BIOTHERMIE À PARTIR DE BIOMASSE FORESTIÈRE - Centre for Research & Innovation in the Bio ...
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GUIDE SUR LA BIOTHERMIE À PARTIR DE BIOMASSE FORESTIÈRE POUR LES COMMUNAUTÉS RURALES ET ÉLOIGNÉES DE L’ONTARIO publication spéciale SP-537F février 2020
GUIDE SUR LA BIOTHERMIE À PARTIR DE BIOMASSE FORESTIÈRE POUR LES COMMUNAUTÉS RURALES ET ÉLOIGNÉES DE L’ONTARIO publication spéciale SP-537F ISBN 978-0-86488-586-9 (imprimé) ISBN 978-0-86488-587-6 (numérique) ISSN 1925-0495 (imprimé) ISSN 1925-0509 (numérique) Glen Prevost, M.F.C., ing. Conseiller industriel, FPInnovations © FPInnovations 2020. Tous droits réservés. Les copies ou la distribution non autorisées sont interdites.
REMERCIEMENTS Le soutien financier pour la réalisation de ce guide a été fourni par la Société de gestion du Fonds du patrimoine du Nord de l’Ontario, FedNor, le ministère des Richesses naturelles et des Forêts de l’Ontario et Ressources naturelles Canada. L’auteur remercie le comité directeur du projet pour l’orientation donnée durant l’élaboration de ce guide par ses conseils et ses commentaires. Le comité directeur comprenait des membres du personnel du ministère des Richesses naturelles et des Forêts de l’Ontario, division de l’industrie forestière, de Ressources naturelles Canada, de CanmetÉNERGIE et de FPInnovations. Les examinateurs à l’interne de FPInnovations ont donné d’importants commentaires et suggestions dans les versions préliminaires. Parmi eux, on comptait : • John Pineau • Christoph Schilling • Marian Marinescu • Sylvain Volpé • Luc Desrochers Les personnes suivantes ont partagé leur temps, leurs idées et leur avis sur les technologies de biothermie et sur les biocombustibles. Cette information a été cruciale pour l’élaboration de ce guide. • Mike Rutter et Vince Rutter, Biothermic Systèmes d’énergie de bois • Colin Kelly, Confederation College • Andreas Wintzer, Viessmann Manufacturing Company Inc. • Todd Eastman, ministère de l’Énergie, du Développement du Nord et des Mines de l’Ontario • Conrad Lacroix, Granules de bois LacWood (I.C.S. Lacroix Lumber) • Steven Law, ministère de l’Environnement, de la Protection de la nature et des Parcs de l’Ontario • Terrence Sauvé, ministère de l’Agriculture, de l’Alimentation et des Affaires rurales de l’Ontario • Jonathan Halasz, ministère des Richesses naturelles et des Forêts de l’Ontario • Heather Reid, Abbey Gardens • Marc-Antoine Cantin, Stove Builder International Inc. (SBI) • Roland Kilpatrick, Innovation Initiatives Ontario North • Sally Krigstin, Université de Toronto L’auteur apprécie le travail de l’équipe des communications de FPInnovations qui a coordonné la production de ce guide.
Table des matières 6 RÉSUMÉ 13 3. BIOCOMBUSTIBLES SOLIDES 7 1. INTRODUCTION • Propriétés importantes des • À qui ce guide sera-t-il utile? biocombustibles solides • En quoi consistent la • Bois de chauffage biomasse, le biocombustible et • Copeaux de bois la biothermie? • Briquettes de bois • Les systèmes de biothermie sont-ils complexes? • Granules de bois • Que trouve-t-on dans ce guide? 21 4. SYSTÈMES DE COMBUSTION DE 9 2. LES AVANTAGES DE BIOTHERMIE • Poêles CHOISIR LA BIOTHERMIE • Soutien du développement • Générateurs d’air chaud économique et des emplois • Chaudières locaux 30 • Un combustible renouvelable et durable 5. FACTEURS IMPORTANTS À PRENDRE • Coûts d’énergie stables et peu élevés EN CONSIDÉRATION LORS DU CHOIX DE LA • Approvisionnement fiable en combustible BIOTHERMIE 32 • Combustible à faibles émissions de carbone 6. COMPARAISON ENTRE DES INSTALLATIONS DE • Moins de risque environnemental qu’avec les BIOTHERMIE NEUVES combustibles fossiles ET DES INSTALLATIONS • Les systèmes de biothermie RÉNOVÉES 33 sont fiables et faciles d’utilisation 7. PROJETS DE • Stimulation du développement BIOTHERMIE des communautés RÉSIDENTIELS • Habitations écoénergétiques • Financement d’activités locales de gestion forestière • Étapes de planification • Réglementation applicable 4 TABLE DES MATIÈRES
36 8. PROJETS INSTITUTIONNELS ET 54 ANNEXE B : ÉTUDES DE CAS • Confederation College COMMERCIAUX DE BIOTHERMIE • Abbey Gardens • Planification du projet • Générateur d’air chaud • Établissement des dimensions résidentiel au bois d’un système de biothermie • Viessmann Manufacturing • Réglementation pertinente Company Inc. • Financement d’un projet de 67 biothermie ANNEXE C : RESSOURCES ADDITIONNELLES 46 9. AUTRES SYSTÈMES DE • Autres guides et ressources BIOTHERMIE générales sur la biothermie • Systèmes de chauffage • Chauffage aux granules centralisé résidentiel et des petits • Systèmes de production bâtiments commerciaux combinée de chaleur et • Biocombustibles d’électricité • Études de cas additionnelles • Chauffage centralisé 47 10. RÉFÉRENCES • Production combinée de chaleur et d’électricité 50 ANNEXE A : AVANTAGES POUR L’ENVIRONNEMENT • Calculatrices d’énergie thermique du bois ET CONSIDÉRATIONS • Émissions de la biothermie • Biothermie et cycle du carbone • Biothermie et changements climatiques • Émissions • Aménagement forestier • Aménagement forestier durable au Canada et en durable en Ontario Ontario • Bureaux de district du ministère des Richesses naturelles et des Forêts • Bureaux régionaux du ministère de l’Environnement, de la Protection de la nature et des Parcs TABLE DES MATIÈRES 5
RÉSUMÉ Les systèmes de chauffage au Ce guide a été élaboré afin de donner bois modernes qui utilisent des de l’information aux résidents des biocombustibles solides renouvelables communautés rurales et éloignées de locaux permettent de réduire les l’Ontario et les rassurer sur l’utilisation émissions de gaz à effet de serre, de créer du bois provenant de forêts ontariennes des emplois locaux dans le secteur de gérées de façon durable en vue de l’énergie propre, de garder l’argent dans produire de la chaleur et de l’eau chaude les communautés locales, de réduire le domestique. Il s’adresse aux dirigeants risque de déversements de combustible de communautés, comme ceux qui font et d’accroître la production locale partie des administrations municipales, d’énergie et la sécurité économique. des conseils de bande, des commissions Ce guide donne de l’information détaillée scolaires, des groupes religieux, des sur les biocombustibles solides qui organisations à but non lucratif et des sont disponibles en Ontario et sur les petites entreprises, de même qu’aux systèmes de combustion qui peuvent propriétaires privés. brûler ces biocombustibles. Les quatre Les systèmes modernes de biothermie types de biocombustibles solides dont consistent en des systèmes mécaniques il est question dans ce guide sont le de haute technologie qui fournissent de bois de chauffage, les copeaux de bois, la chaleur et de l’eau chaude domestique les briquettes de bois et les granules aux entreprises et aux bâtiments de bois. Les trois types de systèmes communautaires ainsi qu’aux maisons de combustion sont les poêles, les privées. Ce guide s’applique aux systèmes générateurs d’air chaud et les chaudières. d’une puissance inférieure à 1 MW et Ce guide présente les principales qui utilisent des biocombustibles solides considérations en ce qui concerne pour la production de chaleur. L’Ontario l’approvisionnement et l’utilisation a un important approvisionnement en de chaque type de biocombustible biomasse ligneuse provenant de forêts et système de combustion pour gérées de façon durable, incluant des les applications institutionnelles/ résidus de récoltes et d’usines et du bois commerciales et résidentielles. Le guide sur pied non marchand, qui pourrait porte sur les étapes de planification et servir de biocombustible solide. les options de financement pour les systèmes de biothermie. 6 RÉSUMÉ
1. INTRODUCTION À qui ce guide sera-t-il utile? Ce guide a été élaboré afin de donner des conseils de bande, des commissions de l’information aux résidents des scolaires, des groupes religieux, des communautés rurales et éloignées de organisations à but non lucratif et des l’Ontario et les rassurer sur l’utilisation petites entreprises, de même qu’aux du bois provenant de forêts ontariennes propriétaires privés. Ce guide contient gérées de façon durable en vue de suffisamment de détails pour que produire de la chaleur et de l’eau chaude les consultants, les ingénieurs et les domestique. Il s’adresse aux dirigeants fournisseurs de systèmes de combustion de de communautés, comme ceux qui font biomasse ligneuse et de biocombustibles le partie des administrations municipales, trouvent également utile. En quoi consistent la biomasse, le biocombustible et la biothermie? La biomasse englobe « l’ensemble des matières organiques d’origine biologique » et peut provenir des activités de foresterie, d’arboriculture, d’agriculture, d’horticulture et d’aquaculture (Groupe CSA, 2015). Lorsque la biomasse est transformée et utilisée comme combustible en vue de produire de la chaleur ou de l’électricité, on l’appelle biocombustible. La production de chaleur lors de la combustion du biocombustible est appelée la biothermie. Ce guide traite uniquement des biocombustibles solides issus de ressources forestières. Les quatre catégories de biocombustibles solides sont le bois de chauffage (figure 1), les copeaux de bois (figure 2), les briquettes de bois (figure 3) et les granules de bois (figure 4). Les systèmes de biothermie a été préparé. Les professionnels sont-ils complexes? de la biothermie de l’Ontario sont Les systèmes de biothermie ne sont hautement qualifiés et soucieux d’aider pas complexes. La technologie est bien ceux qui veulent installer un système développée et grandement utilisée en de biothermie. Les lecteurs peuvent Europe, en Alaska et dans le nord-est avoir l’impression que les systèmes des États-Unis, ainsi que dans l’ensemble sont complexes, mais cela est dû à la du Canada. Les systèmes de biothermie nouveauté des systèmes de biothermie sont relativement nouveaux en Ontario, dans la province, non pas à la complexité et c’est la raison pour laquelle ce guide des systèmes eux-mêmes. INTRODUCTION 7
Que trouve-t-on dans ce guide? Ce guide s’applique aux systèmes d’une puissance thermique inférieure à 1 MW qui utilisent des biocombustibles solides pour la production de chaleur. Ce guide ne traite pas des chaudières extérieures, des systèmes de combustion d’une puissance thermique supérieure à 1 MW, des systèmes de production Figure 2. Copeaux de bois de qualité supérieure (à gauche) et de moins bonne combinée de chaleur et d’électricité de qualité (à droite). quelque puissance que ce soit, ou des biocombustibles liquides produits à partir du bois massif. Le guide comprend les sections suivantes : • Section 1 : Introduction • Section 2 : Les avantages de choisir la biothermie • Section 3 : Biocombustibles solides • Section 4 : Systèmes de combustion de biothermie • Section 5 : Facteurs importants à Figure 3. Divers types de briquettes de bois. prendre en considération lors du choix (Photo : CanmetÉNERGIE, Ressources naturelles Canada) de la biothermie • Section 6 : Comparaison entre des installations de biothermie neuves et des installations rénovées • Section 7 : Projets résidentiels de biothermie • Section 8 : Projets institutionnels et commerciaux de biothermie • Section 9 : Autres systèmes de biothermie Figure 4. Granules de bois. Figure 1. Bois de chauffage empilé et couvert. 8 INTRODUCTION
2. LES AVANTAGES DE CHOISIR que toutes les forêts de la Couronne LA BIOTHERMIE doivent être gérées de façon durable et Soutien du développement que l’Ontario doit utiliser une approche économique et des emplois locaux scientifique rigoureuse pour la gestion Comme les biocombustibles sont des forêts de la Couronne. Ainsi, les habituellement de provenance locale utilisateurs de biocombustible issu des ou régionale, la plupart des avantages forêts de la Couronne ont la certitude économiques restent locaux ou qu’ils utilisent un combustible durable régionaux. De la main-d’œuvre locale est et renouvelable. On peut obtenir plus nécessaire pour récolter, transformer d’information sur l’aménagement forestier et livrer le biocombustible, de même durable en Ontario à l’annexe A. que pour faire fonctionner et entretenir Coûts d’énergie stables et les systèmes de combustion. Tout cela peu élevés crée des occasions de développement Le biocombustible est souvent le moins et de croissance pour les particuliers et dispendieux des combustibles de pour les entreprises. Le fait de garder chauffage offerts. Il peut être entre l’argent à l’échelle locale et d’avoir des 34 p. 100 et 81 p. 100 moins cher que les coûts d’énergie plus faibles procure un autres combustibles de chauffage, selon avantage économique aux communautés le biocombustible utilisé et le combustible rurales et éloignées. Lorsqu’il faut qu’il remplace. Le prix du biocombustible acheter des combustibles fossiles ou a également tendance à être plus stable de l’électricité, une bonne partie de cet que celui des autres combustibles. argent quitte la communauté. Le passage à la biothermie permet Les biocombustibles solides sont souvent de réduire les coûts et de protéger la faits à partir de biomasse sous-utilisée communauté contre les fluctuations de ou de mauvaise qualité. Les entreprises prix des combustibles fossiles. Le gaz forestières locales qui trouvent un naturel est souvent plus économique que marché pour cette biomasse réduisent la biothermie, mais il ne peut procurer les coûts, ce qui permet de maintenir et les mêmes avantages socio-économiques de créer de nouveaux emplois locaux que le biocombustible solide de ainsi que de diversifier l’éventail de provenance locale. produits forestiers. Approvisionnement fiable Un combustible renouvelable en combustible et durable La production de biocombustible est L’Ontario a un vaste approvisionnement bien établie et est en hausse partout durable de biomasse forestière (résidus dans le monde, plus de gens réalisant de coupe et d’usines, bois sur pied) qui les avantages de passer à la biothermie. peut servir à produire du biocombustible Le bois de chauffage et les granules sont solide. La Loi sur la durabilité des forêts facilement disponibles à de nombreux de la Couronne de l’Ontario stipule endroits en Ontario. Les copeaux de LES AVANTAGES DE CHOISIR LA BIOTHERMIE 9
bois sont grandement disponibles, mais être retourné dans les gisements initiaux, il faut s’assurer que les fabricants locaux une bonne partie du carbone émis peuvent fournir des copeaux de bonne demeure dans l’atmosphère et contribue qualité. À certains endroits, les copeaux aux changements climatiques. Lors de de bois peuvent déjà être promis à la combustion de biocombustibles, les d’autres utilisateurs. émissions de carbone peuvent être captées de nouveau par la forêt lorsque Combustible à faibles émissions de nouveaux arbres poussent pour de carbone remplacer les arbres qui ont été récoltés De nombreuses personnes ne réalisent afin de produire le biocombustible. Pour pas que la biothermie utilise un plus d’information sur la biothermie et les combustible à faibles émissions de émissions de carbone, consulter l’annexe A. carbone. Le biocombustible est une ressource renouvelable qui produit moins Moins de risque environnemental d’émissions de gaz à effet de serre que qu’avec les combustibles fossiles les combustibles fossiles, pourvu que la Certaines personnes ou communautés forêt soit gérée de façon durable. Lors sont persuadées que les systèmes de de la combustion des combustibles biothermie sont de gros pollueurs et que fossiles, du carbone ancien est rejeté les systèmes utilisant des combustibles dans l’atmosphère, et comme il ne peut fossiles sont beaucoup plus propres. Cela n’est pas vrai. Tous les types de combustion, y compris celle utilisant des biocombustibles et des combustibles fossiles, produisent des émissions comme du dioxyde de soufre, de l’oxyde nitreux, du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone, des composés organiques volatils et des particules. Les systèmes modernes de biothermie génèrent des quantités d’émissions beaucoup plus faibles qu’un poêle à bois résidentiel classique, et sont comparables à leurs équivalents en combustibles fossiles. Les niveaux d’émission des nouveaux systèmes de biothermie diminuent constamment. Pour plus d’information sur la biothermie et les émissions de carbone, consulter l’annexe A. Les combustibles fossiles liquides peuvent poser un risque de contamination en cas de déversement. Le biocombustible ne pose aucun risque de déversement. 10 LES AVANTAGES DE CHOISIR LA BIOTHERMIE
Il se décompose simplement de façon différences, mentionnons le nettoyage, naturelle sans effets nocifs sur la l’entretien et la gestion du combustible. population ou l’environnement. Les avantages valent souvent les efforts additionnels. Avec une bonne conception, Les systèmes de biothermie sont on peut souvent faire en sorte que le fiables et faciles d’utilisation travail requis pour le fonctionnement Les systèmes de biothermie comportent d’un système de biothermie corresponde les mêmes caractéristiques et la même aux capacités du propriétaire ou de fiabilité que n’importe quel autre l’exploitant. système de chauffage neuf. Les systèmes de biothermie sont des systèmes Stimulation du développement mécaniques de haute technologie, tout des communautés comme les systèmes électriques ou aux Les systèmes de biothermie, en combustibles fossiles. La plupart de ces particulier les systèmes communautaires systèmes présentent un fonctionnement plus gros, nécessitent des partenariats automatique convivial et procurent un avec des groupes locaux. Cela peut rendement fiable, et tous doivent être mener à de nouvelles possibilités de conçus et installés par des professionnels développement pour la communauté qualifiés. Les éventuels propriétaires et comme de l’emploi, de la formation et concepteurs doivent cependant savoir des interactions sociales. Les avantages qu’il y a des différences importantes sociaux peuvent souvent être le facteur entre les systèmes de biothermie et les décisif lors de l’étude de viabilité d’un autres systèmes de chauffage. Parmi ces projet de biothermie. Parmi les possibles LES AVANTAGES DE CHOISIR LA BIOTHERMIE 11
avantages sociaux, il y a : • sécurité énergétique; • énergie renouvelable de provenance locale; • emplois locaux; • renforcement des liens dans la communauté grâce à un projet collaboratif; • confiance dans l’avenir de la communauté; • possibilité d’établir de nouveaux partenariats et de la collaboration au sein de la communauté. Financement d’activités locales de gestion forestière Certaines activités reliées à la production de biocombustible peuvent être financées. C’est le cas de l’éclaircie précommerciale, du reboisement et des initiatives Intelli-feu. Ces initiatives réduisent le risque de dommages dus aux feux en retirant une partie du combustible de la forêt (les arbres et le bois mort) près des bâtiments et des communautés. 12 LES AVANTAGES DE CHOISIR LA BIOTHERMIE
3. BIOCOMBUSTIBLES SOLIDES Cette section décrit chaque biocombustible solide dont il est question dans ce guide. Comme les systèmes résidentiels n’utilisent généralement pas de copeaux de bois, ceux qui s’intéressent aux systèmes résidentiels peuvent omettre la section sur les copeaux de bois. Le tableau 1 donne un résumé des principales propriétés de chaque type de combustible, y compris son coût approximatif. Les coûts indiqués sont des estimations générales et ne devraient pas être utilisés à des fins de planification. Le coût des combustibles devrait être vérifié auprès des fournisseurs locaux. Le contenu de cette section a été adapté des Bulletins d’information sur les biocombustibles solides de Ressources naturelles Canada (Ressources naturelles Canada, n.d.-a, b, c, d, e, f, g). Ces bulletins constituent une lecture recommandée pour avoir plus de détails sur les normes pour les biocombustibles ligneux, leur provenance et la description de chaque type de combustible. Tableau 1. Comparaison des coûts et des propriétés des combustibles en Ontarioa Combustible Teneur en Plage type Plage type Plage type Demande Coût livré Coût du humidité de teneur de masse de pouvoir de pointe nominal combustible en cendres volumique calorifique de ($ par livré ($/GJ) (% base (kg/m3) supérieur chauffage volume sèche) (MJ/kg) du unitaire) bâtimentb 400 $ par Bois de 10 kW à corde chauffage 1 MW à l’air) tassés par tonne 20 kW à 1,14 $ Mazout (n° 2) s.o s.o. 850 42 33 $ >1 MW par L 20 kW à 0,80 $ Propane s.o s.o. 1,7 50 35 $ >1 MW par L 20 kW à 0,25 $ Gaz naturel s.o s.o. 0,7–0,9 43 6,70 $ >1 MW par m3 20 kW à 0,18 $ Électricité s.o s.o. s.o s.o. 50 $ >1 MW par kWh a Les coûts sont uniquement des estimations et ne devraient pas servir à des fins de planification détaillée. Les coûts devraient être vérifiés auprès d’un fournisseur. (Adapté de Ressources naturelles Canada, n.d.-a, b, c, d, e, f, g; les estimations de coûts reposent sur les taux du marché de 2018.) b Une limite supérieure à >1 MW a été utilisée pour ce tableau aux fins d’uniformité avec la portée du guide. Des systèmes plus puissants sont disponibles. c Coûts pour la livraison en vrac dans des bacs, par camion souffleur ou sur des palettes. d Les copeaux de bois peuvent être séchés jusqu’à un taux inférieur à 45 %. Lors du traitement mécanique, on peut atteindre 25 %. s.o. : sans objet BIOCOMBUSTIBLES SOLIDES 13
Propriétés importantes des humidité, la teneur en cendres, la masse biocombustibles solides volumique et le pouvoir calorifique. Les normes CAN/CSA-ISO 17225, La taille des particules correspond à Biocombustibles solides, sont des normes la dimension des éléments individuels volontaires sur les combustibles et ont du biocombustible. Les systèmes de été adaptées à partir des normes sur combustion sont conçus de manière à les biocombustibles solides établies fonctionner en utilisant un biocombustible par l’Organisation internationale de dont les particules ont une certaine taille. normalisation (ISO) (Ressources naturelles Des particules trop grosses ou trop petites Canada, n.d.-c; Groupe CSA, 2015). peuvent entraîner des problèmes pour Les normes établissent les classes les systèmes de manutention, la santé pour chaque type de biocombustible respiratoire, les émissions et l’efficacité de solide (bois de chauffage, copeaux de la combustion (Marinescu, 2013). bois, briquettes de bois et granules de bois) selon la provenance et les La teneur en humidité indique la quantité propriétés du biocombustible. Les d’eau contenue dans un combustible, normes sont importantes, car la exprimée en pourcentage du poids du qualité du biocombustible peut varier combustible. Elle est mesurée à l’état considérablement selon la provenance et humide ou à l’état sec. Une teneur les méthodes de transformation. La qualité élevée en humidité comporte plusieurs du biocombustible a des incidences sur désavantages, comme des coûts de l’efficacité de la combustion, la durée du biocombustible de vie du système de combustion et les avec une teneur en émissions rejetées. Les fournisseurs et les humidité de acheteurs canadiens de biocombustibles solides peuvent utiliser ces normes 20 % peut produire environ 17 MJ/kg afin de communiquer de l’information sur les exigences en matière de qualité du biocombustible et afin d’élaborer des conventions d’achat. L’Ontario une différence utilise la norme CAN/CSA-ISO 17225, de presque 30 % Biocombustibles solides, pour sa réglementation sur la qualité de l’air et ses lignes directrices sur les petits dispositifs de combustion au bois (systèmes de du biocombustible biothermie). avec une teneur en humidité de Lors du choix d’un combustible, il faudrait prendre en considération cinq propriétés 50 % peut produire environ 12 MJ/kg du combustible. Par ordre d’importance, il y a la taille des particules, la teneur en 14 BIOCOMBUSTIBLES SOLIDES
transport plus élevés par unité d’énergie, teneur en cendres résiduelles lorsqu’on des émissions atmosphériques accrues, se procure du biocombustible (Marinescu, des risques de dégradation causés par les 2013). On peut utiliser les cendres propres activités fongiques et bactériennes lors pour amender le sol sur des terres privées, du stockage (compostage), des risques de des terres municipales et des terres combustion spontanée et de dégagement de réserve indienne, mais pas sur des gazeux. Une teneur élevée en humidité terres de la Couronne (sauf pour des cas diminue également la quantité d’énergie spéciaux comme des essais de recherche). utile obtenue lors de la combustion, car Il faut s’assurer que les cendres sont il faut plus d’énergie pour évaporer l’eau. propres et ne contiennent pas de métaux Ainsi, lorsqu’on brûle du combustible, lourds ou d’oligo-éléments. une quantité considérable d’énergie est La masse volumique indique combien gaspillée à évaporer l’eau plutôt qu’à pèse le combustible par volume unitaire fournir de la chaleur utile. (par exemple, kg/m3) et inclut l’espace d’air Par exemple, du biocombustible avec entre les particules du combustible. Plus une teneur en humidité de 20 p. 100 un biocombustible solide est dense, plus peut produire environ 17 MJ/kg, tandis il contient d’énergie par volume unitaire. que du biocombustible avec une teneur Les biocombustibles solides d’une masse en humidité de 50 p. 100 peut produire volumique plus importante sont plus environ 12 MJ/kg. Il s’agit d’une différence économiques à transporter et occupent de presque 30 p. 100, ce qui signifie que moins d’espace de stockage (Marinescu, si un système utilise du biocombustible 2013). ayant une teneur en humidité de Le pouvoir calorifique est la quantité 50 p. 100, il lui faudra brûler 30 p. 100 d’énergie par unité de poids (par exemple, plus de combustible pour produire la même quantité de chaleur qu’avec du MJ/kg ou MJ/m3 de biocombustible) biocombustible ayant une teneur en que fournit le biocombustible lors de humidité de 20 p. 100. Lors de l’achat de sa combustion. Cette valeur peut être biocombustible, la teneur en humidité présentée selon un pouvoir calorifique devrait être garantie. supérieur (PCS) ou un pouvoir calorifique inférieur (PCI). Pour le PCS, on suppose Les cendres sont les résidus qui que toute la vapeur d’eau formée restent après la combustion et il faut pendant la combustion a été condensée s’en débarrasser régulièrement d’une et que toute la chaleur disponible a été quelconque façon. Les combustibles dont récupérée. Pour le PCI, on suppose que la teneur en cendres est faible réduisent l’eau contenue dans le combustible s’est la manutention et les coûts d’élimination. évaporée et n’a pas été récupérée. Le PCS Une teneur élevée en écorce ou la est la valeur le plus couramment indiquée contamination par la saleté ou de la terre au Canada (Marinescu, 2013). font augmenter les cendres résiduelles. On devrait chercher à avoir une faible BIOCOMBUSTIBLES SOLIDES 15
par corde normale de bois (en tenant compte d’un espace d’air de 30 p. 100 dans le bois empilé) (Gouvernement de Bois de chauffage l’Ontario, 2018). Le bois de chauffage (figure 1) est la forme de biocombustible solide la moins Le bois de chauffage devrait être séché transformée et la plus courante. On afin d’atteindre 20 p. 100 de teneur en l’obtient en coupant des billes de longueur humidité, et ce, pendant deux saisons appropriée, puis en les fendant au besoin. de temps de séchage (printemps et Comme son transport est dispendieux, été); il devrait aussi être protégé contre on se le procure souvent dans des forêts les intempéries (figure 1). Le bois de locales. Les essences feuillues comme chauffage qui n’est pas recouvert ou séché l’érable et le bouleau ont une densité suffisamment longtemps aura une teneur énergétique (kJ/kg de bois) plus élevée que en humidité élevée, produisant ainsi plus les essences résineuses comme le pin et d’émissions et brûlant inefficacement, ce l’épinette. Les systèmes de combustion qui nécessitera plus de bois pour fournir la qui utilisent du bois de feuillus ont besoin même quantité de chaleur. d’être alimentés moins souvent. La Le bois de chauffage est le combustible pratique exemplaire consiste à transformer qui demande le plus de travail pour et à brûler localement le bois de chauffage l’utilisateur. Du bois de chauffage pré- et à ne pas le déplacer sur de grandes transformé peut être acheté et livré, distances afin de réduire le risque de mais l’utilisateur doit souvent l’empiler déplacer des espèces envahissantes. lui-même. Si l’utilisateur décide de Manutention et stockage du bois de récolter et de transformer lui-même le chauffage bois de chauffage, cela représentera Le bois de chauffage est souvent vendu plus de travail, mais pourra entraîner en fonction du volume, par exemple à la des économies. Comme il est difficile corde (3,62 m3, 4 pi x 8 pi x 4 pi, empilé), d’automatiser l’alimentation des systèmes ou transformé par l’utilisateur s’il a de combustion en bois de chauffage, il accès à un terrain boisé. Les utilisateurs doit y avoir une personne sur place pour résidentiels peuvent obtenir un permis de charger le système à des intervalles de production de bois de chauffage auprès quelques heures. du ministère des Richesses naturelles et des Forêts pour récolter du bois de chauffage sur les terres de la Couronne dans un but de chauffage personnel. Des Copeaux de bois droits de coupe doivent être payés au Les copeaux de bois (figures 2 et 5) sont gouvernement en fonction de la quantité obtenus en déchiquetant ou en broyant de bois récolté. Les droits pour 2018 le bois, puis en tamisant les copeaux afin étaient de 4,64 $/m3, soit environ 11,70 $ de s’assurer qu’ils sont d’une grosseur 16 BIOCOMBUSTIBLES SOLIDES
et une masse volumique plus faible. On peut utiliser des systèmes automatisés de manutention du combustible pour alimenter les systèmes de combustion en copeaux de bois. Les copeaux de bois de qualité inférieure, souvent appelés Figure 5. Cette installation de production « résidus de coupe » (figure 6), peuvent de copeaux de bois pour la biothermie a être de taille et de contenu (bois, écorce, une plateforme d’asphalte afin d’éliminer la contamination par le sable et la saleté et les brindilles, pierres, saleté) variés et ne copeaux sont couverts afin de permettre leur constituent pas un combustible adéquat séchage. La capacité de stockage est de 1 000 tonnes anhydres. (Photo : Biothermic) pour les systèmes de combustion dont il est question dans ce guide. Manutention et stockage des copeaux de bois Les copeaux sont généralement livrés par camion dans un local ou un bac de collecte situé près du système de combustion. Il doit y avoir de l’espace Figure 6. Les résidus de coupe (illustrés ici) près du lieu de stockage pour la livraison. ne peuvent être utilisés dans les systèmes de combustion dont il est question dans ce guide. Une installation de stockage de plus grande dimension permet de faire uniforme. Ils sont généralement obtenus moins de livraisons, mais nécessite plus à partir de résidus d’usine, comme des d’espace. Les dimensions de la zone dosses, de l’écorce ou des rognures, et à de stockage du combustible devraient partir de résidus de coupe. Les copeaux être telles que les véhicules de livraison de bois utilisés comme biocombustible, peuvent toujours livrer un chargement aussi appelés copeaux d’énergie, sont complet, de manière à avoir un différents des copeaux à pâte. Les approvisionnement suffisant pour deux copeaux à pâte doivent souvent répondre à quatre semaines de fonctionnement à des exigences de qualité supérieure. pour les plus petits systèmes (
d’un plancher mobile) afin d’acheminer les and Procurement (Groupe CSA) donne copeaux de bois directement au système des instructions plus détaillées sur la de combustion. manutention des copeaux de bois. Les fabricants de systèmes de combustion Les copeaux de bois doivent être protégés donnent également des indications sur le par un toit afin d’éviter que la pluie et stockage des copeaux de bois. la neige les rendent humides (figure 5). L’eau réduit la teneur en énergie des Il est possible pour l’utilisateur de copeaux, et lorsqu’elle pénètre entre les fabriquer les copeaux de bois, mais copeaux et gèle, ceux-ci se transforment la production de biocombustible en gros blocs et deviennent difficiles à dépasse le cadre de ce guide. Il faut des manipuler, bloquant alors les systèmes déchiqueteuses spéciales et d’autre d’alimentation automatisés. Les copeaux équipement pour la production de devraient être stockés sur une plateforme copeaux. Les fabricants et les concepteurs de béton ou d’un matériau semblable de systèmes de combustion peuvent afin d’éviter la contamination par la donner des indications à ce sujet. terre et les pierres. La contamination, comme les pierres, le sable, la saleté ou la terre, encrassera le système de combustion, fera augmenter les Briquettes de bois Les briquettes de bois (figure 3) ne sont émissions et entraînera la défaillance pas d’utilisation courante en Ontario, du système. Du combustible contaminé mais le sont dans d’autres régions aux produits chimiques ne doit pas non plus être utilisé pour la combustion. Ces du monde. Elles ont des propriétés hautement uniformes, ce qui procure un exigences de manutention s’appliquent fonctionnement uniforme du système à la fois à l’installation de stockage du fournisseur qu’à l’installation de stockage de combustion. Elles ressemblent aux de l’utilisateur. Les copeaux stockés granules de bois, car elles se composent pendant de longues périodes (plus de de résidus de bois comprimés, mais deux semaines) et en grandes quantités elles sont moins denses que les peuvent commencer à poser des risques granules de bois et sont faites de plus pour la sécurité : émission de monoxyde grosses particules. Elles sont souvent de carbone et combustion spontanée offertes sous deux formats : des occasionnées par la décomposition du grosses briquettes de la taille d’une combustible. La plupart des systèmes de bûche (semblables au format du bois combustion utilisent les copeaux avant de chauffage) et des petites briquettes qu’ils commencent à poser des risques. de la taille d’une rondelle (semblables Il est préférable d’empiler les billes, à une boîte de conserve). Étant donné puis de les déchiqueter au besoin afin leur faible teneur en humidité et leur d’éviter ces problèmes. Le Guide to Wood taille uniforme, elles conviennent bien au Chip Fuel: Characteristics, Supply, Storage transport. Au Canada, il est rare d’utiliser des liants additionnels dans le processus 18 BIOCOMBUSTIBLES SOLIDES
de fabrication afin que les briquettes se des sacs (figure 7) ou sur des palettes tiennent bien. (figure 8), ou directement par camion souffleur dans un bac ou un silo, ce qui Manutention et stockage des briquettes élimine la nécessité pour les utilisateurs de bois de manipuler eux-mêmes les granules Les briquettes sont vendues au sac, à la de bois (figure 9). La livraison par camion boîte ou à la palette. Elles peuvent être souffleur est la méthode de livraison la chargées manuellement dans un système plus pratique et est actuellement offerte de combustion, ou on peut installer un dans certaines régions de l’Ontario système de chargement automatique. (centre et nord-ouest). Les briquettes doivent être conservées entièrement au sec sinon elles se détérioreront et se désintégreront. Granules de bois Les granules de bois (figure 4) sont Figure 7. Les granules de bois peuvent être obtenus en comprimant de la sciure livrés en sacs emballés de 18 kg sur des palettes (à gauche) ou dans de grands sacs (à de bois sous forme de petits granules droite). (Photo : ICS Lacroix) cylindriques de 6 à 8 mm de diamètre et d’au plus 40 mm de longueur. La lignine présente naturellement dans le bois fait en sorte que les granules se tiennent bien. Au Canada, il est peu courant d’utiliser des liants additionnels dans le processus de fabrication afin que les granules se tiennent bien. Les granules de bois ont des propriétés Figure 8. Installation résidentielle de stockage hautement uniformes, ce qui procure un et de transport de granules de bois en sacs. fonctionnement uniforme du système de (Photo : Innovations Initiatives Ontario North) combustion. Elles sont peu coûteuses à Les granules de bois dureront plus manipuler et à transporter et conviennent longtemps s’ils sont conservés au sec, mais bien pour les systèmes automatisés de se détérioreront et se désintégreront en manutention du combustible. sciure de bois s’ils sont exposés même Manutention et stockage des granules à très peu d’humidité. Les granules de de bois bois stockés dans des sacs devraient être Les granules de bois sont vendus au conservés dans un endroit sec, comme sac ou par camion de livraison de vrac. un sous-sol ou une remise fermée, ou La livraison de vrac peut se faire dans recouverts d’une bâche de plastique BIOCOMBUSTIBLES SOLIDES 19
(figure 8). Si les granules de bois sont livrés l’approvisionnement soit suffisant pour en vrac par camion, il faut alors un bac de assurer le fonctionnement des plus stockage extérieur (figure 9) ou intérieur petits systèmes (1 à 2 MW) pendant trois jours Ils peuvent être faits sur mesure, pourvu (Community Energy Association, 2014). qu’ils puissent bien contenir les granules et Lorsque l’espace le permet, les systèmes la poussière et conserver les granules au peuvent être conçus de manière à ne faire sec. On utilise souvent des silos agricoles la livraison qu’une fois l’an. pour le stockage extérieur (figure 9). Les Les fabricants de systèmes de combustion dimensions de la zone de stockage du donnent également des indications sur combustible doivent être telles que les le stockage des granules de bois. Au véhicules de livraison puissent toujours début de 2019, le Groupe CSA procédait livrer un chargement complet et que à l’élaboration de nouvelles normes pour le stockage des granules de bois. Figure 9. Camion de livraison déchargeant des granules de bois dans un silo agricole à l’aide d’un tuyau souffleur. Un système de commande automatique indique au système de combustion quand acheminer des granules de bois du silo à la trémie du système de combustion. (Photo : Biothermic) Figure 10. Système pneumatique de livraison de granules de bois. Les granules sont stockés dans une salle (à droite) puis automatiquement acheminés à la chaudière à l’aide de têtes d’aspiration, (sur le plancher, à droite). Ceci permet d’acheminer les granules à partir d’un contenant à fond plat. (Photo : Biothermic) 20 BIOCOMBUSTIBLES SOLIDES
4. SYSTÈMES DE COMBUSTION DE thermique inférieure à 1 MW. Les granules BIOTHERMIE de bois et les copeaux de bois sont les Les systèmes de combustion de biocombustibles le plus couramment biothermie sont des systèmes utilisés. Environ 10 p. 100 de ces mécaniques de haute technologie ayant installations se trouvent en Ontario. de nombreuses similitudes en matière Les projets de biothermie ont été d’efficacité, de rendement et d’émissions mis en œuvre avec succès dans avec les systèmes de chauffage toutes les industries. Les installations électriques ou aux combustibles fossiles institutionnelles en constituent la majeure modernes. La technologie d’un système partie (S. Madrali, communication de combustion de biothermie est bien personnelle, 7 janvier 2017). établie et son expansion se poursuit Dans cette section, on décrit chaque partout dans le monde et en Ontario. système de combustion dont il est Cette technologie est populaire en Europe question dans ce guide. Le tableau 2 et dans le nord des États-Unis, et a été donne un résumé de l’utilisation type largement implantée dans l’ensemble du de chaque système de combustion Canada. En plus des nombreux poêles et des coûts estimés. Ces coûts sont à bois, on comptait au Canada à la fin des estimations et ne devraient pas de 2017 environ 400 installations d’une être utilisés à des fins de planification. puissance thermique variant entre 50 kW Le tableau 3 indique les types de et 5 MW en service dans les secteurs combustibles qui peuvent être utilisés commerciaux, institutionnels et agricoles avec chaque type de système de (comme les serres). La plupart de ces combustion. installations avaient une puissance SYSTÈME DE COMBUSTION DE BIOTHERMIE 21
Tableau 2. Divers dispositifs de combustion et types de combustibles associés, avec les coûts d’installation et la consommation annuelle approximative de biocombustiblea Plage Dispositif et consommation Coût d’efficacité annuelle de combustible d’installationb nominalec Poêle au bois de 750 $ à 7 500 $ chauffage 58 % à 87 %d Poêle aux granules 1 750 $ à 7 500 $ de bois (2,7 à 12 tonnes par année) Générateur d’air chaud au bois de 3 000 $ à 11 000 $ 33 % à 79 % Résidentiel chauffage Générateur d’air (18 à 225 tonnes par année) chaud aux granules 6 500 $ à 13 000 $ 48 % à 89 % de bois Institutionnel Chaudière au bois 60 % à 83 % de chauffage Le double du coût d’un Grandes institutions tonnes par année) centralisé (>1 000 Chaudière aux système au 85 % à 90 % et chauffage granules de bois combustible fossilee Chaudière aux 85 % à 90 % copeaux de bois a Adapté de Becker et coll. (2014) et de conversations avec des fabricants et des fournisseurs. b D’après des conversations avec des fabricants et des fournisseurs. c Tiré de USEPA 2018a, 2018 b, 2018c. Mesure de l’efficacité des poêles d’après l’Association canadienne de normalisation (CSA) B415.1; tous les autres d’après le PCS. L’efficacité des chaudières prend uniquement en considération les systèmes munis de cuves tampon. d Les données ne permettaient pas de faire de distinction entre les poêles au bois de chauffage et aux granules de bois. e Les systèmes de chaudières varient considérablement quant à la taille et au coût selon des facteurs propres aux sites. Il n’est donc pas utile d’indiquer une plage de coûts. Tableau 3. Combustibles utilisés avec chaque type de système de combustiona Système de combustion Combustibles utilisés Application Bois de chauffage, briquettes, Résidentiel Poêle granules (10 kW à 50 kW) Bois de chauffage, briquettes, Résidentiel, commercial et institutionnel Générateur d’air chaud granules (30 kW à 500 kW) Résidentiel, commercial, institutionnel et Bois de chauffage, briquettes, Chaudière petite installation de chauffage centralisé granules, copeaux de bois (15 kW à 1 MW) a es systèmes de combustion individuels sont habituellement conçus de manière à utiliser un seul type de combustible. Par exemple, un poêle L peut brûler du bois de chauffage ou des granules de bois, mais pas les deux. 22 SYSTÈME DE COMBUSTION DE BIOTHERMIE
Poêles afin d’enlever la créosote; elle devrait Les poêles à bois (figure 11) sont également être inspectée afin de les appareils de chauffage les plus détecter les défectuosités. Les poêles aux couramment utilisés pour chauffer des granules nécessitent un certain nettoyage pièces individuelles ou des maisons périodique qui n’est pas nécessaire unifamiliales. Ils peuvent être conçus pour les poêles à bois. Les fabricants de afin d’utiliser du bois de chauffage et poêles donnent des recommandations des briquettes de bois ou des granules concernant le nettoyage et la sécurité de bois. Traditionnellement, les poêles de leurs produits. Des systèmes propres étaient peu efficaces (
Figure 13. Générateur d’air chaud aux granules de bois avec stockage des granules à l’intérieur. Figure 12. Les granules sont chargés dans la (Photo : SBI) trémie du poêle à granules, comme illustré. Un système de commande achemine ensuite automatiquement les granules dans la chambre de combustion du poêle, au besoin. (Photo : Innovations Initiatives Ontario North) fonctionner sans électricité et sont donc à l’abri des pannes de courant. Les poêles à granules de bois offrent généralement un meilleur contrôle et une meilleure efficacité que les poêles à bois, mais ils Figure 14. Générateur d’air chaud au bois de ont besoin d’électricité pour fonctionner. chauffage avec système d’appoint électrique et stockage du bois à l’intérieur. Des systèmes à batterie de secours sont disponibles en cas de pannes d’électricité. Les granules de bois sont chargés dans une trémie à l’arrière du poêle (figure 12) chaque jour ou aux deux jours, puis sont automatiquement acheminés dans le poêle. L’utilisateur ne charge pas les granules directement dans la chambre de combustion. Générateurs d’air chaud Les générateurs d’air chaud (figures 13 Figure 15. Les thermostats modernes contrôlent les systèmes de combustion. et 14) peuvent être utilisés pour chauffer (Photo : SBI) de petits espaces, comme des maisons unifamiliales ou des petits bâtiments sont installés au même endroit, comme commerciaux ou institutionnels. Ils dans la pièce de service au sous-sol. peuvent être conçus afin d’utiliser du bois Les générateurs d’air chaud utilisent un de chauffage et des briquettes ou des système avec ventilateur et conduits granules. Ils ressemblent et fonctionnent afin de faire circuler l’air chaud dans la de manière semblable aux générateurs maison et sont commandés à l’aide d’un d’air chaud aux combustibles fossiles et thermostat central (figure 15). 24 SYSTÈME DE COMBUSTION DE BIOTHERMIE
Les nouveaux modèles sont dotés chaud donnent des recommandations de commandes afin de réguler la concernant le nettoyage et la sécurité combustion, la température, le débit de leurs produits. Des systèmes propres d’air et l’admission des granules (pour les fonctionneront de façon sûre et efficace, générateurs d’air chaud aux granules). et dureront plus longtemps. Ces commandes permettent de réduire les émissions, d’améliorer l’efficacité de la combustion et de diminuer la consommation de combustible. Un système de chauffage d’appoint est habituellement nécessaire lorsqu’on utilise un générateur d’air chaud; les appareils peuvent être achetés avec un système d’appoint intégré électrique ou Figure 16. Chaudière au bois de chauffage de au propane. Les générateurs d’air chaud 30 kW utilisée pour fournir de la chaleur à une au bois de chauffage sont conçus afin maison ou à un petit immeuble de bureaux. On voit à droite le réservoir de stockage de l’eau de fonctionner avec des commandes chaude (2 250 L) servant à stocker l’énergie et à électroniques et un ventilateur de accroître l’efficacité du système. (Photo : Biothermic) conduits, mais ils peuvent aussi fonctionner sans électricité (avec un rendement moindre) en cas de panne Chaudières Les chaudières peuvent servir pour le de courant. chauffage des locaux et de l’eau chaude Ils nécessitent peu de travail et cela domestique, éliminant ainsi la nécessité englobe le nettoyage du bac à cendres d’avoir un deuxième système pour le et le chargement du bois de chauffage chauffage de l’eau domestique. Pour le ou des briquettes de bois dans le chauffage des locaux, on peut facilement générateur d’air chaud. La manutention les intégrer à un système existant de du combustible peut être grandement distribution de chaleur à l’eau chaude automatisée pour les générateurs (circuit du système de chauffage à eau d’air chaud aux granules de bois. Les chaude) ou à un système qui utilise utilisateurs peuvent choisir de charger des conduits et des ventilateurs. Elles chaque jour les granules dans une trémie peuvent être conçues de manière à l’arrière du générateur d’air chaud à utiliser du bois de chauffage, des ou utiliser un bac de collecte plus gros copeaux de bois, des briquettes ou des qui charge automatiquement la trémie granules. Elles peuvent consister en des (figures 9 et 13). La cheminée devrait être systèmes plus petits (figure 16), servant nettoyée périodiquement afin d’enlever à répondre aux besoins des maisons et la créosote et elle devrait être inspectée de petits immeubles à bureaux, ou en afin de détecter les défectuosités. des systèmes plus gros afin de répondre Les fabricants de générateurs d’air aux besoins de grands bâtiments SYSTÈME DE COMBUSTION DE BIOTHERMIE 25
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