GRAMIX, un projet pour valider le potentiel des granulés de bois feuillus en France

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Article paru dans le Bioénergie International n°78 d’avril 2022

Depuis le début des années 2000, le marché du granulé de bois n’a de cesse de croître en France. À partir de 2008, la production annuelle a augmenté d’environ 125 000 tonnes tous les ans. En 2020, ce sont 1,7 million de tonnes qui ont ainsi été produites, production annuelle jamais atteinte jusqu’alors. Ce marché est qualitatif et particulièrement bien encadré au moyen notamment des certifications NF, DIN+, EN+ ainsi que la norme NF EN ISO 17225-2 (Biocombustibles solides – Classes et spécifications des combustibles granulés bois).

Un marché qui doit diversifier ses sources d’approvisionnement pour croître

Une ressource actuelle limitée : les produits connexes de scierie (PCS) constituent la ressource majeure d’approvisionnement actuelle des unités de production de granulés. Les scieries ont d’ailleurs trouvé là un débouché essentiel de leurs connexes. Cependant, l’activité de ces scieries ne connaît pas une croissance suffisante pour répondre aux besoins des granulateurs. La diversification des sources d’approvisionnement de ce marché est donc essentielle pour maintenir sa croissance.

La forêt feuillue, une ressource potentielle : avant les années 2000, les granulés de bois feuillus étaient bien représentés sur le marché français, mais les granulés de bois mis aujourd’hui sur le marché sont produits dans leur immense majorité à partir d’essences résineuses, alors même que la surface forestière est couverte de près de 70 % d’essences feuillues. Ces dernières représentent donc un gisement potentiel très important.

Le projet GRAMIX vise ainsi à mettre au point un granulé qui intégre du bois de feuillu et dont la composition, les paramètres et les coûts de production devront permettre de respecter les exigences de qualité des certifications actuelles et d’être valorisés au prix du marché des granulés « blancs » (granulés de résineux).

Le projet GRAMIX

Ce projet réunit quatre acteurs complémentaires travaillant tout au long de la chaîne de production des granulés. Depuis l’institut technique disposant de la connaissance des gisements et des expertises en analyses technico-économique et de cycle de vie (FCBA), en passant par le détenteur de la matière et industriel granulateur (Grasasa) ainsi que par le spécialiste de la caractérisation et de la formulation des granulés (RAGT Energie) et enfin l’utilisateur final (IDEX). En complément de ce consortium, une expertise spécifique a été apporté pour réaliser un benchmark des granulés de feuillus produits en France et à l’international.
Il s’agit d’un projet d’envergure nationale financé par l’ADEME dans le cadre de l’appel à projets GRAINE, qui a débuté en avril 2020, pour une durée de deux ans.

Des résultats qui encouragent l’utilisation du feuillu

Analyse de l’existant

Concernant la sélection des essences d’intérêt, une étude de gisement a permis d’orienter le projet vers des essences représentatives comme le châtaignier, le chêne et le peuplier, présentes en Dordogne à proximité de l’usine de Grasasa. Au niveau national, cette étude a également montré que le gisement feuillu représentait environ 11 millions de m³ par an.

Les résultats de la caractérisation des matières premières non mélangées (analyse des paramètres thermochimiques et chimiques) démontrent la conformité des caractéristiques des trois essences feuillues identifiées, à la norme du marché actuel sur la majeure partie des paramètres. Attention toutefois aux teneurs en cendres et à la teneur en azote qui peuvent être en dehors des seuils.

Essais de granulation : les résultats obtenus à l’échelle pilote sont confirmés à l’échelle industrielle

L’étape de granulation pilote a permis d’étudier la faisabilité de granulation, de valider les paramètres de production (taux de compression des filières, humidité et granulométrie optimale de la matière en entrée presse) et de sélectionner sept formules sur la base des caractéristiques physiques des granulés et de leur comportement en granulation :

1. Mélange 25/75 % peuplier/résineux « PEU 25 – RES 75 »
2. Mélange 30/70 % châtaignier/résineux « CHA 30 – RES 70 »
3. Pur 100 % résineux (étalons de l’étude) « RES 100 »
4. Mélange 30/70 % chêne/résineux « CHE 30 – RES 70 »
5. Mélange 70/30 % chêne/ résineux « CHE 70 – RES 30 »
6. Pur 100 % châtaignier « CHA 100 »
7. Mélange 70/30 % châtaignier/résineux « CHA 70 – RES 30 »

Ces sept formules ont ensuite été produites à échelle industrielle sur l’unité de production de Grasasa avec une production de 20 t par lot, afin de mesurer les différences de comportement par rapport au bois résineux. Elles ont démontré des caractéristiques en tout point conformes à la norme NF EN ISO 17225-2.

Le projet s’est intéressé d’une part à l’énergie nécessaire à la production des granulés et d’autre part au taux de cendres des granulés produits à partir d’essences feuillues afin de les comparer aux résultats obtenus avec des granulés résineux. Les résultats démontrent que ces granulés feuillus se rapprochent des granulés résineux voire présentent un intérêt particulier sur ces deux critères.

Une consommation énergétique maîtrisée

Comme l’illustre le graphique ci-dessus, la granulation avec des essences feuillues consomme globalement moins d’énergie que celle avec du résineux exception faite de la présence de peuplier et d’un excès de châtaignier.

Des teneurs en cendres réduites

En associant différentes essences via la formulation, les teneurs en cendres anhydres ont été réduites et ont permis de produire des granulés ayant des teneurs en cendres inférieures au 0,7 % de matière sèche exigés par la norme. On peut même remarquer des taux de cendres très faibles sur certaines formules.

À l’issue de ces étapes techniques de formulation, granulation caractérisation et le choix d’utiliser les formules les plus représentatives, trois granulés ont finalement été retenus pour la combustion en chaudière industrielle. Ce sont ceux présentant le comportement en combustion le plus prometteur sur poêle et sur chaudière individuelle.

• 100 % châtaignier « CHA 100 »
• 70 % châtaignier / 30 % résineux « CHA 70 – RES 30 »
• 100 % résineux « RES 100 » (étalon)

Essais de combustion

L’étude du comportement en combustion a été réalisée sur les granulés produits industriellement. Trois appareils présentant des caractéristiques différentes en termes de taille et de puissance ont été utilisés pour comparaison : un poêle domestique de 9 kW, une chaudière domestique à lit fixe de 30 kW et une chaudière collective à lit mobile de 300 kW.

Les types d’appareils utilisés pour les tests de combustion
Poêle à granulés	Chaudière domestique, schéma Herz	Chaudière collective, schéma Herz

• Les teneurs en monoxyde de carbone (CO) des fumées
• Les teneurs en oxydes d’azote (NOx)
• Les teneurs en poussières des fumées
• Les proportions de mâchefers dans les cendres

Comme le démontre l’étude des graphiques, le suivi de ces quatre paramètres permet de confirmer l’intérêt du granulé feuillu par rapport au granulé « blanc » résineux :

• Les émissions en CO sont inférieures et ce, quel que soit l’outil de combustion utilisé
• Les émissions de NOx sont un peu plus importantes. Sur la chaudière collective, les granulés 100 % châtaignier émettent moins de NOx que les résineux.
• Les émissions de particules lors de la combustion ont été moins importantes sur chaudière collective pour les granulés feuillus que les granulés résineux.
• La proportion de cendres grossières (cendres contractées / mâchefer) reste faible et relativement similaire entre l’étalon de granulés résineux et les granulés contenant du feuillu sur chaudières individuelle et collective. Les proportions plus importantes observées dans le cas de la combustion de résineux sur poêle pourraient s’expliquer par la forme du foyer qui favoriserait le développement de points chauds.

Études ACV et technico-économique

Une analyse de cycle de vie des granulés de feuillus ainsi qu’une étude portant sur leur faisabilité technico-économiques sont en cours. Ces travaux viendront compléter les résultats techniques obtenus dans le projet et permettront aux acteurs d’envisager le développement de cette production sur le marché du granulé français.

Des efforts à poursuivre pour garantir l’adaptabilité de la filière

Les premiers résultats issus du projet GRAMIX démontrent que l’utilisation du bois feuillu pour la production de granulés de qualité, se conforme aux attentes et exigences du marché français actuel : respect de la norme qualité, production techniquement comparable, comportement en combustion du feuillu similaire à celui du résineux. Certaines questions économiques et environnementales restent encore à être résolues au sein de ce projet et par la poursuite des études associées. La préparation de la ressource, notamment l’écorçage, a une influence importante sur la qualité du produit. Ainsi, une étude spécifique est en en cours pour optimiser cette préparation avec des solutions d’écorçage et de criblage.

Dans le prolongement de GRAMIX, deux nouvelles études ADEME sont menées. Une première étude technique, nommée EPOCHAG (Émissions Par les pOêles et les Chaudières A Granulés) qui étudie la formation des aérosols de seconde génération ainsi qu’une étude sur l’efficacité et la combustion réelle sur poêle chez les particuliers (avec étude des consommations de granulés, émissions atmosphériques, rendement…). Ces 2 études sont réalisées sur des granulés résineux standard mais utilisent également les granulés produits et sélectionnés dans le cadre du programme GRAMIX pour représenter les granulés feuillus.

Les résultats complets ont été présentés au Propellet Event le 2 juin 2022 à Nantes.

>> Télécharger ici la présentation de Matthieu Campargue, RAGT Energie.

Le consortium GRAMIX composé des sociétés GRASASA, RAGT Energie, IDEX et le centre technique FCBA

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