La technologie de nos chaudières est conçue pour atteindre la meilleure combustion possible et ainsi exploiter au mieux l'énergie du bois pour le chauffage.
Les chaudières à bois HARGASSNER allument et contrôlent la combustion du bois afin de valoriser la chaleur qu’il émet. Cette chaleur est transmise à un fluide caloporteur via l’échangeur contenu dans la chaudière pour chauffer un bâtiment ou un réservoir d’eau.
Nous explorerons ici les principes physiques et chimiques de la combustion du bois. L’objectif consiste à comprendre l’intérêt d’obtenir sa combustion complète et comment la technologie de nos chaudières permet de l’obtenir.
Les chaudières HARGASSNER figurent parmi les chaudières à bois les plus performantes du marché. Le label Flamme Verte en atteste les performances énergétiques et environnementales. Nos filtres à particules complètent nos chaudières afin de limiter au maximum les émissions de particules polluantes dues à des combustions incomplètes.
Allez plus loin grâce à la vidéo ci-contre.
Le bois est un matériau naturel issu de l’arbre, composé de matières organiques qui stockent de l’énergie. Une fois chauffé en présence d’air, il entre en combustion et libère cette énergie.
Le bois est un matériau solide et fibreux, composé de polymères organiques (cellulose, hémicellulose et lignine) stockés par l’arbre grâce à la photosynthèse. Ils contiennent du carbone, de l’hydrogène et de l’oxygène. Le bois contient aussi de l’eau et des minéraux provenant du sol responsables de la formation des cendres après combustion.
Lorsqu’il est soumis à une température suffisante, le bois amorce sa décomposition thermique (sans présence d’oxygène), appelée pyrolyse. Il libère alors des gaz qui s’oxydent au contact de l’air et entrent en combustion. Cela produit une flamme.
La combustion du bois constitue le processus inverse de la photosynthèse. Le carbone, l’hydrogène et l’oxygène stockés dans la matière organique sont libérés sous forme de chaleur, de dioxyde de carbone et de vapeur d’eau.
La densité du bois dépend de l’essence. Une densité élevée signifie une plus grande quantité de matière combustible par volume. Les bois denses brûlent plus lentement et fournissent une combustion plus durable.
Le feu est la manifestation physique d'une combustion.
La combustion du bois est un cycle durant lequel le bois libère son énergie sous forme de chaleur et de lumière, tout en produisant des gaz et des résidus solides comme le charbon et les cendres.
La combustion du bois se déroule en trois phases : séchage, combustion et extinction, sur un cycle typique d’une heure.
Si une source de chaleur réchauffe le bois à plus de 200 °C, la pyrolyse décompose le bois en charbon et en gaz. Lorsque ces gaz arrivent en contact avec le dioxygène de l’air, ils s’enflamment et libèrent rapidement de l’énergie thermique. La combustion commence.
La combustion est une réaction chimique exothermique (elle libère de la chaleur) où des molécules complexes sont décomposées en molécules plus stables chimiquement. Elle implique un comburant oxydant (généralement le dioxygène de l’air O₂) et un combustible (ici le bois).
Les radicaux libres formés (atomes très réactifs possédant un électron non apparié), déclenchent et entretiennent des réactions chimiques en chaîne, permettant à la flamme de se propager tant que le combustible et l’oxygène sont disponibles.
Le bois sec permet une pyrolyse rapide, une combustion stable et un rendement thermique* optimal.
La teneur en eau correspond à la proportion d’eau contenue dans le bois. Cette eau absorbe une partie de la chaleur pour s’évaporer avant que le bois n’atteigne la température nécessaire à la pyrolyse, retardant la décomposition des composants et la libération des gaz combustibles.
L’eau agit comme un modérateur thermique, dispersant la chaleur dans le bois et empêchant d’atteindre rapidement les 200–300 °C nécessaires à la pyrolyse. Un bois humide libère moins d’énergie utile pour le chauffage, car une partie de l’énergie est consommée pour sécher le bois.
Un bois trop humide génère une combustion incomplète. Les gaz combustibles brûlent partiellement, générant plus de fumée, de créosote (voir plus bas) et de particules fines. À titre indicatif :
- Entre 20 et 30 % d’humidité, le niveau d’émissions polluantes du bois peut être multiplié par plus de 5.
- À 20 % d’humidité, le bois possède un pouvoir calorifique de 4 kWh/kg contre 2 kWh/kg à 50 % d’humidité.
L’usage de bois sec est vraiment conseillé.
*Rendement thermique : proportion de l’énergie contenue dans le combustible effectivement transformée en chaleur utile pour le chauffage, par rapport à l’énergie totale du combustible.
Une combustion complète maximise le rendement thermique et limite les émissions polluantes.
Une combustion complète transforme le combustible en produits stables incapables de se réoxyder : CO₂ (dioxyde de carbone) et H₂O (vapeur d’eau). Elle libère toute l’énergie chimique disponible, appelée pouvoir calorifique, et maximise le rendement thermique. Elle réduit aussi au minimum les émissions polluantes.
La combustion incomplète se produit lorsque les gaz et particules ne s’oxydent pas complètement. Cela arrive souvent à cause d’une température trop basse, d’un mélange air/gaz insuffisant ou d’un temps de séjour trop court. Le carbone et les composés organiques ne se transforment alors pas entièrement en produits stables.
Une combustion incomplète génère des cendres, des créosotes, de la suie et gaz partiellement oxydés. Ces résidus contiennent des composés toxiques (CO, suie, goudron, NOx, hydrocarbures aromatiques, HAP, COV). Ils réduisent le rendement des équipements et peuvent nuire à la santé et aux installations.
Une combustion complète nécessite de maîtriser trois paramètres fondamentaux (3T) : Température, Turbulence et Temps de séjour.
- La température doit rester suffisamment élevée (>800 °C pour du bois sec) pour oxyder complètement les gaz combustibles issus de la pyrolyse.
- La turbulence mélange efficacement les gaz et l’air secondaire, assurant que tout combustible entre en contact avec l’oxygène.
- Le temps de séjour maintient les gaz dans la zone de combustion assez longtemps pour que les réactions chimiques se terminent et que les radicaux libres se stabilisent.
Les chaudières HARGASSNER maîtrisent les 3T grâce à un foyer à haute température, une gestion précise de l’air comburant et un parcours des gaz long et turbulent.
Le foyer en pierres réfractaires accumule la chaleur et maintient des températures élevées, même à charge partielle. Le bois gazéifie rapidement et ces gaz brûlent intégralement. La conception du foyer optimise la combustion des gaz en multipliant leur passage par la flamme.
Nos chaudières biomasse sont aujourd’hui complétement étanches. L’air est amené par deux à trois arrivées. Il est soigneusement dosé et distribué pour assurer un mélange homogène grâce à la sonde lambda. Elle régule en continu le taux d’oxygène dans le foyer entre 7 et 10 % et garantit un mélange air/gaz optimal pour une combustion complète.
La (ou les) grille de décendrage automatique maintiennent un lit de braises homogène et nettoie automatiquement le foyer des cendres sans gaspiller de combustible. Elle effectue des cycles réguliers pour permettre au bois de se consumer totalement avant vidange.
Les turbulateurs intégrés maximisent le transfert thermique en créant des turbulences dans les fumées. La chambre longue et le flux optimisé augmentent le temps de contact des gaz avec les surfaces chaudes.
Un nettoyage automatique ou manuel de l’échangeur actionne les turbulateurs qui raclent les parois de l’échangeur. Cela améliore la turbulence et le transfert de chaleur vers le circuit de chauffage.
Grâce au ballon tampon, la chaudière à bois automatique fonctionne le plus souvent et longtemps possible à une température de combustion optimale.
Une combustion complète ne peut être atteinte et maintenue que sur des cycles longs. Un cycle d’au moins une heure permet au foyer réfractaire d’atteindre une température élevée et stable. Les gaz disposent alors du temps et des conditions nécessaires pour brûler intégralement, conformément à la règle des 3T.
Un ballon tampon bien dimensionné permet à une chaudière automatique de fonctionner sur des cycles de combustion longs et continus. La chaudière maintient une haute température de foyer le plus longtemps possible. Le ballon absorbe l’énergie produite et la restituera ensuite au réseau.
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