Le point sur les particules fines du bois-énergie

Les appareils de chauffage au bois participent pour certains à cette pollution. Il est important que les professionnels du bois-énergie prennent conscience de ce problème qui pourrait freiner le développement du chauffage domestique au bois.

PM10 et PM2.5 sont les particules en suspension dans l’air qui ont une granulométrie inférieure respectivement à 10 et 2.5 micromètres. Plus elles sont petites, plus elles affectent l’appareil respiratoire en le pénétrant plus profondément. Elles sont responsables de maladies respiratoires comme l’asthme ou les bronchites. Les PM10 et PM2.5 contiennent souvent des métaux ou des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) qui sont cancérigènes.

Le 29 juin 2007, la secrétaire d’Etat à l’écologie a annoncé que la France se doterait de seuils d’alerte et de seuils d’informations dès que certains taux de microparticules PM est dépassé comme cela se fait déjà avec l’ozone. Une circulaire est en préparation. Dans plusieurs pays, des structures se mobilisent contre les PM10 et PM2.5. Les émissions de particules PM10 sont dues aux activités industrielles (36% des émissions), au chauffage domestique (21 %) et à l’agriculture (29 %). Dans sa prise de position du 25/03/2006, le Conseil des Communes et des Régions d’Europe soutient le bois-énergie tout en incitant la création de nouvelles normes pour les chaudières et cheminées car de récentes études indiquent que les appareils de chauffage au bois sont responsables de plus de 50% des émissions de PM2,5 au Danemark, de 60% en Norvège et 40% en Finlande. Les sources des émissions de particules PM2,5 sont différentes : les émissions dues à la combustion du bois pour le chauffage domestique en hiver sont prépondérantes (34% des émissions) et celles dues aux véhicules diesel sont significatives (14%) (source CITEPA). En Suisse, l’office fédéral de l’environnement a évalué à 8% les émissions de PM10 provenant du bois-énergie. En Amérique du Nord, le chauffage au bois est devenu le principal ennemi de certaines associations de défense de la qualité de l’air. En Suisse, le lobby du gaz fait son marketing en affichant des émissions de particules 100 fois plus faible que le bois. Parce que les problèmes de santé publique engendrés par la pollution de l’air pourraient dépasser ceux du réchauffement climatique, il est important que le chauffage domestique au bois se développe proprement. Les moyens techniques sont là, il ne manque que la réglementation.

La réglementation

Suisse depuis 01/03/1998 Europe depuis 22/04/1999
Limite journalière (moyenne sur une journée) 50 μg/m3 50 μg/m3
Nombre de jours de dépassement autorisés Maximum 1 Max. 35 (depuis 01/01/2005)
Max. 7 (dès 01/01/2010)
Limite annuelle (moyenne sur l’année) 20 μg/m3 40 μg/m3 (depuis 01/01/2005)
20 μg/m3 (dès 01/01/2010)

Tableau 1 : valeurs limites de concentration de particules PM dans l’air pour la Suisse et l’Union Européenne

Il y a deux types de réglementation : celle en amont qui interdit les systèmes polluants et celle en aval qui interdit à l’air d’être pollué… La première permet de prévenir la pollution, la seconde permet de mettre en place la première quand les seuils d’alerte sont dépassés. En Europe, la directive 1999/30/CE du 22 avril 1999 fixe les valeurs limites journalières et annuelles du taux PM10 dans l’air, avec un nombre de jours de dépassements limité et devant diminuer (cf. tableau 1). La Suisse va plus loin en limitant à un seul dépassement par an ces seuils. Une directive européenne est en cours pour la réglementation des PM2.5. Pour les appareils de chauffage domestique, il n’y a pas encore de réglementation européenne alors qu’en Amérique du Nord, les inserts, les poêles et les chaudières doivent être certifiés à la norme CSA B415.1- M92 au Canada et 40 CFR Part 60 de l’EPA aux USA. En Allemagne et en Autriche il existe néanmoins le « Münchner Brennstoffverordnung » et le « 15 a-Verordnung » qui limitent les émissions à respectivement 150 et 88 mg/m3 (à 13% O2). Il existe également des normes non obligatoires en Allemagne, en Autriche et en Suisse (cf. tableau 2). En France la réglementation touche les chaudières de puissance supérieure à 2 MW (Arrêté du 25 juillet 1997).

Pays Appareil mg / m3 (13%O2) mg / MJ
Allemagne Tous 50 34
Autriche Chaudière automatique 29/44 20/30
Autriche Chaudière manuelle 44 30
Suisse Chaudière à bûche 60 41
Suisse Chaudière à plaquette 90 61
Suisse Poêle à pellet 60 41

Tableau 2 : valeurs limites d’émissions de PM10 pour les appareils de chauffage domestique de normes non obligatoires (Source : Energie Bois Suisse)

Une simulation convaincante

Les particules se forment principalement lors de la combustion incomplète des combustibles et des carburants. Il faut donc traiter le cas des appareils anciens et/ou ayant un mauvais rendement. Energie Bois Suisse a réalisé une petite simulation pour comprendre et visualiser la différence d’impact entre des matériels performants et des appareils à faible rendement de combustion. Trois cas de figure sont illustrés par l’occupation au sol de la pollution de différents appareils en diluant les particules à la valeur limite de 50 μg/m3 sur une couche d’air de 500 mètres de haut. Sachant que les PM10 restent en suspension en moyenne pendant 10 jours, le calcul est effectué avec 10 jours d’émissions.

Dans le cas d’un feu en forêt de 500 kg de bois humide à l’air libre, les émissions sont de 5000 m3 à une concentration de 5000 mg/m3 et polluent 100 ha. Dans le cas de 5 appareils de chauffage domestique à mauvais rendement, les émissions sont de 135 gr/h et polluent 27 ha par appareil. Enfin dans le cas de cinq poêles à granulés avec des émissions de 0.67 gr/h, la surface polluée est de 135 m2 par appareil.

Un électrofiltre à particule pour le particulier

Les poêles et chaudières à granulés et à bois déchiqueté de qualité et utilisés dans de bonnes conditions n’émettent donc que très peu de particules. Malheureusement, les parcs actuels comptent essentiellement des appareils anciens, peu efficaces, et polluants. Une solution technique existe désormais pour réduire de 70 à 90% les émissions de particules des systèmes de chauffage domestique au bois peu performant. Zumikron est un électro-filtre à particule, mis au point par la société Ruegg. Le système s’adapte à tout type de fumisterie pour les installations de moins de 35 kW. Il consiste principalement en une électrode, amenée à un potentiel de près de 20 000 volts, qui ionise les particules qui sont attirées par la paroi intérieure du conduit sur laquelle elles s’agglomèrent. Equipée de cette nouvelle technologie, une chaudière à granulé a vu ses émissions de particules passer de 19.5 à 2.7 mg/m3 ! Consommant à peine 12 W, le fonctionnement est économique. Le coût conseillé est de 1200 € HT et l’appareil bénéficie du crédit d’impôt lorsqu’il est vendu avec une installation neuve. Si ce filtre peut réduire de 73% en moyenne la pollution par les PM10, l’Etat français ne devrait il pas étendre les équipements pouvant bénéficier du crédit d’impôt à ce type de filtre?

La filière bois-énergie doit-elle attendre que certains lobbies ternissent son image pour mettre en place une norme d’émissions maximum des PM10 ou PM2.5 spécifiques aux appareils de chauffage domestique ?

Jeremy HUGUES dit Ciles, Bioénergie International, septembre 2007

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6 réponses

  1. Bonjour,
    Nous sommes à la recherche de solutions filtrations poussières fumées biomasse <50mg/Nm3 pour une nouvelle gamme de chaudière de petite puissance de 250 à 2500kw.

    On nous a indiquer un fournisseur suisse que nous ne retrouvons pas sur le web. Société G§H
    Pourriez vous nous aider.

    Merci

  2. max dit :

    Modification du lien donné par revaz (commentaire 3).

    Le site de Holzenergie a été réorganisé.
    Nouveau lien vers les filtres à particules électrostatiques :
    http://www.holzenergie.ch/fileadmin

  3. HUSSON dit :

    Certains filtres à particules existent uniquement pour le bois. Il faut aussi trouver des filtres qui permettent de traiter les fumées de combustion des chaudières au mais bien plus le bois.. il faut imposer ces filtres, sinon dans 20 ans nous en serons au même point. Mêmes les incitations fiscales ne peuvent convaincre les gens de la véracité de ce dont nous parlons.. Les français sont incorrigibles. Tout est bien et obligatoire chez les autres!! ici l’on fait ce que l’on veut!! au détriment des intérêts des voisins.

  4. revaz dit :

    D’après mes informations, et cela est confirmé par les deux auteurs ci-dessus,en France, la politique de lutte contre les particules fines issues d’installations de chauffages au bois passe par le renouvellement du parc. Cette idée est bonne sur le fond, mais absurde en terme d’efficacité écologique et économique et en terme de temps de mise en oeuvre.
    Une autre politique est possible: Le canton de Thurgovie accorde une subvention de 1300 Euro pour toute installation de filtre sur les cheminées de chauffages domestiques.
    Comme l’évoque justement JHDC dans son article, le filtre électrostatique de Rüegg est disponible sur le marché suisse. Un nouveau système est actuellement en vente sous le nom de Oekotube. Il fonctionne sur le même principe et a pour avantage d’être installé sur l’orifice supérieur du conduit d’évacutation des gaz de fumée. Aucune intervention à l’intérieur des bâtiments n’est donc nécessaire. Vous trouvez de plus amples informations sous http://www.holzenergie.ch/fileadmin

  5. CSP dit :

    1ère visite – vos ecrans sont illisibles!
    CSP

  6. Sam dit :

    Bonjour,
    J’ai recueilli quelques informations issue de la recherche autrichienne qui pourrons aider à faire progresser le débat. Elles sont compilées dans la synthèse qui suit.

    Particules fines et chauffage au bois
    Etat actuel des connaissances

    Le débat sur les émissions des installations de chauffage au bois commence en france. Les recherches menées en Autriche apportent de nombreux éléments, présentés dans cette synthèse, qui permettent de dédramatiser le débat.

    1 – Qu’appelle t’on émissions de particules ?

    La poussière est un mélange complexe de particules solides et liquides. Ces particules se différencient par leur taille, leur composition chimique et leur origine. On distingue parmis les particules :
    – Les ParticulesTotales en Suspention TSP toute tailles de particules
    – Les particules fines PM 10 taille inférieure à 10 μm
    – Les Particules fines PM 2,5 taille inférieure à 2,5 μm
    – Les Particules fines PM 1 taille inférieure à 1 μm

    Ces particules présentent un impact sur la santé, car elles ne sont pas retenues dans les narines et la gorge mais pénêtrent profondement dans l’organisme jusqu’au poumons puis dans le sang. La fraction dite organique de ces particules ainsi que les suies sont réputées particulièrement nocives.

    Les poussières présentes dans l’atmosphère proviennent de sources différentes, classées en deux familles :
    1. Les particules de taille supérieures à 0,01mm qui sont émises directement par frottement, abrasion, ou autre action mécanique,
    2. Les particules issues de réactions chimiques en phase gazeuse (ex : Ammoniaque NH3, dioxyde de soufre SO2, oxyde d’azote NO).

    Les sources principales sont les secteurs de l’industrie, du transport, des installations de chauffage et l’agriculture. Il existe également des sources naturelles (ex : polène). A noter des disparités régionales importantes sur les concentrations et sur l’origine des particules fines.

    2 – Les émissions : polémiques sur les chiffres

    Dans l’Europe entière, les autorités s’interrogent sur la répartition des émissions entre les différents secteurs. En France cependant, aucune réglementation ne s’applique aux chaudières domestiques.

    Les politiques publiques sont basées sur des évaluations par calcul des émissions car aucune donnée validée n’est disponible. Ces évalutations nous révèlent que les émissions de particules fines ont baissé de 18% entre 1990 et 2004 et que le secteur résidentiel génère en 2004 20% des émissions totales de PM10, soit environ 110000 tonnes [CITEPA2005].

    Ces chiffres simples cachent une réalité complexe :

    1 – L’évaluation fait appel à une modélisation du parc des appareils de chauffage au bois. Pour exemple en 2004, environ 40 % des appareils du parc entrent dans la catégorie foyer fermés et insert, les chaudières ne représentant que 14% (en baisse) [OMINEA2007].

    2 – A chacune des catégories d’appareil est attribuée un „facteurs d’émission“, qui représente la quantité de poussières émise pour la production d’une quantité donnée d’énergie (typiquement en mg/MJ). Les chiffres fournies par la littératures montrent des disparités énormes entre les différentes catégories et au sein même d’une unique catégorie :
    · Entre catégories : entre la meilleure valeur (chaudière à condensation ÖKOFEN sur banc d’essai) et la moins bonne identifiée (cheminée ouverte, facteur d’émission issue d’une présentation ADEME), on passe de 2 mg/MJ à 7500 mg/MJ.
    · Au sein d’une même catégorie : dans la catégorie poêles modernes, l’ADEME annonce un facteur d’émission de 243 mg/MJ alors que l’association autrichienne de promotion du granulé annonce une valeur d’émission de 29 mg/MJ. Le tableau fourni en annexe montre de nombreux exemples frappants.

    Ces écarts s’expliquent par de nombreux facteurs. Pour en lister quelques uns:
    · des performances très différentes dues aux progrès techniques et à l’âge du matériel : le rendement d’une cheminée est estimé à 10% alors que celui d’une chaudière à condensation Ökofen atteint 102% sur PCI [BLT2005],
    · la qualité du combustible employé : des granulés certifiés ne sont pas des bûches humides,
    · l’éventuel mauvais réglage des installations,
    · des méthodes de mesure différentes…

    Pour ces raisons, les modèles théoriques peuvent être remis en question. Mais surtout, tout chiffre sur les émissions doit être analysé : quel est le matériel concerné, s’agit’il d’une mesure expérimentale ou d’une modélisation théorique, quel est l’âge du matériel testé ? Un mauvais usage des chiffres peut conduire à des confusions, voir à une campagne de désinformation en régle, comme en Allemagne en 2006.

    Une tendance forte et indiscutable ressort de ces chiffres : les chauffages automatiques modernes émettent très peu, entre 3 et 20 fois moins selon les sources. Un parc constitué pour moitié de tels appareils polluerait quasiment deux fois moins que le parc actuel.

    3 – Mais la quantité n’est pas tout !

    A cette difficulté d’évaluation de la quantité globale des émissions de poussières s’ajoute la question de la toxicité liée à la composition des poussières. Une étude [NUSSB2006] compare la toxicité des émissions issues des appareils de combustion à bois à celles des particules fines émises par les moteurs diesel. Les particules émises par les chaudières automatiques de conception modernes seraient 10 fois moins nocives, alors que la combustion de bois dans de mauvaises conditions générerait des poussières 10 fois plus nocives.

    Les émissions de poussières comprennent deux fractions :
    · une fraction composée principalement de sels alcalins peu nocifs. Elle résulte de la combustion complète du Potassium (K), Sodium (Na), Zinc (Zn), Soufre (S) et Chlore (Cl) naturellement présents dans le bois.
    · Une fraction composée de suies et de composé carbonés organiques, dont les fameux Hydrocarbure Aromatique Polycycliques (HAP) hautement nocifs. Cette fraction est quasiment absente dans les conditions de combustions standards des chaudières automatiques. Elle devient significative dans des conditions de combustion incomplètes.

    Généralement, meilleure est la combustion, moins une chaudière émet de particules, et moins ces particules seront nocives. Les chaudières automatiques à haut rendement (>90%) garantissent donc non seulement des émissions faibles, mais également peu nocives.

    4 – Quelles émissions pour les chauffages modernes à granulés ?

    L’expemple suivant est vrai pour la plupart des chauffages automatiques au bois modernes. Il se base sur les émissions des chaudières à granulés autrichiennes d’un des principaux fabricants.

    Les petites installations de combustion automatiques sont soumises en Autriche à une valeur limite d’emission réglementaire pour les TSP :

    Combustible biomasse……………….. 60 mg/MJ

    Les tests d’homologation réalisées sur les chaudières à l’institut officiel de Wieselburg en janvier 2005 donnent la mesure des TSP :
    TSP
    8KW sans condensation…………………………….. 7,0 mg/MJ
    16KW sans condensation…………………………… 8,0 mg/MJ
    32KW sans condensation…………………………… 8,0 mg/MJ

    8KW avec condensation………………………………… 3,0 mg/MJ
    16KW avec condensation………………………………. 6,5 mg/MJ
    32KW avec condensation………………………………. 5,0 mg/MJ

    Les émissions de poussières de cette gamme de chaudière, représentative de ce qu’il se fait de mieux en chauffage bois, sont donc largement inférieures aux contraintes réglementaires, de 87% en moyenne pour les chaudières et de 92 % pour les chaudières à condensation.

    Ces chiffres concernent les TSP. Les connaissances actuelles permettent d’affirmer que les particules fines PM10, les plus dangereuses représente environ 90% des TSP. Mais il n’existe aujourd’hui ni institut accrédité, ni méthode normalisée, ni références réglementaires sur ces émissions PM10 et PM2,5 pour les chaudières de faibles puissances.

    5 – Que font les fabriquants pour lutter contre ces émissions ?

    Les principaux fabricants autrichiens participent aujourd’hui à un projet de recherche impliquant plusieurs fabricants de chaudière au Austrian Bio Energy Centre de Graz. Les buts du projet sont la mesure, l’étude des émissions des chaudières à granulés ainsi que le développement de mesures techniques pour les réduire encore.

    6 – Pour aller plus loin

    De nombreuses pistes sont identifiées dans la litérature.

    Solutions à court terme
    · Garantir le fonctionnement optimum des appareils en place,
    · Remplacer les appareils les moins performants par des appareils modernes et performants.
    · Réflechir à l’utilisation de ballon tampon qui permettent de réduire la fréquence des phases d’allumage et d’extinction, phases sensibles en matière d’émissions.
    · Adapter des dispositifs de traitement de fumées du type filtre à manche, boîte à fumée, électro-filtre.

    Solutions à moyen terme
    · Améliorer la qualité des combustibles afin d’obtenir des conditions de combustion optimales.
    · Utiliser des combustibles à faibles teneurs en K, Na, Zn, S, Cl. Les granulés de bois tendres offrent de bien meilleurs émissions que la paille qui contient beaucoup plus de K, Na, Zn, S et Cl.
    · Développer des techniques de combustions encore plus performantes, notamment sur la conception des foyers que sur la régulation de la combustion.

    Solutions à long terme
    · La modernisation du parc, lente mais certaine (30 ans pour renouveler le parc) permettra d’améliorer les émissions d’un facteur 5 à 10.
    · Une amélioration des performances thermiques de l’habitat peut permettre de diviser encore par trois la consommation d’energie, réduisant encore d’un facteur trois les émissions.

    Un débat constructif consisterai non pas à fustiger le chauffage au bois dans sa globalité mais à travailler sur chacune ces pistes. Les solutions sont dès aujourd’hui disponibles et les nombreuses recherches en cours promettent des améliorations encore plus importantes.

    Bibliographie

    [ABC2007]
    Aktuelle Erkenntnisse zur Emission von Feinstaub aus Pelletsheizungen – Etat des connaissance sur les émissions de particules fines des chauffages à granulés. D.I. Dr Markus Schwarz ; Austrian Bioenergy Centre GmbH. 25/01/2007.

    [ADEME2006]
    Données france. ADEME/ CITEPA / EGTEI2003 et 2006. Présentation sur le bois énergie dans l’habitat individuel.

    [BLT2005]
    Prüfbericht Pelletsfeurung PELLEMATIC PE08, PE16, PE32, PEK08, PEK16, PEK32. Procés Verbale d’essais pour les chaudières à granulés de la gamme Ökofen Pellematic et Ökofen Pellematic + à condensation. BLT Wieselburg, 2005.

    [CITEPA2006]
    Emissions dans l’air en france – métropole- particules en suspension. CITEPA. 18/04/2006.

    [NUSSB2006]
    Feinstaubbildung in Holzfeurung und Gesundheitsrelevanz von Holzstaub im Vergleich zu Dieselruss – Emissions de particules fines par les installations de combustion à bois et comparaison du risque sanitaire avec celui des particules issus de moteurs diesel. Norbert Klippel und Thomas Nussbaumer, Verenum, Autriche. Publié à l’occasion du « Holzenergie-Symposium – Feinstaubminderung und Stromerzeugung im Rahmen der zukünftigen Energieversorgung » le 20 Octobre 2006 à l’université technique de Zürich.

    [OBERNB2005]
    Aktuelle Erkenntnisse im Bereich der Feinstaubemissionen bei Pelletsfeuerung – Connaissances actuelles dans le domaine des émissions de particules fines des installations de combustion à granulés. Prof. Dr. Ingwald Obernberger, Dipl.-Ing. Thomas Brunner, Dr.Georg BärnthalerBIOS BIOENERGIESYSTEME GmbH, GrazAustrian Bioenergy Centre GmbH, GrazInstitut für ressourcenschonende und Nachhaltige Systeme, Technische Universität Graz. 2005.

    [OBERNB2006]
    Fine Particulate emissions from state-of-the-art small scale austrian Pellet furnaces – Characterisation, formation und possibilities of reduction.
    Prof. Dr. Ingwald Obernberger, Dipl.-Ing. Thomas Brunner, Dr.Georg BärnthalerBIOS BIOENERGIESYSTEME GmbH, GrazAustrian Bioenergy Centre GmbH, GrazInstitut für ressourcenschonende und Nachhaltige Systeme, Technische Universität Graz
    2006. Confidential Draft VersionA. Publié à l’occasion de la 2eme forum mondial sur les pellets le 30 mai et 1er juin 2006 à Jönköping, Suède.

    [OBERNB2007]
    Feinstaubemissionen aus Pelletfeuerungen- Aktueller Stand der Erkenntissse. Emissions de particules fines des installations de combustions à granulés – Etat actuel des connaissances. Prof. Dr. Ingwald Obernberger, Dipl.-Ing. Thomas Brunner, Dr.Georg BärnthalerBIOS BIOENERGIESYSTEME GmbH, GrazAustrian Bioenergy Centre GmbH, GrazInstitut für ressourcenschonende und Nachhaltige Systeme, Technische Universität Graz. Publié au World Sustainable Energy Days 2007.

    [OMINEA2007]
    Organisation et Méthodes des Inventaires Nationaux des Emissions Atmosphériques en France. CITEPA (Centre Interprofessionnel Technique d’Etude de la Pollution Atmosphérique) pour le MEDD. 4eme édition de Janvier 2007.

    [ORTNER2006]
    Feinstaub und Pelletsheizung. Particules fines et chauffage à granulés. Ingénieur Herbert Ortner, PDG de ÖkoFEN Pelletsheizungen. 18.05.06

    [PRIEW2005]
    Feinstaubproblematik und Holzheizungen – Fachgutachten zur aktuellen Diskussion. Problematique des particules fines et du chauffage au bois – considération sur le débat actuel. Univ.-Prof. Dr. Reinhold Priewasser – Johannes Kepler Universität Linz – Institut für Betriebliche und Regionale Umweltwirtschaft. Aout 2005.

    [PROP2007]
    Pelletsheizung und Feinstaub. Chauffage à granulés et émissions de particules fines. Présentation de Pro pellets Austria. 2007.

    ANNEXE : Ordres de grandeurs sur les émissions de particules (TPS) des appareils de combustion à bois.