme, bouleau) ; – les bois moyens (aulne, pin, mélèze, douglas) ; – les bois tendres (peuplier, sapin, épicéa). On peut retenir du tableau 1.13 que les bois tendres sont nettement moins denses que les bois durs (30 % de moins). Remarques : – la masse volumique anhydre des écorces est sensiblement la même que celle des essences dont elles sont issues ; – rares sont les essences qui ont une masse volumique anhydre supérieure à la masse volumique de l'eau. Tableau 1.13 : Classement simplifié selon la masse volumique anhydre. Masse volumique anhydre réelle (kg/m3 plein)

Masse volumique anhydre moyenne (kg/m3 plein)

> 600

650

Bois moyens

500 à 600

550

Bois tendres

< 500

450

Catégorie d’essences de bois Bois durs

■

Masse volumique apparente

• Définition Les combustibles bois se présentent toujours sous forme de morceaux plus ou moins gros et plus ou moins bien empilés, entre lesquels les vides sont remplis par de l'air. On parle alors de masse volumique apparente, c'est-à-dire de la masse d'un m3 apparent de combustible. Elle s'exprime en kg/m3 apparent.

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Pour les plaquettes, le m3 apparent est appelé map (m3 apparent plaquettes). La masse volumique apparente sert à évaluer les volumes de stockage, les coûts de transport et l'autonomie des silos. • Notion de foisonnement Pour calculer de façon théorique la masse volumique apparente (MVA en kg/m3 apparent) à partir de la masse volumique réelle (MVE en kg/m3 plein à une humidité E), on peut utiliser le coefficient de foisonnement (CF) défini de façon empirique pour un type de granulométrie donnée : CF = MVE / MVA Tableau 1.14 : Coefficient de foisonnement des combustibles bois. Coefficient de foisonnement moyen

Combustibles bois Broyat

2,5 à 3,5

Écorces

variable

Plaquettes calibrées (moyennes)

2à3

Plaquettes calibrées (fines)

2à3

Copeaux

5à6

Sciures

2à3

Granulés

0,7 à 0,9

La densité des granulés est supérieure à celle du bois plein. ■

Influence sur le transport et le stockage

Un combustible foisonnant est toujours plus onéreux et difficile à transporter et à stocker qu'un combustible compact. 1.2.3.5. Contenu énergétique ou pouvoir calorifique

Pour évaluer les consommations de bois d'une chaufferie et l'autonomie fournie par un silo, il est important de déterminer la quantité d'énergie contenue dans une tonne de combustible. ■

Définition Le pouvoir calorifique dépend de l'essence et de l'humidité du combustible.

Le pouvoir calorifique supérieur (PCS, en kWh/t) correspond à l'énergie produite par la combustion d'un combustible, en prenant en compte la chaleur latente de la vapeur d'eau. Le PCS du bois anhydre peut se déterminer simplement à partir de la teneur en carbone (C%) : PCS = 108 x C% = 5 400 kWh/t en moyenne. La prise en compte du PCS n'a d'intérêt que si l'on brûle du bois dans une chaudière équipée d'un système de condensation des fumées (comme au Danemark notamment). En France, dans la pratique, on n'utilise que le pouvoir calorifique inférieur.

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Le pouvoir calorifique inférieur (PCI, en kWh/t) correspond à l'énergie produite par la combustion d'un combustible si l'on ne tient pas compte de la chaleur latente contenue dans la vapeur d'eau produite. Le PCI du bois anhydre peut se déterminer simplement à partir du PCS et de la teneur en hydrogène du combustible (H%) : PCI anhydre = PCS – 60,5 x H% = 108 x C% – 60,5 x H% = 5 000 kWh/t en moyenne. • Influence de l'essence Selon l'essence, on observe des variations sensibles de PCI. Contrairement à ce que l'on pourrait penser, le PCI des résineux est, en moyenne, légèrement supérieur (+ 5 %) à celui des feuillus (qui ont une teneur en carbone plus faible). En moyenne, on peut considérer que le PCI du bois anhydre est de 5 000 kWh/t.

Source : Critt Bois, Fibois 07-26, CTBA

Figure 1.40 : Variation du PCI (pouvoir calorifique inférieur) anhydre selon les essences (kWh/t).

• Influence de l'humidité L'humidité est le facteur qui influe le plus sur le PCI. Plus le bois est humide, plus son PCI est bas. Le pouvoir calorifique d'un combustible humide est déterminé à partir de son PCI anhydre et de son humidité E (% sur brut) : 100 – E PCI = PCI anhydre x ------------------- – 6E (en kWh/t). 100

Source : Critt Bois, Fibois 07-26, CTBA

Figure 1.41 : Variation du PCI en fonction du taux d'humidité.

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1.2.3.6. Bilan des caractéristiques physico-chimiques du bois et application aux combustibles courants

On a résumé ci-après les principales caractéristiques qualitatives des combustibles bois. ■

Taux d’humidité

Plus le taux d'humidité est faible, plus le produit est stable au stockage et plus le pouvoir calorifique est élevé. En outre, la combustion est de meilleure qualité avec des combustibles secs. ■

Granulométrie

Plus la granulométrie est homogène, plus la technologie d'alimentation est simple. La combustion est optimisée avec des granulométries moyennes (50 x 30 x 20 mm) qui autorisent un mélange idéal entre le combustible et l'air comburant primaire qui pénètre dans la masse de bois en ignition. ■

Essence et foisonnement

Masse volumique anhydre réelle du bois élevée et coefficient de foisonnement faible correspondent à des masse et énergie volumiques plus élevées et donc à un transport et des stockages plus aisés et plus rentables.

Figure 1.42 : Caractéristiques des principaux combustibles (selon le taux d’humidité, la granulométrie et le pouvoir calorifique).

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Procédures de contrôle des caractéristiques des combustibles bois Un combustible bois est un matériau hétérogène, ce qui rend la mesure de ses caractéristiques beaucoup plus complexe que pour des combustibles liquides ou gazeux : la validité des résultats des analyses obtenus dépend fortement de la prise d’échantillons. [21] [22]

Prise d’échantillons Les échantillons peuvent être prélevés : – avant la livraison du combustible à la chaufferie : sur le lieu de stockage du fournisseur, lors du chargement du camion, dans la benne du camion ; – pendant la livraison : lors du déchargement (si la vidange de la benne s’effectue sans levage), lors du convoyage du combustible vers le silo (si présence d’une bande transporteuse non fermée) ; – après la livraison : dans le silo de la chaufferie, dans le convoyeur acheminant le combustible du silo à la chaudière (à éviter s’il y a plusieurs fournisseurs, les combustibles étant mélangés). La fréquence des prélèvements est de l’ordre d’un échantillon de 5 à 10 litres pour 10 m3 de combustible. Pour obtenir une analyse moyenne des échantillons, il existe deux méthodes : – du mélange homogène des prélèvements, on extrait un échantillon moyen qui est analysé ; – après analyse de chaque prélèvement, on effectue une moyenne des mesures.

Mesure du taux d’humidité Le taux d’humidité peut être déterminé de trois façons : – par dessiccation en étuve (normes NF B 51-004 et NF M 03-002) : méthode la plus précise, adaptée quel que soit le taux d’humidité du combustible, mais ne permettant pas un résultat immédiat ; – par dessiccation dans un four micro-ondes : méthode rapide, économique, fiable (± 5 % par rapport à la dessiccation en étuve) et adaptée quel que soit le taux d’humidité du combustible ; – à l’aide d’un appareil proposé par un fabricant autrichien, par mesure de la distorsion d’un champ électrique artificiellement créé : méthode rapide mais onéreuse et adaptée à des combustibles dont le taux d’humidité ne dépasse pas 30 % sur masse brute.

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Détermination du pouvoir calorifique inférieur Le pouvoir calorifique inférieur peut être déterminé de trois façons, les deux dernières nécessitant la connaissance du taux d’humidité : - par combustion dans une bombe calorimétrique (norme NF M 03-005) : méthode onéreuse et non représentative du contenu énergétique réel du combustible (échantillon de 1 à 2 g seulement) ; - par calcul à l’aide des formules du paragraphe 1.2.3.5 : méthode précise (± 5 %) mais nécessitant la détermination de la teneur massique en carbone et en hydrogène du combustible ; - par lecture directe sur le graphique de la figure 1.41 (paragraphe 1.2.3.5) : méthode simple, rapide et assez précise (± 10 %).

Mesure de la granulométrie La composition granulométrique d’un combustible bois est déterminée par le passage de celui-ci à travers des tamis à mailles rondes ou carrées de différentes tailles (norme NF M 03-040) : méthode simple et peu onéreuse avec résultat rapide.

Détermination du taux de cendres La méthode de référence est celle décrite dans la norme NF M 03-003 : incinération dans un four à moufle permettant d’obtenir des températures supérieures à 800 °C. Elle est toutefois onéreuse et peu représentative (échantillon de 1 à 2 g).

Détermination du taux d’écorce La méthode consiste à séparer manuellement l’écorce du bois proprement dit et à peser les deux éléments.

1.3. Livraison des biocombustibles 1.3.1. Chargement du matériel de transport 1.3.1.1. En bordure de forêt ou sur bord de route ■

Remplissage du matériel de transport directement par la déchiqueteuse C'est de loin la solution la plus simple lorsque les conditions s'y prêtent :

– l'accès doit être possible pour les moyens de transport choisis, sachant que plus ce dernier est gros, plus il est limité en accès ; – la hauteur de la goulotte de la déchiqueteuse doit être adaptée à la taille de la remorque : le remplissage peut ainsi se faire soit par le dessus, soit par l’arrière lorsque la benne peut s’ouvrir. Il faut, dans la mesure du possible, qu’il y ait en permanence une benne à remplir sinon le déchiquetage doit être interrompu et la rentabilité du chantier est moindre. Selon la déchiqueteuse utilisée, le débit est plus ou moins important, ce qui conditionne les durées de remplissage (et donc les types de matériels de transport utilisables sans une trop longue immobilisation) et les rotations de transport.

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Photo : Afocel

Photo : Biomasse Normandie

Figure 1.43 : Remplissage direct du matériel de transport.

Figure 1.44 : Déversement des plaquettes dans une benne élévatrice basculante.

■

Utilisation d’une benne élévatrice basculante

Une benne élévatrice basculante peut être utilisée lorsque le transport doit se faire par container (3035 m3) pour lequel l’accès au chantier est impossible. Le cas peut se présenter avec une portion de route forestière particulièrement en pente, accidentée ou glissante (boue, neige...). C’est le cas aussi lorsque la place disponible sur le chantier ne permet pas à un camion porte-container de manœuvrer. Le broyage s’effectue directement dans la benne élévatrice attelée à un tracteur. Quand la benne est remplie, elle est transportée jusqu’à une route ou une place de dépôt et vidée directement dans le container destiné au transport. Ce dernier doit être posé sur le sol, sinon la hauteur est trop importante. Pour des bois ronds de gros diamètre et pas trop branchus, il est important de vérifier que leur transfert en bord de route ou sur plate-forme (avant broyage) n’est pas techniquement plus pratique et, par voie de conséquence, économiquement moins coûteux. ■

Reprise des plaquettes préalablement mises en tas

Pour dissocier le déchiquetage et le transport, on peut être amené à stocker les plaquettes à même le sol et à effectuer ensuite une reprise de celles-ci. C’est le cas par exemple si la production issue du déchiquetage (débit) est supérieure à la capacité d’évacuation des moyens de transport ou si des conditions particulières n’autorisent pas le transport momentanément (boue, neige...). Ce ne peut être qu’une solution transitoire : le bois déchiqueté ne doit pas rester longtemps non abrité car il reprend très facilement de l’humidité (pluie, remontées à partir du sol). Une des solutions pour éviter la reprise d’humidité consiste à bâcher les plaquettes ou bien réaliser une compaction de ces dernières (par la réalisation d’un cône de fermentation). La reprise peut s’effectuer à l’aide d’un tracteur équipé d’un godet (0,5 à 1 m3, 50 map/h) ou avec un chargeur (2 à 3 m3, 150 map/h). Une reprise par grue est possible pour les camions qui en sont équipés. Il existe également de gros aspirateurs mais ces appareils ont un débit assez faible qui n’excède pas 30 map/h. La reprise induit un coût supplémentaire et un risque d’altération de la qualité des plaquettes par de la terre et des cailloux. Cet inconvénient est limité si on laisse une couche de combustible sur le sol (la perte de matière peut toutefois être très importante, le tas étant large à la base et étroit au sommet).

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Photo : UCFF

Photo : Selva

Figure 1.45 : Formation d’un tas de plaquettes avec reprise par un chargeur.

Figure 1.46 : Chargement sur plateforme.

1.3.1.2. En scierie ou sur une plate-forme

Le chargement s'effectue en règle générale à l'aide d'un chargeur (15 à 30 min avec un engin performant).

La manutention des bois nécessite de prendre des précautions : port d’un masque pour les bois humides (des moisissures et autres micro-organismes ! se développent) et secs (poussières) et d’une combinaison pour certains bois exotiques (allergies). 1.3.2. Matériels de transport Le transport du combustible bois en vrac est coûteux en raison de sa faible densité. Les paramètres clés ayant une incidence sur le mode (et le coût) de transport sont : – la quantité transportée par rotation ; – la facilité de reprise au chargement : – en forêt ou en bord de route, – en scierie ou sur plate-forme ; – l'humidité, la granulométrie et la densité. Le mode de transport est déterminé en fonction du volume et de la distance à parcourir. 1.3.3. Livraison au silo de stockage de la chaufferie La livraison du combustible est une interface délicate entre les données techniques propres à la chaufferie et les caractéristiques du matériel de transport. Il faut être extrêmement vigilant et il convient de mettre en liaison, au stade de l’étude, les caractéristiques techniques du silo et le type de matériel de livraison.

Production, transformation et livraison des combustibles bois

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Tableau 1.15 : Modes de transport envisageables selon le volume à transporter et la distance à parcourir. Mode de transport

Volume (m3)

Rayon de livraison (km)

Observations

15

< 10

Transport rural.

Un porteur et un conteneur

30 à 35

< 30

Pour approvisionner des chaufferies de faible puissance (< 200 kW).

Un porteur et deux conteneurs

2 x 35

< 70

Pratique au remplissage, par contre, un ensemble tractant deux conteneurs nécessite deux manœuvres pour la vidange.

Un tracteur routier et une benne basculante

60 à 70

< 100

Benne courante pour le transport de vrac (faible entretien) mais nécessite un sol plat et horizontal.

Un tracteur routier et une benne à fond mouvant

80 à 90

< 100

Benne à vidange horizontale très pratique pour vider une remorque sous un bâtiment de stockage ou sur un sol peu plat.

25 à 35 (bois ronds)

< 100

Permet le transport de perches pour le broyage sur plate-forme.

Un tracteur et une remorque agricole

Un grumier

Photo : Parc naturel régional du Perche (61)

Figure 1.47 : Livraison du combustible.

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2.

Production et fourniture d’énergie Selon la technologie employée, le combustible bois peut être utilisé pour produire : – de la chaleur : – dans des chaufferies assurant le chauffage de bâtiments, associées ou non à un réseau de chaleur, – dans des chaufferies industrielles assurant les besoins de process (eau chaude ou vapeur) ; – de l’électricité, souvent avec production simultanée de chaleur (cogénération), et éventuellement de froid (trigénération).

Le présent ouvrage concerne la production de chaleur dans des chaufferies collectives pour le secteur de l’habitat/tertiaire. Ces installations ! sont destinées à couvrir les besoins en chauffage et eau chaude sanitaire de logements et de bâtiments tertiaires (hôpitaux, établissements scolaires, piscines...), éventuellement par l’intermédiaire d’un réseau de transport d’un fluide caloporteur (eau chaude, eau surchauffée, vapeur). Les autres domaines (cogénération, trigénération, gazéification et co-combustion) n’étant pas (ou peu) développés en France, ils sont présentés en encadré. Des chapitres comme la mobilisation de la ressource bois sont communs à toutes les applications.

Production et fourniture d’énergie

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On compte principalement deux technologies de production de chaleur et/ou d’électricité à partir de biomasse : la chaudière (technologie la plus répandue), éventuellement couplée à une turbine vapeur, et le gazéifieur, couplé à une chaudière, un moteur à gaz, une turbine à gaz… À noter que la biomasse peut être également valorisée en association avec d’autres énergies : c’est le cas de la co-combustion bois-charbon ou de la co-incinération bois-déchets ou ordures ménagères. Les technologies sont ici les mêmes (chaudière, gazéifieur), mais adaptées à cette double alimentation.

2.1. Technologies des chaufferies bois 2.1.1. Description d’une chaufferie bois Une chaufferie bois automatique est un ensemble de production de chaleur comprenant quatre éléments essentiels, adaptés à l'utilisation d'un combustible solide : – un silo de stockage ; – un système d'extraction et de transfert du bois vers le générateur de chaleur ; – un générateur de chaleur ; – un système d'épuration des rejets gazeux et d'évacuation des cendres. Plusieurs critères permettent de définir des gammes de puissance de chaudières bois, notamment réglementaires et techniques. Dans le tableau 2.1, trois gammes de puissance reflétant plus ou moins la mise en œuvre des différentes technologies (alimentation en combustible et foyer) sont définies. Cette classification reste indicative, notamment parce que la prise en compte du taux d’humidité du combustible peut amener à considérer des gammes intermédiaires 300 - 500 kW et 500 - 1 000 kW. Tableau 2.1 : Gammes de puissance des chaufferies bois. Gamme de puissance

P (kW)

Petite

Moyenne

Forte *

< 500

500 - 1 500

> 1 500

* Les très fortes puissances (au-delà de 5 MW) concernent quelques grands réseaux de chaleur et, le plus souvent, des établissements industriels comme les papeteries, les usines de panneaux...

2.1.2. Stockage du bois 2.1.2.1. Types de silos

Le combustible bois livré en chaufferie est déchargé dans un silo de stockage qui constitue la réserve tampon pour l’alimentation de la chaudière. On distingue trois types de silos. ■

Silo enterré – de 30 à 200 m³ utiles ; – adapté à des chaufferies de puissance inférieure à 3 MW ; – associé à divers systèmes de dessilage : – pales ou vis rotatives, plutôt réservées à des silos de petite taille (moins de 90 m³), – échelles de racleurs (toutes puissances) ; – livraison par tracteur avec benne agricole ou par camion benne (basculante ou à fond mouvant) ; – bonne intégration architecturale.

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Figure 2.1 : Schéma de principe d’une chaufferie bois.

Tableau 2.2 : Dimensions maximales des silos enterrés (m). Section :

Longueur

Largeur

Hauteur

carrée

4,5

4,5

3,5

rectangulaire

12

5

4

Photo PNR du Perche (61)

Figure 2.2 : Chaufferie bois (250 kW) et silo enterré.

Vérifier la présence d’eau dans le sol et prévoir un cuvelage du silo si nécessaire. ! Pour optimiser la gestion des approvisionnements, le volume utile du silo doit correspondre au minimum à 1,5 fois la capacité du camion de livraison. Bien concevoir les toits des silos pour favoriser les livraisons (éviter notamment d’utiliser les anciennes soutes à charbon comme silo). Bien positionner les trappes d’accès pour l’entretien des dessileurs à pales. Du combustible très humide peut geler et prendre en masse dans le silo.

Production et fourniture d’énergie

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■

Conteneurs métalliques

– Adaptés à des chaufferies de puissance inférieure à 800 kW ; – de 15 à 30 m³ utiles ; – pré-équipés avec racleurs et vérins pour la vidange ; – solution moins coûteuse en génie civil ; – intégration architecturale moins facile. Le stockage du bois sur le site de la chaufferie est assuré par deux conteneurs au maximum (un troisième est prévu pour assurer les rotations, tous les 3 à 8 jours selon la consommation). Ce système convient s’il existe une logistique d’approvisionnement organisée spécifiquement pour ce type de livraison.

! ■

Dans le cas où les livraisons sont prévues avec deux conteneurs, prévoir un support vide pour faciliter les rotations. Débrancher les flexibles hydrauliques à chaque manutention de conteneur.

Stockage principal de plain-pied associé à un silo ou une trémie tampon

Rappelons qu’il ne s’agit pas du stockage dont dispose le fournisseur de combustible en forêt ou sur plate-forme. Le stockage principal est un bâtiment de plain-pied couvert, fermé sur trois côtés et ventilé. La livraison s’effectue par camion avec tout type de benne, de préférence à fond mouvant. On peut distinguer deux variantes. • Chaufferies de petite ou moyenne puissance Deux cas d’implantation du stockage principal sont possibles : – dans un rayon maximum de 2 km autour de la chaufferie ; – sur le site même de la chaufferie (l’intégration architecturale est moins facile, la surface nécessaire étant plus importante).

Photo : Biomasse Normandie

Photo : Biomasse Normandie

Figure 2.3 : Conteneurs métalliques de stockage (Chaufferie Symiris - Yvelines).

Figure 2.4 : Silo de plain-pied (Chaufferie de Chanu - Orne).

La chaufferie est équipée d’un silo tampon d’une capacité de quelques dizaines de m³, maçonné ou métallique, enterré ou aérien et adapté à différents systèmes de dessilage. Le transfert du combustible du stockage principal vers le silo tampon est effectué à l’aide d’un tracteur équipé d’un godet (et d’une

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remorque agricole si le stockage n’est pas réalisé sur le site de la chaufferie). Ce système présente deux avantages majeurs : – Une autonomie accrue avec, pour les chaufferies qui consomment moins de 100 tonnes par an, un volume de stockage principal correspondant à la moitié, voire à la totalité des besoins annuels. Pour les chaufferies plus importantes qui peuvent consommer jusqu’à 500 ou 600 tonnes de bois par an, le stockage principal représente de 1 à 2 mois de consommation hivernale. – Une souplesse d’approvisionnement, avec la possibilité de livraison de bois par volume important (60 à 80 m³), même si le silo tampon de la chaufferie est de plus petite capacité. • Les chaufferies de forte puissance Le stockage de plain-pied devient nécessaire quand les limites de mise en œuvre d’un silo enterré sont atteintes (300 m³ utiles au maximum). Deux cas peuvent être distingués : – Stockage principal associé à une trémie tampon aérienne (30 à 50 m³) avec chargement de celle-ci à l’aide d’un grappin automatisé monté sur pont roulant. Le stockage principal présente un volume mort important : une accumulation de poussières voire de bois composté est observée sur les côtés et dans les angles, ces zones n’étant jamais complètement vidangées. Une fosse enterrée de 150 à 200 m³ permet le déchargement des camions. – Stockage de plain-pied (400 à 800 m³ de bois) en partie équipé d’un système de dessilage à racleurs avec chargement de ce dernier à l’aide d’un engin de manutention. Il est nécessaire de prévoir un passage régulier (quotidiennement ou tous les deux jours) de l’opérateur pour l’alimentation du silo tampon.

Photo : Biomasse Normandie

Photo : Biomasse Normandie

Figure 2.5 : Grappin automatisé.

Figure 2.6 : Chargement du silo par un engin de manutention.

■

Stockage aérien avec chargement pneumatique

Le stockage aérien dans un silo métallique cylindrique alimenté par un système pneumatique avec cyclone de décompression est en principe réservé aux scieries et menuiseries disposant d’une aspiration des sciures et copeaux sur les machines à bois. À partir de ce stock tampon (quelques jours à quelques mois d’autonomie), on peut extraire le combustible pour le convoyer vers la chaudière de l’entreprise ou le dériver vers un camion d’évacuation. La livraison de granulés ou de plaquettes très fines à destination des chaufferies de faible puissance pour l’individuel ou le petit collectif se développe à proximité des installations importantes de production de granulés. Ce système de livraison reste cependant marginal dans le secteur collectif.

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Figure 2.7 : Schéma de principe d'une chaufferie avec trémie aérienne et grappin.

Figure 2.8 : Schéma de principe d'une chaufferie avec stockage de plain-pied et système de dessilage à racleurs.

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Mise en place d’une chaufferie au bois

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2.1.2.2. Dimensionnement du silo

La conception du silo doit prendre en compte les paramètres suivants : – la puissance de la chaudière et l'autonomie souhaitée (nombre de jours à pleine puissance) ; – les modes de livraison (type de benne, volume des camions) et de remplissage retenus ; – les contraintes d'intégration (surface disponible, nature du sol) ; – la disponibilité des équipements (chargeur…) et du personnel sur le site. Il convient de distinguer le volume réel (en eau) du silo et son volume utile qui prend en compte les volumes « morts » (impossibilité de remplir à ras le silo, combustible ne pouvant atteindre le système de dessillage). Il est nécessaire d’optimiser le volume utile du silo, sachant que : – dans un silo enterré carré avec un dessileur à pales, les volumes morts peuvent représenter jusqu’à 40 % du volume réel du silo ; – dans un silo enterré rectangulaire équipé d’un système de dessilage à racleurs, les volumes morts sont de l’ordre de 25-30 %. L’autonomie est plus importante si le PCI du bois est plus élevé et moindre dans le cas contraire. Elle est presque doublée en mi-saison (les chiffres du tableau 2.3 concernent un fonctionnement pendant les trois mois les plus froids). Tableau 2.3 : Autonomie * de la chaufferie à pleine charge selon le volume utile de stockage (en jours)

Volume utile du silo (m3)

Puissance chaudière (kW) 200

800

1 500

3 000

5 000

30

5

-

-

-

-

50

8

-

-

-

-

90

15

4

-

-

-

150

-

6

-

-

-

200

-

8

4

-

-

300

-

-

5

-

-

400

-

-

-

4

-

600

-

-

-

6

3

* Pour un fonctionnement de la chaudière à pleine puissance et un combustible avec : . un PCI de 3 300 kWh/t et une densité de 280 kg/m3 pour les chaufferies de petite ou moyenne puissance (800 kW inclus), . un PCI de 2 500 kWh/t et une densité de 300 kg/m3 pour les chaufferies de forte puissance.

2.1.2.3. Livraison du combustible

Pour un bon fonctionnement de la chaufferie, plusieurs tâches doivent être assurées. L’exploitant vérifie le niveau de remplissage du silo, commande le combustible, le réceptionne et contrôle sa qualité. Le remplissage du silo de façon équitable sur sa longueur peut nécessiter une vidange en plusieurs fois et donc des manœuvres du camion. La livraison terminée, il est parfois nécessaire de mieux répartir le combustible pour pouvoir fermer le silo et de nettoyer l’aire de manœuvre si du bois est tombé sur le terre-plein adjacent au quai de déchargement.

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2.1.3. Alimentation automatique L’alimentation automatique d’une chaufferie bois permet d’acheminer le combustible depuis le silo jusqu’au foyer. Elle comprend trois étapes : – le dessilage du combustible ; – son convoyage vers un sas de sécurité (trémie intermédiaire ou écluse) ; – son introduction dans le foyer. La nature du combustible bois (combustible solide et de granulométrie parfois irrégulière) nécessite des précautions particulières au niveau de l'alimentation automatique pour éviter des dysfonctionnements que l'on ne rencontre pas avec les combustibles liquides ou gazeux. Une attention particulière sera portée au choix et au dimensionnement des équipements constituant la chaîne d’alimentation automatique qui devront être adaptés au type de combustible retenu (nature, granulométrie, humidité). 2.1.3.1. Dessilage

Il s’agit d’un mécanisme intégré au silo d'une chaufferie bois, permettant d’en extraire le combustible et de l’acheminer jusqu’au convoyeur. Le dessilage gravitaire n'est plus utilisé que dans les installations individuelles au bois déchiqueté.

Photo : PNR du Perche (61)

Figure 2.9 : Volumes morts d'un silo équipé d'un dessileur à pales.

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Mise en place d’une chaufferie au bois

Figure 2.10 : Les systèmes de dessilage.

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Il existe ainsi trois technologies pour les chaufferies collectives : ■

Le dessilage à pales

L'extracteur est placé dans le silo (figure 2.10.1) ; les pales (lames souples ou bras articulé), repliées au centre lorsque le silo est plein, s'écartent progressivement au fur et à mesure de la vidange du silo : – gamme de puissance de 50 à 200 kW, – capacité maximale du silo de 50 m³, – extraction à l’extérieur du silo par une vis sans fin.

! ■

L’inclinaison maximale de la vis d'extraction est de 15°.

Le dessilage par vis sans fin, à mouvement rotatif ou pendulaire

La vis sans fin ou vis d'Archimède est un système comprenant une hélice tournant autour de son axe dans une goulotte (figure 2.10.2) ; le combustible est poussé par le mouvement de la vis : – gamme de puissance de 50 à 800 kW, – souvent associé à un convoyage par vis.

Ces deux systèmes de dessilage, à pales et par vis sans fin, ne conviennent que pour des combustibles secs et bien calibrés tels que les plaquettes fores! tières, bocagères ou de scierie (exemptes de queues de déchiquetage), les copeaux et sciures des industries de la deuxième transformation ou les granulés. ■

Le dessilage par racleurs

Une ou plusieurs échelles de racleurs, actionnées par des vérins hydrauliques (mouvement de va-etvient horizontal) et placées en fond de silo font progresser le combustible vers le convoyeur (figure 2.10.3) : – gamme de puissance de 200 kW à plusieurs MW, – tolère des combustibles humides et de granulométrie plus irrégulière, – souvent associé à un convoyage par bande. Au-delà de 3 MW, il faut prévoir un stockage principal de plain-pied et un silo tampon de quelques dizaines de m³ dimensionnés en fonction de la puissance installée et de l’autonomie recherchée. L’alimentation du silo tampon se fait alors à l’aide d’un chargeur ou d’un grappin automatisé. 2.1.3.2. Convoyage

Le convoyage permet l’acheminement du bois extrait du silo jusqu’à un sas de sécurité (trémie intermédiaire ou écluse) situé en amont du système d’introduction dans le foyer. ■

Convoyage par vis sans fin

Le mouvement de la vis sans fin ou vis d’Archimède autour de son axe fait progresser le combustible dans une goulotte jusqu’à la trémie tampon. Si la configuration de l’installation nécessite des changements de direction, une trappe de débourrage sera prévue à chaque extrémité de la vis : – gamme de puissance : jusqu’à 800 kW, – associé souvent à un dessilage par vis.

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Photo : Biomasse Normandie

Photo : SA Compte R.

Figure 2.11 : Vis d'alimentation.

Figure 2.12 : Tapis d'alimentation.

L’inclinaison maximale des vis est de 40°. Ce système de convoyage ne convient que pour des combustibles secs et ! bien calibrés tels que les plaquettes forestières, bocagères ou de scierie (exemptes de queues de déchiquetage), les copeaux et sciures des industries de la deuxième transformation ou les granulés. Les vis sont totalement inappropriées lorsqu’il y a des queues de déchiquetage (risque de blocage), des sciures humides (bourrage) et a fortiori des éléments métalliques indésirables. ■

Convoyage par racleurs

Une échelle de racleurs, actionnée par des vérins hydrauliques (mouvement de va-et-vient horizontal) et placée au fond d’un caniveau maçonné ou métallique fait progresser le combustible jusqu’au système d’injection dans le foyer. – gamme de puissance de 200 kW à plusieurs MW, – associé souvent à un dessilage par racleurs.

! ■

Transport sur un plan horizontal uniquement.

Convoyage par bande transporteuse

Ce système est constitué soit d’un transporteur à raclettes soit d’un tapis, entraîné par un motoréducteur ; le bois est convoyé jusque dans une trémie tampon. Le transporteur est généralement entièrement caréné et étanche aux poussières : – gamme de puissance de 200 kW à plusieurs MW, – associé souvent à un dessilage par racleurs.

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Mise en place d’une chaufferie au bois

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! ■

Inclinaison maximale du transporteur de 45°.

Convoyage pneumatique

Le convoyage pneumatique n’est pas adapté aux chaufferies collectives dans le secteur de l’habitat/ tertiaire. Utilisé principalement dans l'industrie de la seconde transformation, ce système est plutôt adapté à des combustibles secs (humidité inférieure à 20 %) et de faible granulométrie (sciures, copeaux, poussières…) ou aux granulés. Le combustible est propulsé dans un tube au moyen d'un ventilateur avant d'être insufflé dans un foyer à grilles planes. L’inconvénient majeur réside dans la double fonction de l’air (transport et combustion) et les difficultés de réglage qui en découlent. Le choix du système de convoyage s'opère en fonction du contexte : – les vis sont très sensibles aux granulométries hétérogènes et sont plutôt réservées aux chaufferies de petite ou moyenne puissance (< 800 kW) ; – le convoyage par bande transporteuse est le plus courant pour les chaudières de forte puissance (> 800 kW) ; – le convoyage par racleurs, fiable et adapté à tout type d’installation, est très développé en Autriche mais non diffusé en France. 2.1.3.3. Introduction du combustible dans le foyer

Les systèmes qui permettent l'amenée du combustible dans le foyer sont de deux types : ■

Introduction par vis

La vis sans fin ou vis d’Archimède est placée au fond de la trémie tampon ou en aval de l’écluse de sécurité ; la vis, en rotation autour de son axe, introduit le combustible dans le foyer : – gamme de puissance : jusqu’à 800 kW, – souvent associée à un convoyage par vis et à un foyer à creuset (foyer volcan).

Injection sur un plan horizontal uniquement. Ce système d’introduction ne convient que pour des combustibles secs et ! bien calibrés tels que les plaquettes forestières, bocagères ou de scierie (exemptes de queues de déchiquetage), les copeaux et sciures des industries de la deuxième transformation ou les granulés. ■

L'introduction par poussoir

Un poussoir (section circulaire, carrée ou rectangulaire progressivement évasée) actionné par un vérin hydraulique fait avancer le combustible dans le foyer ; le bois descend généralement par gravité de la trémie tampon avant d’être poussé dans le foyer. Ce système convient aux foyers à grilles inclinées, fixes ou mobiles, et aux combustibles assez hétérogènes et de forte humidité. La taille du poussoir doit néanmoins être adaptée à la puissance du foyer et au combustible : – gamme de puissance de 200 kW à plusieurs MW, – souvent associé à un convoyage par bande transporteuse et à un foyer à grilles inclinées.

!

Injection sur un plan horizontal uniquement.

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2.1.4. Générateur de chaleur Le générateur de chaleur est l’enceinte dans laquelle l’énergie contenue dans le combustible bois est libérée et transmise au fluide caloporteur (eau chaude) ; il est généralement composé de deux éléments principaux : – le foyer ; – l'échangeur de transfert de chaleur entre la flamme, les gaz chauds (fumées) et le fluide caloporteur. Le terme de « chaudière » est couramment utilisé à la place de celui de « générateur thermique » ; il ne s’applique qu’à l'échangeur lorsque celui-ci est distinct du foyer. Les générateurs de chaleur peuvent présenter différentes configurations : – un foyer intégré dans la chaudière (ce système « foyer-échangeur » est le plus courant) ; – un avant-foyer séparé de l'échangeur ; – un foyer indépendant (brûleur), adaptable à l'intérieur de la chambre de combustion de la chaudière.

Données générales sur la combustion du bois La combustion du bois, réaction chimique d'oxydation avec dégagement de chaleur, est un processus qui s'effectue en quatre phases : – – – –

le séchage ; la pyrolyse / gazéification ; l'oxydation des gaz ; la combustion du résidu charbonneux.

Lors de son réchauffement dans le foyer (> 300 °C), le bois est d'abord séparé en hydrocarbures solides et gazeux (pyrolyse), sous l'action de l'air comburant primaire. À 500 °C, 85 % de la masse est libérée sous forme gazeuse (gazéification), avec production de monoxyde de carbone et d'hydrogène. Ces gaz combustibles sont ensuite mélangés à l'air comburant secondaire en vue de leur oxydation. La combustion complète du bois se résume par la réaction : bois + oxygène de l’air → fumées (CO2 + H2O) + chaleur Cette réaction chimique dégage de la chaleur dont l'importance est directement liée à la teneur en carbone et en hydrogène du combustible et que l'on caractérise par le pouvoir calorifique. L'air qui fournit l'oxygène nécessaire à la réaction de combustion est appelé air comburant. Le volume d'air théorique (VA) strictement nécessaire pour réaliser la combustion complète est également appelé pouvoir comburivore. Dans le cas du bois, il est d'environ 4,5 Nm3/kg de combustible anhydre. En pratique, il faut apporter plus d'oxygène pour parvenir à la réaction complète. Les installations performantes de combustion du bois fonctionnent avec un excès d'air (e) de 20 à 100 % : Vair réel = VA x (1 + e).

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On détermine également le pouvoir fumigène : c’est le volume de fumées VF dégagé par la combustion. Il s’exprime soit sur fumées sèches (condensation de la vapeur d’eau) et vaut alors 4,5 Nm3/kg de combustible anhydre, soit sur fumées humides (il vaut dans ce cas 5,2 Nm3/kg de combustible anhydre). Pour obtenir le minimum de monoxyde de carbone (CO), d’oxydes d’azote (NOx), de fines et maintenir une température de foyer inférieure à la température de fusibilité des cendres, il est nécessaire d’avoir un bon réglage des débits et de la répartition de l’air, ainsi qu’un mélange efficace combustible / air comburant, fonction de la géométrie du foyer.

2.1.4.1. Foyers

Il existe de nombreuses configurations de foyers. On présente ci-après trois types de foyers intégrés à la chaudière, avec les modes d'introduction du combustible qui leur sont couramment associés. ■

Foyer à creuset (ou foyer volcan)

Il se présente sous la forme d'un cône inversé dont les côtés, en fonte réfractaire, sont munis de trous pour le passage de l'air primaire. Les orifices destinés à l'air secondaire sont situés dans la partie supérieure de la chambre de combustion : – gamme de puissance : jusqu’à 800 kW ; – associé souvent à un système d’introduction par vis.

Source : SCHMID

Figure 2.13 : Vue en coupe d'un générateur avec foyer en creuset.

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Photo : WEISS

Photo : SECCACIER

Figure 2.14 : Foyer à grilles inclinées.

Figure 2.15 : Échangeurs à tubes de fumées.

■

Foyer à grilles inclinées mobiles

Il se caractérise par une chambre de combustion revêtue de béton réfractaire, dont le fort pouvoir de rayonnement sèche le combustible. Plus particulièrement adapté à une humidité moyenne (de l’ordre de 30 %), ce type de foyer peut accepter un taux d’humidité plus élevé (jusqu’à 50 %), sous réserve que le matériau réfractaire le permette et à condition de réétalonner les paramètres de la combustion et de maîtriser la température de foyer pour ne pas détériorer le réfractaire : – gamme de puissance de 200 kW à plusieurs MW ; – souvent associé à un système d’introduction par poussoir. Les grilles fixes sont désormais essentiellement utilisées pour les produits secs de l’industrie du bois et les granulés (Danemark notamment).

Pour ce type de foyer, il est possible d’ajuster, dans une certaine mesure, les paramètres de combustion au taux d’humidité du bois brûlé ; cependant, si le ! foyer a été dimensionné pour du bois humide, l’utilisation en continu d’un bois sec peut entraîner une dégradation anticipée du réfractaire. ■

Foyer à lit fluidisé

Le principe consiste à faire brûler un combustible dans une masse inerte chaude, généralement du sable, qui sert de catalyseur aux réactions thermochimiques. Les particules combustibles sont mises en suspension dans un courant d’air primaire. La température est homogène dans le lit, ce qui permet un échange de chaleur réparti.

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La granulométrie du combustible bois peut aller jusqu’à 50 mm, 10 mm semblant être un bon ordre de grandeur. La proportion de fines peut être importante sans gêner la combustion. La masse de combustible est comprise entre 1 et 5 % de la masse totale du lit. Il existe plusieurs types de chaudières : – le lit fluidisé dense est confiné dans une partie du réacteur ; – le lit fluidisé circulant occupe tout le foyer ; un précipitateur cyclonique permet la recirculation des éléments imbrûlés dans le réacteur. La gamme d’utilisation de ces chaudières se situe de quelques dizaines à plusieurs centaines de MW. 2.1.4.2. Échangeurs de chaleur

La chaudière est le plus souvent constituée d’un échangeur à tubes de fumées : les gaz de combustion circulent dans des tubes immergés dans le fluide caloporteur de la chaudière (eau chaude ou surchauffée, vapeur). Les échangeurs à tubes d’eau sont en principe réservés aux fortes puissances (> 20 MW).

Pour assurer un bon rendement d’échange, les tubes de fumées doivent être régulièrement nettoyés (fréquence définie en fonction du matériel) pour enle! ver les poussières qui s’y déposent : le nettoyage peut être manuel (par écouvillon ou aspirateur industriel) ou automatisé.

Rendement d’une chaudière bois et rendement global d’exploitation (voir annexe 2) On distingue deux types de rendement pour la chaudière : Le rendement instantané (ou de combustion) est établi à partir : – de la mesure des pertes de la chaleur contenue dans les fumées (température de fumées, taux d'O2) et de celles dues aux imbrûlés gazeux (taux de CO) grâce à un analyseur de fumées ; – de l’évaluation des pertes calorifiques par rayonnement des parois de la chaudière (1 à 2 %) et par les imbrûlés solides (taux de carbone dans les cendres). Il permet de s’assurer du fonctionnement de la chaudière en temps réel et de valider les paramètres de réglage de celle-ci. Il est généralement compris entre 85 et 92 %. Le rendement de production est établi pour une durée de fonctionnement déterminée. Il est donné par le rapport entre l’énergie fournie en sortie de la chaudière (mesurée au compteur à calories) et l’énergie contenue dans le combustible. Il intègre les pertes liées à l’échangeur de chaleur de la chaudière. Si le compteur à calories est situé dans une sous-station distante de la chaufferie, le rendement obtenu prend également en compte les pertes liées à la distribution de la chaleur (circuit primaire). Le rendement global d’exploitation intègre, outre les pertes de production de chaleur (chaudière), les pertes de distribution et de régulation : – rendement de production : 80 à 85 % ; – rendement de distribution : 92 à 98 % ; – rendement de régulation : 94 à 96 % ; – rendement global d’exploitation : 70 à 80 %.

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Cogénération de chaleur et d’électricité On distingue deux grandes filières de production d'électricité à partir de bois : – la combustion externe avec production de vapeur et injection dans une machine à vapeur ; – la gazéification avec injection des gaz de pyrolyse dans une turbine ou un moteur à gaz pauvre. [23] [24]

Combustion externe La filière combustion est à ce jour la mieux éprouvée car utilisée de longue date, notamment dans l'industrie papetière. Un générateur thermique (chaudière à vapeur) fournit de l'énergie thermique à un fluide de travail (eau à l'état vapeur, éventuellement fluide thermique ou air) qui est injecté dans un organe de conversion énergie thermique Æ énergie mécanique permettant la mise en rotation d'un arbre ; celui-ci assure à son tour la rotation de l'alternateur, organe de conversion énergie mécanique Æ énergie électrique. Figure 1.14 : Évolution du taux d'humidité et du PCI de perches de feuillus en fonction du temps de ressuyage sur coupe.

Photo : ADEME

Photo : ADEME

Figure 2.16 : Chaudière à vapeur 7 MW (Biobar) www.rwesolutions.fr.

Figure 2.17 : Turbine 1,3 MWe (Biobar) www.rwesolutions.fr.

Plusieurs machines thermiques peuvent être envisagées.

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Les turbines à vapeur sont le système le plus utilisé pour la cogénération vapeur à partir de biomasse. Elles permettent simultanément la production d'électricité et la fourniture d'énergie thermique à un process industriel ou un réseau de chaleur. On distingue deux types de turbines : – Les turbines à contrepression. La pression de vapeur en sortie de turbine est au minimum de 3 à 5 bar mais peut également être plus élevée (10 à 15 bar) en fonction des besoins en aval de la turbine (process industriel, réseau de chaleur...). La gamme de puissance est très étendue (de 100 kWé à plusieurs MWé) et le coût d’investissement au kWé est le moins élevé des machines thermiques à vapeur. Le rendement électrique reste cependant faible : 10 à 15 % en dessous de 5 MWé, 15 à 20 % au-delà. – Les turbines à condensation. La pression de sortie de la vapeur peut descendre jusqu'à 40 mbar, ce qui fait apparaître des condensats dans la turbine. Cette fraction liquide doit être extraite par des purgeurs. En sortie de turbine, la température est basse et l'énergie thermique résiduelle, qui est importante puisqu'elle représente environ 60 % de l'énergie fournie à la chaudière par le combustible, ne peut être récupérée que si l'on dispose d'une source froide en quantité suffisante : chauffage basse température, préchauffage d'eau chaude sanitaire, préchauffage de vapeur process… Envisageables dès 500 kWé, les turbines à condensation ont un rendement électrique allant de 15-20 % en dessous de 2 MWé à 20-25 % au-dessus de 2 MWé. Il peut être intéressant de n’amener à très basse pression qu'une partie de la vapeur, l'autre étant soutirée à des pression et température plus élevées permettant sa valorisation thermique. Il faut alors combiner les deux types de turbines ou effectuer un soutirage entre deux étages de la turbine. Le moteur à vapeur est un moteur alternatif à combustion externe. C’est le mouvement vertical des deux pistons actionnés par le flux de vapeur, qui permet, par le biais d’un arbre à came et d’un vilebrequin, de faire tourner l'arbre relié à l'alternateur. La gamme de puissance s’étend de 120 à 1 500 kWé et le rendement électrique varie de 15 à 20 %. Le cycle organique de Rankine ressemble beaucoup au cycle de vapeur classique, mais présente la particularité de comporter deux circuits de fluides : un fluide de travail (généralement à base de silicone) et un fluide caloporteur pour vaporiser le fluide de travail (huile thermique haute température). La gamme de puissance s’étend de 300 à 1 000 kWé et le rendement électrique varie de 16 à 17 %. Le moteur Stirling est un moteur alternatif à combustion externe à gaz chaud. À la différence du moteur à combustion interne, le piston n'est pas mis en mouvement par une explosion, mais par la détente d'un gaz pur en cycle fermé, mis successivement au contact d’une source froide (air ambiant, eau d’alimentation ou eau de retour d’un réseau de chauffage...) et d’une source chaude (gaz d’échappement de la chaudière bois, fluide intermédiaire chauffé par la chaudière bois). La gamme de puissance s’étend de 1 kWé à 350 kWé et le rendement électrique varie de 20 à 30 %.

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Gazéification Le but de la gazéification est de transformer des combustibles solides hétérogènes en un combustible gazeux homogène, composé essentiellement d’hydrogène et de monoxyde de carbone. Les procédés traditionnels de gazéification à l’air, à faible température et faible pression, produisent du gaz pauvre (à faible pouvoir calorifique), par opposition aux procédés plus modernes de gazéification à l’oxygène, à haute température et haute pression. La filière est toutefois en cours de développement : si on compte quelques fabricants européens (et notamment français) de gazogènes associés à des moteurs à gaz de quelques centaines de kW, le nombre d'installations reste extrêmement limité en Europe. Plusieurs programmes internationaux (Varnamö en Suède, ARBRE au Royaume-Uni, Energy Farm en Italie...) visent au développement de centrales de forte puissance (plusieurs MWé) avec cycles combinés, dont les performances pourraient être comparables à celles des centrales au gaz naturel (40 à 45 % de rendement électrique). Si nombre de centres de recherches et d'institutions européennes mettent beaucoup d'espoir et de moyens pour le développement de cette technologie, les seules installations en fonctionnement connaissent d'importants retards dans leur montée en puissance, liés notamment aux problèmes de gazéification elle-même (combustion en défaut d'air) et surtout d'épuration des gaz avant injection dans la turbine. Divers procédés sont envisageables pour gazéifier du bois : – Les réacteurs à lit fixe sont de deux types : – À contre-courant : le combustible est introduit par la partie supérieure et l’agent oxydant (air, air enrichi en oxygène, oxygène) par le bas. Le gaz, évacué près de la zone de pyrolyse du bois, présente une teneur en goudrons importante. Ce procédé peut être utilisé avec des combustibles humides et est relativement peu sensible à leur granulométrie. Il n’y a, en théorie, pas de limitation de puissance pour ce type de réacteur. Il n’existe toutefois aucune installation de forte puissance et toutes les applications industrielles connues sont thermiques. – À co-courant : le bois et l’agent oxydant se déplacent dans le même sens. Le gaz produit est évacué du réacteur près de la zone la plus chaude, induisant une concentration en goudrons moindre que dans le cas précédent. Le combustible utilisé doit être sec (environ 15 % d’humidité), de granulométrie bien précise (quelques cm3) et exempt de poussières. Intéressantes pour la production d’électricité avec un moteur thermique, les installations de ce type sont toutefois limitées en puissance (350 kWé). – Les réacteurs à lit fluidisé sont de trois types : dense, circulant ou entraîné. Ils ont en commun de nécessiter un combustible sec (moins de 20 % d’humidité) et de granulométrie précise (2 à 5 mm) et de n’être économiquement viables que pour des puissances élevées (plus de 20 MWé). Plusieurs modes de production d’électricité sont disponibles : – La combustion directe : le gaz est brûlé dans une chaudière produisant de la vapeur haute pression, valorisée ensuite comme dans la filière combustion externe. Cette solution est expérimentée pour la co-combustion en centrale à charbon.

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– Les moteurs à combustion interne : – moteurs diesel « dualfuel », la gamme de puissance allant de 100 kWé à plusieurs MWé avec un rendement de 80 % par rapport au gazole ; – moteurs à gaz, disponibles dans la même gamme de puissance mais avec des rendements de 30 % par rapport au gazole et 50 % par rapport à l’essence. – Les turbines à gaz, associées à un cycle à vapeur : l’énergie résiduelle contenue dans les gaz d’échappement de la turbine à gaz est récupérée dans un échangeur et utilisée dans une turbine à vapeur. Grâce à la combinaison de ces deux étages de production d’électricité, le rendement électrique escompté est proche de 40 % (gazéification à pression atmosphérique) voire 45 % (gazéification sous pression). Les moteurs sont moins exigeants que les turbines en termes de qualité de gaz et sont plus performants que les turbines à gaz simples. En revanche, les solutions en cycle combiné (IGCC) sont plus compétitives mais plus complexes.

La co-combustion bois/charbon La co-combustion bois/charbon a été proposée pour marier les avantages d’un biocombustible « CO2-neutre » et les économies d’échelle obtenues sur les grandes centrales au charbon. Quelques pays en Europe (principalement en Scandinavie) et ailleurs (États-Unis) ont ainsi développé des technologies spécifiques. [25] [26] La zone d’application de la co-combustion bois/charbon se situe dans une gamme de puissance intermédiaire : de 20 à 50 MW en cogénération (centrale de 10 MW électriques par exemple) et de 5 à 20 MW thermiques pour le chauffage urbain. L’intérêt majeur de la co-combustion dans cette gamme de puissance réside dans la sécurité et la flexibilité de l’approvisionnement des chaufferies ou des centrales. Par co-combustion, on entend la combustion simultanée de deux combustibles : – en les mélangeant en amont du foyer ou en les injectant dans la même chaudière (méthode directe) ; – en brûlant ou gazéifiant le bois dans une installation distincte de celle pour le charbon mais en mélangeant les fumées ou gaz et en les utilisant dans la même chaudière (méthode indirecte) ; – en brûlant les combustibles dans des chaudières séparées mais en utilisant la vapeur produite pour alimenter la turbine (méthode parallèle, pour la production d’électricité uniquement). Les deux dernières méthodes ont l’avantage de la souplesse de fonctionnement, les combustibles étant brûlés (ou gazéifiés) séparément dans des équipements classiques. Néanmoins, les investissements sont importants.

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À l’inverse, la co-combustion directe nécessite quelques aménagements de l’installation charbon existante et semble a priori envisageable sur toutes les chaudières. Trois technologies sont disponibles : – Les chaudières à pulvérisation sont principalement utilisées dans la production d’électricité. Dans ces chaudières, le bois pulvérulent est brûlé en projection, soit en mélange avec du charbon, soit séparément. Pour certaines chaudières de ce type, des brûleurs adaptés au bois ont été développés. – La combustion en couches s’effectue dans des chaudières à grille fixe ou mobile, avec ou sans projecteur. La gamme de puissance est très étendue : de la petite puissance pour le chauffage de logements collectifs à la très grosse puissance pour la production d’électricité. – La combustion en lit fluidisé semble la mieux adaptée à la co-combustion. La gamme d’utilisation de ces chaudières est très large, de quelques MW à plusieurs centaines de MW. En contrepartie, la combustion simultanée des deux combustibles de caractéristiques fort différentes présente des inconvénients : – le bois contient plus d’éléments volatils que le charbon, induisant une combustion plus longue et donc nécessitant un foyer plus grand à puissance délivrée identique ; – le bois est généralement plus humide que le charbon, ce qui peut nécessiter l’obligation d’un préséchage ; – le PCI volumique du bois est six fois moindre que celui du charbon, ce qui peut conduire à l’obligation de déclasser la puissance du générateur ; – les fumées produites lors de la combustion du bois sont plus volumineuses et humides que celles résultant de la dégradation du charbon ; – le bois contient moins de cendres que le charbon mais de qualité très différente (modification des propriétés mécaniques et environnementales), remettant ainsi en cause la filière de valorisation/élimination de ces résidus. Toutes ces raisons font que dans la plupart des projets industriels (notamment les centrales électriques au charbon) utilisant du bois en mélange, la part de ce dernier reste modeste (seulement 3 à 15 % du PCI). Les quantités valorisées se situent malgré tout entre 50 000 et 150 000 t/an.

2.1.5. Traitement des fumées La combustion du bois génère des gaz principalement composés de CO2 recyclé et de vapeur d’eau. Ces gaz ou fumées comportent également des poussières ou particules et certains gaz polluants, comme des composés organiques volatils (COV), des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), des dioxines… Ces émissions de poussières et de gaz polluants sont dues : – à la composition naturelle du bois, matériau complexe contenant certains éléments chimiques sous forme de traces (chlore notamment…) ; – à la combustion souvent incomplète du bois (présence d’eau, combustion hétérogène…)

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Ces émissions restent généralement mineures, de type « bruit de fond », et le respect de la réglementation sur les émissions de CO ou de poussières garantit l’absence d’impact ou de risque sanitaire. Pour respecter cette exigence, les chaufferies sont équipées d’un système de traitement de fumées qui permet de les filtrer et de récupérer les particules solides. On distingue deux méthodes de séparation des particules : les voies sèche et humide. 2.1.5.1. Voie sèche

Dans les chaufferies de petite ou moyenne puissance, les particules fines sont extraites par voie gravitaire (cyclone ou multicyclone). Certains constructeurs ne prévoient pas de cyclone mais proposent un système de dépoussiérage intégré à la chaudière, appelé « chambre de tranquillisation ». Pour les chaufferies bois de forte puissance (supérieure à 4 MW entrée chaudière), on adjoint au multicyclone un filtre à manche ou un électrofiltre (systèmes coûteux en investissement et à l'exploitation) pour respecter les limites réglementaires, plus contraignantes. Le filtre à manche est le plus performant des systèmes. Sa technique est particulièrement adaptée à la combustion du bois dont la principale pollution est le rejet de poussières plus ou moins chargées d’éléments minéraux ou métalliques. S’il est encore peu utilisé, il semble avoir désormais la préférence des constructeurs de chaudières pour des questions de coût, d’efficacité et d’adaptabilité (possibilité d’injection de réactifs pour le traitement des pollutions gazeuses). [27] ■

Dépoussiéreurs mécaniques, de type cyclone

Ils utilisent la différence de densité entre éléments solides et gazeux. L’extraction est obtenue par voie gravitaire en deux phases : centrifugation puis sédimentation. Les particules de suie et de poussières sont recueillies dans un pot à suies accroché à la base du dépoussiéreur. Ces procédés ne permettent pas de séparer les particules les plus fines (< 2 µm) et donc de satisfaire aux limites réglementaires les plus strictes.

Photo : Biomasse Normandie

Photo : M. Gendera, ville de Falaise

Figure 2.18 : Multicyclone.

Figure 2.19 : Électrofiltre en cours de montage.

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■

Dépoussiéreurs à couches filtrantes ou filtres à manche

Ils se présentent sous la forme d’un « casing » terminé par une trémie de récupération des poussières. L’ensemble des filtres ou manches (tubes de tissu de verre pour les températures élevées, afin d’empêcher tout risque d’incendie) est réparti en un certain nombre de cellules. Les gaz entrent dans un caisson de détente qui permet l’élimination des grosses poussières puis pénètrent dans le filtre par la base des manches où les poussières plus fines sont piégées. Le nettoyage des manches se fait par secouage ou vibration des différentes cellules ou par inversion du flux gazeux (la chaudière étant alors à l’arrêt). ■

Électrofiltres

L’électrofiltre est un mode de dépoussiérage par séparation électrique qui consiste à faire passer les gaz de combustion entre deux électrodes. Il se présente sous la forme d’une ou plusieurs chambres en tôle comportant des trémies à poussières. L’intérieur est compartimenté au moyen de plaques régulièrement espacées dans le sens de l’écoulement des gaz, reliées à la masse et entre lesquelles se trouvent des fils tendus ou barres, reliés à une source électrique continue. Le champ électrique qui en résulte exerce sur les poussières chargées électriquement une force qui les précipite sur les plaques réceptrices et les fait tomber dans une trémie d’où elles sont évacuées. Celles qui adhèrent aux plaques sont décollées par un frappage périodique. 2.1.5.2. Voie humide ou « lavage des fumées »

Le procédé par voie humide présente l'avantage non seulement de pouvoir traiter les particules solides, mais également de capter ou neutraliser les polluants gazeux. Il consiste à projeter un film d'eau à contre-courant du flux de fumées. On obtient ainsi une boue chargée qui nécessite des traitements complémentaires. Fortement consommatrice en énergie, cette solution est plutôt adaptée aux installations brûlant des combustibles contenant des composés chlorés ou soufrés. Ce type d'épurateurs peut être associé à la condensation des fumées et à une récupération de chaleur sur l'eau de lavage. Outre la réduction des émissions, une amélioration substantielle de l'efficacité énergétique (10 à 20 points de rendement supplémentaire) peut alors être atteinte, ce qui permet à ces systèmes d'être très compétitifs face à une épuration plus classique par voie sèche. Il est toutefois nécessaire de refroidir les fumées à moins de 50 °C, ce qui implique de disposer d’une source froide comme le retour d’un réseau de chaleur basse température. Développée dans les pays scandinaves, cette possibilité n’est généralement pas possible en France car la température du fluide caloporteur du circuit primaire est comprise dans une fourchette aller/retour de 95 à 70 °C.

Condensation des fumées et récupération d’énergie Intérêt La condensation pour des installations brûlant de la biomasse est développée depuis la fin des années 1980 dans plusieurs pays européens, en particulier au Danemark. Cette technologie est particulièrement intéressante dans le cas du bois, lequel est constitué en partie d'hydrogène qui forme de l'eau lors de la combustion et qui contient de surcroît une forte proportion d'eau à l'état liquide : 20 à 60 % de sa masse selon son origine. Les fumées émises par la combustion du bois ont donc des teneurs en vapeur d'eau élevées, dont la formation a nécessité une importante consommation d'énergie. L'intérêt de la condensation est de récupérer, dans un échangeur adapté, une partie de cette chaleur latente contenue dans la vapeur d'eau, en abaissant la température des fumées en dessous du point de rosée humide (entre 50 à 70 °C, en fonction de l'humidité du bois et de l'excès d'air).

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Source : Biomasse Normandie

Figure 2.20 : Amélioration du rendement grâce à la condensation.

Pour un bois à 50 % d'humidité, brûlé dans une chaudière performante avec 50 % d'excès d'air, la condensation des fumées peut faire gagner 10 à 20 points de rendement. Plus le bois est humide, plus l'amélioration du rendement est sensible. Autre avantage de l'utilisation d'un condenseur : son effet filtrant permet de réduire considérablement les émissions de particules. En complément d'un dépoussiérage par multicyclone, le condenseur peut, sous certaines conditions, ramener les émissions à moins de 50 mg/Nm3, évitant ainsi la mise en place d'un électrofiltre ou d’un filtre à manche.

Contraintes technologiques Pour obtenir une condensation efficace des fumées issues de la combustion, il est nécessaire de disposer, au niveau de l’échangeur, d’un fluide dont la température est inférieure à celle du point de rosée humide des fumées. Ce fluide est appelé source froide. La configuration la plus simple est celle d'un réseau de chaleur basse température ayant des retours inférieurs à 50 °C : le fluide caloporteur passe dans l'échangeur à condensation et refroidit les fumées ; il est donc légèrement réchauffé avant d'être injecté dans la chaudière. Seconde contrainte importante : compte tenu de l’acidité des condensats, les échangeurs doivent être prévus pour résister aux attaques corrosives et sont donc fabriqués à partir de matériaux spécifiques, plus coûteux que ceux d'un échangeur classique. L’acidité varie selon les combustibles et les conditions de combustion. Elle suppose généralement une neutralisation par adjonction d'une base avant rejet dans le réseau d'assainissement public. Des problèmes de concentration de cadmium entraînent aussi, selon les normes, la nécessité d’un filtrage. Le volume de condensats formés varie très largement (on peut considérer une production de 150 à 250 litres par MWh produit).

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2.1.5.3. Équipements annexes ■

Extracteur de fumées

C’est un ventilateur d’extraction des gaz brûlés ; de type centrifuge, il a pour rôle de maintenir le foyer en dépression. ■

Cheminée La cheminée doit être isolée pour éviter les problèmes de condensation : – type monoconduit, à double paroi (intérieur acier CORTEN et laine minérale, extérieur acier) ; – cône d’éjection en sortie pour faciliter la dispersion des fumées dans l’atmosphère. Pour les contraintes réglementaires, se référer à l’annexe 1.

Impact sanitaire d’une chaufferie bois Une analyse de risque sanitaire a été menée pour déterminer l’impact potentiel induit par les émissions polluantes liées à une chaufferie bois en milieu urbain (poussières, COV, dioxines, métaux…). Quatre cas fictifs de chaufferies bois ont été étudiés sur les agglomérations de Vienne, Calais, Orléans et Clermont-Ferrand, suivant les méthodologies ERS recommandées par l’INERIS et l’INVS. [28] Les simulations aboutissent à des impacts toxiques (sur les systèmes respiratoires, nerveux, immunitaires…) et cancérigènes 2 à 1 000 fois inférieurs aux seuils d’alerte, démontrant un impact acceptable, voire négligeable dans les cas étudiés. Des précisions sur les hypothèses permettraient d’affiner le calcul du risque, puisque certains facteurs d’émissions ont volontairement été majorés en l’absence de données suffisamment détaillées (cas des métaux lourds, des poussières et des COV notamment). Les émissions comptant de manière majoritaire dans les indicateurs de risques sont les poussières, les métaux et les NOx, les émissions de dioxines n’étant responsable que de 5 % environ des impacts. Ces résultats montrent qu’un projet de chaufferie collective au bois ne présente pas de risque sanitaire spécifique (même ordre de grandeur que les projets gaz ou fioul). La réglementation et les techniques actuelles de traitement de fumées garantissent un niveau de protection suffisant.

2.1.6. Décendrage Le décendrage consiste à évacuer les cendres produites dans le foyer lors de la combustion du bois. Il existe deux techniques pour le décendrage automatique des cendres. ■

Décendrage par voie sèche

Une vis sans fin, placée sous le foyer ou à son extrémité, transporte les cendres poudreuses dans un conteneur étanche ; le même système est placé sous le dépoussiéreur pour l’évacuation des suies qui sont dirigées dans un conteneur spécifique : – gamme de puissance : jusqu’à 800 kW, – produit récupéré sous forme pulvérulente (densité = 500 à 600 kg/m³ en sortie de foyer, environ 500 kg/m³ en sortie du dépoussiéreur),

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Photo : Biomasse Normandie

Photo : Biomasse Normandie

Figure 2.21 : Conteneur à cendres (voie sèche).

Figure 2.22 : Benne à cendres (voie humide).

– volume des conteneurs de 20 à 1 000 litres, – conteneurs munis de roulettes pour faciliter leur manutention. Le décendrage par voie sèche est utilisé pour les chaufferies de petite et moyenne puissance. Il est souvent associé à une reprise des poussières ou suies captées au niveau du dépoussiéreur. Pour les installations de moins de 200 kW, le décendrage peut être manuel (tiroir à cendres à vider régulièrement). ■

Décendrage par voie humide

Les cendres du foyer et les suies du dépoussiéreur tombent dans un bac rempli d’eau, puis sont transportées par un convoyeur à chaîne vers une benne : – gamme de puissance de 500 kW à plusieurs MW, – produit récupéré sous forme de boue ou « gâteau » (densité d’environ 1 000 kg/m³, une fois ressuyé), – volume de la benne de quelques m³ (jusqu’à 8 m³), – implantation à l’extérieur de la chaufferie ou dans un local fermé adjacent ; – enlèvement par camion doté d’un bras articulé de type ampliroll. Le décendrage par voie humide est plutôt réservé aux installations de puissance supérieure à 500 kW et dans le cas de combustibles à plus forte teneur en cendres (écorces). Pour les installations comportant un filtre à manches ou un électrofiltre, les systèmes d’extraction des cendres sous foyer et des cendres volantes sont distincts. Guide pour une valorisation agricole des cendres : les cendres peuvent être soit épandues directement, soit indirectement (exemple : co-compostage des cendres avec des déchets verts). Dans les deux cas, pour une valorisation agricole, les cendres doivent respecter des critères d’innocuité, notamment en éléments traces métalliques. [30] [31] [32]

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Quel que soit le type de décendrage retenu, il conviendra de prévoir une filière d’évacuation des cendres : ! – valorisation en agriculture lorsque les caractéristiques agronomiques des cendres le permettent, – élimination vers un centre d’enfouissement technique dans les autres cas. La valorisation agricole des cendres de bois est réglementée de manière plus ou moins précise selon la puissance totale des chaudières constituant l’installation de combustion [29] : – Les chaufferies de puissance thermique maximale inférieure à 2 MW sont soumises au règlement sanitaire départemental ; les cendres peuvent être épandues, sous réserve d’être homologuées ou normalisées (ces procédures sont quelque peu contraignantes et réservées à des cendres issues d’un combustible constant utilisé au cours de la saison de chauffe. En effet, il faut pouvoir apporter une garantie sur la constance de composition du produit. La procédure d’homologation est par ailleurs établie uniquement pour un site de production de cendres. – Les chaufferies de puissance thermique maximale comprise entre 2 à 20 MW sont soumises à déclaration au titre des installations classées pour la protection de l’environnement (rubrique 2910 A) ; leur arrêté type (25/07/1997) est restrictif car il prévoit la valorisation des déchets mais interdit tout épandage. L’épandage des cendres serait alors possible si on leur envisage un statut de sous-produit et non pas de déchet. – Pour les chaufferies soumises à autorisation (plus de 20 MW pour la rubrique 2910 A et plus de 0,1 MW pour la rubrique 2910 B), il n’existe pas d’arrêté type depuis la modification de l’arrêté du 02/02/1998 (circulaire du 18/12/2003) qui a exclu de son champ d’application la rubrique 2910. En l’absence de textes réglementaires types, il est toutefois possible de se référer à l’arrêté du 02/02/1998 qui prévoit un épandage des déchets selon un plan d’épandage ou si les produits sont homologués ou normalisés.

Méthode de calcul des quantités annuelles de cendres produites Ce calcul permet d’évaluer le tonnage et le volume annuels des cendres et des suies à évacuer, en fonction du type de combustible et de la technique de décendrage. Paramètres à prendre en compte : : taux de cendres – tc – h : taux d'humidité moyen sur masse brute – Cbois : consommation annuelle de bois, en tonnes – Tc : tonnage de cendres : volume de cendres, en m³ – Vc

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Voie sèche

Voie humide

Tc (t/an)

Cbois [1 – h ] tc

1,4 Cbois [1 – h ] tc

Vc (m³/an)

Tc / 0,55

Tc

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2.1.7. Armoire de commande et de régulation Une chaudière bois dispose de sa propre armoire de commande équipée d’un automate programmable, « cerveau de l'installation ». Elle assure trois fonctions principales. ■

Gestion des automatismes

Ce processus permet le fonctionnement de l’ensemble de la chaîne d’alimentation en combustible (dessilage / convoyage / introduction dans le foyer) en fonction des besoins de chaleur à fournir. Les amenées de bois dans le foyer sont commandées par l’aquastat de régulation de la température de départ de la chaudière (aquastat de marche) ; les systèmes d’alimentation en amont peuvent être commandés, en cascade, par des capteurs de niveau (trémie tampon d’alimentation, convoyeur). L’aquastat de marche commande également la mise en route de l’extracteur de fumées et des ventilateurs d’air comburant (primaire et secondaire). Le fonctionnement du décendrage automatique est géré selon un cycle temporisé. ■

Régulation

Les fonctions de régulation ont pour objectif d’optimiser la qualité de la combustion du bois et d’adapter au mieux le fonctionnement de la chaudière bois aux demandes d’énergie : – Dans le cas le plus simple, la chaudière bois fonctionne en « tout ou rien » : le bois est introduit dans le foyer, l’extracteur et les ventilateurs sont en marche, jusqu’à ce que la température de consigne de l’aquastat de régulation soit atteinte ; on passe ensuite en cycle veilleuse. – Dans les installations de moyenne et forte puissance, une régulation modulante permet d'ajuster les amenées de bois et les débits d'air comburant aux besoins de chaleur et d'optimiser la combustion grâce au contrôle de paramètres tels que le taux d'oxygène, la température et la dépression dans le foyer et la température des fumées.

!

La température de consigne pour l’aquastat de marche est généralement comprise entre 90 °C et 105 °C.

Pendant les phases de régulation thermostatique (absence de demande au niveau de l’aquastat), une temporisation est prévue dans l’automate programmable, à l’issue de laquelle, s’il n’y a pas eu d’appel de puissance, une dose de bois est introduite dans le foyer pour le maintenir en veille sans risque d’extinction. Il existe des installations dont la veille, ordinairement assurée par l’admission périodique d’une dose de bois dans le foyer, est remplacée par un système d’allumage automatique. ■

Gestion des sécurités

Il s'agit de l'ensemble des dispositifs destinés à prévenir les dysfonctionnements éventuels de l'installation. On distingue trois grands types de sécurités. • Sécurités relatives à l'alimentation et à l’interface alimentation/foyer En cas de manque de combustible, un régulateur enregistre une température anormale des fumées mettant en alarme et en arrêt de sécurité toute l'installation. C’est notamment le cas lorsque des corps étrangers ou des bourrages provoqués par des éléments grossiers bloquent l’organe de convoyage du combustible (vis et, dans une moindre mesure, échelles de racleurs ou bande transporteuse). Une trémie intermédiaire ou une écluse est installée entre le silo de stockage et le foyer : en cas de remontée de feu du foyer vers l’alimentation automatique, toute propagation est évitée. Une sonde thermostatique, indépendante de l’automate, fonctionne même en cas de défaut électrique. Elle est placée dans le système d'introduction du bois et déclenche un arrosage en cas d'élévation anormale de la température, prévenant ainsi les risques d’incendie.

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• Sécurités relatives à la combustion et à l’échange de chaleur Une sonde placée dans le foyer contrôle le niveau de température et arrête l’installation en cas de température trop basse (défaut d’alimentation du combustible ou taux d’humidité de ce dernier trop élevé) ou trop haute (combustible trop sec). Un déprimomètre placé en sortie de foyer garantit que celui-ci est en dépression afin d’éviter les explosions de gaz au démarrage ou les remontées de feu vers l’alimentation automatique. Le capteur électronique de température de fumées permet de détecter un encrassement anormal du faisceau tubulaire et la nécessité de son nettoyage. • Sécurités relatives à la partie hydraulique de l'installation La mise en sécurité de la chaudière bois est commandée par l'aquastat de température maximale et par le pressostat en cas de détection d'un manque d'eau dans l’installation. Une vanne thermostatique couplée à un serpentin de décharge permet de refroidir l'installation en cas de surchauffe. Les soupapes de sûreté et le vase d'expansion encaissent les éventuelles surpressions dans le circuit de distribution. Dans tous les cas, la présence d’un générateur d’appoint/secours (fioul ou gaz) permet d’assurer le relais et de maintenir une production d’énergie normale. 2.1.8. Raccordement aux réseaux de distribution de chaleur Pour les chaufferies collectives, l’énergie est généralement distribuée sous forme d’eau chaude (Tmax < 110 °C). Le raccordement hydraulique de la chaudière bois aux circuits de distribution de chauffage et éventuellement de production d’eau chaude sanitaire (ECS), répond aux règles classiques des installations de chauffage. 2.1.8.1. Principes de raccordement dans la chaufferie

– Équipements de sécurités : – aquastat de température maximale, en sortie chaudière, – soupapes de sécurité, en sortie chaudière, – vase d’expansion, sur le retour chaudière. – Contrôle de la température retour chaudière. Afin d’éviter tout problème de corrosion des parois de la chaudière, la température de retour d’eau doit être maintenue à un minimum de 70 °C ; pour cela, il faut prévoir une pompe de recyclage, couplée éventuellement à une sonde de température sur le circuit retour de la chaudière, asservie aux pompes de distribution de chauffage et d’ECS. – Séparation hydraulique des circuits. Le circuit primaire de la chaudière bois est connecté à une bouteille casse-pression (ou à un collecteur) sur laquelle les circuits secondaires sont raccordés. 2.1.8.2.

Transport du fluide caloporteur jusqu’au départ des réseaux secondaires

Si la chaufferie est implantée à distance du ou des locaux à chauffer, un réseau assurera le transport de l'eau chaude entre les bâtiments ; celui-ci est constitué de canalisations pré-isolées et enterrées (0,8 à 1 m de profondeur). Deux technologies sont utilisées : [33] – les tuyauteries aciers sont les plus fréquentes, surtout pour les fortes puissances : – large gamme de diamètre (jusqu’à 1 000 mm) ; – bonne tenue aux températures élevées (jusqu’à 140 °C) et aux fortes pressions (20 à 30 bar) ; – conditionnement par barres de 6 à 12 m ; – mise en œuvre complexe (manutention, soudure) ; – les tuyaux en matériaux de synthèse (polyéthylène réticulé ou polybutylène), dont l'utilisation est limitée à des réseaux délivrant une puissance maximale de l’ordre de 800 à 1 000 kW :

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Photo : Wannitube

Source : Flexalen

Figure 2.23 : Canalisations aciers.

Figure 2.24 : Canalisations flexibles.

– – – – – – – –

!

gamme de diamètre restreinte (jusqu'à 90 mm) ; température limitée à 90 °C (durée de vie raccourcie si T > 100 °C) ; pression limitée à 4 bar ; pertes de charge moins importantes que pour les tubes en acier ; meilleure tenue à la corrosion ; conditionnement en couronne déroulable (50 à 500 m) ; mise en œuvre rapide ; en option : système « twin » (tubes aller et retour dans le même calorifuge).

Dans certains cas, il peut être envisagé de concevoir un réseau mixte, avec le réseau principal en acier et des bras secondaires en matériaux de synthèse.

Exemple d’une installation bi-énergie bois / fioul ou gaz : la mise en cascade des chaudières Quand la chaudière bois est couplée à une chaudière d’appoint/secours (au fioul ou au gaz), les deux sont en général installées en parallèle sur la bouteille casse-pression ou sur le collecteur. En fonctionnement normal, la chaudière bois fonctionne seule, en base. En cas d'insuffisance de puissance ou de défaut de la chaudière bois, la mise en cascade automatique du second générateur est commandée par une sonde de température placée sur le départ des circuits de distribution. Si celle-ci devient inférieure à la consigne fixée, le régulateur déclenche les séquences suivantes : – mise en route du brûleur et de la pompe de recyclage de la chaudière d'appoint ; – ouverture de la vanne deux voies qui coupe l'irrigation du générateur d'appoint quand il n'est pas utilisé ; – mise en route de la pompe de charge qui permet au générateur d'appoint de remonter la température du circuit primaire. Quand le générateur d'appoint n'est utilisé qu'en secours, le basculement du bois vers l'énergie d'appoint peut être assuré manuellement.

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Figure 2.25 : Schéma de principe d'une chaufferie bi-énergie.

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Les tâches d’exploitation Le personnel d’exploitation de la chaufferie (qu’il soit employé par la collectivité ou par une société de services) doit suivre une formation de quelques jours auprès du constructeur de la chaudière. Un registre indiquant la nature et la quantité des combustibles consommés doit être tenu à jour. L'installation doit être surveillée en permanence par un personnel qualifié, soit par passage quotidien dans la chaufferie, soit par surveillance GTC (gestion technique centralisée) avec intervention à distance ou directe sur le site en cas d'anomalies. Si l'installation est à l'arrêt suite à des anomalies, toute remise en route automatique est interdite. Le tableau 2.4 donne les fréquences approximatives des tâches d’exploitation, la liste de ces dernières n’étant pas exhaustive. Dans tous les cas, il convient de se référer aux prescriptions du constructeur de la chaudière. Tableau 2.4 : Fréquence indicative des tâches d’exploitation (toute puissance de chaufferies). Fréquence

Tâches d’exploitation

Tous les jours

Contrôle visuel de l’ensemble de l’installation Vérification des niveaux d’huile et d’eau Commande, réception et contrôle du combustible (2 à 6 fois par semaine) Relevé du compteur de chaleur (s’il existe) Tenue du cahier de chaufferie (spécifier notamment les changements de réglage) Balayage de la chaufferie

Toutes les semaines

Vérification du bon fonctionnement des systèmes de dépoussiérage des fumées et d’évacuation des cendres Contrôle du niveau de cendres dans la benne

Tous les 15 jours

Vérification de la bonne marche du système d’alimentation de la chaudière (nettoyage et contrôle des sondes, contrôle du réseau hydraulique...) Vérification du bon fonctionnement des registres d’air de combustion Vidange de la benne à cendres (arrêter le système de décendrage le temps qu’une benne vide soit installée) Contrôle de l’automate

Tous les deux mois

Graissage des éléments de l’alimentation en combustible Vérification des grilles et des blocs de réfractaire du foyer, ramonage des tubes de fumées, contrôle des sondes de température, simulation de pannes pour tester les sécurités Contrôle et graissage du convoyeur de cendres, contrôle et nettoyage du système de dépoussiérage Contrôle des sondes et capteurs, vérification des paramètres de réglage, contrôle des régulations automatiques de puissance, d’oxygène et de dépression foyer

Tous les ans

Nettoyage complet des éléments de l’installation Vidange des circuits d’huile Vérification et réfection des réfractaires du foyer

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2.1.9. Emprise foncière, accessibilité, intégration architecturale

– – – –

Le choix d'un lieu d'implantation pour la chaufferie bois constitue l'un des points clés de la réussite d'un projet bois-énergie ; il doit répondre aux quatre ! critères suivants : disponibilité d'une surface de terrain suffisante ; accès routier aisé pour la livraison de combustible ; relative proximité des bâtiments à desservir pour limiter les longueurs de réseau à créer ; intégration architecturale dans l'espace environnant. Il faut prévoir une surface de terrain prenant en compte : – une voie d'accès et une aire de manœuvre pour les camions de livraison de bois ; la surface nécessaire dépend alors essentiellement du mode de livraison retenu ; – le stockage du bois qui requiert une surface au sol de 15 à 30 m² pour un silo enterré (30 à 200 m3) ou de 30 à 150 m² pour un stockage principal de plain-pied (100 à 500 m3) ; – le local chaufferie dont la surface peut varier en fonction des technologies propres à chaque constructeur.

Tableau 2.5 : Les modes de livraison du bois. Type

Capacité

Longueur de dégagement devant le silo (en m)

Tracteur + benne agricole

10 à 15 m³

7 à 10

Camion porte-conteneurs

30/35 m³ (1 conteneur)

à

60/70 m³ (2 conteneurs)

12

Camion benne

60/70 m³ (benne basculante)

à

80/90m³ (benne à fond mouvant)

18

Pour les chaufferies équipées d'un système de décendrage par voie humide dans une benne extérieure ou intégrée à la chaufferie, il faut prévoir une surface d'implantation suffisante (10 à 15 m²) et l'accessibilité du camion pour l'enlèvement de la benne par camion. Trois exemples d’emprise foncière de chaufferies de 50 kW à 800 kW sont fournis figure 2.26 à titre indicatif. En toutes circonstances, l’implantation est à effectuer au cas par cas, en fonction de la configuration des lieux, de la technologie et du matériel choisis, du volume du silo... 2.1.10. Construction des ouvrages La réalisation des ouvrages liés à un projet de chaufferie bois doit être faite dans le respect des règles en vigueur régissant la construction.

Dans le cas où il est prévu de construire un silo enterré, il sera préférable de faire une étude de sol avant d'engager les études détaillées afin de vérifier la ! présence ou non d'eau dans le sous-sol et de prévoir, le cas échéant, les solutions techniques adéquates.

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Mise en place d’une chaufferie au bois

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Figure 2.26 : Trois exemples d'emprise foncière.

Production et fourniture d’énergie

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Les arrêtés du 23 juin 1978 et du 25 juillet 1997 précisent certains éléments relatifs à la construction des ouvrages (cf. annexe 1 sur la réglementation). Les éléments de construction des locaux abritant l'installation doivent présenter vis-à-vis des locaux contigus les caractéristiques de comportement au feu suivantes : – parois, couverture et plancher haut coupe-feu 2 heures ; – portes intérieures coupe-feu 1/2 heure, munies d'un ferme-porte ou d'un dispositif assurant leur fermeture automatique ; – porte extérieure coupe-feu 1/2 heure. En outre, les installations ne doivent pas être surmontées de locaux occupés par des tiers ou à usage de bureaux, à l'exception de locaux techniques. Elles ne doivent également pas être implantées en soussol des bâtiments. Dans le cas d'une chaufferie bi-énergie bois + gaz, la chaudière bois doit être dans un local séparé de la chaudière d'appoint. La communication entre ces locaux s'effectuera : – par un sas fermé par deux portes pare-flamme 1/2 heure ; – ou par une porte coupe-feu 1 heure au moins. Il convient également de prévoir : – une communication directe de la chaufferie vers l'extérieur ; – des ventilations haute et basse dans la chaufferie ; – un dépôt de sable (0,1 m3 au minimum) avec pelle et des extincteurs portatifs.

2.2. Conception et dimensionnement des projets de chaufferies bois et de réseaux de chaleur Pour mener à bien un projet de chaufferie bois, il est impératif de définir précisément les caractéristiques et les paramètres techniques de l’installation, l’implantation et l’encombrement des bâtiments... 2.2.1. Paramètres clés d’une chaufferie Le dimensionnement de toute installation repose sur le calcul de deux paramètres principaux : la puissance maximale nécessaire et les besoins d’énergie. 2.2.1.1. Puissance

Une installation thermique fournit principalement l'énergie nécessaire au chauffage des bâtiments et à la production d'eau chaude sanitaire (ECS). Elle peut aussi produire de la vapeur ou de l'eau chaude à usage spécifique dans le cas de certains process. La puissance maximale nécessaire se définit donc par rapport aux besoins maximaux dans ces trois catégories : chauffage, eau chaude sanitaire et chaleur à usage spécifique (ne seront détaillées ici que les deux premières catégories, l'utilisation de chaleur à usage spécifique étant plus diverse). ■

Puissance nécessaire au chauffage (Pmax chauffage)

La puissance maximale nécessaire se définit par rapport aux besoins nécessaires par grand froid pour maintenir une température intérieure de consigne donnée : – Le « grand froid » est défini par la température extérieure de base fixée par les conditions climatiques du lieu d'implantation des bâtiments. – Les températures de consigne maximales sont variables suivant le type des bâtiments considérés : 14 à 15 °C pour des ateliers, 19 °C pour des logements, 21 à 22 °C pour des maisons de retraite ou des hôpitaux.

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Source : Le Recknagel Pour les valeurs non cerclées, la distance à la mer est inférieure à 3 km. Pour toutes les îles de la Manche, de l’Atlantique et de la Méditerrannée, prendre 0 °C. Pour les régions montagneuses, enlever 0,7 °C par 100 m d’altitude.

Figure 2.27 : Températures extérieures de base au niveau de la mer.

Pour un bâtiment donné, la puissance (en kW) se calcule grâce à la formule : Pmax chauffage = G · V (Tcons – Text base) × 10–3 où : – G est le coefficient de déperditions volumiques du bâtiment en W/°C·m3 (on distingue les déperditions « statiques » par transmission à travers les parois – G1 – et les déperditions « dynamiques » par renouvellement d’air) ; – V est le volume chauffé du bâtiment en m3 ; – Tcons est la température de consigne intérieure en °C ; – Text base est la température extérieure de base en °C.

Production et fourniture d’énergie

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La plage de variation courante du coefficient G est donné figure 2.28 :

0,5

Déperditions

faibles

0,8

1,2 moyennes

(bâtiments très bien isolés, double vitrage, faibles ouvertures au nord...)

2 fortes (bâtiments sans isolation, avec forte infiltration d’air...)

Figure 2.28 : Variations courantes du coefficient de déperdition volumique de bâtiments.

Pour les bâtiments neufs, il s’agit de respecter la réglementation thermique du bâtiment. Initiée en 1974, elle est mise à jour tous les cinq ans depuis 2000 (RT 2000). Une actualisation a été réalisé en 2005 (annexe 1). Du calcul théorique de puissance à la valeur réelle des puissances installées pour le chauffage, il existe très souvent un facteur multiplicatif qui correspond à un coefficient de sécurité, dans le but : – de permettre une remontée en température rapide lors des changements de consigne de température ; – de tenir compte des pertes lors de la distribution de chaleur (2 à 8 %). Ce coefficient de sécurité est d’environ 15 %. Il convient également de se donner une marge de manœuvre en cas de panne pour les installations composées de plusieurs générateurs : dans le cas de deux générateurs, la puissance de chacun est généralement égale aux deux tiers de la puissance totale théorique. ■

Puissance nécessaire à la production d'eau chaude sanitaire (Pmax ECS) La puissance nécessaire à la production d'ECS se définit par rapport aux deux paramètres suivants : – les besoins journaliers (fonction du type d'usage et du nombre d'utilisateurs) ; – le système de production (par ordre croissant des besoins de puissance) : par accumulation, mixte ou en instantané.

Pour la détermination de la puissance à prendre en compte, il n'y a pas de formule de calcul applicable de façon générale, une estimation doit donc être faite pour chaque cas particulier. On peut cependant faire les remarques suivantes : – Les systèmes de production d'ECS par accumulation permettent de diminuer la puissance nécessaire (par étalement des appels de puissance), et cela d'autant plus que les capacités de stockage sont importantes. – Pour les installations existantes, si un générateur est spécialement dévolu à la production d'ECS, la puissance nécessaire peut alors être estimée à partir de sa capacité thermique. – La prise en compte de l'ECS dans la définition de la puissance totale nécessaire est d'autant plus importante que le projet concerne des établissements fort consommateurs d'ECS (plus de 10 % des besoins d'énergie totaux) : hôpitaux, maisons de retraite, logements, cuisines collectives... – Pour limiter le développement des micro-organismes responsables de la légionnellose dans les établissements de soins (hôpitaux, maisons de retraite...), la température de l’eau à la sortie du ballon de stockage doit être maintenue au-dessus de 55 °C et une élévation quotidienne de la température du ballon doit être effectuée au-delà de 60 °C (les légionnelles sont détruites si elles sont exposées plus de 32 min à 60 °C ou 1 min à 70 °C).

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2.2.1.2. Besoins et consommations d’énergie

Il faut distinguer les besoins qui concernent l'énergie utile (« sortie radiateur ») nécessaire au chauffage des bâtiments et éventuellement à la production d'ECS, des consommations qui sont relatives aux quantités de combustible consommées (« entrée chaudière »). ■

Besoins de chauffage

• Les besoins Les besoins de chauffage (kWh/an) peuvent se calculer de la façon suivante : Besoinschauffage

=

B

x

V x

DJU

x

24 × 10-3

où : – Le coefficient B (en W/°C·m3) correspond au coefficient G diminué des apports récupérés (en W/°C), solaires ou internes (comprenant les apports humains ou liés aux appareils de cuisson...). Ce coefficient B représente généralement 80 à 90 % du coefficient G. – V représente le volume des bâtiments à chauffer en m3. – La constante 24 × 10-3 permet d'obtenir les besoins dans l'unité usuelle : kWh/an. – DJU est le nombre de degrés jour unifiés. Les DJU caractérisent les conditions climatiques du lieu d'implantation des bâtiments et les intermittences de chauffage en °C/j. C'est la somme sur la durée de la saison de chauffe des écarts journaliers entre la température intérieure moyenne du local considéré et la température extérieure moyenne.

!

Quand la température intérieure moyenne est de 19 °C, on retient comme base de calcul les DJU 18 afin de prendre en compte les apports solaires et internes et d’éviter le surdimensionnement des installations.

• L'intermittence L'intermittence se définit comme le séquencement des besoins thermiques dans le temps. Dans la formule de calcul du paragraphe précédent, l'intermittence influe donc sur la valeur du DJU. Tableau 2.6 : Exemples d’intermittence.

Logement principal

Saison de chauffe : mi-octobre / mi-mai Température de consigne : . 19 °C le jour . 17 °C la nuit . 7-10 °C en hors gel

Groupe scolaire

Saison de chauffe : mi-octobre / mi-mai Période scolaire : 5 j/7 à 19 °C le jour et 15 °C la nuit 2 j/7 à 15 °C, 24 h/24 Congés scolaires : hors gel (8 °C) 24 h/24

Maison de retraite

Chauffage 24 h/24 entre 19 et 21 °C du mois de septembre au mois de juin

Le DJU moyen apparaît alors comme la moyenne pondérée des DJU pris aux différentes températures de consigne. L'intermittence dépend ainsi du type de bâtiments : plus elle est faible et plus les besoins thermiques sont uniformément répartis dans le temps (sur la journée, sur la semaine et sur la saison de chauffe).

Production et fourniture d’énergie

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Tableau 2.7 : Intermittence en fonction du type de bâtiments. Intermittences Faibles

Type de bâtiments

Moyennes

Fortes

Logements collectifs Établissements scolaires avec internat Bâtiments communaux (mairie, centre social...) Process industriel

Hôpitaux Maisons de retraite Piscines Logements collectifs

Groupes scolaires Collèges Lycées Bâtiments communaux à usage intermittent (salle des fêtes, gymnase, église...) Bâtiments industriels

Pour une puissance maximale nécessaire donnée, plus les intermittences sont fortes, moins le niveau de consommation est important et donc plus un projet bois sera difficile à rentabiliser.

■

Intermittences

faibles

moyennes

fortes

Consommation

100

75

65

Besoins d'ECS Les besoins thermiques pour l'eau chaude sanitaire se calculent par : Besoins ECS

kWh/an

=

V

m3/an

x

1,16

x

(T eau chaude

kWh/m3·C°

–

T eau réseau)

°C

où : – V est le volume annuel d'ECS consommé. – Teau chaude – Teau réseau = environ 50 °C. La constante 1,16 correspond à l'énergie nécessaire pour monter de 1 °C un volume de 1 m3 d'eau. Exemples de besoins moyens d’ECS : – logements : 30 à 60 litres par jour et par personne à 45 °C ; – hôpitaux : 100 à 300 litres par jour et par lit à 60 °C. ■

Consommations d'énergie Les consommations (kWh/an) se déduisent des besoins thermiques par : b chauffage + b ECS Consommations = ---------------------------------------------rdt

où rdt est le rendement global de l'installation thermique (chaudière + réseau de distribution + émetteurs). En première approximation, on peut estimer qu'il est compris entre 70 et 80 %. Le rendement d’une chaudière moderne est compris entre 80 et 90 % selon le combustible utilisé (fioul, gaz, bois). Pour les chaudières anciennes, il convient de soustraire 5 à 15 points de rendement. La quantité de combustible consommée est déterminée en fonction du pouvoir calorifique inférieur. Exemples de PCI : – fioul domestique = 1 000 kWh/hl ;

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– – – –

gaz naturel = 10 kWh/m3 ; propane = 12 800 kWh/t ; bois sec = 3 500 kWh/t ; bois humide = 2 200 kWh/t.

Source : Le Recknagel

Figure 2.29 : Répartition moyenne de la consommation de combustible sur l’année (locaux à usage d’habitation, France).

2.2.2. Dimensionnement des projets de chaufferies bois et de réseaux de chaleur 2.2.2.1. Chaufferies bois

• Mono-énergie On peut couvrir en totalité les besoins d’un bâtiment avec le bois (mono-énergie) s’il n’y a pas de risque en cas de défaillance de la chaudière (local technique, piscine...). Le dimensionnement de la chaudière doit tenir compte des jours exceptionnellement froids. Sa puissance est alors élevée, occasionnant des surcoûts d’investissements sensibles. La chaudière fonctionne en outre fréquemment au ralenti (le taux de charge minimal recommandé par les constructeurs est d’environ 25 à 30 %), occasionnant une combustion incomplète du bois et une dégradation des performances environnementales.

La mise en place de deux chaudières bois (l’une d’une puissance équivalente aux deux tiers de la puissance totale, l’autre à un tiers) augmente notablement ! le coût d’investissement et altère la rentabilité économique du projet. Cette situation n’est donc généralement pas envisageable, même si elle permet d’optimiser les performances énergétiques de chacune des chaudières.

Production et fourniture d’énergie

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■

Bi-énergie En règle générale, en France, on prévoit un combustible fossile en relève (fioul, gaz naturel ou propane) :

– La bi-énergie permet l’optimisation économique, technique et énergétique des projets. Un dimensionnement de la chaudière bois réduit à 40-70 % de la puissance totale nécessaire par grand froid permet un taux de couverture des besoins par le bois compris entre 70 et 90 % sur l'ensemble de la saison de chauffe. – En bi-énergie, la chaufferie bois est conçue pour assurer la base des besoins énergétiques des bâtiments et équipements raccordés ; sollicitée de façon prioritaire, elle fonctionne de façon plus continue à puissance nominale avec de meilleures performances énergétiques. La chaudière d’appoint assure le complément de puissance pendant les périodes les plus froides de l'année. En général, le fonctionnement du générateur d’appoint est géré de façon automatique par l’intermédiaire de l’armoire de régulation de l’installation. – La bi-énergie rassure le maître d’ouvrage. La chaudière d’appoint est généralement dimensionnée pour couvrir, le cas échéant, la totalité des besoins nécessaires sur le site, en secours de la chaudière bois. Lorsque la puissance bois dépasse 5 MW, il peut être intéressant d’envisager la mise en place de deux générateurs bois dont un dédié à la production d’ECS (y compris l’été).

Hydro-accumulation et lissage de l’appel de puissance L'hydro-accumulation est un principe qui consiste à coupler une chaudière avec un réservoir de grande capacité (plusieurs dizaines de m3) assurant le stockage de la chaleur produite par le générateur sous forme d'eau chaude et permettant ainsi de dissocier la production de la chaleur de sa distribution. Lorsque le générateur fonctionne, le surplus d'énergie produite est stocké dans un ballon tampon ; cette réserve d’énergie est restituée : – quand la puissance appelée est supérieure à celle de la chaudière bois ; – de façon différée quand la chaudière est à l'arrêt. L'hydro-accumulation permet de lisser les appels de puissance. Elle peut être intéressante dans des cas où la demande en énergie est très fluctuante Figure 2.30 : Principe de l'hydro-accumulation. (écoles ou serres horticoles par exemple) ou pour assurer une production d’eau chaude sanitaire d’été. Les appels de puissance pour le chauffage et l’ECS varient suivant les périodes de l'année en fonction de la différence entre la température extérieure et la température de consigne des bâtiments chauffés. Les thermiciens ont l'habitude d'utiliser une courbe appelée « monotone de chauffage », qui permet de mieux visualiser les besoins thermiques d'un site. Elle est établie en comptabilisant, pour un appel de puissance donné, le nombre de jours où cette puissance est appelée. On peut lire par exemple sur la courbe de la figure 2.31 que l'on appelle pendant environ 110 jours par an au moins 50 % de la puissance. La surface située sous la courbe correspond aux besoins thermiques du site. C’est en été que l’on observe les plus faibles appels de puissance (production d’ECS uniquement dans la majorité des projets) ; si la puissance appelée est inférieure à 10-15 % de la puissance crête appelée par grand froid, la production d’ECS est assurée par le générateur d’appoint ou par des systèmes décentralisés.

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Figure 2.31 : Monotone de chauffage et ECS.

Le taux de couverture est défini par le pourcentage des besoins totaux couverts par le bois (chauffage + ECS) : besoins couverts par le bois Taux de couverture (%) = ---------------------------------------------------------------------------besoins chauffage + ECS Il dépend du rapport entre la puissance choisie pour la chaudière bois (Pbois chauffage) et la puissance totale nécessaire (Pmax chauffage) en tenant compte des intermittences. Il est défini à partir du calcul de la température de relève, c'est-à-dire la température en deçà de laquelle la chaudière bois n'est plus suffisante pour assurer la totalité des besoins. Lorsque la température extérieure descend en-dessous de cette température de relève, l'appoint d'énergie nécessaire est fourni par le combustible associé. Par exemple : Pmax chauffage = 4 MW, Pbois chauffage choisie = 2 MW, température de consigne = 19 °C Température prise en compte

18 °C Bois seul

Température de relève

entre – 2 et + 2 °C

Température de base

– 7 °C

Besoins de chauffage Bois + appoint

La chaudière bois installée est capable de fournir, sur une saison de chauffe, l'énergie nécessaire à la couverture des besoins entre température de consigne et température de relève (dits « besoins couverts par le bois »). Le dimensionnement de la chaudière bois répond au principe suivant : Puissance bois Investissement

Optimisation

Taux de couverture Consommations bois

Production et fourniture d’énergie

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On définit alors la règle de dimensionnement suivante : Puissance bois = 40 à 70 % de Pmax Taux de couverture bois = 70 à 95 % des consommations totales On peut également préciser que, dans des réseaux de chaleur urbains de taille importante (plus de 15 MW), l'association cogénération gaz / chaudière bois / chaudière gaz constitue une voie intéressante pour une mise en œuvre techniquement et économiquement optimisée de ces technologies : – en hiver, cogénération gaz en base, bois en semi-base, gaz sous chaudière en appoint ; – en demi-saison, bois en base, gaz sous chaudière en appoint ; – en été, production d’eau chaude sanitaire à partir de la chaudière gaz. 2.2.2.2. Réseaux de chaleur

Lorsqu’une chaufferie bois ne sert pas seulement pour un bâtiment unique mais pour plusieurs, un réseau de distribution de la chaleur est nécessaire. Il convient : – de définir un périmètre d’étude en liaison avec la collectivité, à partir des documents d’urbanisme ; – d’identifier les principaux usagers publics et privés et de caractériser leur mode actuel de chauffage et leurs besoins ; – de localiser le lieu d’implantation de la chaufferie bois en fonction de deux contraintes principales : – l’accessibilité aux camions de livraison du combustible et la superficie disponible pour la chaufferie et les aires de manœuvre, – la distance de raccordement aux usagers ; – de proposer un tracé indicatif du réseau (en minimisant le linéaire, en privilégiant le passage sur des voies publiques et en limitant les travaux de réfection des trottoirs...) et de localiser les sousstations ; – de définir, en fonction de la densité thermique du réseau (MWh distribués par mètre linéaire de réseau et par an), quels sont les usagers qui peuvent être raccordés ou non. Ce dernier paramètre influence en effet l’équilibre économique d’un projet : en deçà de 4 à 5 MWh/ml par an, le coût d’amortissement du réseau a un impact important sur le prix de revient de l’énergie finale distribuée. On distingue quatre situations, selon que la densité thermique est : – de moins de 1 MWh/ml par an : projet difficilement envisageable ; – de 1 à 3 MWh/ml par an : réseau en milieu rural, petite puissance ; – de 3 à 5 MWh/ml par an : ville moyenne, 2 à 4 MW ; – de plus de 5 MWh/ml par an : réseau urbain, forte densité. Tableau 2.8 : Densité thermique des réseaux de chaleur bois en France. Puissance bois (kW)

Densité thermique du réseau (MWh/ml)

moins de 500

1,5

500 à 1 500

3

1 500 à 3 000

3,5

plus de 3 000

5

Source : CIBE/AMORCE

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Source : Via Séva

Figure 2.32 : Densité thermique des réseaux de chaleur en France (hors Compagnie parisienne de chauffage urbain CPCU).

Source : Biomasse Normandie d’après ACE/Flexalen et Inpal

Figure 2.33 : Pertes de chaleur par le réseau de distribution.

Production et fourniture d’énergie

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MP Guide prat

22/01/07

13:09

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3.

Montage des projets

3.1. Typologie des projets Pour des chaufferies collectives dans le secteur de l’habitat et du tertiaire, on distingue deux grandes familles de projets selon les besoins à satisfaire : – ceux du maître d’ouvrage stricto sensu ; – ceux de plusieurs usagers distincts du maître d’ouvrage (réseau de chaleur). 3.1.1. Chaufferies dédiées à un seul établissement ou usager 3.1.1.1. Groupe de logements où l’établissement est déjà équipé d’une chaufferie centralisée

Ce cas concerne des ensembles de logements collectifs ou des établissements tertiaires : hôpitaux, maisons de retraite, établissements scolaires (lycées, collèges, écoles primaires et maternelles), piscines, bureaux…

Figure 3.1 : Chaufferie centrale existante.

Montage des projets

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Avantages : – investissements limités au coût de la chaufferie bois ; – canalisations de raccordement entre les deux chaufferies (elles pourront être accolées si le site le permet). Inconvénients : – intégration architecturale sur le site en fonction de son environnement ; – nécessité de convaincre le maître d’ouvrage de réaliser une chaufferie bois sur son site et sous sa responsabilité. 3.1.1.2. Construction neuve d’un bâtiment

Figure 3.2 : Chaufferie centrale pour une construction neuve.

Avantages : – chaufferie bois conçue à l'origine du projet ; – conception simultanée des chaudières bois et d’appoint, permettant d’optimiser techniquement le choix des puissances, de limiter les investissements (génie civil) et de proposer une meilleure intégration architecturale. Inconvénient : – nécessité de convaincre le maître d’ouvrage de réaliser une chaufferie bois sur son site et sous sa responsabilité. 3.1.2. Chaufferies desservant plusieurs établissements ou groupes de logements Dans ce cas, la mise en place de la chaufferie bois s’accompagne de la création d’un réseau de canalisations enterrées destiné à distribuer l’eau chaude dans les différents bâtiments ou équipements concernés. D’un point de vue juridique, deux situations se présentent : – La chaufferie ne dessert que des bâtiments ou équipements gérés par un seul maître d’ouvrage (bâtiments communaux, parc de logements d’un organisme HLM…) ; concernant le montage du dossier, cette configuration s’apparente à celle d’une chaufferie dédiée. – La chaufferie dessert des bâtiments appartenant à plusieurs usagers ; la configuration est alors celle d’un service public de distribution d’énergie, couramment appelé « réseau de chaleur urbain ».

Distribution vers locaux chauffés ou sous-stations

Chaufferie existante Réseau de chaleur

Distribution vers locaux chauffés ou sous-stations Figure 3.3 : Chaufferie desservant plusieurs bâtiments.

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Mise en place d’une chaufferie au bois

Chaufferie existante

Chaufferie bois

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Avantages : – plus de souplesse pour l'implantation et l'intégration de la chaufferie bois ; – maintien des chaufferies existantes conservées en sous-stations de relève ou possibilité de centraliser l'appoint ; – intérêt d'associer différents partenaires autour d'un projet (optimisation technico-économique) ; – externalisation de la production de chaleur sous l’égide de la collectivité. Inconvénients : – investissements plus importants du fait de la création d'un réseau de distribution de chaleur ; – nécessité de convaincre la collectivité puis tous les usagers de s’engager dans une démarche globale et au premier abord assez complexe (montage juridique notamment). 3.1.3. Exemples d’installations 3.1.3.1. Substitution d’une énergie fossile dans un réseau de chaleur urbain

Planoise est un quartier d’habitat vertical dense (ancienne ZUP) construit dans les années 1960-1970 et situé à l’entrée ouest de la ville de Besançon. Le réseau dessert le quartier de Planoise qui compte 19 500 habitants soit l’équivalent de la 3e ville du Doubs et la 6e de la région Franche-Comté. La ville de Besançon a choisi l’énergie bois en substitution du fioul lourd pour les raisons suivantes : – compétitivité économique (pas de surcoût pour les usagers, stabilité du prix de l’énergie bois) ; – sécurité d’approvisionnement (déconnexion du contexte politique mondial) ; – protection de l’environnement (lutte contre l’effet de serre) ; – création d’emplois locaux. Bâtiments desservis : – Logements : 8 319, dont 74 % de type logement social ; – Équipements : 4 166 équivalents logements répartis de la façon suivante : – 3 établissements médicaux (CHU, polyclinique, centre médico-chirurgical), – 16 établissements publics (État, département, Poste, France Télécom, etc.), – 3 établissements sociaux (Adapei, CCAS, centre social), – 16 établissements scolaires (5 maternelles, 5 groupes scolaires, 2 collèges, 2 lycées, 1 centre de formation, l’institut de formation), – 9 établissements commerciaux (hôtels, restaurants, centres commerciaux), – 1 établissement industriel, – 5 établissements de loisirs ou sportifs (bibliothèque, Le Forum, espace culturel, gymnase, piscinepatinoire). 3.1.3.2. Création d’un réseau de chaleur

Située au cœur du massif forestier des Andaines, dans une région où l’industrie du bois est une composante importante de l’activité locale, la commune de la Ferté Macé (7 348 habitants) a décidé de créer une chaufferie bois de 2 MW associée à un réseau de chaleur de 1,2 km dans la partie nord de la ville. Cette opération concerne 450 logements collectifs HLM, un groupe scolaire, une salle des sports, et un lycée technique. Elle permet la valorisation de 3 000 tonnes de bois par an. 3.1.3.3. Chaufferie dédiée à un bâtiment hospitalier

L’hôpital intercommunal de Grandris et Létra, près de Lamure-sur-Azergues dans le Beaujolais, prodigue des soins de longue durée et héberge des personnes âgées. Avec au total une centaine d’occupants toute l’année, les besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire sont très importants, les factures de fioul l’étaient également.

Montage des projets

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Tableau 3.1 : Quartier de Planoise – Descriptif technique et économique. Caractéristiques du réseau de Planoise Date de mise en service

Février 2006

Puissance totale utilisable

100 MW

Puissance bois

6 MW

Taux de couverture bois

18 %

Longueur du réseau existant

15 km

Sous-stations

156 800 m3 (autonomie 5 jours)

Aire de stockage

120 m3

Silo tampon Combustible utilisé

Plaquettes forestières et connexes de scieries en appoint

Consommation de bois

13 000 tonnes

Investissement

4 200 000 € HT

Tonnes de CO2 évitées

10 335 t/an

Tonnes de SO2 évitées

260 t/an

Ratio d’investissement

700 €/kW bois 27 €/tCO2 évitée (sur 15 ans)

Ratio gain environnemental

Tableau 3.2 : La Ferté-Macé – Descriptif technique et économique. Caractéristiques Date de mise en service Puissance totale

5,3 MW

Puissance bois

2 MW

Taux de couverture bois

80 %

Longueur du réseau existant Silo enterré Combustible utilisé Consommation de bois Investissement

1 200 m 250 m3 (autonomie 4 jours) Plaquettes/Écorces de scieries entre 45 et 55 % d’humidité 3 000 tonnes 1 130 000 € HT

Tonnes de CO2 évitées

1 330 t/an

Ratio d’investissement

565 €/kW bois

Ratio gain environnemental www.biomasse-normandie.org

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Janvier 1999

Mise en place d’une chaufferie au bois

57 €/tCO2 évitée (sur 15 ans)

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Tableau 3.3 : Hôpital intercommunal de Grandris et Létra – Descriptif technique et économique. Caractéristiques Date de mise en service

2003

Puissance totale

800 kW

Puissance bois

350 kW

Taux de couverture bois

80 %

Longueur réseau existant

0m 75 m3 (autonomie 1 semaine)

Silo enterré (volume) Combustible utilisé

Plaquettes forestières

Consommation de bois

500 tonnes 251 000 € HT

Investissement Tonnes de CO2 évitées

735 t/an

Ratio d’investissement

717 €/kW bois 23 €/tCO2 évitée (sur 15 ans)

Ratio gain environnemental www.hespul.org

Suite à une démarche de promotion du bois Énergie dans la vallée de l’Azergues, l’hôpital saisit l’opportunité et lance une étude de faisabilité pour ses locaux. L’hôpital s’est finalement équipé en 2003 d’une chaudière automatique à bois d’une puissance de 350 kW. Il consomme depuis 500 tonnes de plaquettes forestières chaque année, celles-ci étant produites et livrées par la coopérative Coforêt très proche. 3.1.3.4. Chaufferie en milieu rural avec autoproduction de bois

Située aux confins des quatre départements bourguignons, la maison du parc naturel régional du Morvan, composée de locaux administratifs, d’équipements muséographiques et d’infrastructures

Photo : Biomasse Normandie

Figure 3.4 : Chaufferie bois du quartier de Planoise.

Figure 3.5 : Chaufferie bois de la Ferté-Macé.

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Photo : Hespul

Figure 3.6 : Chaufferie bois de l’hôpital intercommunal de Grandris et Létra.

Figure 3.7 : Maison du parc régional du Morvan.

d’accueil touristique, comporte huit bâtiments qui disposaient de systèmes de chauffage variés (électrique, fioul, bois) ou qui n’étaient pas chauffés. Certains de ces équipements arrivant en fin de vie, le parc a souhaité procéder à un réaménagement complet du chauffage en utilisant une ressource locale. Le parc naturel régional du Morvan a choisi d’intégrer l’amont de la filière en assurant la production du combustible à partir de ressources locales en bois d’origine forestière et agricole (taille de haies) ou en provenance des bords de route (bois d’élagage). Tableau 3.4 : Maison du parc régional du Morvan – Descriptif technique et économique. Caractéristiques Date de mise en service Puissance bois

350 kW

Réseau

340 m

Taux de couverture bois

100 %

Hangar de stockage

600 m3

Équipements

Déchiqueteuse, tracteur, remorque

Silo planétaire

58 m3 (autonomie 2 semaines)

Combustible utilisé Consommation de bois Investissement total

Plaquettes forestières entre 25 et 30 % d’humidité 160 tonnes 238 000 € HT

Tonnes de CO2 évitées

235 t/an

Ratio d’investissement

680 €/kW bois

Ratio gain environnemental www.parcdumorvan.org

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Septembre 1998

Mise en place d’une chaufferie au bois

67,5 €/tCO2 évitée (sur 15 ans)

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3.2. Les étapes d’un projet Avant qu'un maître d'ouvrage prenne une décision en faveur de la réalisation d'une chaufferie bois (et éventuellement d'un réseau de chaleur) et afin d'apporter toutes les réponses souhaitables aux questions d'ordres technologique, économique et juridique, plusieurs étapes sont à respecter. [34]

Source : ADEME

Figure 3.8 : Les étapes du montage d’un projet.

3.2.1. Évaluation de la pertinence d’un projet L'opportunité de réalisation d'une chaufferie bois peut naître de multiples façons : – – – –

volonté de valoriser les ressources forestières locales ; rénovation ou création de bâtiments, changement de mode de chauffage ; nécessité pour un industriel du bois de trouver un débouché pour ses sous-produits ou déchets ; volonté politique d’adhérer aux démarches de maîtrise de l’énergie, de développement des énergies renouvelables et de lutte contre l’effet de serre ; – …

Dans tous les cas, il convient d’informer le maître d'ouvrage des spécificités de la filière bois-énergie. En effet, cette option ne consiste pas simplement à remplacer « à l’identique » une chaudière fioul ou gaz par une chaudière bois. Des visites de chaufferies bois (et les rencontres avec les collectivités maîtres

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d'ouvrage et les exploitants de celles-ci) compléteront utilement les réunions d'information organisées localement. Quand le maître d’ouvrage a clairement défini ses besoins, un dossier sommaire (parfois appelé dossier préalable ou étude de pré-faisabilité) est établi à partir de ratios simples pour déterminer si une étude plus poussée est nécessaire. Parfois, cette première approche peut amener le maître d’ouvrage à réviser sa demande (par exemple si les différents bâtiments qu’il était envisagé de raccorder par un réseau sont trop éloignés), voire à abandonner le projet. [35] 3.2.2. Réalisation d’une étude de faisabilité Monter une chaufferie bois (avec ou sans réseau de chaleur) suppose de bien concevoir le programme technique, d'en évaluer les implications économiques et de bien définir le cadre juridique dans lequel s’inscrit la démarche engagée par le maître d'ouvrage, en liaison avec tous les autres partenaires (futurs usagers, fournisseurs de combustibles…). Répondant à un cahier des charges précis et réalisée par un bureau d'études choisi après consultation, l'étude de faisabilité doit permettre de répondre à ces exigences. [36] 3.2.3. Décision du maître d'ouvrage L'étude de faisabilité est présentée au demandeur et à l'ensemble des décideurs concernés par le projet (usagers pressentis dans le cas d’un réseau de chaleur). Plusieurs réunions sont généralement nécessaires pour répondre à leurs questions et des délais assez longs peuvent ainsi s'écouler avant que le projet soit accepté par les différents partenaires concernés. Le montage juridique doit également être clairement défini au départ car, selon l'option retenue, les conséquences contractuelles (responsabilité des différents partenaires), financières et fiscales sont très différentes. [37] Il faut en particulier distinguer deux options : – la gestion directe qui, pour les établissements publics, conduira à passer des marchés de maîtrise d’œuvre et de travaux, d’exploitation et de fourniture de combustible ; – la gestion déléguée qui suppose de suivre, pour les collectivités, la procédure de mise en place d’une délégation de service public (loi Sapin) ou apparentée dans le cas d’un établissement public seul (bail emphytéotique avec convention d’exploitation non détachable). C'est également à ce stade du projet que les engagements en vue du montage financier du dossier doivent être obtenus (accords de subventions notamment). Un appel d'offres (ou une consultation pour une délégation de service public) est alors lancé, l'étude de faisabilité servant de base à l’établissement du cahier des charges. Suite à l'analyse des offres et à une délibération du conseil municipal ou du conseil d'administration de l'établissement, le maître d’ouvrage (ou son concessionnaire, son preneur à bail / emphytéote) peut engager les travaux. 3.2.4. Construction et mise en route de la chaufferie bois Une planification des travaux doit être réalisée et un suivi de la construction est nécessaire (prévoir plusieurs réunions de chantier). Avant la mise en route, des essais sont réalisés en relation avec le constructeur de la chaudière. Ce dernier assure une formation de quelques jours pour le personnel d'exploitation. Une réception des travaux doit être effectuée et les réserves éventuelles identifiées. 3.2.5. Suivi du fonctionnement Une fois que la chaufferie est construite et les travaux réceptionnés, la responsabilité de la conduite, de l’entretien et de la maintenance de l’installation incombe au maître d’ouvrage (exploitation en régie) ou à l’exploitant de chauffage. Il peut toutefois être intéressant, la première année, de prévoir un suivi

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de la part du bureau d’études qui a effectué l’étude de faisabilité ou la maîtrise d’œuvre pour éviter les dérives relatives à la qualité de l'approvisionnement ou de l'exploitation de la chaudière (entretien, surveillance…). Un bilan technique et économique annuel doit être réalisé. Il comprend nécessairement le contrôle des quantités de combustibles consommées (bois et énergie d'appoint), le relevé des dysfonctionnements qui ont pu survenir pendant la saison de chauffe ainsi que l’estimation du prix de revient de la chaleur pour une livraison à soi-même ou l’analyse du prix de vente de l’énergie thermique dans le cas d’un réseau de chaleur.

3.3. Structuration de l’approvisionnement en combustibles bois La structuration d’une filière de conditionnement du bois et d’approvisionnement en combustible est la première étape à engager pour envisager dans les meilleures conditions la mise en place de chaufferies bois. Deux situations peuvent se présenter : – Une structure d’approvisionnement existe. Pour savoir si elle est apte à répondre au futur cahier des charges du maître d’ouvrage de la chaufferie bois, il convient de se poser les questions suivantes : – Quels types et qualités de combustibles propose-t-elle ? – Quelles sont les capacités de stockage et de livraison (matériel de transport) ? – Quelles sont les garanties d’approvisionnement (quantité, qualité, prix, durée, régularité des livraisons, type de contrat proposé) ? – Quels services annexes sont éventuellement proposés (enlèvement des cendres...) ? – Une structure est à créer. Quelle que soit la filière de production et d’approvisionnement en combustible bois, il convient d’avoir toujours à l’esprit que l’objectif est de fournir au maître d’ouvrage ou à l’exploitant de la chaufferie un produit élaboré et prêt à l’emploi ainsi qu’un service optimum (engagement notamment sur la quantité, la qualité, le prix et la durée). 3.3.1. Typologie des structures d’approvisionnement On distingue plusieurs filières d’approvisionnement selon la taille de la chaufferie (quantité livrée chaque année), la distance entre le site de production et celui d’utilisation et le type de combustible bois consommé. [38] 3.3.1.1. Filière agricole

Cette structuration d’approvisionnement est mise en place par des agriculteurs, éventuellement regroupés en CUMA, pour alimenter des chaufferies individuelles ou collectives de puissance inférieure à 500 kW. 3.3.1.2. Filière forestière

Mise en place par des exploitants forestiers ou des coopératives forestières, cette filière leur permet de valoriser des bois sans débouchés (éclaircies, taillis, rémanents d’exploitation). 3.3.1.3. Filière industrie du bois

Mise en place par les industriels de la transformation du bois pour le commerce de leurs sous-produits (généralement en sous-traitant le transport), cette filière peut également caractériser une partie de l’activité d’une entreprise spécialisée dans la vente de combustibles bois (livraison en direct du détenteur de bois à la chaufferie).

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Source : ARM

Figure 3.9 : Typologie d'une filière d'approvisionnement en milieu agricole.

3.3.1.4. Filière entreprise spécialisée

Une entreprise spécialisée dans la vente de combustibles achète des matières premières ligneuses à leurs détenteurs (qui peuvent être actionnaires de la structure), les transforme en combustibles sur une plate-forme de conditionnement/stockage, réalise la livraison aux chaufferies et assure les relations fournisseurs/clients. Cette filière caractérise notamment les entreprises qui exercent une activité de collecte et de valorisation en combustible des déchets industriels (DIB). 3.3.2. Démarche pour la création d’une structure d’approvisionnement 3.3.2.1. Analyse de la ressource

L’objectif de cette analyse est d’évaluer le potentiel de bois disponible pour l’énergie, par nature et par origine, et d’estimer la concurrence qui pourrait exister entre le débouché énergétique et les valorisations existantes (pâte à papier, panneaux, bois de feu sous forme de bûches, compostage, litière animale, chimie...). Pour cela, il convient d’étudier, sur la zone considérée, l’activité de la filière forêt/bois en liaison avec les acteurs concernés (délégations régionales ADEME, interprofessions de la filière forêt/bois, DRAF, ONF, CRPF...), la gestion du patrimoine boisé des collectivités (bois d’élagage) ainsi que les autres gisements de biomasse (bois de rebut « propres », sous-produits agricoles tels que la paille...). En principe, les matières premières ligneuses d’origine forestière ou industrielle ont des débouchés spécifiques, notamment : – rondins pour la pâte à papier et le panneau ; – plaquettes blanches de scierie pour la pâte à papier ;

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Source : ARM

Figure 3.10 : Typologie d'une filière d'approvisionnement en milieu forestier.

– plaquettes grises et sciures pour les panneaux ; – sciures mélangées, écorces, bois de rebut et plaquettes forestières pour l’énergie. Toutefois, il existe certaines plages de recouvrement et des concurrences à la marge. Au titre des compétitions qui existent dans certaines régions, on peut citer : – les plaquettes blanches de scierie, susceptibles d’alimenter les petites chaufferies collectives qui acceptent un prix de combustible élevé (les quantités en jeu sont dérisoires au regard de la consommation papetière) ; – les broyats de bois de rebut, qui peuvent servir à la fabrication des panneaux ou être utilisés en chaufferie ; – les écorces, qui peuvent être orientées vers les chaufferies des industries de la trituration et des scieries ainsi que vers les chaufferies collectives, ou être utilisées comme support carboné pour le compostage ou encore pour le paillage viticole. À moyen terme, la consommation croissante de bois d’industrie et d’énergie semble inéluctable. Ainsi est-il impératif de développer des synergies entre l’approvisionnement des industries de la trituration et les chaufferies collectives de façon à mobiliser des ressources jusqu’à présent négligées. 3.3.2.2. Recensement des opérateurs

Pour garantir l’approvisionnement des chaufferies, quel que soit le cahier des charges du maître d’ouvrage ou de l’exploitant, il est indispensable de recenser l’ensemble des détenteurs de produits ligneux, et souhaitable de les fédérer au sein d’une structure juridique indépendante.

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Source : ARM

Figure 3.11 : Typologie d'une filière d'approvisionnement mise en place par les industriels du bois.

On distingue cinq grandes catégories d’opérateurs concernés : – les forestiers (propriétaires, gestionnaires de la forêt publique (ex. : ONF) et privée (ex. : coopératives forestières), exploitants et entrepreneurs de travaux forestiers) ; – les industries de la transformation du bois (scieries, menuiseries…) ; – les sociétés du secteur des déchets ; – les professionnels de l’agriculture ; – les collectivités publiques. 3.3.2.3. Étude de faisabilité ■

Aspects techniques

La production d’un combustible bois de caractéristiques précises nécessite un conditionnement de la matière première. L’étude technique consiste à définir les étapes de transformation (broyage, criblage/calibrage, dépoussiérage, déferraillage, stockage...) ainsi que les différents matériels et infrastructures nécessaires pour chaque matière première. Elle doit aussi examiner les différentes solutions pour la livraison des combustibles en chaufferie. ■

Aspects économiques et fiscaux

Le prix des combustibles (et éventuellement des autres produits fabriqués) doit être déterminé en fonction de leur qualité et des marchés envisagés. Il prend en compte l’achat de la matière première, les coûts de transformation (broyage, criblage...), de stockage, de manutention et de transport, les impôts et taxes ainsi que la marge commerciale.

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Source : ARM

Figure 3.12 : Typologie d'une filière d'approvisionnement mise en place par une entreprise spécialisée. ■

Aspects juridiques et financiers

La partie juridique évalue, pour la structure d'approvisionnement envisagée, les différents modes de gestion, de construction et d’exploitation des installations (plates-formes), les modalités de financement (autofinancement, emprunt, tiers investissement) et les implications fiscales des différentes options envisageables. 3.3.3. Montages juridiques et financiers 3.3.3.1. Gestion et exploitation d'une plate-forme

En principe, la gestion d’une structure d’approvisionnement relève d’une initiative privée mais, dans certains cas, un partenariat public/privé et exceptionnellement une démarche purement publique peuvent être envisagés. ■

Gestion et exploitation privées Cette solution existe sous plusieurs formes : – CUMA (groupement d'agriculteurs) ; – GIE (groupement de scieurs) ;

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– groupement de professionnels au sein d'une société civile ; – SA, SARL, EURL... Cette solution consiste à créer (ou à diversifier) une entreprise ou un groupement spécialisé qui se charge de conditionner, stocker et commercialiser les combustibles bois. L’entreprise qui exploitera la plate-forme acquiert des terrains et réalise l’ensemble des investissements immobiliers. Elle recourt à l’autofinancement et à des emprunts bancaires, et mobilise les aides publiques attribuables à une société privée (15 à 25 %). Pour une société en création, le programme d’investissement sera nécessairement assez modeste sauf si les actionnaires consentent à garantir les emprunts pour les investissements immobiliers de leur filiale. Avantages : – pas d'investissements pour la collectivité ; – absence de contraintes liées à la conception et à la mise en route de la structure ; – pas de problèmes de commercialisation si les chaufferies existent. Inconvénients : – pas de maîtrise des coûts ; – risque lié à l'arrêt de l'activité. ■

Gestion mixte : partenariat public/privé

La collectivité finance, sur ses fonds propres ou en ayant recours à un emprunt, les investissements immobiliers et bénéficie à ce titre de subventions (Union européenne, État, région, département). Les investissements éligibles aux subventions comprennent le terrain, les bâtiments et les voiries et réseaux divers. Dans une variante de cette solution, une SEM peut se substituer à la collectivité et intervenir en tant que maître d’ouvrage délégué. Dans ce cas, les aides accordées suivent le régime des aides publiques attribuables à la collectivité concernée. Dans le cas d’un financement par la collectivité (ou par une SEM), le contrat de location-vente entre le porteur public ou parapublic et l’entreprise sont régis par des conditions particulières (plafonnements du rabais consenti par la collectivité à l’entreprise en cas de location-vente, décret n° 2001-607 relatif à la prime d’aménagement du territoire – PAT). Le partenariat public/privé correspond à une forte implication de la collectivité et apporte des facilités de trésorerie à la société industrielle et commerciale qui n’a pas à apporter de garanties bancaires pour financer des aménagements immobiliers assez lourds. La société consacre alors ses moyens financiers à l’achat de matériels et à la mise en route de son activité (constitution d’un fonds de roulement, démarchage commercial…). ■

Portage public

Cette situation se rencontre exceptionnellement. À titre d’exemple, on citera le département des Landes qui a mis sur pied une structure d’approvisionnement pour ses propres besoins (collèges) ou encore le SYDED (Syndicat départemental d’élimination des déchets du Lot) qui approvisionne des chaufferies communales avec un combustible produit à partir des bois de rebut propres récupérés dans ses déchèteries. 3.3.3.2. Contrat de fourniture de combustible bois

Un contrat doit être signé entre la société d’approvisionnement et le gestionnaire de la chaufferie pour sécuriser durablement la fourniture de bois. Il doit être équilibré et préserver les droits du fournisseur (obligation d’achat d’une quantité minimale pour permettre l’amortissement des matériels) et de l’acheteur (notamment en évitant les dérives de prix). Le cahier des charges indique : – les quantités annuelles livrées, afin de limiter tout risque de rupture de l’approvisionnement obligeant l’exploitant à recourir à l’énergie fossile de secours, ce qui pénalise le résultat économique de l’installation ;

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Réalisation de la plate-forme par la collectivité et location ou location-vente à la société d’exploitation Deux solutions sont à considérer selon qu’il y a vente de la plate-forme à la société l’exploitant ou non.

Solution 1 : Location avec clause d’achat Un rabais est autorisé pour le calcul du loyer, en sachant que l’on peut appliquer une décote de 20 % à la valeur de construction pour la base de calcul du loyer. L’entreprise bénéficiaire du loyer doit satisfaire les conditions suivantes : – effectif inférieur à 250 salariés ; – chiffre d’affaires inférieur à 27 millions d’euros ; – moins de 25 % du capital détenu par des entreprises de plus de 250 salariés et de plus de 27 millions d’euros de chiffre d’affaires. Cette solution présente : – Des avantages : • toutes aides publiques possibles, • pas de négociation bancaire privée pour le financement, • possibilité de négocier le démarrage et l’échéancier de la location. – Des inconvénients : • coût légèrement plus élevé du projet, • allongement de la procédure décisionnelle (variable).

Solution 2 : Location sans clause d’achat Le montant des loyers est fixé selon le prix du marché au niveau local, cette valeur n’est pas directement liée à la valeur de construction du bien mais de l’offre et de la demande locales. À partir du montant de cette valeur de location, établie en fonction du marché, un rabais maximal peut être consenti à concurrence du montant de la subvention perçue par la collectivité. Quand il existe peu de références pour les valeurs de location de bâtiments industriels, la détermination du montant de la location est souvent rapprochée de la valeur de la construction et de sa durée d’amortissement retenue, ce qui rapproche des valeurs déterminées dans la solution 1 avec clause de rachat. Dans tous les cas, le plafond du rabais consenti est de 100 k€ par période de 3 ans. La différence réside surtout, pour cette solution 2, dans la prise en charge des frais d’entretien des biens qui, dans le cas d’une simple location, restent à la charge du bailleur. – la qualité (granulométrie régulière, taux d’humidité constant, absence de poussières et d’impuretés telles que clous et plastiques), de nombreux problèmes d’exploitation en chaufferie étant liés au non-respect de ces critères ; – le prix, maîtrisé par une formule de révision basée sur plusieurs indices INSEE dont l'évolution suit approximativement l’inflation. Le combustible est généralement facturé à la tonne livrée, une

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correction pouvant être apportée en fonction de l’énergie réellement fournie (mesurée au compteur à calories) et du rendement chaudière qui doit alors être défini dans le contrat ; – la durée, la société devant être en mesure de garantir un approvisionnement sur plusieurs années, les maîtres d’ouvrage et exploitants pouvant même rechercher un engagement sur la durée d’amortissement des chaufferies dans le cas d’une délégation de service public (20 à 24 ans). – les modalités de livraison (moyen de transport, volume, tranches horaires...) ; – la procédure de contrôle de la qualité du combustible. Il peut également préciser certaines prestations : enlèvement des cendres, nettoyage de l’aire de livraison, vérification du niveau de remplissage du silo... Dans le cadre d’un marché public, le contrat doit comporter un acte d’engagement et un cahier des spécifications techniques. 3.3.4. Prix des combustibles bois Le prix des combustibles bois est constitué de plusieurs éléments de coûts : – la matière première ; elle peut coûter jusqu’à 15 €/t (plaquettes de scieries par exemple) ou avoir une valeur nulle ou négative (bois de rebut propres) ; – la transformation, qui peut être plus ou moins élaborée ; d’un simple stockage pour les sciures à une chaîne plus conséquente pour les bois de rebut (double broyage, déferraillage, criblage, stockage) ; – le transport, incluant tous les trajets nécessaires du détenteur de la matière première jusqu’à la chaufferie (donc y compris le passage sur une plate-forme de conditionnement/stockage si nécessaire) ; – l’amortissement des équipements et des infrastructures ; – les frais de gestion, impôts et marge commerciale, de l’ordre de 20 % du prix du combustible.

Les combustibles bois peuvent être commercialisés à la tonne mais également au MWh sortie chaudière : faire alors une correction à partir du prix du ! MWh entrée chaudière en considérant un rendement chaudière forfaitaire (accord entre le fournisseur et l’exploitant). 3.3.4.1. Coût des opérations de conditionnement de la matière première en combustible

Le coût de ces opérations est extrêmement variable d’une situation à l’autre et dépend notamment des caractéristiques des matières premières, de la complexité des opérations de transformation à effectuer, d’éventuelles ruptures de charge, de la distance de livraison entre le site de production et la chaufferie, du matériel de transport utilisé. C’est la raison pour laquelle on ne peut proposer que des fourchettes relativement larges, ces coûts devant être évalués de façon fine au cas par cas. 3.3.4.2. Prix de vente des combustibles

Le prix des combustibles dépend du prix de revient (marge comprise) mais également d’autres paramètres : quantité livrée (par an et par rotation de camion), distance de livraison. Ainsi, pour les petites chaufferies (< 500 kW), le prix plus élevé du combustible se justifie par une qualité supérieure (exigée par la technologie, en particulier les vis sans fin) mais également par des frais de livraison importants pour de petits volumes.

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Tableau 3.5 : Coût des opérations de conditionnement (2004). Opération

Coût (en €/t )

Abattage / tronçonnage / débardage

8 -18

Élagage

7-8

Déchiquetage

9-45

Broyage

3-15

Criblage

3-10

Stockage

2-5

Transport

3-15

Source : Biomasse Normandie

Le tableau 3.6 donne les prix indicatifs des combustibles à l’entrée de la chaudière. Tableau 3.6 : Prix indicatifs de combustibles bois (2005). Prix entrée chaudière Combustible €/t

€/MWh PCI

Granulés (en vrac)

190 (160-260)

40,5 (34-55)

Écorces / sciures

25 (18-30)

13 (9-16)

Broyat de DIB

36 (30-55)

12 (10-18)

Plaquettes forestières

16,5 (15-18)

Source : Étude ADEME - PHOROS 2005

3.3.4.3. Fiscalité liée aux combustibles bois

Le combustible bois est soumis à une TVA à taux réduit (5,5 %) lorsque l’utilisateur de la chaleur l’achète en direct à son fournisseur ou par un intermédiaire qui facture une prestation globale. Le combustible d’appoint (fioul ou gaz) est soumis à une TVA à taux plein.

3.4. Création de la chaufferie bois 3.4.1. Maîtrise d’ouvrage Avant d’analyser un projet de chaufferie bois, éventuellement associée à un réseau de distribution de chaleur, il convient de déterminer les statuts juridiques du maître d’ouvrage porteur du projet et des usagers potentiels. En effet, les implications techniques, économiques, juridiques, financières et fiscales sont différentes selon les cas.

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Pour cela, on doit se poser quatre questions : – le maître d’ouvrage est-il une personne de droit public ou une société de droit privé, sachant qu’on peut être confronté à des structures intermédiaires de type « tertiaire privé non marchand à but non lucratif » comme les associations gestionnaires des établissements de santé ou de personnes handicapées qui sont assimilables au secteur non concurrentiel ? – dans le cas où le maître d’ouvrage est une personne de droit public, est-il la collectivité territoriale (ou l’intercommunalité) ou un établissement public relevant d’un autre échelon territorial (État, région, département) ou bien encore un établissement public à autonomie financière (hôpital, maison de retraite...) ? – y a-t-il plusieurs usagers juridiquement distincts de l’entité qui produira la chaleur ou bien est-on face à un producteur/consommateur de chaleur unique (livraison à soi-même) ou à une situation s’y apparentant (cas, par exemple, d’une cité scolaire avec un lycée qui revend une prestation de chauffage au collège voisin) ? – dans l’hypothèse où seuls des bâtiments publics sont concernés, s’agit-il uniquement de bâtiments du patrimoine communal ou y a-t-il des bâtiments non communaux (maison de retraite...) ? On aboutit à quatre configurations principales : – Une maîtrise d’ouvrage purement privée, y compris dans le cas de la desserte de plusieurs entreprises industrielles sur une zone d’activité. – Une maîtrise d’ouvrage publique assurée par un établissement public pour ses propres besoins ou ceux d’un organisme apparenté (cité HLM avec plusieurs bailleurs sociaux par exemple). – Un réseau de chaleur municipal desservant uniquement des bâtiments communaux, qui peut être géré directement par la collectivité au travers d’un service public administratif (SPA). Ces deuxième et troisième configurations peuvent être regroupées sous l’expression générique « chaufferies dédiées » car desservant uniquement des bâtiments appartenant au maître d’ouvrage. – Un réseau de chaleur urbain au sens de la loi de 1980 sur les économies d’énergie, c’est-à-dire un service public local facultatif de distribution d’énergie calorifique à des usagers publics ou privés, compétence communale que la commune peut éventuellement transférer à un groupement de communes (communauté d'agglomération, communauté de communes, syndicat…)1. Ceci suppose qu’un des usagers au moins soit juridiquement distinct de la collectivité propriétaire de l’installation. Seule la partie primaire des installations (chaufferies, réseau et sous-stations) concerne le service public. 3.4.2. Montage technique ■

Détermination des paramètres techniques Ce sont : – le dimensionnement de la chaufferie bois (principe de la bi-énergie) et du réseau de distribution de la chaleur éventuellement associé (cf. paragraphe 3.1.2) ; – les consommations prévisionnelles de bois et des combustibles d'appoint ; – le choix de la technologie et des matériels (stockage, alimentation automatique, générateur de chaleur, traitement des fumées et des cendres...) ; – le descriptif du lieu d'implantation et du génie civil (chaufferie, VRD...) ; – le principe de la distribution d'énergie (réseau de chaleur, sous-stations).

1

Les OPAC sont autorisés à réaliser des délégations de service public, contrairement aux OPHLM. Le statut d'OPHLM est par ailleurs appelé à disparaître au profit de celui d’OPAC.

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■

Adéquation entre technologie et combustible

Pour concevoir avec succès une chaufferie bois, il faut définir la meilleure adéquation entre les caractéristiques du combustible et la technologie des équipements. Plus le combustible est élaboré (calibré, sec), plus il est cher mais moins la technologie est complexe et donc onéreuse (système d’alimentation automatique en particulier). À l’inverse, plus le combustible est grossier et humide, moins il est cher mais plus les technologies sont robustes et sophistiquées donc coûteuses. Le tableau 3.7 présente les différents types de combustibles qu'il est envisageable d'utiliser selon la puissance de la chaudière. Tableau 3.7 : Les combustibles bois en chaufferie. Catégories de combustibles

Technologies d’alimentation et de combustion adaptées *

Hétérogène humide Non calibré humide

5 à 10 MW Dessilage : racleurs Convoyage : racleurs ou bande transporteuse Foyer : grilles inclinées mobiles, forte inertie

Calibré humide

Non calibré sec

Calibré sec

Gamme d’utilisation

800 kW à 5 MW > 500 kW

Dessilage : racleurs Convoyage : racleurs ou bande transporteuse Foyer : grilles, faible inertie

> 800 kW

Dessilage : tout type Convoyage : tout type Foyer : à creuset ou à grilles, faible inertie

Toutes puissances

Dessilage : par gravité Convoyage : vis Foyer : brûleur de faible inertie

Toutes puissances

Granulés

*Les foyers à lit fluidisé sont des chaudières de forte capacité (> 20 MW), notamment dédiées aux installations de cogénération. Ils exigent un combustible de granulométrie régulière.

■

Offre des constructeurs de chaudières La plupart des constructeurs français et européens fournissent : – la chaudière bois ; – le système d’alimentation automatique ; – le système de régulation par automate programmable ; – les équipements de traitement de fumées et d’évacuation des cendres. Ils assurent la mise en service de la chaudière. En option, ils peuvent proposer : – la fourniture du conduit de cheminée ; – la formation du personnel chargé de l’exploitation ; – un contrat de maintenance (entretien annuel) ; – un contrat d’assistance à l’exploitation à distance. Leur prestation s’arrête à la chaudière biomasse et à ses équipements périphériques. Elle ne concerne pas : – les chaudières d’appoint ; – la conception et l’installation des réseaux hydrauliques en chaufferie, du réseau primaire et des sous-stations ;

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– la conception et la réalisation du génie civil (local chaufferie, silo tampon, voirie) ; par contre, les constructeurs livrent un plan de principe avec encombrement de leur équipement. Le maître d’œuvre (généralement un bureau d’études thermiques associé à un architecte) assure la coordination entre : – l’entreprise de travaux publics pour le génie civil et la voirie ; – le constructeur de la chaudière bois qui l’installe ; – l’installateur/chauffagiste chargé de la pose des chaudières d’appoint et des raccordements hydrauliques et électriques en chaufferie ; – l’entreprise chargée de la pose du réseau et des travaux en sous-stations (interface sous-stations / réseaux secondaires).

Impacts environnementaux et sociaux du bois-énergie Le bois-énergie : une éco-technologie Implanter une chaufferie bois procure des retombées positives en matière d'énergie, d'environnement et de développement local : – substitution d'une énergie renouvelable décentralisée à des combustibles importés : 1 000 tonnes de bois à 35 % d'humidité économisent 260 tep de combustible fossile ; – limitation des émissions de gaz à effet de serre (1 000 tonnes de bois substitué évitent l'émission nette de 600 à 800 tonnes de CO2) ; – valorisation des cendres de bois en agriculture ou sur des plates-formes de compostage ; – désencombrement des décharges (6 000 m³ libérés pour 1 000 tonnes de bois).

Bilan ACV (Analyse de Cycle de Vie) des filières bois-énergie : Les tableaux 3.8 et 3.9 présentent l’énergie consommée et les émissions de gaz à effet de serre générées pour produire un MWh utile via une chaufferie collective bois avec réseau de chaleur. Ces indicateurs sont calculés sur l’ensemble de la chaîne du combustible, c'est-à-dire du bois en forêt à la génération de cendres et à la distribution de chaleur sur le réseau (méthodologie ACV : analyse de cycle de vie). Ces valeurs sont comparées aux indicateurs des autres énergies. [39] Tableau 3.8 : Bilan énergie. Énergie

MWh énergie primaire non renouvelable consommé / MWh utile

Chauffage collectif au bois avec réseau de chaleur :

112

– plaquettes forestières

0,26

– sciures et écorces

0,17

– broyats de palettes et cagettes

0,23

Chauffage collectif gaz avec réseau de chaleur

1,28

Chauffage collectif fioul avec réseau de chaleur

1,50

Chauffage individuel électrique

3,03

Mise en place d’une chaufferie au bois

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Tableau 3.9 : Bilan effet de serre. Énergie

kgeCO2 émis / MWh utile

Chauffage collectif au bois avec réseau de chaleur : – plaquettes forestières

24

– sciures et écorces

8

– broyats de palettes et cagettes

14

Chauffage collectif gaz avec réseau de chaleur

242

Chauffage collectif fioul avec réseau de chaleur

490

Chauffage individuel électrique

105

Une filière créatrice d'activités et d'emplois L'exploitation d'une chaufferie bois, associée à une vente d'énergie, constitue une activité économique soumise à la taxe professionnelle. Les communes peuvent utiliser ces nouvelles recettes pour encourager d'autres activités ou développer les services collectifs. [40] Le bois-énergie permet de créer environ trois fois plus d'emploi local que les énergies concurrentes. Hormis la fabrication des matériels, on estime qu'une consommation de 3 000 t/an de biocombustibles correspond à la création de deux emplois durables à temps plein dans les entreprises régionales pour : – l'entretien du paysage et l'exploitation forestière ; – la collecte des matières premières ; – le conditionnement (broyage/mélange), le stockage et le transport des biocombustibles jusqu'à la chaufferie ; – l'exploitation des chaufferies. L’ADEME a élaboré une méthode de calcul intitulée « Modèle JEFF » (Job Effet) qui permet d'évaluer l'impact des projets utilisant des énergies renouvelables (bois notamment) sur l'emploi régional et national (site internet de l’ADEME : www.ademe.fr). 3.4.3. Analyse économique L’étude technico-économique doit prendre en compte deux ou trois variantes au maximum, pour lesquelles on doit évaluer les données suivantes : – coût d’investissement (équipements et génie civil) ; – coût d’exploitation (main-d’œuvre, entretien, remplacement de matériel...) ; – coût de combustibles (bois et appoint) ; – coût global de production/distribution de la chaleur. Seront successivement présentés les paramètres économiques clés puis l’analyse des critères utilisés pour évaluer la viabilité d’un projet.

Montage des projets

113

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3.4.3.1. Paramètres économiques clés ■ ■

Investissements Coûts d’investissement Les investissements sont répartis en six lots principaux : – la ou les chaufferies bois, y compris les équipements automatiques et périphériques (traitement des fumées, évacuation des cendres) ; – éventuellement les générateurs d’appoint au fioul domestique ou gaz naturel ; – le génie civil (chaufferie proprement dite et silo tampon) et les aménagements de la voirie extérieure ; – les équipements annexes en chaufferie (hydraulique et régulation du primaire, cheminée) ; – éventuellement le réseau primaire et les sous-stations ; – les études et la maîtrise d'œuvre.

Les postes infrastructures (génie civil et voirie) et réseaux peuvent représenter une part très importante du montant total des investissements.

Source : Biomasse Normandie

Figure 3.13 : Coût moyen d’investissement d’une chaufferie bois, hors génie civil et réseau (2004).

On observe une économie d’échelle jusqu’à 500 kW. Au-delà, le coût d’investissement est compris dans une fourchette de 150 à 200 k€/MW bois. • Financement des investissements (hors subvention) On distingue deux cas : – Gestion directe, mixte ou affermage. La réalisation des travaux de construction est sous la responsabilité directe du maître d'ouvrage qui peut faire appel à différents moyens de financement des investissements (tableau 3.10). – Concession ou bail emphytéotique administratif avec convention d’exploitation non détachable. Le financement est réalisé par le concessionnaire ou preneur à bail / emphytéote (sur fonds propres ou en ayant recours à l’emprunt ou au crédit-bail) qui peut percevoir directement les subventions.

114

Mise en place d’une chaufferie au bois

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Tableau 3.10 : Moyens de financement des investissements. Nature

Imputation budgétaire

Autofinancement

Remarques Généralement limité.

Investissements Emprunt

Couramment utilisé Taux 2006 : 4 à 5 % Durée : 12 à 20 ans

Crédit-bail (Sofergie)

Location avec retour de biens en fin de contrat Durée : 5 à 12 ans Fonctionnement

Tiers financement

Financement par société extérieure. Remboursement sur économies réalisées

• Subventions à l’investissement Des aides publiques sont proposées par différents organismes publics (ADEME, conseils régionaux et généraux, fonds structurels européens) et permettent de réduire la charge d’amortissement de la chaufferie bois et du réseau. À titre d’exemple, une subvention correspondant à 50 % du montant total des investissements entraîne ipso facto un abaissement de 50 % de la charge d’amortissement qui sera répercutée dans le prix de revient de la chaleur. • Fiscalité liée aux investissements Si la maîtrise d’ouvrage est privée, les investissements sont soumis au taux normal de TVA en vigueur, soit 19,6 %, avec récupération. Si la maîtrise d’ouvrage est publique, en ce qui concerne la récupération de la TVA sur les investissements, les mécanismes rencontrés sont variables : – pour les collectivités maîtres d'ouvrage, il y a récupération de TVA par le fonds de compensation sauf si le financement est assuré par tiers-investissement ou par crédit-bail ; – pour les établissements publics autres (hôpitaux, organismes HLM), il n'y a en règle générale pas de récupération de TVA sur les investissements.

! ■

En l’absence de lien direct entre l’attributaire et le bénéficiaire de subventions d’équipement, celles-ci ne sont jamais assujetties à la TVA (instruction fiscale n° 181 du 22 septembre 1994 de la Direction générale des impôts).

Exploitation

• Coûts d’exploitation Les coûts d’exploitation comprennent : – la conduite et l’entretien courant des installations (classiquement regroupés sous le terme P2) : frais de personnel et d’entretien, fournitures et consommables, électricité ; – le gros entretien et le renouvellement de matériel (P3) ; – les assurances ; – les impôts et les taxes ; – éventuellement la marge commerciale de l’exploitant.

Montage des projets

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La TVA dans les projets communaux La collectivité peut être confrontée à deux situations administratives et fiscales : – Si le réseau ne dessert que ses propres bâtiments, la production de chaleur s’effectue par le biais d’un service public administratif (SPA). Dans ce cas, elle bénéficie du fonds de compensation de la TVA (FCTVA) sur les investissements, sauf si elle a fait appel au crédit-bail. La fourniture de chaleur aux bâtiments communaux n'est pas, quant à elle, considérée comme une activité située dans le champ d'application de la TVA. La collectivité ne récupère pas la TVA sur les charges de fonctionnement (contrat d’entretien/maintenance taxé à 19,6 %). La collectivité peut acheter le combustible bois à un taux réduit de TVA (5,5 %). – Si la collectivité est amenée à vendre de la chaleur à des usagers publics ou privés (particuliers, professionnels, organismes HLM…), elle doit créer un service public à caractère industriel et commercial (SPIC). Le Code général des impôts (articles 256 et 293B) stipule un seuil à prendre en compte : – Si le chiffre d’affaires lié à la vente de chaleur excède 27 000 € par an (cas le plus fréquent correspondant à une consommation supérieure à 450 MWh), l'activité est assujettie à la TVA. La régie récupère celle-ci sur l'investissement et sur les dépenses de fonctionnement, elle pourra prochainement refacturer à taux réduit aux clients du réseau (cf. plus loin). – En deçà de ce seuil, la collectivité peut choisir de bénéficier du régime de la franchise en base : elle ne récupère pas la TVA sur le fonctionnement ni sur les investissements par voie fiscale mais peut bénéficier du FCTVA sur les investissements (circulaire du ministère de l’Intérieur du 23 septembre 1994). Dans ces deux cas, le SPA ou le SPIC nécessitent la mise en place d'un budget propre garantissant une transparence comptable des produits et des charges relatifs à la gestion du service. Enfin, le SPA peut bénéficier d'une exonération de la taxe professionnelle (TP), par contre le SPIC exerçant une activité commerciale, doit la supporter, mais peut bénéficier des exonérations légales (plafonnement à 3,5 % de la valeur ajoutée). Le mode de calcul de la TP prend en compte la totalité des investissements et non la seule partie à la charge de la collectivité après subventions. La TP peut donc constituer un poste assez lourd de la facture adressée aux usagers.

Il est extrêmement difficile de donner une estimation générale des coûts d’exploitation (P2, P3 et charges de structure) : selon la taille de l’installation, l’étendue des prestations, le nombre d’usagers avec facturation, les provisions pour risques (impayés...), les impôts et taxes, ces coûts peuvent aller de 15 à 40 €/kW bois installé. Il faut donc examiner les projets au cas par cas. [42] Le coût annuel du gros entretien et renouvellement de matériel est couramment estimé à 3 % du coût des équipements hors génie civil et réseau de distribution de la chaleur (et hors subventions). • Fiscalité liée à l’exploitation En régie, les frais de personnel d’une collectivité ne sont pas taxables et donc non soumis à TVA.

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Quand l’exploitation technique est réalisée par une société de droit privé, elle est soumise à TVA au taux plein en général sauf pour : – les logements sociaux qui peuvent bénéficier d’une TVA à taux réduit (cf. encadré) ; – les réseaux de chaleur dont la fiscalité est en cours d’évolution : le taux réduit à 5,5 % sera applicable sur l’abonnement quelle que soit l’énergie utilisée (projet de loi adopté le 30 juin 2006).

Logements HLM : une fiscalité indirecte (TVA) complexe Les charges inhérentes à la production de chauffage et d'eau chaude sanitaire se décomposent en plusieurs postes distincts qui sont soumis à des règles fiscales différentes suivant l'affectation des bâtiments ou équipements (locaux à usage d'habitation conventionnés ou non, de plus de deux ans ou non, ou établissements du tertiaire) et en fonction du système de fourniture d'énergie utilisé (chaufferie propre à l'établissement ou raccordement à un réseau de chaleur urbain). Dans le cas particulier des logements sociaux, l’article 24 de la Loi de Finances 2004 (commenté par l’instruction fiscale 8-A-1-04 du 28 janvier 2004) permet aux organismes bailleurs de bénéficier d'une TVA à 5,5 % sur une partie des charges liées à la production d'énergie. [43] On distinguera deux cas :

1 - Cas d'une chaufferie dédiée (maîtrise d'ouvrage par l'organisme HLM – logements conventionnés de plus de deux ans) Dans ce cas, les charges de chauffage correspondent à des prestations d'exploitation de chauffage (P1, P2, P3) et de financement d'investissements par l'organisme HLM (tableau 3.1). Tableau 3.11 : Charges d’une chaufferie dédiée. Taux de TVA applicable sur les prestations d'exploitation P1 « Combustible ou énergie »

19,6 % sur la totalité de la facture, en général 5,5 % sur la facture de combustible bois

P2 « Conduite et entretien courant »

5,5 % sur la totalité de la facture

P3 « Gros entretien - garantie totale »*

5,5 % sur 80 % de la facture 19,6 % sur les 20 % restants avec possibilité de livraison à soi-même

* Règle de répartition relevant de l’instruction 3-C-7-00

Le financement des investissements (rénovation ou création de chaufferie par exemple) est soumis au taux de TVA réduit à 5,5 %.

2 - Cas du raccordement à un réseau de chaleur urbain Cf. page 122 : fiscalité en cours d’évolution

Montage des projets

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3.4.3.2. Analyse de la viabilité économique d’un projet

La viabilité économique d’un projet de chaufferie bois, associée ou non à un réseau de chaleur, s’appréhende de deux points de vue bien distincts : – Celui de l’industriel qui investit ou de l’opérateur énergétique qui réalise et finance les travaux et éventuellement assure la gestion et l’exploitation des installations (concessionnaire ou preneur à bail / emphytéote). L’entreprise va chercher à évaluer la rentabilité des capitaux investis sur la durée de vie des installations (ou du contrat). – Celui des usagers publics ou privés, qui produisent de la chaleur pour leurs besoins propres (livraison à soi-même) ou qui l’achètent à la collectivité (régie) ou à son délégataire (affermage ou concession). L’usager va comparer, toutes charges confondues, le prix de la chaleur de la situation de référence (fioul ou gaz) à celui de la situation alternative envisagée (bois + appoint) obtenue « sortie chaudière » ou qui lui est livrée par le réseau « rendue sous-station ». ■

Approche économique et financière du point de vue de l’industriel ou de l’opérateur énergétique

La viabilité économique du projet s’apprécie à partir de ratios comme le temps de retour brut différentiel (TRBd) des investissements ou le taux de rentabilité interne (TRI) des capitaux investis. • Le temps de retour brut différentiel (TRBd) C’est une notion très sommaire, de moins en moins utilisée, notamment parce qu’elle ne prend pas en compte la démarche d’actualisation; ce critère n’a d’intérêt que pour hiérarchiser rapidement plusieurs variantes et déterminer laquelle apparaît a priori la plus favorable : Surcoût d’investissement total après subvention

TRBd =

Économie obtenue sur le combustible – Surcoût d’exploitation de la solution bois

Illustration du TRBd : exemple chiffré Surcoût d’investissement total Subvention 50 % Surcoût d’investissement à la charge du maître d’ouvrage Coût du combustible de référence (fioul ou gaz) Coût du combustible bois + appoint Économie sur l’achat du combustible Surcoût annuel d’exploitation sur la chaufferie bois

150 000 € 75 000 € 75 000 € 50 000 € 25 000 € 25 000 € 15 000 €

TRBd = 75 000 / (25 000 – 15 000) = 7,5 ans

• La valeur actuelle nette du projet (VAN) C’est la somme des résultats d’exploitation annuels actualisés diminuée de l’investissement initial après subvention. Le taux d’actualisation à prendre en compte est le coût moyen pondéré des ressources en capital (fonds propres et emprunts). Le projet est rentable si la VAN est supérieure à zéro. Pour qu’un projet soit suffisamment rentable et attractif pour un investisseur privé, le ratio entre la VAN et le coût d’investissement après subvention (le taux d’enrichissement en capital) doit être supérieur typiquement à 0,3. Cette dernière valeur peut être plus faible, voire nulle, pour un investisseur public.

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Mise en place d’une chaufferie au bois

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• Le taux de rentabilité interne (TRI) C’est un ratio financier couramment utilisé par les groupes industriels et les banques pour évaluer la rentabilité des capitaux investis, à partir de données financières tirées des comptes de résultats prévisionnels établis sur la durée de vie des installations. Le TRI correspond au taux d’actualisation pour lequel le cumul des capacités d’autofinancement (CAutoFinancement) égale le capital investi : la valeur actuelle nette (VAN) s’annule. p=N

VAN = 0 =

0=

Σ CAutoFinancement (1 + TRI)- p – I

p=1

avec : – CAutoFinancement : capacité d'autofinancement, – p : numéro de l'annuité, – N : nombre total d'annuités, – I : capital investi (après subventions), – TRI : taux de rentabilité interne recherché. Ce calcul du TRI peut s’effectuer à partir de logiciels préprogrammés (Excel par exemple) ou du logiciel Ecoprojet réalisé par l’ADEME. Le TRI recherché par les opérateurs énergétiques (compagnies de chauffage) est nécessairement supérieur au taux bancaire et habituellement compris dans une fourchette de 10 à 15 % selon la nature des projets et l’évaluation des risques techniques et financiers présumés. Dans le cadre d’un projet délégué par la collectivité (concession) ou l’établissement public (bail emphytéotique administratif), donc financé par un tiers opérateur, c’est un des critères d’appréciation des offres remises par les concurrents : plus le TRI est bas, plus le candidat a « serré sa marge » au bénéfice de la collectivité et des usagers. Mais ce n’est évidemment qu’un des critères d’évaluation des offres. • Le temps de retour actualisé (TRA) C’est la durée d’exploitation à partir de laquelle la VAN du projet devient positive. La TRA du projet doit être inférieure à la durée d’exploitation contractuelle (tableau 3.12). ■

Approche économique et financière du point de vue des usagers publics et privés

• Prix de revient ou de vente de la chaleur bois et comparaison avec la situation de référence La mise en œuvre d'un projet bois-énergie suppose d'analyser sa viabilité économique par rapport à la situation de référence de production/distribution primaire de l’énergie caractérisée dans l’étude de faisabilité. Cette comparaison est effectuée en coût global, celui-ci résultant du cumul des coûts d’amortissement, des coûts d’exploitation et des coûts de combustibles. Pour les organismes HLM, cette méthode est un indicateur et doit être accompagnée d’une analyse en termes de charges récupérables ou non auprès des locataires. Pour effectuer une comparaison correcte, trois points sont à prendre en compte : – le coût d’amortissement de l’installation bois est tout d’abord calculé hors subvention (le coût de la chaleur bois est alors en général supérieur au coût de référence) puis en intégrant les subventions à l’investissement (celles-ci ont pour objet de permettre à la chaleur bois d’être compétitive par rapport à la chaleur de référence fioul ou gaz) ; – dans le cas d’un établissement unique ou d’un réseau de chaleur communal desservant uniquement des bâtiments communaux (livraison à soi-même), on analyse le prix de revient poste par poste, avec ou sans TVA suivant qu’il y a assujettissement et/ou récupération ou non ;

Montage des projets

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Tableau 3.12 : Compte d’exploitation prévisionnel. Coût annuel

Référence fioul ou gaz

Alternative bois + appoint

Achats Fournitures/consommables Combustibles bois Combustible fioul/gaz Électricité Matériels/équipements Services extérieurs Sous-traitance/location/transport Entretien/réparation Assurances Études/honoraires Frais de personnel Salaires Impôts et taxes Taxes (TIPP, TP...) Impôt sur les sociétés Charges d’exploitation (hors amortissement) Amortissement et frais financiers Résultat d’exploitation Ensemble des charges (chiffre d’affaires) Total produits (vente de chaleur)

– dans le cas d’une vente d’énergie calorifique, on raisonne en HT s’il y a récupération de la TVA (client industriel) et en TTC lorsque les usagers (cas général) ne récupèrent pas la TVA (établissements publics, logements HLM, particuliers). Dans le cas d’un réseau de chaleur, le coût global moyen au MWh utile (énergie rendue sous-station) est établi puis comparé aux coûts de référence moyen et de chacun des usagers (énergie sortie chaudière) : si le coût de la chaleur bois est plus élevé que celui de la situation de référence, il convient d’examiner si le projet peut être amélioré ou si la démarche doit être déclarée infructueuse (le cas où les usagers acceptent de payer l’énergie verte à un prix supérieur à la référence fossile étant très rare). Les paramètres sur lesquels il est parfois possible de jouer sont : – l’optimisation technico-économique du projet, par exemple en restreignant le périmètre du réseau initialement envisagé ; – le montant des subventions à l’investissement de façon à abaisser la charge de l’amortissement ;

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Mise en place d’une chaufferie au bois

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Source : Biomasse Normandie *La décomposition est variable d’un projet à l’autre et dépend de l’origine et de la nature du bois (et donc de son prix), de la longueur du réseau, du rapport puissance/consommation...

Figure 3.14 : Exemples de décomposition des prix de revient de la chaleur bois et de la chaleur gaz ou fioul *.

– le prix du combustible bois en recherchant un autre fournisseur et/ou une autre origine de la matière première. Rappelons que, dans le cadre d’un service public de distribution d’énergie calorifique et du principe d’égalité de traitement des différents usagers, le tarif de vente de la chaleur doit être équitable et ne varier qu’en fonction des profils de consommation des usagers. Par exemple, le prix de vente sera moins élevé pour un gros consommateur industriel ayant des besoins de chaleur sur toute l’année que pour un consommateur de taille moyenne ayant un usage très intermittent (exigeant de forts appels de puissance

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Tableau 3.13 : Coûts moyen de la chaleur pour les chaufferies bois collectives dans l'habitat-tertiaire *. Puissance bois en base (kW)

Coût moyen (€ TTC/MWh utile)

50 < P < 300

60 à 80

300 < P < 800

50 à 70

800 < P < 2 000

40 à 60

2 000 < P < 4 000

35 à 50

* Y compris réseau de chaleur et appoint. Source : Biomasse Normandie (2004)

ponctuels et étant faiblement consommateur sur l’ensemble de l’année). Par contre, deux usagers ayant des profils de consommation similaires (deux organismes HLM ou bien deux établissements scolaires) doivent bénéficier de conditions similaires aussi bien pour l’énergie calorifique mesurée au compteur (R1) que pour l’abonnement en fonction de la puissance (R2). • Fiscalité liée à la vente de chaleur La fiscalité est en cours d’évolution : le taux de TVA réduit à 5,5 % ne s’appliquera sur la fourniture de chaleur que lorsqu’elle sera produite à 60 % à partir de biomasse, de géothermie ou de l’incinération des déchets (projet de loi adopté le 30 juin 2006). Pour en savoir plus : www.amorce.asso.fr www.legifrance.org

Réseaux de chaleur : composition de la facture d’énergie Dans le cadre d'un réseau de chaleur urbain, le tarif de vente de l'énergie aux abonnés est décomposé en deux éléments : R1 : élément proportionnel représentant le coût des combustibles nécessaires pour assurer la fourniture d'un MWh d'énergie calorifique destiné au chauffage des locaux ou à la production d'eau chaude sanitaire. R2 : élément fixe, réparti entre les abonnés selon la puissance souscrite, comprenant : – R2A les charges financières liées au financement des ouvrages ; le coût des prestations de conduite, de petits et gros entretiens nécessaires pour assurer le fonctionnement des installations primaires (r2) ; le montant des redevances, impôts, taxes et frais divers (r2) ; – R2B le coût de l'énergie électrique utilisée mécaniquement pour assurer le fonctionnement des installations de production et de distribution d'énergie(r'2) ; le coût de renouvellement des installations (r3). R = R1 x nombre de MWh utiles consommés par les abonnés + R2 x puissance souscrite des abonnés

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Mise en place d’une chaufferie au bois

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Source : Débat

Figure 3.15 : Réseau de chaleur au bois de 3 à 4 MW (14 000 MWh distribués par an) – Impacts des subventions à l’investissement et du taux de TVA sur le coût de la chaleur : l’abaissement de la TVA va permettre de réduire le niveau des subventions pour une rentabilité économique équivalente.

• Évolution du coût de la chaleur dans le temps Dans le cadre d'un projet bois, la facture énergétique est globalement mieux maîtrisée que dans la situation de référence fioul ou gaz : – Pour la solution bois, les risques d'augmentation incontrôlable sont limités. Dans le cadre d’un projet de taille moyenne (2 à 3 MW), la décomposition du prix de la chaleur est la suivante : – L'amortissement des investissements (y compris frais financiers) représente, après subventions, 15 à 30 % du prix final de l'énergie ; c'est une valeur qui restera constante sur l’ensemble de la durée de vie des installations ou pendant toute la durée du contrat de délégation de service public. – La partie correspondant à l'exploitation et au renouvellement des matériels (20 à 40 % du prix final de l'énergie) est indexée sur les indices INSEE relatifs aux prestations de services des entreprises du génie climatique et thermique. – Le coût du bois correspond à 20-35 % seulement du prix final de l'énergie. Le prix du bois est garanti par le fournisseur de combustible au travers d'un contrat de longue durée (5 à 20 ans) avec une indexation sur les indices INSEE (transport, main-d'œuvre…). – La partie énergie d’appoint (10 à 20 % du prix final de l'énergie) suit l’évolution du prix des énergies fossiles. – Dans la situation de référence, la part des combustibles fossiles représente près de 80 % du prix final de l'énergie, sur laquelle il existe toujours des risques de hausse liés à des facteurs géopolitiques imprévisibles. Ainsi, lorsque la comparaison est favorable au bois dès la première année, elle le reste par la suite et l’usager réalise même des économies de plus en plus substantielles, ne serait-ce que parce qu’une part de la fourniture de chaleur correspond à un amortissement à taux fixe et à des charges

Montage des projets

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d’exploitation et de combustible bois qui suivent en gros l’inflation (ce que les fournisseurs de fioul ou de gaz ne peuvent pas garantir). Dans l’exemple qui suit et en faisant l’hypothèse d’un taux d’inflation moyen de 2 % par an et d’une évolution des charges d’exploitation d’une chaufferie bois de moyenne puissance (2 à 3 MW) telle que constatée au cours des dernières années, l’évolution du prix de la chaleur s’établit respectivement à 2,3 % par an pour le fioul ou le gaz et à 1,5 % par an pour le bois + appoint (le poids de l’amortissement à valeur constante contribue à modérer l’accroissement, année après année, du prix de la chaleur produite par la chaudière bois). Sur la base de ces hypothèses, si le prix de la chaleur, au moment du démarrage du projet, est identique dans la solution de référence et dans la solution alternative (50 € TTC/MWh par exemple), on constate que l’écart en faveur du bois, par le jeu des indexations successives, sera de l’ordre de 20 % au terme de la durée de vie de l’installation. Tableau 3.14 : Hypothèse d’évolution des différents postes constitutifs du prix de la chaleur. Solution de référence fioul ou gaz Part des différents postes (%)

Évolution annuelle (%)

Part des différents postes (%)

Évolution annuelle (%)

-

-

30

1,8

Combustible fossile

80

2,5

10

2,5

Exploitation

15

2

35

2

Amortissement à valeur constante

5

0

25

0

100

2,3

100

1,5

Combustible bois

Ensemble des postes

Source : Débat

Figure 3.16 : Évolution du prix de la chaleur fossile et de la chaleur bois.

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Solution alternative bois + appoint

Mise en place d’une chaufferie au bois

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Figure 3.17 : Incidence de l'augmentation du prix des énergies fossiles sur le coût de la chaleur.

3.4.4. Montages juridiques Le montage juridique d'un projet de chaufferie bois comporte quatre aspects dont les modalités et implications diffèrent selon le statut du maître d’ouvrage : – la gestion de l’installation ; – la réalisation des ouvrages et des équipements ; – l'exploitation technique des installations ; – la fourniture du combustible. 3.4.4.1. Modes de gestion d'une chaufferie bois

Il faut bien distinguer, d’une part, le mode de gestion choisi par le maître d’ouvrage qui consiste à définir les modalités juridiques et financières de mise en œuvre du programme des travaux, de l’exploitation technique des équipements et, dans le cas d’un réseau de chaleur public, de la gestion du service et d’autre part l’exploitation technique proprement dite (maintenance et entretien des équipements). Le mode de gestion dépend : – du statut du maître d’ouvrage ; – du nombre et du statut juridique des usagers ; – des préférences de la collectivité ou de l’établissement public. ■

Maîtrise d’ouvrage privée

Dans le cas d'une chaufferie construite par un propriétaire privé, la gestion est le plus souvent assurée directement par le maître d'ouvrage. Ce dernier peut également externaliser l’ensemble du processus de construction et d'exploitation en le confiant à une société privée dans le cadre d’une consultation informelle et d’un contrat de droit privé.

Montage des projets

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Quelques définitions Une personne morale identifie tout groupement ayant une existence juridique et ayant des droits et obligations (à ne pas confondre avec la personne physique qui identifie un individu). On distingue : – les personnes morales de droit privé (ou personnes privées) : – à but lucratif : sociétés commerciales de personnes (SNC...) ou de capitaux (SA, SAS, SARL…), – à but non lucratif : associations ou fondations ; – les personnes morales de droit public (ou personnes publiques) – les collectivités territoriales : communes, départements, régions, – les établissement publics de coopération intercommunale (EPCI) : syndicats de communes (dénommés aussi syndicats intercommunaux), syndicats mixtes (ouverts ou fermés), communautés de communes, communautés d'agglomération, communautés urbaines, ententes intercommunales, interdépartementales, interrégionales, – les établissements publics : EPIC, EPA (OPAC, OPHLM…). ■

Maîtrise d’ouvrage publique

• Chaufferie dédiée Deux modes de gestion sont envisageables dans le cas d’une chaufferie dédiée de maîtrise d’ouvrage publique : – Gestion directe par le maître d’ouvrage qui finance l’installation (fonds propres ou emprunt) et passe plusieurs marchés dans le cadre de la loi MOP 2 : – maîtrise d’œuvre puis travaux (ou conception/réalisation), – exploitation (sauf si l’installation est exploitée par le personnel du maître d’ouvrage), – fourniture de combustible. Le nouveau Code des marchés publics autorise le choix entre un marché par lots (l’attribution des lots se fait de manière séparée) ou un marché unique (un seul lot regroupe les différentes étapes, les prix relatifs à chacune devant néanmoins être bien définis). – Le maître d’ouvrage peut également déléguer la gestion de l’installation à une entreprise privée en concluant un bail emphytéotique administratif (BEA) avec convention d’exploitation non détachable, procédure qui s’apparente à celle prévue pour la mise en place, par une collectivité, d’une délégation de service public (mise en concurrence, libre négociation, contrôle du prestataire de service). Les contrats de partenariat, définis par l’ordonnance du 17 juin 2004, sont proches du BEA mais ont un cadre juridique moins précis. Contrairement à la concession, ils s’appliquent pour des maîtres d’ouvrage utilisateurs de la chaleur pour leurs propres besoins. Ils confortent la possibilité de gestion déléguée pour des installations concernant le patrimoine de l’État et de ses établissements publics et les bâtiments des collectivités territoriales et de leurs établissements publics. Ce type de montage autorise une mission globale de financement, de construction, d’entretien/maintenance, d’exploitation et de gestion d’ouvrages et d’équipements nécessaires au service public. • Réseau de chaleur urbain Dans le cas d'un réseau de chaleur urbain (au moins un usager juridiquement distinct du producteur de chaleur), plusieurs formules sont possibles ; elles sont regroupées en trois catégories. 2 Loi n° 85-704 du 12 juillet 1985 relative à la maîtrise d'ouvrage publique et à ses rapports avec la maîtrise d'œuvre privée.

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Tableau 3.15 : Modes de gestion d’une chaufferie dédiée de maîtrise d’ouvrage publique. Gestion directe (régie)

Gestion déléguée (BEA ou contrat de partenariat)

Financement des ouvrages

Collectivité locale

Entreprise

Responsabilité des travaux

Collectivité locale

Entreprise

Collectivité locale ou entreprise

Entreprise

Exploitation technique (personnel)

La régie (à autonomie financière ou à personnalité morale, la régie simple n’étant plus autorisée) est un mode de gestion directe pour lequel la gestion du service est de la responsabilité de la collectivité. La distribution publique de chaleur constitue un service public à caractère industriel et commercial (SPIC), qui doit faire l'objet d'un budget annexe équilibré en recettes et en dépenses. La collectivité prend alors la responsabilité de la conduite du projet et assure la gestion du service avec son propre personnel et/ou via un marché d'exploitation (dans ce dernier cas, on parle parfois de gestion partagée ou mixte). La collectivité doit passer des marchés : – de maîtrise d’œuvre puis de travaux (ou conception/réalisation) ; – d’exploitation (optionnel, la collectivité pouvant exploiter la chaufferie avec son propre personnel). Le nouveau Code des marchés publics (article 137) n’oblige pas la collectivité à passer un marché concernant la fourniture de combustible. Comme indiqué précédemment, le nouveau Code des marchés publics autorise désormais le passage d’un marché unique (cf. maîtrise d’ouvrage publique pour une chaufferie dédiée). Pour la régie à autonomie financière, la comptabilité est de type M4 et les règles générales de la comptabilité communale s’appliquent. Pour les projets de taille modeste (< 1 MW), la régie est en pratique l’option principale ouverte à la collectivité car la « rentabilité » du projet ne permet pas, sauf exception, d’intéresser un prestataire extérieur pour gérer le service à ses risques et périls (affermage ou concession). La gestion indirecte ou déléguée est basée sur l'externalisation de la gestion administrative et technique du réseau de chaleur, laquelle est alors confiée à une entreprise privée (ou parfois à une SEM), qui se rémunère directement auprès des usagers du service ; il existe deux modes de gestion déléguée que sont l'affermage et la concession. Pour les projets de taille significative (> 1 MW), la complexité de la conception et de l’exploitation technique d’une chaufferie bois associée à un réseau de chaleur, mais surtout de la gestion financière du service (relations avec de nombreux clients publics et privés) font que les collectivités choisissent majoritairement (90 % d’entre elles environ) la gestion déléguée, le plus souvent la formule de la concession. Le fait d’avoir à passer successivement plusieurs marchés et la difficulté de faire une offre de vente de chaleur ferme aux usagers avant d’avoir une connaissance exacte des coûts d’amortissement, d’exploitation... constituent des obstacles difficiles à surmonter pour une collectivité qui souhaite s’engager en gestion directe. L’affermage, formule largement utilisée dans le domaine de l’assainissement et de la distribution de l’eau, est envisageable pour un réseau de chaleur existant déjà affermé à l’occasion du renouvellement du contrat. Par contre, il n’est pas vraiment adapté à un réseau de chaleur en création. Il risque en effet de générer des conflits par la suite entre la collectivité qui a conçu et réalisé les installations et le fermier qui gère et exploite le service et assure la maintenance des équipements (partage des responsabilités mal défini). De plus, cette formule impose de scinder la démarche en deux phases : – d’abord, des marchés de maîtrise d’œuvre et de travaux ; – ensuite, un contrat d’affermage. La collectivité encourt alors le risque d’être confrontée, une fois les ouvrages construits, à des négociations plus difficiles avec les compagnies fermières pressenties et éventuellement à une défection de

Montage des projets

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Externaliser la production de chaleur des établissements de santé grâce au bail emphytéotique avec convention d’exploitation non détachable Le bail emphytéotique administratif (BEA) a été institué afin de faciliter le financement d'équipements publics par des tiers. Cet outil juridique constitue une exception au principe d'inaliénabilité du domaine public des collectivités ou établissements publics locaux. C'est un contrat spécifique qui permet de donner à bail un terrain public à une personne privée, en vue de l'accomplissement d'une mission de service public par exemple ; dans ce cas, le BEA est conclu avec une convention d'exploitation non détachable et l'ensemble contractuel constitue une délégation de service public au sens des dispositions de la loi Sapin. La formule du BEA est particulièrement intéressante pour les établissements hospitaliers. Elle leur permet de réaliser la rénovation et l'extension de locaux dans des conditions financières ne grevant pas leur section d'investissement. Une ordonnance du 4 septembre 2003 3 du ministère de la Santé a précisé les conditions d'application du BEA. Le bail emphytéotique doit être accompagné d'une convention fixant les engagements respectifs entre l'établissement public de santé et le titulaire du bail, propriétaire des équipements. La procédure reprend les mêmes dispositions que celles de la délégation de service public à laquelle ont recours les collectivités qui concèdent un service public à un prestataire de service privé : – obligation de mise en concurrence ; – transparence et règles de contrôle relatives à la rémunération du preneur à bail / emphytéote (et à son évolution), en distinguant l'investissement, le fonctionnement et le coût financier ; – durée strictement adaptée à l'objet du contrat ; – montage financier ; – moyens d'assurer la continuité du service ; – modalités de contrôle des opérations. Les baux et les conventions qui s'y rattachent sont soumis à l'approbation du directeur de l'agence régionale de l'hospitalisation. Par dérogation à la loi MOP du 12 juillet 1985, un établissement public de santé peut donc confier à une personne ou à un groupement de personnes, de droit public ou privé, une mission portant à la fois sur la conception, la construction, l'aménagement, l'entretien et la maintenance de bâtiments ou d'équipements affectés à l'exercice de ses missions. Cette procédure apparaît particulièrement adaptée à la mise en place d’une chaufferie bois et d’un réseau primaire alimentant un établissement hospitalier, les responsables d’établissements ayant ainsi la capacité de déléguer les tâches de conception/exploitation de l’ouvrage en conservant la faculté de fixer les objectifs de la mission de service public avec totale transparence des offres, libre négociation et, par la suite, contrôle du prestataire de service. [44] 3 Ordonnance n° 2003-850 du 4 septembre 2003 portant simplification de l'organisation et du fonctionnement du système

de santé ainsi que des procédures de création d'établissements ou de services sociaux ou médico-sociaux soumis à autorisation. Cf. article L. 1311 du Code général des collectivités territoriales et article L. 6148 du Code de la santé publique.

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certains usagers qui, après avoir donné leur accord de principe au raccordement au réseau, auront entre temps changé d’avis. Rappelons en effet qu’il n’y a pas d’obligation de raccordement, lequel demeure facultatif sauf procédure exceptionnelle de classement de réseau. La concession apparaît bien adaptée à une chaufferie bois et à un réseau de chaleur. Dans ce cas, la collectivité confie, sous son autorité, la responsabilité de la mise en œuvre du projet à une société spécialisée, autrement dit : – elle pilote le programme ; – le concessionnaire réalise et finance l’opération puis gère le service en se rémunérant sur la vente de chaleur. Tableau 3.16 : Modes de gestion d’un réseau de chaleur urbain. Gestion indirecte

Gestion directe (régie)

Affermage

Concession

Financement des ouvrages

Collectivité locale

Collectivité locale

Entreprise

Responsabilité des travaux

Collectivité locale

Collectivité locale

Entreprise

Exploitation technique (personnel)

Collectivité locale (ou entreprise)

Entreprise

Entreprise

Gestion de la facturation

Collectivité locale

Entreprise

Entreprise

Sans objet (courte durée)

12 à 16 ans

20 à 24 ans

Durée des contrats

Mode de gestion

Gestion directe

Gestion en régie Marchés : − de maîtrise d’œuvre, − de construction.

Gestion indirecte

Gestion déléguée (affermage - Loi Sapin) Marchés : − de maîtrise d’œuvre, − de construction, − de contrôle de la délégation de service public. 1 contrat d’affermage.

Maîtrise d’ouvrage travaux : publique Financement : commune Propriété des équipements : commune

Gestion déléguée (concession – Loi Sapin) 1 contrat de concession, 1 marché de contrôle de la délégation de service public.

Maîtrise d’ouvrage travaux : privée sous contrôle de la collectivité Financement : concessionnaire Propriété des équipements : commune à l’issue du contrat

Figure 3.18 : Montage juridique d'un réseau de chaleur urbain.

Montage des projets

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Mise en place d’une délégation de service public (concession) La délégation de service public en concession permet à la collectivité de ne pas réaliser d'investissements lourds, tout en bénéficiant d'une rétrocession des ouvrages en fin de contrat. Cette forme de gestion nécessite par contre de la part de la collectivité un engagement sur une longue durée (20 à 24 ans) afin que l'entreprise concessionnaire puisse amortir financièrement les ouvrages qu'elle a mis en œuvre et se traduit par des coûts de gestion plus importants. Transparence et souplesse de la procédure On soulignera que la procédure du choix d'un concessionnaire, encadrée par la loi du 6 février 1992 et par celle du 29 janvier 1993, dite loi Sapin, comporte une très grande souplesse puisque, si elle impose la mise en concurrence et la transparence dans le choix du futur concessionnaire, elle donne la possibilité au maître d'ouvrage et à la commission d'appel d'offres, assistés par des bureaux d'études spécialisés, de discuter librement avec l'un ou l'autre des concessionnaires pressentis sur la mise au point d'une convention de concession, le maître d'ouvrage étant tenu de ne pas trop s'écarter du cahier des charges initialement établi. L'objectif est de parvenir à l'établissement d'une convention de concession et à des contrats de fourniture de chaleur à un prix égal ou inférieur aux énergies de référence.

Démarche en vue de la création d'un service public local (chaufferie collective au bois) Après accord sur le périmètre du réseau de chaleur, une pré-étude de faisabilité technico-économique est présentée aux maîtres d'ouvrage. Si elle est approuvée, ceux-ci désignent leur mandataire commun et choisissent le bureau d'études chargé de les assister. On lance la procédure d'appel d'offres pour le choix du concessionnaire. Si la négociation est positive, le concessionnaire s'engage par convention avec l'autorité concédante sur : – la durée (20 à 24 ans) ; – le résultat (prix de vente de l'énergie calorifique et clauses d'indexation) ; – l'approvisionnement en bois (conformément au cahier des charges). Si la consultation est infructueuse (prix et service non conformes au souhait des clients), la procédure s'arrête sans pénaliser les maîtres d'ouvrage : les partenaires ne sont liés par aucun engagement tant que la police d'abonnement n'est pas signée.

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Définition du périmètre desservi par le réseau de chaleur

Études de faisabilité

Choix d'un mandataire commun future autorité concédante

Choix d'un BET pour monter le dossier d'appel d'offres

Choix d'un concessionnaire (consultation et négociation)

Résultat positif

Démarche infructueuse

Délégation de service public

Les partenaires ne sont liés par aucun engagement

Établissement de la convention de concession

Mission du concessionnaire Concevoir, financer, réaliser la chaufferie et le réseau de chaleur Assurer l'exploitation technique de l'installation Assurer la gestion du service (vente de l'énergie calorifique)

Figure 3.19 : Mise en place d’une délégation de service public en concession.

Tableau 3.17 : Comparaison des modes de gestion d’un réseau de chaleur urbain. Gestion directe (régie)

Gestion déléguée Affermage

Concession

Avantages

Maîtrise de la démarche par la collectivité Service public assuré directement par la collectivité

L’exploitant travaille à ses risques et périls Contrat de courte durée

La collectivité ne supporte pas le financement de la chaufferie et du réseau Transfert de responsabilité au concessionnaire

Inconvénients

Règles de la comptabilité publique Besoin de personnel qualifié (sauf si exploitation par entreprise) Risque financier pour la collectivité

Conception et financement de la chaufferie et du réseau par la collectivité

Contrat de longue durée Nécessité d’un contrôle strict par la collectivité (révision des prix, entretien...)

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D’une manière générale, plus les contrats sont fractionnés, plus il y a, a priori, de transparence et de maîtrise de la conduite de l’opération par le maître ! d’ouvrage mais plus il y a de risques de conflits d’intérêts entre les différents intervenants qui sont tentés de se rejeter la responsabilité des difficultés, en cas de défaillance due à la conception/réalisation, à la construction, à la conduite de l’installation ou à la qualité du combustible. 3.4.4.2. Réalisation des ouvrages et des équipements

Dans le cas d’une maîtrise d’ouvrage privée, l’industriel ou l’organisme tertiaire est libre de sa décision. Les sociétés HLM (et coopératives) se réfèrent néanmoins souvent au Code des marchés publics sans pour autant en appliquer le formalisme (elles ne sont par exemple pas tenues de respecter les délais prévus par le CMP). Dans le cas d’une maîtrise d’ouvrage publique on distingue : – La gestion directe et l’affermage. Le maître d’ouvrage passe successivement des marchés de maîtrise d’œuvre et de travaux. – La concession (et le BEA). Les travaux sont réalisés par le concessionnaire ou le preneur à bail (emphytéote) dans le cadre d’un contrat unique de travaux et d’exploitation. Le maître d’ouvrage a défini au préalable le programme dans un cahier des charges mais, une fois le contrat signé, il n’intervient pas dans la conduite des travaux (il vérifie seulement la conformité aux engagements pris).

Dans le cadre d’une concession ou d’un BEA, il est conseillé à l’autorité organisatrice d’établir un programme et un cahier des charges très précis. Toute! fois, elle doit laisser à son co-contractant (qui gérera les ouvrages et équipements à ses risques et périls) une liberté de choix dans les solutions techniques qu’il aura à mettre en œuvre. En particulier, l’autorité organisatrice ne précisera pas qu’elle souhaite tel matériel particulier, ce que le concessionnaire ou le preneur à bail (emphytéote) serait en droit de lui reprocher en cas de difficulté au-delà de la réception des travaux et notamment pendant la phase d’exploitation/maintenance. 3.4.4.3. Exploitation technique

Dans le cas des installations de petite puissance (< 500 kW), l'exploitation technique d'une chaufferie bois peut être assurée en régie par le personnel de la commune, avec éventuellement un contrat annuel d'entretien et de maintenance avec le constructeur ou avec un installateur/chauffagiste. Le maître d’ouvrage peut néanmoins faire appel à un exploitant en concluant un contrat concernant le P1, le P2 et le P3 (cf. encadré suivant). Pour des installations plus importantes, le maître d'ouvrage peut aussi exploiter avec son propre personnel. Cependant, il fait généralement appel à des entreprises spécialisées dans l'exploitation et l'entretien des installations thermiques (sociétés de services couramment appelées chauffagistes). Le maître d’ouvrage passe alors un marché de service (marché d’exploitation de chauffage, Brochure n° 2008 du Journal Officiel – Code des marchés publics). Dans le cas d’une gestion déléguée (concession ou BEA), la responsabilité de l’exploitation incombe nécessairement au co-contractant de la collectivité, à charge pour lui de l’effectuer avec son propre personnel ou de la sous-traiter à l’entreprise de son choix.

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Figure 3.20 : Réalisation des ouvrages selon le mode de gestion.

Figure 3.21 : Exploitation technique des installations selon le mode de gestion.

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Les contrats d'exploitation de chauffage Un contrat d'exploitation de chauffage appartient à la catégorie des contrats avec obligation de résultats. Il s'agit d'un marché qui relève, pour les acheteurs publics, du Code des marchés publics4. Il peut comporter trois postes distincts, correspondant à des prestations complémentaires, généralement dénommées P1, P2 et P3 suivant les habitudes de la profession. Le poste essentiel, qui forme la base de tous les contrats, est le P2, qui concerne la conduite et l'entretien courant des installations. P1 représente la fourniture d'énergie et P3 le gros entretien ou la garantie totale. Sur la plupart des contrats peut se greffer une formule dite « d'intéressement » qui prévoit le partage des économies ou des surconsommations d'énergie par rapport à une consommation théorique, entre le prestataire et le maître d'ouvrage. [45]

Le poste P1 : fourniture d'énergie Mis à part certains cas où le P2 multiservices prend une ampleur particulière, le poste P1 (fourniture d'énergie) est généralement le poste de dépenses le plus élevé du contrat. Pour assurer une gestion saine et mener une véritable politique de maîtrise de l'énergie, il est souhaitable de disposer de trois informations : – la consommation théorique de base, calculée à partir des caractéristiques du bâtiment, de l'installation thermique et d'un nombre moyen de degrés-jours ; – la consommation théorique ajustée, qui tient compte de la rigueur réelle de l'hiver, de la durée de la saison de chauffe et des modifications éventuelles de température ; – enfin, la consommation réelle, d'énergie ou de combustible. Le poste P1 peut correspondre à un prix forfaitaire ou être proportionnel aux quantités de chaleur livrées ou encore aux quantités d'énergie livrées.

Le poste P2 : conduite et entretien courant des installations Il recouvre classiquement les opérations consistant à : – veiller en permanence à l'alimentation en combustible ou en énergie ; – procéder aux approvisionnements en combustibles et autres ingrédients s'ils sont à la charge de l'exploitant ; – procéder aux réglages et aux ajustements nécessaires en cours de saison pour l'obtention des résultats garantis par le contrat ; – procéder aux réglages de combustion ; – veiller au bon entretien des différents composants de l'installation et des locaux les contenant pris en charge dans le cadre du contrat ; – organiser l'exploitation pour assurer des interventions rapides et efficaces en cas de dépannage éventuel.

4 Dans

le cadre des marchés publics, les contrats d'exploitation de chauffage relèvent de deux cahiers des clauses techniques générales : - CCTG 2008-88. Marchés d'exploitation de chauffage avec ou sans gros entretien des installations. - CCTG 5602. Marchés d'exploitation des installations de chauffage avec garantie totale.

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Telles sont les prestations habituelles. En fait, les exploitants offrant des services de plus en plus diversifiés (contrats multiservices), le terme P2 peut prévoir des prestations de nature très différentes.

Le poste P3 : gros entretien et renouvellement des équipements Le poste P3 concerne le gros entretien et le renouvellement éventuel des équipements. Il ne peut être contracté que jumelé à un P2 avec le même exploitant et pour la même durée. Dans cette formule, le maître d'ouvrage verse une redevance annuelle forfaitaire qui dépend de la consistance et de l'état des installations. En contrepartie, l'exploitant s'engage à remplacer tout ou partie des matériels défaillants pendant la durée du contrat. Il s'engage par ailleurs à rendre en fin de contrat les installations en bon état de fonctionnement. Les avantages de la formule sont nombreux. Elle donne la responsabilité entière, technique et financière, de l'installation à l'exploitant, ce qui facilite d'autant la tâche du maître d'ouvrage. Ce dernier bénéficie en outre d'une garantie sécurisante de continuité de service et peut aisément prévoir ses dépenses annuelles sans avoir à provisionner des sommes importantes destinées à couvrir des frais de dépannage ou de renouvellement.

!

Le terme P4 est parfois utilisé sans base légale pour définir la formule de financement proposée par un exploitant de chauffage en dehors du contrat d'exploitation à proprement parler tel que défini ci-dessus.

3.4.4.4. Fourniture du combustible

La fourniture du combustible peut être déjà prévue dans le contrat d’exploitation tel que défini cidessus, mais elle peut également faire l’objet d’un contrat spécifique conclu par le maître d’ouvrage. 3.4.4.5. Vente de la chaleur

Le contrat de vente de chaleur a pour objectif de préciser et fixer les relations entre le gestionnaire et l’utilisateur. Il est bâti pour être opposable aux parties sur une longue durée (au minimum 10 ans et de préférence calée sur la durée de vie de l’installation soit 15 à 24 ans). Il est donc conseillé que le contrat de vente de chaleur soit validé par l’assistant juridique du maître d’ouvrage et que les clauses de responsabilité, de limites de prestation et de conditions de livraison de la chaleur soient bien précisées. 3.4.4.6. Synthèse

Les tableaux 3.18 et 3.19 dressent la synthèse des montages juridiques envisageables.

Montage des projets

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Tableau 3.18 : Montage juridique pour une chaufferie dédiée. Type de contrat

Qui finance ?

Qui construit ?

Qui exploite ?

Gestion directe

Marchés Publics (MP)

Personne publique

Prestataire public ou privé (choisi après une mise en concurrence)

Personne publique

Oui

Marché public de travaux

Personne publique

Bail emphytéotique administratif (BEA)

Marché public de travaux et de services OU marché public de travaux + marché public de prestation de service

Prestataire public ou privé (choisi après une mise en concurrence)

Bail avec convention d’exploitation

Prestataire public ou privé (choisi après une mise en concurrence)

Source : Matharan/Trivalor

Tableau 3.19 : Montage juridique pour un réseau de chaleur. Type de contrat Qui finance ?

Qui construit ?

Qui exploite ?

Gestion directe

Marchés Publics (MP)

Personne publique

Prestataire public ou privé (choisi après une mise en concurrence)

Personne publique

Oui

Marché public de travaux

Personne publique

Personne publique

Prestataire public ou privé (choisi après une mise en concurrence)

Prestataire public ou privé (choisi après une mise en concurrence)

Fermier (prestataire public ou privé choisi après une mise en concurrence)

Concessionnaire (prestataire public ou privé choisi après une mise en concurrence)

Source : Matharan/Trivalor

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Mise en place d’une chaufferie au bois

Délégations de service public (DSP)

Marché public de travaux et de services OU marché public de travaux + marché public de prestation de service

Marché public de travaux

Contrat d'affermage

Contrat de concession de travaux et de service public

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3.4.5. Aspect réglementaire Une chaufferie bois peut être soumise à la réglementation des installations classées pour la protection de l’environnement en fonction des deux critères suivant (voir paragraphe 1.1.4 sur le classement réglementaire des bois et annexe 1) : – le type de combustible utilisé ; – la puissance de l’installation. Lorsque l’installation est soumise à déclaration ou autorisation, le dossier est à remettre en préfecture. Tableau 3.20 : Pièces à fournir pour une chaufferie soumise à la réglementation des installations classées. Régime de la déclaration Lettre de demande Description des activités du site Plan de situation Descriptif des impacts Dispositions prises en cas de sinistre

Régime de l’autorisation Lettre de demande Description des activités du site Plan de situation Étude d’impact de l’installation sur l’environnement Étude de dangers Notice relative à la conformité de l’installation en matière d’hygiène et de sécurité

Dans le cas du régime d’autorisation, le dossier de demande est soumis à enquête publique avec un avis des communes et administrations concernées ainsi qu’un avis du Comité Départemental d’Hygiène.

Montage des projets

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MP Guide prat

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Conclusion : cinq recommandations pour réussir un projet Commençons par rappeler une évidence : pour réussir un projet de chaufferie bois, il faut réunir un maître d’ouvrage et des partenaires motivés, des prescripteurs compétents, tous dotés de patience !

Maîtrise d’ouvrage Il n’existe pas de bon projet sans maître d’ouvrage s’impliquant fortement et suivant pas à pas les étapes du processus jusqu’à son terme. Celui-ci doit poser clairement ses exigences mais bien sûr écouter les professionnels auxquels il a fait appel. Le cahier des charges qu’il doit établir avec ses services ou en faisant appel à un assistant spécialisé est essentiel. Plus l’énoncé du projet aura été précis et sans ambiguïté, mieux les professionnels répondront par des propositions adéquates et optimisées. Le maître d’ouvrage a notamment la responsabilité de décider, in fine, de faire ou de ne pas faire, de trancher entre différentes variantes proposées…

Conception / maîtrise d’œuvre Le prescripteur doit engager un dialogue constructif avec le maître d’ouvrage, en bâtissant un programme technique, en établissant un budget, un échéancier… à partir du cahier des charges, du contexte

Conclusion

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et des contraintes qu’il aura identifiées. Très souvent, le concepteur/maître d’œuvre doit faire évoluer le projet, du « souhaité vers le possible», aux plans technique, économique, juridique… Le concepteur/maître d’œuvre doit définir trois points essentiels : – la mise en exergue d’un fil conducteur (autrement dit, être garant de la cohérence de la démarche) et la coordination de tous les intervenants, en allant si possible au-delà du chantier, parce que l’exploitation et la fourniture du combustible conditionnent en partie les choix techniques et réciproquement ; – l’implantation des ouvrages, leur intégration architecturale, l’accessibilité par les camions de livraison ; – le dimensionnement et l’optimisation des ouvrages et équipements de production/distribution, en évitant notamment les surdimensionnements (chaudière) comme les sous-dimensionnements (silo).

Construction et installation Comme dans d’autres domaines, la qualité des matériels (et leur prix) varie évidemment d’un fournisseur ou d’un prestataire de service à l’autre. En général, il n’est pas bon de faire passer un projet en force, en lésinant sur la robustesse des équipements de base (chaudière/réfractaires, alimentation automatique) et sur la fiabilité des composants essentiels (automatismes). S’agissant d’une filière encore peu développée, les règles de l’art doivent s’appliquer ici plus qu’ailleurs. De plus, on soulignera qu’un combustible solide hétérogène est plus « capricieux » qu’un liquide ou un gaz : les incidents portent souvent sur l’alimentation automatique trop peu flexible ou mal adaptée à la variabilité du combustible bois (d’un fournisseur à l’autre, ou dans le temps).

Exploitation de la chaufferie Comme n’importe quelle autre installation, une chaufferie bois doit être exploitée, entretenue et nettoyée au quotidien, faire l’objet de révisions périodiques et de réparations au fil des années (remplacement des réfractaires et des pièces d’usure)… L’exploitation suppose du personnel formé et qualifié, qu’il s’agisse des agents communaux, d’établissements publics ou d’entreprises ou de celui d’un prestataire de service spécialisé. Les contrats de type P2, P3 pour une chaufferie bois ne sont pas de même nature, ni des mêmes montants, que ceux beaucoup plus légers concernant des chaudières fioul ou gaz. Ne pas sous-estimer les contraintes et les coûts d’exploitation évite bien des déconvenues.

Fourniture du combustible bois Le fournisseur de combustible doit être capable de respecter le cahier des charges de l’exploitant de chauffage et ceci sur trois points essentiels : – la granulométrie ; – le taux d’humidité ; – la teneur en impuretés (matières minérales, éléments métalliques…). Les difficultés surgissent souvent à la mise en route de l’installation : les interfaces technologie/exploitation/combustible bois ne vont jamais totalement de soi. Les solutions doivent alors être trouvées avec beaucoup de pragmatisme et dans la concertation entre partenaires, sans rejeter sur l’autre la responsabilité d’un éventuel désordre, le plus souvent partagée. Reste qu’il faut demeurer vigilant sur le long terme pour éviter toute dérive en ce qui concerne la qualité ou le prix du combustible. Le prix doit être défini à partir de critères objectifs (tonnage ou mieux encore MWh entrée ou sortie chaudière) et évoluer sur la base d’indicateurs transparents. À ce sujet, il faut absolument éviter toute indexation du prix du bois sur celui des énergies fossiles.

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Références bibliographiques

[1]

Bois-énergie : le déchiquetage en forêt. ADEME/Biomasse Normandie/AFOCEL, collection Connaître pour agir, 1998.

[2]

Carbofor : projet de recherche du programme Gestion et Impacts du Changement Climatique (GICC) du ministère de l’Écologie et du Développement durable et Forêt et Climat du GIP Ecofor (Ministère de l’Agriculture, de l’Alimentation, de la Pêche et des Affaires rurales), 2003. www.carbofor.fr.st.

[3]

Potentiel forestier disponible pour l’énergie. ADEME/SOLAGRO/IFN/RBM. boisenergie.ifn.fr.

[4]

La récolte raisonnée des rémanents en forêt, ADEME/AFOCEL/UCFF/INRA, collection Connaître pour agir, réf. 5664. Version téléchargeable sur ademe.fr, rubrique Publications ADEME, thème Énergie et matières renouvelables.

[5]

La valorisation des produits connexes du bois. CTBA, 1992.

[6]

Chutes, copeaux et sciures : que faire ? ADEME/CAPEB/FFB, 2003.

[7]

www.grow-int.org.

[8]

Note sur les bois faiblement adjuvantés : quels combustibles je peux mettre dans ma chaudière bois ? ADEME, juin 2004.

[9]

Proposition de l’ADEME au MEDD : Guide pour la combustion de la biomasse bois. Octobre 2004.

[10] La valorisation énergétique des bois de rebut en France. Les bonnes pratiques du bois énergie. ITEBE, 2004.

Références bibliographiques

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[11] Bois traités : la valorisation sur les rails. Environnement Magazine n° 1624, janvier-février 2004. [12] Récolte de rémanents pour le bois-énergie avec le Fiberpac. AFOCEL, Fiche information forêt n° 669, 2003. [13] Stockage des plaquettes forestières. AFOCEL/ARMEF, 1987. [14] Le délicat stockage des plaquettes forestières. UCFF/CRITT Bois Épinal, Forêt Entreprise n° 152, août 2003. [15] Les plaquettes forestières : enjeux, production et débouchés. Biomasse Normandie, La Forêt Privée n° 268, novembre-décembre 2002. [16] De la matière première aux produits élaborés. Le Bois International/Biomasse Normandie, Cahier du bois-énergie n° 16, 8 septembre 2001. [17] Conditions techniques, économiques et juridiques de la constitution d’une filière intégrée de production et de commercialisation de chaleur à partir de la production de plaquettes forestières. UCFF/ADEME, juin 2004. [18] Les matériels de compostage des déchets verts. ADEME/Biomasse Normandie, collection Connaître pour agir, 2002. www.biomasse-normandie.org et www.ademe.fr. [19] Bois-énergie et biocombustibles. Biomasse Normandie, Chauffage, ventilation et conditionnement d’air n° 2, janvier-février 2002. [20] Cendres de Concarneau et radioéléments. ADEME, septembre 2003. [21] Mesure des caractéristiques des combustibles bois. CRITT Bois/Fibois 07/26/CTBA, ADEME, 2001. [22] Validation des méthodes de mesure des caractéristiques des combustibles bois déchiquetés. CRITT Bois/Fibois 07/26, ADEME, 2002. [23] Cogénération à partir de biomasse : la filière combustion/vapeur en petite puissance. Biomasse Normandie/Heat Technics, ADEME, 2001. [24] Production d’électricité à partir de biomasse ligneuse. Solagro, ADEME, 2000. [25] Caractéristiques et avantages de la co-combustion Environnement et Technique n° 159, septembre 1996.

bois/charbon.

Biomasse

Normandie,

[26] Inventaire et analyse technico-économique des sites consommateurs de charbon susceptibles d’être reconvertis en installations de co-combustion bois/charbon. Beture-Environnement, ADEME, 2003. [27] Impact technico-économique de systèmes d’épuration de fumées de chaufferies au bois par filtration par manches. Extra-Muros, ADEME, 2002. [28] Évaluation des risques sanitaires d’une chaufferie bois collective. ANTEA, ADEME, 2005. [29] Étude de valorisation des cendres de chaufferies bois. Trivalor, ADEME, 2001. [30] Valorisation agricole des cendres de chaufferies bois bretonnes. Aquasol, ADEME, 2005. [31] Valorisation agricole et forestières des cendres de chaufferies bois. Solagro/ADEME, 2005. [32] Co-compostage des cendres dans les déchets verts. Biocombustibles SA/Biomasse Normandie, ADEME, 2005. [33] Association de nouvelles techniques de « micro-réseaux » aux solutions énergétiques alternatives. CSTB, ADEME, 2000. [34] Montage d’un projet bois-énergie (manuel d’accompagnement du logiciel Bioréseau). AC Consultant/ Rhônalpénergie Environnement, ADEME, 2001. [35] Logiciel Bioréseau, disponible sur www.ademe.fr. [36] Cahier des charges pour l’étude de faisabilité d’une chaufferie bois. ADEME. Disponible sur www.ademe.fr.

142

Mise en place d’une chaufferie au bois

references.fm Page 143 Mardi, 16. janvier 2007 9:35 09

[37] Aspects juridiques et fiscaux pour le montage d’une chaufferie bois collective. Groupement Matharan Pintat/Trivalor, ADEME, 2002. [38] Conditions de mise en œuvre, dans le cadre de l’approvisionnement en plaquettes des chaufferies automatiques, de matériels innovants : inventaire des équipements potentiels, préconisations techniques et évaluation technico-économique. ARM, ADEME, 2003. [39] Bilan environnemental du chauffage collectif (avec réseau de chaleur) et industriel au bois. Bio Intelligence Service, ADEME, 2005. [40] Le bois-énergie et l’emploi. CLER, ministère du Travail, de l’Emploi et de la Formation professionnelle, 1990. [41] L’acceptabilité du bois énergie en chauffage collectif. Etrie International, ADEME, 2002. [42] Exploitation des chaufferies bois. ETEC 73, ADEME, 2002. [43] Le bois-énergie dans les logements sociaux. Le Bois International/Biomasse Normandie, Cahier du bois-énergie n° 23, 18 octobre 2003. [44] Le bois-énergie dans les hôpitaux. Le Bois International/Biomasse Normandie, Cahier du bois-énergie n° 24, 10-17 janvier 2004. [45] Les exploitants de chauffage et le développement du bois-énergie. Le Bois International/Biomasse Normandie, Cahier du bois-énergie n° 17, 15-22-29 décembre 2001. [46] Recknagel H., Manuel pratique du génie climatique. Tome 2, PYC éditions, 1995.

Références bibliographiques

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Glossaire Affermage : une des formes que peut prendre une délégation de service public : la collectivité délégataire assure les investissements, le fermier (souvent une société privée) supporte les frais d'exploitation et d'entretien courant. Il se rémunère directement auprès de l'usager et verse à la collectivité un fermage (loyer) dont le montant est convenu à l'avance et est indépendant des résultats d'exploitation. Anhydre :

qui ne contient pas d'eau.

Aquastat :

thermostat servant à la régulation automatique d'une température d'eau.

Avivé :

bois scié à quatre arêtes vives, généralement à angle droit.

Biomasse ligneuse : bois. Bois d'industrie : bois destiné aux industries du papier, des panneaux de process et de la chimie, aux mines... Bois d'œuvre : bois apte au sciage, tranchage, déroulage. Brin :

idem tige : arbre à l'état jeune.

Casing :

caisson étanche.

Composé organohalogéné : substance chimique de synthèse produite par chloration d’hydrocarbures aromatiques et qui sert dans la fabrication d'insecticides et de fongicides.

Glossaire

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Concession : une des formes que peut prendre une délégation de service public. Elle se distingue de l'affermage par la prise en charge par le concessionnaire (souvent une société privée) non seulement des frais d'exploitation et d'entretien courant mais également des investissements. Le concessionnaire se rémunère directement auprès de l'usager. Dans ce type de contrat, la collectivité délégataire est dégagée de toute charge financière d'investissement. En contrepartie, elle doit accepter une durée de concession généralement plus longue que l'affermage (plus de 20 ans). Créosote :

liquide huileux, transparent, désinfectant, qui contient du phénol et du crésol. L'injection de créosote augmente la conservation du bois.

Cuvelage :

ensemble étanche continu protégeant une construction en sous-sol contre les infiltrations d'eau.

Débardage : transfert des bois de la zone d'abattage en un lieu accessible aux camions. Déprimométre : instrument destiné à mesurer les différences de pression. Déroulage : débitage d'une grume en feuille mince pour la fabrication du contreplaqué ou d'emballages légers. Éclaircie :

opération sylvicole consistant à réduire la densité d'un peuplement au profit d'arbres de qualité, préalablement sélectionnés, dont on va ainsi favoriser la croissance. Les tiges éliminées sont les plus chétives et les moins bien conformées. Elles fournissent du bois de chauffage ou d'industrie.

Écorceuse :

machine enlevant l'écorce des grumes dans les industries de transformation du bois.

Emphytéote : personne qui jouit d'un fonds par bail emphytéotique. Futaie :

boisement constitué d'arbres provenant de semis ou de plantations. Les bois de qualité (ébénisterie, menuiserie, charpente...) sont issus de futaies.

Grume :

tronc d'un arbre abattu et façonné. Une grume peut atteindre un volume important (plusieurs m3).

Houppier :

partie supérieure d'un arbre (branches).

Javelle :

empilement de perches.

Matière fraîche : biomasse ligneuse dont le taux d'humidité est celui du bois sur pied. Matière sèche : biomasse ligneuse qui ne contient pas d’eau. Motoréducteur : ensemble constitué d'un moteur entraînant un réducteur de vitesse. Perche :

idem tige : arbre à l'état jeune.

Peuplement : ensemble de la végétation ligneuse croissant sur un terrain forestier. Plateau :

pièce de bois brute, plate et épaisse. Le débit en plot donne des plateaux.

Plot :

ensemble de plateaux obtenus en sciant une grume suivant des traits parallèles et replacés l'un sur l'autre de façon à reconstituer la grume.

Porteur :

engin doté d'un plateau et d'une grue permettant le débardage par portage.

Pressostat : dispositif automatique qui permet de maintenir une pression constante dans une enceinte fermée contenant un fluide comprimé. Queues de déchiquetage : morceaux de bois de grande longueur résultant d'un déchiquetage de mauvaise qualité (couteaux usés notamment). Réfractaire : matériau résistant à de très hautes températures. Rémanents : résidus laissés sur le sol après l'exécution d'une coupe, d'une opération d'amélioration ou qui viennent s'y ajouter à la suite d'une tempête, d'un feu...

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Mise en place d’une chaufferie au bois

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Réseau de chaleur (sens juridique) : installation comprenant une chaufferie fournissant de la chaleur à plusieurs clients, dont l'un au moins n'est pas le propriétaire, par l'intermédiaire de canalisations de transport de chaleur. (Source : 1 000 mots-clefs). Ressuyage : séchage des bois abattus à l'air libre. Sous-station : installation relais entre une chaufferie centrale et les bâtiments qu'elle dessert en énergie. (Source : 1 000 mots-clefs). Taillis ou taillis simple : peuplement forestier formé de tiges du même âge. D'aspect, c'est un peuplement feuillu régulier, de faible hauteur (de 8 à 10 m au maximum) et dans lequel on ne voit pas d'arbres individualisés possédant un « fût ». Lorsqu'une coupe est effectuée, de nouvelles tiges repoussent à partir des souches (rejet de souche). Taillis sous futaie : peuplement constitué à la fois de taillis et d'arbres de futaies, plus gros. Tige :

idem perche : arbre à l'état jeune.

Tranchage : opération d'ébénisterie permettant de débiter en plaques minces le bois destiné aux placages. Vitrification : fusion et solidification des éléments minéraux indésirables (sable, terre...) dans le foyer de la chaudière. Volume marchand : partie d'un arbre dont le diamètre est supérieur à 8 cm. En dessous de ce diamètre, les bois sont habituellement considérés comme non commercialisables.

Glossaire

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Sigles ADEME :

Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie.

AFOCEL :

Association forêt cellulose.

AITF :

Association des ingénieurs territoriaux de France.

AMORCE :

Association des collectivités territoriales et des professionnels pour une bonne gestion locale des déchets et de l'énergie.

APD :

avant-projet détaillé.

APS :

avant-projet sommaire.

ARM :

Association régionale de mécanisation Midi-Pyrénées.

ATTF :

Association des techniciens territoriaux de France.

BEA :

bail emphytéotique administratif.

BET :

bureau d'études thermiques.

CCA :

cuivre-chrome-arsenic.

CCB :

cuivre-chrome-bore.

CCTG :

cahier des clauses techniques générales.

CIBE :

Commission interprofessionnelle bois-énergie.

Sigles

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150

CMP :

Code des marchés publics.

COV :

composés organiques volatils.

COVNM :

composés organiques volatils non-méthaniques.

CRPF :

Centre régional de la propriété forestière.

CTBA :

Centre technique du bois et de l'ameublement.

CUMA :

coopérative d'utilisation de matériel agricole.

DCE :

dossier de consultation des entreprises.

DIB :

déchet industriel banal.

DJU :

degrés jour unifiés.

DRAF :

Direction régionale de l'agriculture et de la forêt.

DRIRE :

Direction régionale de l'industrie, de la recherche et de l'environnement.

DSP :

délégation de service public.

ECS :

eau chaude sanitaire.

EPA :

établissement public à caractère administratif.

EPCI :

établissement public de coopération intercommunale.

EPIC :

établissement public à caractère industriel et commercial.

EURL :

entreprise unipersonnelle à responsabilité limitée.

FCTVA :

fonds de compensation de la TVA.

GIE :

groupement d'intérêt économique.

GROW :

group recycling of wood.

GTC :

gestion technique centralisée.

HAP :

hydrocarbure aromatique polycyclique.

HLM :

habitation à loyer modéré.

HT :

hors taxe.

ICPE :

installation classée pour la protection de l'environnement.

IFN :

Inventaire forestier national.

IGCC :

gazéification intégrée dans des cycles combinés.

INSEE :

Institut national de la statistique et des études économiques.

IS :

impôt sur les sociétés.

LASM :

livraison à soi-même (déduction de TVA).

MAP :

mètre cube apparent.

MOP :

maîtrise d'ouvrage publique.

MP :

marchés publics.

ONF :

Office national des forêts.

OPAC :

Office public d'aménagement et de construction.

OPHLM :

Office public d'HLM.

PAT :

prime d'aménagement du territoire.

PCI :

pouvoir calorifique inférieur.

Mise en place d’une chaufferie au bois

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PCS :

pouvoir calorifique supérieur.

PNR :

Parc naturel régional.

PVC :

polychlorure de vinyle.

RT :

réglementation thermique.

SA :

société anonyme.

SARL :

société anonyme à responsabilité limitée.

SAS :

société par actions simplifiée.

SEM :

société d'économie mixte.

SNC :

société en nom collectif.

SPA :

service public administratif.

SPIC :

service public à caractère industriel et commercial.

SYDED :

syndicat départemental d'élimination des déchets du Lot.

TCR :

taillis à courte rotation.

TIPP :

taxe intérieure sur les produits pétroliers.

TP :

taxe professionnelle.

TRB :

temps de retour brut.

TRBd :

temps de retour brut différentiel.

TRI :

taux de rentabilité interne.

TTC :

toutes taxes comprises.

TTCR :

taillis à très courte rotation.

TVA :

taxe sur la valeur ajoutée.

VAN :

valeur actuelle nette.

VLE :

valeur limite d’émission.

VRD :

voirie et réseaux divers.

Sigles

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Liste des figures et tableaux Figures Figure 1.1 : Figure 1.2 : Figure 1.3 : Figure 1.4 : Figure 1.5 : Figure 1.6 : Figure 1.7 : Figure 1.8 : Figure 1.9 : Figure 1.10 : Figure 1.11 : Figure 1.12 : Figure 1.13 : Figure 1.14 :

Gisement forestier disponible pour l’énergie Taillis à courte rotation Taillis à très courte rotation (mécanisation de la récolte) Haie bocagère Élagage urbain Produits connexes de la première transformation du bois Plaquettes blanches de scierie Emballages lourds Déchiqueteuse automotrice Déchiqueteuse portée Déchiqueteuse tractée Compactage de rémanents Principes du tambour et du disque Évolution du taux d'humidité et du pouvoir calorifique inférieur (PCI) de perches de feuillus en fonction du temps de ressuyage sur coupe Figure 1.15 : Séchage naturel du bois déchiqueté Figure 1.16 : Stockage sous abri ou à l’air libre : impact sur l’humidité des plaquettes

7 8 8 9 9 10 11 14 18 18 18 18 19 20 20 21

Liste des figures et tableaux

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Figure 1.17 : Les méthodes de production des plaquettes forestières par déchiquetage d’arbres entiers Figure 1.18 : Organisations de chantier pour le déchiquetage sur coupe Figure 1.19 : Déchiquetage en bord de coupe Figure 1.20 : Productivité du déchiquetage selon les systèmes de récolte Figure 1.21 : Plan type d’une plate-forme de 15 000 m² Figure 1.22 : Broyeur à vitesse lente Figure 1.23 : Organes de broyage (dents) Figure 1.24 : Broyeur à vitesse rapide Figure 1.25 : Organes de broyage (fléaux) Figure 1.26 : Bande transporteuse Figure 1.27 : Électro-aimant Figure 1.28 : Trommel rotatif Figure 1.29 : Principe du tamis à disque Figure 1.30 : Tamis à doigts de criblage Figure 1.31 : Tamis vibrant Figure 1.32 : Écorces brutes Figure 1.33 : Sciures humides Figure 1.34 : Plaquettes calibrées Figure 1.35 : Broyat Figure 1.36 : Copeaux-sciures Figure 1.37 : Granulés Figure 1.38 : Correspondance taux d’humidité sur masse anhydre / masse brute Figure 1.39 : Caractérisation de l'eau contenue dans le bois Figure 1.40 : Variation du PCI anhydre selon les essences (kWh/t) Figure 1.41 : Variation du PCI en fonction du taux d'humidité Figure 1.42 : Caractéristiques des principaux combustibles Figure 1.43 : Remplissage direct du matériel de transport Figure 1.44 : Déversement des plaquettes dans une benne élévatrice basculante Figure 1.45 : Formation d’un tas de plaquettes avec reprise par un chargeur Figure 1.46 : Chargement sur plate-forme Figure 1.47 : Livraison du combustible Figure 2.1 : Schéma de principe d’une chaufferie bois Figure 2.2 : Chaufferie bois (250 kW) et silo enterré Figure 2.3 : Conteneurs métalliques de stockage (Chaufferie Symiris - Yvelines) Figure 2.4 : Silo de plain-pied (Chaufferie de Chanu - Orne) Figure 2.5 : Grappin automatisé Figure 2.6 : Chargement du silo par un engin de manutention Figure 2.7 : Schéma de principe d'une chaufferie avec trémie aérienne et grappin Figure 2.8 : Schéma de principe d'une chaufferie avec stockage de plain-pied et système de dessilage à racleurs Figure 2.9 : Volumes morts d'un silo équipé d'un dessileur à pales Figure 2.10 : Les systèmes de dessilage Figure 2.11 : Vis d'alimentation Figure 2.12 : Tapis d'alimentation Figure 2.13 : Vue en coupe d'un générateur avec foyer en creuset Figure 2.14 : Foyer à grilles inclinées Figure 2.15 : Échangeurs à tubes de fumées

154

Mise en place d’une chaufferie au bois

22 24 25 26 28 29 29 29 29 30 30 31 31 31 31 34 34 34 34 34 34 38 39 42 42 43 46 46 47 47 48 51 51 52 52 53 53 54 54 56 56 58 58 61 62 62

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Figure 2.16 : Figure 2.17 : Figure 2.18 : Figure 2.19 : Figure 2.20 : Figure 2.21 : Figure 2.22 : Figure 2.23 : Figure 2.24 : Figure 2.25 : Figure 2.26 : Figure 2.27 : Figure 2.28 : Figure 2.29 : Figure 2.30 : Figure 2.31 : Figure 2.32 : Figure 2.33 : Figure 3.1 : Figure 3.2 : Figure 3.3 : Figure 3.4 : Figure 3.5 : Figure 3.6 : Figure 3.7 : Figure 3.8 : Figure 3.9 : Figure 3.10 : Figure 3.11 : Figure 3.12 : Figure 3.13 : Figure 3.14 : Figure 3.15 : Figure 3.16 : Figure 3.17 : Figure 3.18 : Figure 3.19 : Figure 3.20 : Figure 3.21 :

Chaudière à vapeur 7 MW (Biobar) Turbine 1,3 MWe (Biobar) Multicyclone Électrofiltre en cours de montage Amélioration du rendement grâce à la condensation Conteneur à cendres (voie sèche) Benne à cendres (voie humide) Canalisations aciers Canalisations flexibles Schéma de principe d'une chaufferie bi-énergie Trois exemples d'emprise foncière Températures extérieures de base au niveau de la mer Variations courantes du coefficient de déperdition volumique de bâtiments Répartition moyenne de la consommation de combustible sur l’année (locaux à usage d’habitation, France) Principe de l'hydro-accumulation Monotone de chauffage et ECS Densité thermique des réseaux de chaleur en France Pertes de chaleur par le réseau de distribution Chaufferie centrale existante Chaufferie centrale pour une construction neuve Chaufferie desservant plusieurs bâtiments Chaufferie bois du quartier de Planoise Chaufferie bois de la Ferté-Macé Chaufferie bois de l’hôpital intercommunal de Grandis et Létra Maison du parc régional du Morvan Les étapes du montage d’un projet Typologie d'une filière d'approvisionnement en milieu agricole Typologie d'une filière d'approvisionnement en milieu forestier Typologie d'une filière d'approvisionnement mise en place par les industriels du bois Typologie d'une filière d'approvisionnement mise en place par une entreprise spécialisée Coût moyen d’investissement d’une chaufferie bois, hors génie civil et réseau (2004) Exemples de décomposition des prix de revient de la chaleur bois et de la chaleur gaz ou fioul Réseau de chaleur au bois de 3 à 4 MW (14 000 MWh distribués par an) Évolution du prix de la chaleur fossile et de la chaleur bois Incidence de l'augmentation du prix des énergies fossiles sur le coût de la chaleur Montage juridique d'un réseau de chaleur urbain Mise en place d’une délégation de service public en concession Réalisation des ouvrages selon le mode de gestion Exploitation technique des installations selon le mode de gestion

64 64 69 69 71 73 73 77 77 78 81 83 84 87 88 89 91 91 93 94 94 97 97 98 98 99 102 103 104 105 114 121 123 125 125 129 131 133 133

Tableaux Tableau 1.1 : Biomasse ligneuse récoltable pour l’énergie selon le type de coupe Tableau 1.2 : Biomasse récoltable pour l’énergie pour une haie de type taillis exploitée à 15 ans

6 9

Liste des figures et tableaux

155

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Tableau 1.3 : Proportion de produits connexes de scierie selon l’essence 12 Tableau 1.4 : Proportion de produits connexes dans l’ameublement et la menuiserie industrielle 13 Tableau 1.5 : Rubrique 2910 A 16 Tableau 1.6 : Rubrique 2910 B 16 Tableau 1.7 : Récapitulatif du classement réglementaire des matières premières ligneuses 16 Tableau 1.8 : Rubriques ICPE concernant la création d’une plate-forme 32 Tableau 1.9 : Des matières premières ligneuses aux biocombustibles 33 Tableau 1.10 : Orientation des combustibles bois en chaufferie 36 Tableau 1.11 : Composition chimique moyenne du bois (en % de la masse anhydre) 36 Tableau 1.12 : Exemples de granulométrie des principaux combustibles bois 38 Tableau 1.13 : Classement simplifié selon la masse volumique anhydre 40 Tableau 1.14 : Coefficient de foisonnement des combustibles bois 41 Tableau 1.15 : Modes de transport envisageables selon le volume à transporter et la distance à parcourir 48 Tableau 2.1 : Gammes de puissance des chaufferies bois 50 Tableau 2.2 : Dimensions maximales des silos enterrés (m) 51 Tableau 2.3 : Autonomie de la chaufferie à pleine charge selon le volume utile de stockage (en jours) 55 Tableau 2.4 : Fréquence indicative des tâches d’exploitation (toute puissance de chaufferies) 79 Tableau 2.5 : Les modes de livraison du bois 80 Tableau 2.6 : Exemples d’intermittence 85 Tableau 2.7 : Intermittence en fonction du type de bâtiments 86 Tableau 2.8 : Densité thermique des réseaux de chaleur bois en France 90 Tableau 3.1 : Quartier de Planoise – Descriptif technique et économique 96 Tableau 3.2 : La Ferté-Macé – Descriptif technique et économique 96 Tableau 3.3 : Hôpital intercommunal de Grandris et Létra – Descriptif technique et économique 97 Tableau 3.4 : Maison du parc régional du Morvan – Descriptif technique et économique 98 Tableau 3.5 : Coût des opérations de conditionnement (2004) 109 Tableau 3.6 : Prix indicatifs de combustibles bois (2005) 109 Tableau 3.7 : Les combustibles bois en chaufferie 111 Tableau 3.8 : Bilan énergie 112 Tableau 3.9 : Bilan effet de serre 113 Tableau 3.10 : Moyens de financement des investissements 115 Tableau 3.11 : Charges d’une chaufferie dédiée 117 Tableau 3.12 : Compte d’exploitation prévisionnel 120 Tableau 3.13 : Coûts moyen de la chaleur pour les chaufferies bois collectives dans l'habitat-tertiaire 122 Tableau 3.14 : Hypothèse d’évolution des différents postes constitutifs du prix de la chaleur 124 Tableau 3.15 : Modes de gestion d’une chaufferie dédiée de maîtrise d’ouvrage publique 127 Tableau 3.16 : Modes de gestion d’un réseau de chaleur urbain 129 Tableau 3.17 : Comparaison des modes de gestion d’un réseau de chaleur urbain 131 Tableau 3.18 : Montage juridique pour une chaufferie dédiée 136 Tableau 3.19 : Montage juridique pour un réseau de chaleur 136 Tableau 3.20 : Pièces à fournir pour une chaufferie soumise à la réglementation des installations classées 137

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Mise en place d’une chaufferie au bois

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Annexes A1. Réglementation sur les chaufferies bois A2. Détermination du rendement d'une chaudière bois A3. Les types de contrats d'exploitation de chauffage A4. Unités du bois énergie

Annexes

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A1. Réglementation sur les chaufferies bois La réglementation sur les chaufferies comprend notamment les textes ci-après. Décret n° 74-415 du 13 mai 1974 Ce décret est relatif au contrôle des émissions polluantes dans l'atmosphère et à certaines utilisations de l'énergie thermique. Arrêté du 20 juin 1975 Cet arrêté est relatif à l'équipement et à l'exploitation des installations thermiques en vue de réduire la pollution atmosphérique et d'économiser l'énergie. Il indique : – le calcul des hauteurs de cheminées ; – les valeurs des émissions particulaires à respecter. Arrêté du 23 juin 1978 Cet arrêté est relatif aux installations fixes destinées au chauffage et à l'alimentation en eau chaude sanitaire des bâtiments d'habitation, de bureaux ou recevant du public. Il concerne des installations dont la puissance calorifique totale installée est supérieure à 70 kW et prévoit notamment des dispositions relatives à la sécurité contre l'incendie des chaufferies (implantation, construction, conduits de fumées, moyens de lutte contre l'incendie). Décret n° 96-197 du 11 mars 1996 Ce décret a introduit une nouvelle classification des installations classées pour la protection de l'environnement, créant notamment la rubrique 2910 relative à l'activité de combustion pour laquelle on peut noter : – la définition de la biomasse en tant que combustible ; – la fixation des seuils de déclaration à 2 MW et d'autorisation à 20 MW. La circulaire du ministère de l'Environnement du 10 avril 2001 prévoit de modifier la rubrique 2910 afin d'intégrer la définition communautaire de la biomasse : « les déchets de bois, à l’exception des déchets de bois qui sont susceptibles de contenir des composés organiques halogénés ou des métaux lourds à la suite d’un traitement avec des conservateurs de bois ou du placement d’un revêtement, y compris en particulier, les déchets de bois de ce type provenant de déchets de construction ou de démolition ». Décret n° 98-817 du 11 septembre 1998 Cet arrêté est relatif aux rendements minimaux et à l'équipement des chaudières de puissance comprise entre 400 kW et 50 MW, alimentées par un combustible liquide ou gazeux, du charbon ou du lignite. Par assimilation de la combustion du bois à celle du charbon, on peut déduire, à titre indicatif, le niveau minimal des rendements requis pour les chaudières bois à eau chaude. Décret n° 98-833 du 16 septembre 1998 Cet arrêté est relatif aux contrôles périodiques des installations consommant de l'énergie thermique, composées d'une ou plusieurs chaudières dont la somme des puissances nominales est égale ou supérieure à 1 MW. La période entre deux contrôles ne doit pas excéder trois ans, ceux-ci comprenant notamment : – un calcul de rendement ; – un contrôle des appareils de mesure et de contrôle ;

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Mise en place d’une chaufferie au bois

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– une vérification de la qualité des combustibles ; – une vérification de la tenue du livret de chaufferie. Arrêtés du 29 novembre 2000, du 9 novembre 2001 et du 22 décembre 2003 Ces arrêtés sont relatifs aux caractéristiques thermiques des bâtiments nouveaux et des parties nouvelles de bâtiments (réglementation thermique 2000). La réglementation thermique concerne tous les bâtiments dont le dépôt de permis de construire est postérieur au 1er juin 2001. Elle comporte trois objectifs principaux : – obtention d’une isolation convenable pour l’ensemble des parois constituant l’enveloppe du bâtiment ; – indication de la valeur de consommation conventionnelle d’énergie d’un bâtiment (coefficient C, en kWh d’énergie primaire par an) intégrant les postes de chauffage, de ventilation, d’eau chaude sanitaire, d’éclairage et des auxiliaires (appareils ménagers...) ; – exigence sur le confort d’été avec une température intérieure qui ne doit pas dépasser 26 °C toutes fenêtres fermées. Les déperditions thermiques du bâtiment, caractérisées par le coefficient Ubât , doit être inférieur à un coefficient de référence Ubât réf (W/°C·m2) pour que le logement soit autorisé. Norme EN 303-5 Ce texte, ratifié en octobre 1998, est applicable en France depuis août 2004. Il concerne les chaudières de chauffage central à chargement manuel ou automatique dont la puissance utile nominale ne dépasse pas 300 kW et fonctionnant avec des combustibles solides issus de la biomasse ou fossiles. La norme fixe les exigences concernant la construction des matériels (épaisseur des parois, matériaux…), leurs performances (rendement, autonomie, émissions…) et la sécurité (température des parois, étanchéité…). Trois classes de chaudières sont définies en fonction du rendement et des émissions de polluants (monoxyde de carbone, hydrocarbures imbrûlés, poussières). Les méthodes et techniques d'essais sont également précisées, ainsi que des exigences quant à la qualité du combustible (essence, humidité, dimension…). Brochure n° 2008 de la Commission centrale des marchés Ce texte est relatif aux marchés d'exploitation de chauffage, avec ou sans gros entretien des installations. Arrêté du 25 juillet 1997 Cet arrêté est relatif aux prescriptions générales applicables aux installations classées pour la protection de l'environnement soumises à déclaration sous la rubrique n° 2910 (combustion). L'arrêté s'applique dans le cas de chaufferies utilisant la biomasse et dont la puissance thermique maximale est comprise entre 2 et 20 MW (rubrique 2910 A) ou 0,1 et 20 MW (rubrique 2910 B). La puissance d'un appareil de combustion est la quantité d'énergie thermique contenue dans le combustible, susceptible d'être consommée en une heure en marche maximale continue. La puissance de l'installation s'entend comme la somme des puissances de tous les appareils de combustion qui composent cette installation. – 2910 A, lorsque l'installation consomme exclusivement, seuls ou en mélange, du gaz naturel, des gaz de pétrole liquéfiés, du fioul domestique, du charbon, des fiouls lourds ou de la biomasse. – 2910 B, les produits consommés seuls ou en mélange sont différents de ceux visés en 2910 A.

Annexes

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Installations soumises à déclaration, arrêté du 25 juillet 1997. 2910 A

2910 B

Puissance thermique maximale (MW)

Procédure

Puissance thermique maximale (MW)

Procédure

P ≥ 20

Autorisation

P ≥ 0,1

Autorisation

2 < P < 20

Déclaration

P≤2

-

Les principales rubriques concernées par l'arrêté sont, de façon non exhaustive, les suivantes : – implantation/aménagement ; – exploitation/entretien ; – risques ; – eau ; – air/odeur (hauteur des cheminées, valeurs limites de rejets) ; – bruit et vibration. Dans la circulaire du 10 avril 2001, le ministère de l’Environnement annonce son intention de modifier la rubrique 2910 afin d’intégrer la définition communautaire de la biomasse et propose un projet de décret en ce sens (non paru à ce jour), la biomasse étant définie par : – les produits composés de la totalité ou d'une partie d'une matière végétale agricole ou forestière ; – les déchets végétaux agricoles et forestiers ; – les déchets végétaux provenant du secteur de la transformation alimentaire ; – les déchets végétaux issus de la production de pâte vierge et de la production du papier à partir de pâte ; – les déchets de liège ; – les déchets de bois, à l'exception des déchets de bois qui sont susceptibles de contenir des composés organiques halogénés ou des métaux lourds à la suite d'un traitement avec des conservateurs du bois ou du placement d'un revêtement, y compris en particulier les déchets de bois de ce type provenant de déchets de construction ou démolition. Arrêté du 30 juillet 2003 Cet arrêté est relatif aux rejets atmosphériques des chaudières présentes dans des installations existantes de combustion d'une puissance supérieure à 20 MW. Arrêté du 20 juin 2002 Cet arrêté est relatif aux rejets atmosphériques des chaudières présentes dans une installation nouvelle ou modifiée d'une puissance supérieure à 20 MW. Décret n° 2006-678 du 8 juin 2006 Ce décret fixe la nouvelle nomenclature des installations classées pour la protection de l’environnement, notamment la rubrique 2910A avec une définition restrictive de la biomasse : « La biomasse se présente à l’état naturel et n’est ni imprégnée ni revêtue d’une substance quelconque. Elle inclut notamment le bois sous forme de morceaux bruts, d’écorces, de bois déchiquetés, de sciures, de poussières de ponçage ou de chutes issues de l’industrie du bois, de sa transformation ou de son artisanat. » Pour plus d’informations sur l’actualité de la réglementation : www.legifrance.org – www.ecologie.gouv.fr – www.industrie.gouv.fr

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Récapitulatif de la réglementation française « combustion » concernant les rejets dans l'air, applicable au bois. COMBUSTION

Sujet

Chaudières de chauffage P < 300 kWth

Combustion biomasse sans adjuvant 2 < P < 20 MWth (déclaration)

Combustion, P >20 MWth (autorisation) chaudières existantes

Combustion, P > 20 MWth (autorisation) installations nouvelles autorisées à partir du 31/07/02

Référence réglementaire

Norme europ EN 303.5 (obligatoire le 20/08/04)

Arr. du 25 juil. 97

Arr. 30/07/03 (Arr 27 juin 1990 P > 50 MW abrogé le 26/11/04)

Arr. du 20 juin O2

Rubrique ICPE

#

2 910

2 910

2 910

11 % O2

6 % O2

6 % O2

Concentration (mg/Nm3, gaz secs)

10 % O2

Particules

150 à 200

classe 1 à 3, manuel ou automatique

150 si P < 4 MWth 100 si P > 4 MWth

CO

1 200 à 25 000

classe 1 à 3, manuel ou automatique

250

#

500

classe 1 à 3, manuel ou automatique

50

Nox

COV HAP

80 à 2 000

#

200 (1)

en CH4 110 en C total (1) # 0,1 (1)

200

100 50

si P <500 MWth si P > 500 MWth

50 30

si P < 100 MWth si P > 100 MWth

300 qqsoit P

200 150

si P < 100 MWth si P > 100 MWth

650 : qqsoit P 1300 si combustible ≤10 % composés volatils

400 300 200

si P < 100 MWth si 100 < P < 300 MW th si P > 300 MWth

110 en C total

110

en C total

0,1

0,1

2 000 pour P < 500 MWth 400 pour P > 500 MWth mesure semestrielle pour biomasse

200

Sox

#

HCl

#

#

#

#

HF

#

#

#

#

Dioxine

#

# (1)

Une mesure de dioxines et furannes effectuée tous les 2 ans

(2)

0,05 : Cd 0,05 : Hg 0,05 : TI et 0,1 (Cd + Hg + TI)

0,05 : Cd 0,05 : Hg 0,05 : TI et 0,1 (Cd + Hg + TI)

1 Pb

1 Pb

Métaux #

Légende :

Remarques :

# (1)

1 As+ Se+ Te

1 As+ Se+ Te

20 (Sb+Cr+Co+Cu+Sn+Mn+Ni+V+Zn) pour 20

10 (Sb+Cr+Co+Cu+Sn+Mn+Ni+V+Zn) pour 20 < P < 100 MWth 5 (Sb+Cr+Co+Cu+Sn+Mn+Ni+V+Zn)

C total = carbone total. P = puissance. # : pas de valeur donnée. (1) Le projet de modification de 2910 prescrit des seuils pour les CO, COV, HAP et des mesures annuelles de métaux toxiques et dioxines. (2) L'arrêté prévoit une mesure de dioxines/furannes de réception de la chaudière puis des mesures tous les deux ans. Pour les puissances comprises entre 300 kW et 2 MW, il n'existe pas de références de VLE pour la combustion de biomasse sans adjuvant (installations non soumises aux rubriques ICPE). Pour les puissances comprises entre 100 kW et 20 MW, il n'existe pas d'arrêté type pour la combustion de biomasse faiblement adjuvantée (installations pouvant être soumises aux rubriques ICPE dans le cadre d'une classification 2910 B).

Annexes

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A2. Détermination du rendement d’une chaudière bois Pour plus d’informations, voir la bibliographie [46] : Recknagel H., Manuel pratique du génie climatique. Tome 2, PYC éditions, 1995. Le rendement est mesuré en rapportant la chaleur produite à la chaleur fournie (contenu énergétique du combustible pesé) selon deux méthodes : – méthode indirecte (calcul des pertes avec utilisation d’abaques, de diagrammes) ; – méthode directe (en mesurant sur site). Méthode indirecte P1 : pertes par les fumées (chaleur sensible). P2 : évaluation des pertes par imbrûlés gazeux. P3 : évaluation des pertes par imbrûlés solides. P4 : évaluation des pertes par rayonnement et convection des parois de la chaudière. Méthode directe Le rendement de production est calculé de la façon suivante : rendement = chaleur (sortie chaudière) mesurée au compteur / quantité d’énergie bois consommée (mesure du PCI moyen du combustible).

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A3. Les types de contrats d'exploitation de chauffage Le contrat MF (marché au forfait) Il s'agit d'un contrat à prix global et forfaitaire, indépendant des conditions climatiques. Les conditions de température intérieure et la durée de la période de chauffage sont fixées ; la durée maximale du contrat est de 8 ans (elle peut être portée à 16 ans avec une clause de garantie totale). Principaux avantages : l'exploitant prend à son compte les aléas climatiques et il est directement intéressé à réaliser des économies d'énergie ; la tâche du maître d'ouvrage est très simplifiée, notamment pour ses prévisions de dépenses. Principaux inconvénients : l'occupant ou le maître d'ouvrage n'est pas incité à économiser l'énergie Le contrat MT (marché à forfait température) Il s'agit d'un contrat à prix global et forfaitaire ajusté à la température extérieure. La température intérieure, la durée de la saison de chauffe et le nombre de degrés-jours (DJU) sur lequel on se base pour établir le forfait sont fixés ; la durée maximale du contrat est de 5 ans (elle peut être portée à 16 ans avec une clause de garantie totale). Principaux avantages : ce contrat reflète davantage la réalité climatique que le précédent ; l'exploitant est directement intéressé à réaliser des économies d'énergie. Principaux inconvénients : l'occupant n'est pas incité à économiser l'énergie ; la gestion est moins simple (moins facile à budgéter sur l'année). Le contrat MC (marché au comptage de chaleur) Il s'agit d'un contrat à prix proportionnel à la quantité de chaleur produite et fournie. La température intérieure et la période de chauffage sont fixées, la durée maximale du contrat est de 5 ans (elle peut être portée à 16 ans avec une clause de garantie totale). Principaux avantages : l'exploitant à intérêt à économiser le combustible en amont du comptage et l'occupant à économiser la chaleur en aval ; la consommation de chaleur étant connue, le maître d'ouvrage peut maîtriser les améliorations qui sont de son ressort ; ce type de contrat convient à des locaux occupés de façon non permanente. Principal inconvénient : il faut vérifier périodiquement le fonctionnement et l'étalonnage des compteurs de chaleur. Le contrat CP (combustible - prestations) Il s'agit d'un contrat dont le prix correspond à la quantité de combustible fournie. La température intérieure et la période de chauffage sont fixés ; la durée maximale du contrat est de 5 ans (elle peut être portée à 16 ans avec une clause de garantie totale). Principal avantage : le maître d'ouvrage peut contrôler les quantités d'énergie utilisées avec précision. Principal inconvénient : l'exploitant n'est pas incité à obtenir les meilleurs rendements1.

1

À noter que pour ces trois types de contrats (MT, MC et CP), le poste P2 reste forfaitaire.

Annexes

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Le contrat PF (prestations forfait) Il s'agit d'un contrat dans lequel l'exploitant n'assure que la prestation de conduite et d'entretien P2. L'énergie est payée directement par le client qui en assure l'approvisionnement sous sa responsabilité. La durée maximale du contrat est de 5 ans. Principal avantage : le maître d'ouvrage choisit son fournisseur d'énergie. Principal inconvénient : le maître d'ouvrage n'est pas toujours en mesure de négocier son contrat d'achat d'énergie au meilleur prix. De plus il est responsable en cas de rupture d'approvisionnement.

Les contrats à intéressement Sur chacun des contrats précédents peut venir se greffer une clause d'intéressement qui prévoit le partage des économies ou des excès de consommation. On détermine tout d'abord une quantité théorique d'énergie pour une période de chauffage donnée et pour des conditions climatiques moyennes. Cette quantité est ajustée en fonction de la période et du climat réels d'une saison de chauffe. Le règlement s'effectue sur la base des consommations réelles avec un partage, selon une clé de répartition prévue par le contrat, des surconsommations ou des économies. L'avantage de cette formule d'intéressement est que les deux partenaires ont intérêt à économiser l'énergie, puisqu'ils en partagent le bénéfice. L'inconvénient est qu'elle réclame des modalités de contrôle et de vérification qui rendent la gestion du contrat plus complexe. Citons enfin un contrat particulier, le PFI (prestation forfaitaire avec intéressement), dans lequel la fourniture d'énergie n'est pas prévue (pas de P1) et l'intéressement porte sur le P2. Cette formule présente l'inconvénient de voir la rémunération du service (P2) ajustée en fonction des variations d'un autre poste (P1).

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Mise en place d’une chaufferie au bois

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A4. Unités du bois énergie Équivalences d'unités Unité de référence

Humidité (%)

Contenu énergétique en kWh PCI

Contenu énergétique en tep

Plaquettes forestières

1t

35

3 000

0,26

Écorces

1t

50

2 200

0,19

Bois DIB

1t

25

3 500

0,30

Granulés

1t

10

4 600

0,40

Paille

1t

15

4 500

0,39

Fioul lourd

1t

11 100

0,95

Fioul domestique

1t

11 600

1

Charbon

1t

7 800

0,67

1 m3

9

0,0008

Gaz naturel 1 baril = 160 l

L'Observatoire de l'énergie, dans le cadre de la réalisation du bilan énergétique officiel de la France (chapitres production et consommation), établit les données en millions de tep, en retenant la convention suivante : 1 tonne = 1,7 stère = 0,257 tep = 2 990 kWh pci Correspondance d'unités Puissance

...th/h

1 th/h =

...kcal/h

...kW

...kJ/h

1 000

1,163

4 185

0,001163

4,185

1 kcal/h =

0,001

1 kW =

0,86

860

1 kJ/h =

0,000239

0,239

0,000278

...th

...kcal

...kWh

...kJ

...tep

1 000

1,163

4 185

0,0001

0,001163

4,185

0,0000001

3 600

0,000086

Énergie 1 th =

3 600

1 kcal =

0,001

1 kWh =

0,86

860

1 kJ =

0,000239

0,239

0,000278

1 tep =

10 000

10 000 000

11 626

2,39E-08 41 850 000

Annexes

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Les partenaires du guide Ce guide est le fruit d’une collaboration active entre Biomasse Normandie (coordinateur), Débat, Rhônalpénergie Environnement, AGEDEN, AITF/ATTF, l’Union sociale pour l’habitat, l’UCFF et l’ADEME. La version finale a été complétée et validée par l’ADEME qui a aussi soutenu financièrement le projet. Biomasse Normandie / www.biomasse-normandie.org Biomasse Normandie intervient dans deux principaux domaines : le bois-énergie à l'échelle régionale, nationale et européenne, le biogaz et la gestion territoriale de la matière organique. Trois modes d'intervention sont privilégiés : la sensibilisation des décideurs, le conseil et l'assistance aux maîtres d'ouvrage et la veille technologique et réglementaire. Avec le soutien de l’ADEME notamment, Biomasse Normandie met à jour quatre banques de données sur son site Internet, dont trois consacrées au bois-énergie : Les 1000 mots-clés du bois-énergie, Les opérateurs du bois-énergie en France et Les opérateurs du bois-énergie en Europe. ■

Bois-énergie

Biomasse Normandie développe son savoir-faire autour de quatre axes : – l'animation de groupes de travail et l'élaboration de documents ressources ; – la coordination pour la Basse-Normandie du plan bois-énergie et développement local ; – la réalisation d'études de faisabilité, de missions d'assistance à maître d'ouvrage et de maîtrise d'œuvre ; – la diffusion d’informations, en particulier sur les chaufferies de forte puissance et les réseaux de chaleur au bois. DEBAT DEBAT est un bureau d'études spécialisé dans les domaines de l'énergie, de l'environnement et du développement local. ■

Bois-énergie

DEBAT intervient comme conseil auprès des collectivités territoriales pour la mise en place de programmes bois-énergie, ou auprès des maîtres d'ouvrage publics et privés pour la réalisation d'études de faisabilité technico-économique et la mise en œuvre de projets bois-énergie (délégation de service public…) AGEDEN / www.ageden.org L'AGEDEN est un organisme de promotion des énergies renouvelables et de la maîtrise de l'énergie en Isère. Avec le soutien du conseil régional Rhône-Alpes, du conseil général de l'Isère, de la communauté de communes de l'agglomération grenobloise et en partenariat avec les offices HLM (OPAC, OPALE, SDH et PLURALIS), les collectivités territoriales (notamment les parcs naturels régionaux du Vercors et de la Chartreuse), l'association s'intéresse au bois-énergie, au solaire thermique et photovoltaïque, aux pico-centrales hydroélectriques et à la maîtrise de l'énergie. ■

Bois-énergie

Le plan bois-énergie du département de l'Isère, financé par la région Rhône-Alpes, le conseil général et l'ADEME, est coordonné et animé par l'AGEDEN.

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Mise en place d’une chaufferie au bois

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Rhônalpénergie-Environnemement / www.raee.org Rhônalpénergie-Environnement a été créée pour répondre au besoin d'information, de conseil et d'assistance des collectivités locales en matière d'énergie. L'Agence régionale a étendu, début 1995, ses compétences au domaine de l'environnement. Rhônalpénergie-Environnement entend ainsi être, à l'échelle régionale, un lieu privilégié de réflexion et d'échanges entre les différents partenaires institutionnels, économiques et associatifs concernés par les questions d'énergie et d'environnement. ■

Bois-énergie

Rhônalpénergie-Environnement réalise des études régionales, dans le cadre de programmes européens et joue un rôle de conseil auprès des collectivités pour le montage et le suivi des opérations. Elle est un centre de ressources pour ses partenaires institutionnels. AITF (www.aitf.asso.fr)/ATTF (www.attf.asso.fr) Association des ingénieurs territoriaux de France / Association des techniciens supérieurs territoriaux de France Ces deux associations sont des réseaux techniques regroupant des salariés des collectivités (communes, communautés de communes, conseils généraux, etc.). Elles ont pour vocation de développer la connaissance, d’échanger les savoir-faire notamment sur les différentes solutions énergétiques. Union sociale pour l’habitat / www.union-hlm.org Créée en 1929, l’Union nationale HLM (habitations à loyer modéré), devenue en 2002 l’Union sociale pour l’habitat, est une confédération d’organismes HLM. Issues d’une histoire séculaire, les 850 structures adhérentes sont toutes à but non lucratif et relèvent de statuts juridiques différents : établissements publics pour les uns, sociétés anonymes ou coopératives pour les autres. Créés pour aider les ménages disposant de ressources modestes à se loger, ces organismes poursuivent trois grands objectifs : – construire et gérer des logements locatifs ; – construire des logements pour l’accession à la propriété ; – accorder des prêts aux familles désireuses d’acheter ou améliorer leur logement. Ils peuvent également acquérir des immeubles anciens pour les transformer en logements sociaux, et plus généralement mettre leur expérience et leur savoir-faire au service des collectivités locales et de leur politique de l’habitat. Animés par 13 000 administrateurs bénévoles, les organismes HLM emploient 65 000 salariés. UCFF / www.ucff.asso.fr L’Union de la coopération forestière française, l'UCFF, regroupe les coopératives forestières et les groupements de gestion qui sont répartis sur le tout le territoire national. Ces organismes, proches des territoires, sont organisés en réseau de compétences pour développer leurs trois secteurs d'activités en réponse aux besoins des propriétaires forestiers : – services (gestion forestière, martelage, cubage, expertise, etc.) ; – collecte/vente (regroupement de l’offre, ventes amiables et groupées, contrats d’approvisionnement) ; – approvisionnement (plants forestiers et graines, produits phytosanitaires, équipements divers, etc.)

Annexes

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ADEME / www.ademe.fr L'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME) est un établissement public sous la tutelle conjointe des ministères de l’Écologie et du Développement durable, de l'Industrie et de la Recherche. Elle participe à la mise en oeuvre des politiques publiques dans les domaines de l'environnement, de l'énergie et du développement durable. L'agence met ses capacités d'expertise et de conseil à disposition des entreprises, des collectivités locales, des pouvoirs publics et du grand public et les aide à financer des projets dans cinq domaines (la gestion des déchets, la préservation des sols, l'efficacité énergétique et les énergies renouvelables, la qualité de l'air et la lutte contre le bruit) et à progresser dans leurs démarches de développement durable. ■

Bois-énergie

La promotion du bois-énergie est un des axes privilégiés de la politique « Énergies renouvelables » de l'ADEME. À cet égard, elle coordonne depuis 2000 le programme bois-énergie, qui bénéficie d'une dotation annuelle renforcée pour la période 2000-2006 (15 M€/an). Mis en œuvre en partenariat avec les ministères concernés, les collectivités territoriales et les industriels, ce programme vise à : – développer un réseau national de chaufferies collectives et urbaines au bois ; – renforcer la mobilisation des sous-produits issus de la forêt et du bois pour la fourniture d'une énergie de proximité ; – améliorer la performance du parc des appareils de chauffage domestique au bois (charte constructeurs Flamme Verte) et structurer les réseaux de distribution de bois de chauffage (marque NF bois de chauffage).

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L’ADEME en région

ALSACE 8 rue Adolphe Seyboth 67000 STRASBOURG 03 88 15 46 46

AQUITAINE 6 quai de Paludate 33080 BORDEAUX Cedex 05 56 33 80 00

AUVERGNE 63 boulevard Berthelot 63000 CLERMONT-FERRAND 04 73 31 52 80

BASSE-NORMANDIE Immeuble "LE PENTACLE" - Avenue de Tsukuba 14209 HEROUVILLE-SAINT-CLAIR Cedex 02 31 46 81 00

BOURGOGNE "Le Mazarin" - 10, avenue Foch, BP 51562 21015 DIJON Cedex 03 80 76 89 76

BRETAGNE 33 boulevard Solférino CS41 217 - 35012 RENNES Cedex 02 99 85 87 00

BRUXELLES 53 avenue des Arts 1040 BRUXELLES 322 514 45 56

CENTRE 22 rue d'Alsace-Lorraine 45058 ORLÉANS Cedex 1 02 38 24 00 00

CHAMPAGNE-ARDENNE 116 avenue de Paris 51038 CHÂLONS-EN-CHAMPAGNE 03 26 69 20 95

CORSE Parc Sainte-Lucie - "Le Laetitia" - BP 159 20178 AJACCIO Cedex 1 04 95 10 58 58

FRANCHE-COMTÉ 25 rue Gambetta - BP 26367 25018 BESANCON Cedex 6 03 81 25 50 00

GUADELOUPE "Café Center" - Rue Ferdinand Forest 97122 BAIE-MAHAULT 0590 26 78 05

GUYANE 28 avenue Léopold Heder 97300 CAYENNE 0594 31 73 60

HAUTE-NORMANDIE "Les Galées du Roi" 30 rue Gadeau de Kerville 76100 ROUEN 02 35 62 24 42

ILE-DE-FRANCE 6-8 rue Jean Jaurès 92807 PUTEAUX Cedex 01 49 01 45 47

LANGUEDOC-ROUSSILLON Résidence Antalya 119 avenue Jacques Cartier 34965 MONTPELLIER Cedex 2 04 67 99 89 79

LIMOUSIN 38 ter avenue de la Libération BP 20259 87007 LIMOGES Cedex 1 05 55 79 39 34

LORRAINE 37 avenue André Malraux 57000 METZ 03 87 20 02 90

MARTINIQUE 42 rue Garnier Pagès 97200 FORT-DE-FRANCE 0569 63 51 42

MIDI-PYRÉNÉES Technoparc Bât. 9 Rue Jean Bart - BP 672 31319 LABEGE Cedex 05 62 24 35 36

NORD-PAS DE CALAIS Centre tertiaire de l'Arsenal 20 rue du Prieuré 59500 DOUAIS 03 27 95 89 70

NOUVELLE CALEDONIE BP C5 98844 NOUMÉA Cedex 00(687) 24 35 18

PACA 2 boulevard de Gabès - BP 139 13267 MARSEILLE Cedex 08 04 91 32 84 44

PAYS DE LA LOIRE 5 boulevard Vincent Gâche BP 16202 44262 NANTES Cedex 2 02 40 35 68 00

PICARDIE 67 avenue d'Italie - Immeuble APOTIKA 80094 AMIENS Cedex 03 03 22 45 18 90

POITOU-CHARENTE 6 rue de l'Ancienne Comédie - BP 452 86011 POITIERS Cedex 02 05 49 50 12 12

POLYNESIE F. Rue Dumont d'Urville - BP 115 98713 PAPEETE 00(689) 46 84 55

REUNION Parc 2000 3 avenue Theodore Drouhet - BP 380 97829 LE PORT Cedex 02 62 71 11 30

RHONE-ALPES 10 rue des Emeraudes 69006 LYON 04 72 83 46 00

SAINT-PIERRE-ET-MIQUELON Direction de l'Agriculture et de la Forêt BP 4244 97500 ST-PIERRE-ET-MIQUELON 05 08 41 19 80

Annexes

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