Retour d’expérience sur la chaufferie bois & paille de Rosières-près-Troyes

Article paru dans le Bioénergie International n°73 de juin 2021

La chaufferie bois & paille de Rosières-près-Troyes, photo Frédéric Douard

La chaufferie biomasse de Rosières-près-Troyes alimente depuis 2013 le réseau de chaleur du quartier des Chartreux au sud de l’agglomération de Troyes. Ce réseau, de 10 km a été créé en 1989, au même moment que la création de la SEM Energie qui le gère. L’objectif, en plus d’utiliser des bioénergies locales, était d’éviter la rénovation d’un grand nombre de chaufferies de logements, d’établissements hospitaliers, d’établissements scolaires et universitaires, d’équipements sportifs, de bureaux et d’industries. Dès lors, la production est assurée par trois installations : la chaufferie bois-paille de 8 MW qui couvre 60 à 70 % des besoins, la chaufferie des Chartreux équipée de trois chaudières mixtes gaz / fioul domestique et utilisée en appoint, et la chaufferie du Centre Hospitalier de Troyes qui n’intervient qu’en secours.

Le choix original de la multi-bioénergie

Lors de la création de la nouvelle chaufferie centralisée, le recours à toutes les énergies renouvelables concentrées et stockables a été envisagé, de la géothermie profonde aux bioénergies. Si la prospective technico-économique pour la géothermie n’a pas été concluante, la chambre d’agriculture de l’Aube a réalisé en 2008 les études de ressource pour le bois, les agrocombustibles et le biogaz. Une unité de méthanisation avec cogénération était alors envisagée aux abords de la chaufferie, mais a dû être abandonnée suite à une forte opposition des riverains, peut-être par manque d’information et de pédagogie. Le projet avec trois bioénergies aurait pu être encore plus exemplaire, et au final seuls le bois et la paille, tous deux abondants dans le secteur, ont été retenus.

Déchargement d’un camion de paille à la chaufferie de Rosières-près-Troyes, photo Guillaume Rollat

Pour la paille, l’étude avait fait apparaître que 15 000 tonnes étaient localement mobilisables chaque année pour l’énergie dans un rayon permettant de garantir un coût de transport acceptable, et surtout sans nuire à la fertilisation des sols, ni au marché de la litière. Aujourd’hui, les besoins de la chaufferie représentent 1 % de la production annuelle de pailles de céréales du département. C’est aussi la Chambre d’agriculture qui a assuré la mise en relation entre porteurs du projet et producteurs de paille.

L’un des trois silos carrossable à bois de la chaufferie de Rosières-près-Troyes, photo Frédéric Douard

La consommation de biomasse s’établit donc de 9 à 10 000 tonnes de plaquettes forestières et à 4000 tonnes de paille par an. Cette dernière est achetée dans un rayon de 30 km autour de la chaufferie et le mix 2020 s’établissait à 51 % bois, 17 % paille et 32 % gaz.

Autre vue de la chaufferie bois & paille de Rosières-près-Troyes, photo Frédéric Douard

Les investissements de ce projet se sont montés à 4,5 M€ pour la chaufferie, dont une route d’accès et des mesures archéologiques liées à la présence d’un aqueduc gallo-romain, et 2,5 M€ pour le réseau. Pour le financement, les banques, qui sortaient tout juste de la crise de 2008, ont été plus que frileuses, ce qui a fait perdre un an au projet. La solution a finalement été trouvée avec BPI France, filiale de la Banque des territoires, le Crédit Agricole Champagne Bourgogne, le CIC, et par une garantie bancaire obtenue avec un système de Dailly (garantie sur les subventions ADEME et FEDER et vente de chaleur).

Les trois portes de silos à bois à droite et trois portes de conteneurs à cendres, photo Frédéric Douard

La baisse du coût de l’énergie, relative au changement d’énergie, qui devait initialement être assez conséquente au moment de l’émergence du projet alors que le prix du gaz était au plus haut, est actuellement due exclusivement au taux de TVA réduit. Le différentiel de coût d’exploitation, entre la biomasse et le gaz, est en effet actuellement inexistant voire légèrement négatif ces dernières années. Depuis 2014, le prix des combustibles fossiles a en effet chuté et demeure peu impacté par la taxation du carbone. Le coût de l’énergie était en 2020 en moyenne de 74 €/MWh livré en sous-stations. Notons que ce prix bénéficie de la valorisation des quotas carbone auxquels la SEM Energie était soumise en raison de sa chaufferie gaz de plus 20 MW. Sans la mise en place de ce projet, la SEM énergie aurait des quotas de CO2 à acheter.

La chaufferie biomasse

Elle dispose d’une chaudière Compte R. à bois de 4,5 MW, équipée d’un électrofiltre et d’un condenseur Scheuch qui permet de récupérer 600 kW supplémentaires de chaleur sur les fumées de la combustion du bois humide.

La chaudière à bois de la chaufferie de Rosières-près-Troyes, photo Frédéric Douard

La seconde chaudière Compte R. de 3,3 MW fonctionne à la paille. Elle est équipée d’un économiseur à tubes de fumées et d’un filtre à manches Tecfidis. L’économiseur permet de récupérer l’énergie des gaz de combustion lorsque les échangeurs de la chaudière à paille, avant chaque séance de ramonage mécanique, commencent à se couvrir de poussière. Car la combustion de la paille en produit beaucoup d’une poussière particulièrement isolante. Ainsi, lorsque l’échange est moins bon dans les échangeurs, la température des fumées augmente en sortie de chaudière et elle est récupérée par l’économiseur, ce qui globalement évite la baisse de rendement.

La chaudière à paille de Rosières-près-Troyes, avec à gauche son économiseur, photo Frédéric Douard

Un ramonage mécanique des échangeurs des chaudières est ainsi réalisé tous les quatre mois pour le bois et tous les mois pour la paille, et ce malgré l’action permanente des systèmes de ramonage pneumatique installés sur les deux chaudières. Pour résoudre le problème de la perte d’échange due à l’encrassement rapide des échangeurs de la chaudière à paille, plusieurs solutions sont envisageables : une chaudière surdimensionnée mais qui induit une surconsommation momentanée, une chaudière à trois parcours au lieu de deux, ou comme ici un économiseur après la chaudière, a priori la solution la plus efficace.

Le filtre à manches de la chaudière paille de Rosières-près-Troyes, photo Frédéric Douard

Sinon, malgré cette forte production de poussière dans la chaudière à paille, le filtre à manches joue pleinement son rôle. La chaufferie, qui est en déclaration ICPE, transmet chaque année un rapport d’exploitation à la DREAL, notamment sur ses émissions atmosphériques ici limitées à 30 mg/Nm³ à 6% d’O₂. Dans la pratique, le suivi permanent montre un taux moyen de 15 à 17 mg/Nm³.

L’électrofiltre de la chaudières bois de Rosières-près-Troyes, photo Frédéric Douard

Si les cendres volantes sont évacuées en centre d’enfouissement, les 500 tonnes de cendres foyères du bois et de la paille sont mélangées et reprises par les fournisseurs de paille pour restitution aux sols agricoles. Les taux de cendres sur masse anhydre varient de 1 à 2 % pour le bois et de 5 à 7 % pour la paille.

La cendre de la chaufferie de La chaufferie bois & paille de Rosières-près-Troyes, photo FD., photo Frédéric Douard

C’est la SEM Energie qui porte les investissements et qui gère le poste P1 des approvisionnements. La conduite et la maintenance de la chaufferie, les postes P2 et P3, ont été confiés en 2013 à la société Dalkia pour une durée de 20 années. Dalkia a également réalisé la maîtrise d’œuvre de la construction de la chaufferie et de son raccordement au réseau.

La logistique paille

La fourniture de paille fait l’objet d’un contrat pluriannuel avec la Sas Propaille qui regroupe neuf entreprises de travaux agricoles et des exploitations agricoles : elle produit, récolte et assure la livraison de la paille à la chaufferie. Chaque sociétaire assure lui-même le stockage de la paille destinée à la chaufferie. La fourniture à la chaufferie représente 10 000 grandes balles rectangulaires (250 × 120 × 90cm), soit en moyenne 5 % de l’activité paille de chacune des entreprises agricoles associées. Quant aux exploitations agricoles, pour des questions agronomiques, elles ne doivent pas exporter plus de 50 % de leur production.

Les portes d’accès aux trois travées du silo à paille, photo Frédéric Douard

Car en termes d’agronomie, la première question qui se pose lorsqu’on parle d’exportation de paille, c’est la préservation de la matière organique du sol. Dans le secteur de Troyes, les sols permettent des rendements en paille élevés, de l’ordre de cinq tonnes par ha, et les taux de matières organiques permettent l’export. La généralisation des couverts hivernaux et la disponibilité en compost permettent aujourd’hui de compenser ces exportations de matière organiques, de potassium et de phosphore. Le développement des techniques culturales simplifiées a aussi conduit les agriculteurs à vouloir davantage exporter les pailles pour faciliter le semis direct.

Le hangar à paille de la chaufferie de Rosières-près-Troyes avec ses trois travées, photo Frédéric Douard

Les producteurs sont rémunérés à hauteur d’environ 20 €/MWh, soit 80 € par tonne livrée. Le prix est révisé en fonction des indices des prix à la consommation et de celui des prix d’achat des moyens de production agricole (IPAMPA), ainsi que des coûts du travail et du transport. La paille, tout comme le bois, est facturée au MWh. Elle affiche un pouvoir calorifique moyen de 4 MWh par tonne qui est estimé par mesure d’humidité. Celle-ci doit rester sous les 15 % sur brut et est relativement constante, entre 10 et 12 %.

Le pont roulant du silo à paille, photo Frédéric Douard

La paille, d’orge ou de blé uniquement, est livrée une fois par semaine par sept camions de 44 balles, soit un peu moins de 20 tonnes. Elle est déchargée par l’exploitant de la chaufferie et rangée dans trois travées prévues à cet effet, pour permettre la reprise automatique au grappin. Le volume de stockage, qui peut contenir jusqu’à 300 balles sur cinq hauteurs, permet une autonomie de six à sept jours.

Le système de griffe du grappin à paille de la chaufferie de Rosières-près-Troyes, Frédéric Douard

Le grappin à griffe dispose ensuite les balles sur un convoyeur qui, à l’approche de la chaudière, opère un basculement des balles qui s’enfilent à la verticale dans une trémie située juste au-dessus du vérin poussoir d’introduction dans le foyer. À chaque cycle de poussoir, les balles sont sectionnées en tronçons de 30 à 40 cm. Une guillotine assure l’étanchéité entre le poussoir et le foyer. La paille avance ensuite dans le foyer par l’action de la grille mobile, sur le même principe que pour le bois, mais avec une vitesse et des alimentations en airs comburants différentes.

La paille-combustible, peu connue en France

Si la combustion de la paille brute est connue au Danemark, en Allemagne du Nord, en Pologne, en Ukraine ou en Biélorussie depuis des décennies, c’est moins le cas en France. Les chaufferies automatiques à agro-combustibles les plus fréquentes en France sont plutôt des chaufferies à produits fluides et homogènes comme le miscanthus broyé, les coques de tournesol, les poussières de céréales ou la rafle de maïs.

Combustion de rafles de maïs dans une chaudière Compte R à Strasbourg, photo Frédéric Douard

La paille est un combustible très hétérogène du point de vue composition physico-chimique, à la fois selon les espèces, mais aussi selon le sol sur lequel elle a poussé. Ici, elle est originaire de neufs terroirs différents. La difficulté par rapport au bois déchiqueté, est qu’il est impossible de réaliser un mélange des balles pour obtenir une qualité uniforme et continue. Les variations de qualité sont aussi liées aux différences de densité des balles, en provenance de neuf fournisseurs utilisant neufs presses différentes. Elle peut varier de 380 kg/balle en orge à 510 en blé. Les variations d’humidité sont quant à elles, comme pour le bois, faciles à contrôler.

Pour obtenir une combustion complète et non polluante, ces variations vont donc demander un paramétrage très variable de la chaudière, que ce soit pour des raisons physico-chimiques ou de pénétration de l’air dans le combustible. Mal gérées, ces variations vont entraîner des bourrages du système d’introduction, la formation de mâchefers ou d’imbrûlés dans les cendres et parfois même ne permettront pas d’atteindre la puissance souhaitée.

La formation de mâchefers dans les cendres est évitée par un suivi précis des qualités de pailles, photo Frédéric Douard

Face à ces inconnues de départ, l’exploitant a dû appréhender la technologie et déterminer les réglages adéquats en fonction de la qualité du combustible. Cet apprentissage de l’exploitant, qui s’est fait de conserve avec les fournisseurs de paille et bien sûr avec le constructeur de la chaudière, a duré trois années avant de trouver un fonctionnement satisfaisant.

Aujourd’hui, la saison de chauffe est gérée par campagnes de combustion, qualité par qualité, sans mélange des pailles, ni en nature, ni en origine. Une dizaine de recettes de paramétrage de la chaudière a ainsi été mise au point pour parer à tous les cas de figure, sauf un qui a été écarté. En effet, les pailles provenant de la Champagne crayeuse brûlaient facilement, alors que celles de Champagne humide avaient tendance à produire des mâchefers. Cette seconde origine a donc été écartée.

Le système d’introduction par balles de paille tranchées dans la chaudière de Rosières-près-Troyes, photo Frédéric Douard

Cette installation a été conçue il y a une bonne dizaine d’années. Aujourd’hui, le constructeur a modifié son approche et alimente ses chaudières en paille démêlée au broyeur, et non en bottes tranchées. La combustion est plus régulière. Il a aussi systématisé le recours aux grilles de foyer refroidies à eau, et non-plus seulement à l’air, pour éviter les mâchefers. Il surdimensionne également ses chambres de combustion et ses échangeurs pour limiter d’une part la production d’oxyde d’azote, et d’autre part l’impact de la sédimentation des poussières sur la puissance des échangeurs. Et comme l’expérience l’avait démontrée à Rosières, le filtre à manches et l’économiseur confirment leur efficacité. Ce schéma d’installation vient d’ailleurs d’être mis en œuvre à la chaufferie paille du Dolmen à Poitiers.

Le condenseur des fumées de la chaudière bois de Rosières-près-Troyes, photo Frédéric Douard

Contacts :

  • La SEM Energie : Guillaume Rollat
 – 03 25 70 64 65 – contact@semenergie.fr – www.semenergie.fr
  • L’exploitant : Frédéric Bouillon – frederic.bouillon@dalkia.fr – 03 25 71 20 19 – www.dalkia.fr
  • Le chaudiériste : 04 73 95 01 91 – commercial@compte-r.com – 
www.compte-r.com
  • Électrofiltre sur la chaudière bois :
 06 13 99 43 06 – f.gallic@scheuch.com – www.scheuch.com/fr/
  • Filtre à manches sur la chaudière paille : 04 74 61 36 67
 – contact@tecfidis.fr – tecfidis.fr
  • Propaille : Eric Launoy, – 06 07 83 35 69
 – earl-du-plessis@wanadoo.fr

Certaines informations figurant dans cet article proviennent des travaux du RMT Biomasse & Territoires, dont la synthèse est téléchargeable à ce lien.

Frédéric Douard, en reportage à Rosières-près-Troyes

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