Qu’est-ce que la BIOMASSE?


La biomasse est le matériel biologique tiré des organismes vivant, ou plutôt ayant déjà vécu (!) sur la terre. Bien qu’elle puisse tout autant provenir du règne animal que végétal, la biomasse fait généralement référence à la matière des plantes dans un contexte énergétique et plus spécifiquement des arbres en utilisation industrielle ou institutionnelle.


Ce combustible, dont les vertus ont été reconnues dès l’époque préhistorique de l’Homo erectus, a été exploité de façon intensive pour générer de la chaleur, et plus tard de l'énergie par la vapeur, jusqu'à la première révolution industrielle. L’énergie issue de la biomasse fût par la suite massivement remplacée par les énergies fossiles.


Aujourd’hui, la lutte contre le changement climatique a permis de redécouvrir les nombreux avantages du biocombustible. Les chaudières à biomasse peuvent fournir de l'eau chaude, chauffer un bâtiment ou produire de la vapeur pour faire fonctionner des appareils. Ce regain d’intérêt est alimenté par son faible coût et sa grande disponibilité. D’autant plus que les technologies actuelles de combustion permettent désormais d’atteindre de très hautes performances énergétiques et de réduire les émissions polluantes.



D’où provient cette biomasse?


Les biocombustibles proviennent d’origines très variées. De la forêt d’abord, avec le traitement des rémanents (souches, cimes et branches laissées sur place après la coupe), du bois de défrichage ou d’élagage. Toutes les essences d’arbres peuvent convenir, feuillus ou résineux. L’industrie du bois rejette également de nombreux sous-produits. La sciure, les écorces, les copeaux et les chutes de découpe sont valorisés dans les industries de trituration (pâte à papier, panneaux de particules), mais aussi dans les chaufferies. Les déchets d’emballage bois peuvent aussi être utilisés, à savoir les caisses, cagettes et palettes broyées.



 
 

Caractéristiques des biocombustibles


Variabilité est le mot qui caractérise le mieux la qualité des biocombustibles. Contrairement aux carburants fossiles (gaz naturel, pétrole, charbon), aux caractéristiques uniformes et normalisées, la plupart des biocombustibles, qui n’ont pas à satisfaire à des normes nationales, sont livrés « tels quels » sans grande transformation. Ils sont habituellement offerts localement, souvent par des petits entrepreneurs ou courtiers indépendants. Leurs qualités varient donc d’une source d’approvisionnement à l’autre, et même parfois d’un lot à l’autre.


Trois principales qualités caractérisent les biocombustibles :



Teneurs en humidité


La teneur en humidité des biocombustibles est le rapport entre le poids de l’eau et le poids total du combustible, exprimé en pourcentage. Deux méthodes (base sec et base humide) sont communément utilisées pour préciser la teneur en humidité, selon la base adoptée pour rendre compte du poids de l'eau :


    Les professionnels de la transformation du bois expriment généralement l’humidité du bois comme étant le rapport entre la quantité d’eau présente et la masse anhydre du bois (sans eau, selon un processus d’assèchement standardisé).

Humidité bs = 100 x ((M humide - M anhydre) / M anhydre)


    En combustion, il est plus fréquent d’exprimer l’humidité du bois comme étant le rapport entre la quantité d’eau présente et la masse de bois humide (brute).

Humidité bh = 100 x ((M humide - M anhydre) / M humide)


Pour compliquer les choses, l'humidité des biocarburants est exprimée dans l'une ou l'autre des deux bases. Il est donc important de faire la distinction entre elles, en particulier si la teneur en humidité est élevée.


Toujours est-il que pour brûler correctement, le bois doit être relativement sec. Une humidité excessive amène plusieurs inconvénients :


Augmentation des coûts. La masse de l’eau fait monter le coût de la manutention et du transport, et ce sans fournir d’énergie additionnelle.


Perte de rendement. Le chauffage de l’eau contenu dans la biomasse et sa transformation en vapeur demande de l’énergie thermique qui est soustraite de la chaleur produite par la combustion de la biomasse.


Augmentation des dangers pour l’environnement. Les biocombustibles humides peuvent générer une activité biologique qui entraîne un appauvrissement de l’oxygène dans les lieux d’entreposage clos, la libération de spores de moisissures et des réactions exothermiques pouvant induire une combustion spontanée. Par ailleurs, la manutention de matières combustibles très sèches produit des poussières qui créent un risque d’incendie.


À titre indicatif, le bois vert contient plus de la moitié de son poids en eau. Un bois en équilibre avec l'air ambiant (équilibre obtenu au bout de plus de deux ans pour des bûches non fendues) a un taux d'humidité de l'ordre de 20%.



Teneur en cendres


La teneur en matières inorganiques non-combustibles (minérales) de la biomasse est appelée « teneur en cendres ». Elle est exprimée en poids sec par le ratio en pourcentage du poids de cendres par rapport au poids total du combustible sec. Soit elle est inhérente, c’est-à-dire qu’elle provient de matières qui se sont accumulées dans la biomasse au cours de la croissance de la plante, soit elle provient de matières extérieures mélangées à la biomasse (contaminants).


Les teneurs en cendres de la première catégorie sont généralement faibles dans le bois propre (0,5 %), plus élevées dans l’écorce (3,5 %) et importantes dans des cultures annuelles comme la paille (6,2 %). Elles varient cependant peu pour un type de combustible donné. Par contre, la teneur en contaminants (poussière, sable, particules métalliques, plâtre…) dépend de la provenance du combustible, du mode de manutention et du degré de nettoyage lors de sa préparation. Elle peut varier fortement pour un même type de combustible, voir dans un même lot.


Les cendres peuvent poser des problèmes. Elles ne fournissent pas d’énergie et entraînent même une petite perte d’énergie si on les élimine à chaud. Les problèmes sont plus graves lorsque des quantités excessives de cendres fondues et agglomérées en scories bloquent les grilles ou usent et bourrent les vis sans fin. Les combustibles à forte teneur en alcalis peuvent endommager la tuyauterie des chaudières si des substances alcalines vaporisées se déposent sous forme de scories sur les surfaces des échangeurs de chaleur. Habituellement, les teneurs en cendres du bois propre ne nuisent cependant pas au bon fonctionnement de l’installation de chauffage à la biomasse.



Pouvoir calorifique


Le pouvoir calorique représente le contenu énergétique du biocombustible. Il dépend des proportions relatives de carbone, d’hydrogène et d’oxygène dans le biocombustible, ainsi que de sa teneur en cendres et en humidité. La biomasse présente généralement des plages similaires de carbone, d’oxygène et d’hydrogène, avec une certaine variation liée à l’origine.


La quantité d'énergie thermique emmagasinée peut se mesurer grâce au pouvoir calorifique des combustibles. Le pouvoir calorifique supérieur (PCS), ou pouvoir calorifique brut, mesure la quantité totale de chaleur qui sera produite par combustion. Toutefois, une partie de cette chaleur sera bloquée en chaleur latente pour l'évaporation, en cours de combustion, de l'eau emmagasinée dans le combustible. Le pouvoir calorifique inférieur (PCI), ou pouvoir calorifique net, ne comprend pas cette chaleur latente. Ainsi, le pouvoir calorifique inférieur est la quantité de chaleur qui est réellement disponible, pour le captage et l'utilisation, lors du processus de combustion. Plus la teneur en humidité d'un combustible est élevée, plus importante est la différence entre le PCS et le PCI et moins il y aura d'énergie totale.



Taux d'humidité vs pouvoir calorifique


Effet de l'humidité (base humide) sur le pouvoir calorifique du bois



En Amérique du Nord, la valeur retenue qualifiant les biocombustibles est généralement le « pouvoir calorifique supérieur ». Voici quelques exemples :




Type de biocombustible Teneur
en
humidité
Teneur
en
cendres
Teneur en combustible

kg de comb. sec exempt de cendres par kg de comb.
Pouvoir calorifique supérieur (PCS)

MJ par kg de comb. sec exempt de cendres
Énergie produite

MJ par kg de combustible
Copeaux d’arbres entiers
(bois vert, bois mou)
50% 1,2% 0,494 20,9 6,4
Fragments de bois
(bois dur séché à l’air)
20% 0,8% 0,746 19,6 11,4
Sciure et planures de bois
(bois dur séché au four)
8% 0,5% 0,915 19,5 13,6
Paille
(séchée à l’air)
15% 6,2% 0,797 19,4 11,4
Granules 7% 1,0% 0,921 20,7 14,5




Haut de la page
 

Types de biocombustibles


Bois entier, bois fendu et bois rond


Transport biomasseIl n’est pas vraiment nécessaire de présenter la bûche! Ce type de bois ne convient pas aux systèmes automatiques de manipulation et d’alimentation. Dans certaines petites entreprises d’exploitation de bois, on utilise, comme combustible d’appoint, des déchets de coupe qui sont transférés manuellement dans une chaudière industrielle.



Copeaux d’arbres entiers (CAE)


Un jeu de couteaux rotatifs à action séquentielle produit des copeaux d’arbres entiers, en déchiquetant des pièces de bois, de façon à obtenir des copeaux de 1/2 à 1 pouce (1,27 à 2,54 cm) de largeur, de 1 à 3 pouces (2,54 à 7,62 cm) de longueur et de 1/4 pouce (0,64 cm) d’épaisseur. Les copeaux, généralement produits à partir de déchets forestiers, sont directement soufflés dans des semi-remorques qui les livrent aux clients ou les transportent à des aires centrales d’entreposage. Ils sont constitués d’un mélange de bois, d’écorce, de brindilles et de feuilles. Ils ont souvent une teneur en humidité (TH) relativement élevée (40 à 55 %), et peuvent contenir beaucoup d’impuretés s’ils proviennent de souches et branchages traînés jusqu’à une aire centrale de traitement. Ils présentent généralement une forte proportion de grosses pièces (éclats, brindilles, etc.) qui limitent l’écoulement et bloquent les vis sans fin. Il est possible d’assurer la qualité des copeaux en recourant à de bonnes pratiques d’exploitation et d’entretien pour la collecte, le déchiquetage, l’entreposage et la livraison.



Déchets de bois broyés


DéchiquetéUn broyeur utilise des marteaux rotatifs et des enclumes stationnaires pour écraser, broyer et déchiqueter en petits fragments de grosses pièces de biomasse. Les particules ainsi produites mesurent moins de 3 pouces (7,62 cm). Les matières brutes broyées sont notamment des résidus d’écorceuse, des débris de billes et d’aires de tri, des déchets de coupe et de débroussaillage (buissons, souches, etc.), des déchets municipaux (buissons, feuilles, branches), des emballages industriels (palettes, boîtes, caisses), ainsi que des déchets de bois de construction ou de démolition. Habituellement, le bois propre est déchiqueté et les matières sales de peu de valeur sont broyées. Les Déchiquetédéchets de bois broyés des scieries sont souvent constitués de sciure de bois, de planures et de particules fines mélangées à de l’écorce et à des déchets de coupe broyés, alors que ceux des salles de préparation du bois des usines de pâtes à papier peuvent contenir de la boue de clarificateur. Il est plus difficile de manipuler les déchets de bois broyés que les copeaux d’arbres entiers, parce qu’ils sont plus fibreux, qu’ils ont une plus faible densité apparente et que leur granulométrie est moins homogène. Leur teneur en humidité est habituellement élevée et leur teneur en cendres peut être significative (de 2 à 3 % jusqu’à 20 %). Leur faible coût est cependant un atout important.



Produits de biomasse conditionnés


GranulesLe granule de bois, aussi appelé pellet, se présente sous la forme de petits cylindres de bois d’un diamètre d’environ 1/4 à 5/8 pouce (0,64 à 1,59 cm) pour une longueur d’environ 3/8 pouce à 1 pouce 1/4 (0,95 à 3,18 cm). Il est obtenu par compression à très haute pression de sciures, sans ajout de liant. Ces avantages sont l’homogénéité des dimensions, de l’énergie, ainsi que de faibles teneurs en humidité et en cendres (‹1%); son principal inconvénient est le coût élevé.


D’autres produits conditionnés de plus grande taille proviennent du traitement du bois, de l’écorce, de la paille, du papier, des feuilles et d’autres types de biomasse. Leur teneur en humidité est habituellement inférieure à 8% et leur teneur en cendres dépend alors de leur matière d’origine. Les cubes (1 po 1/2 x 1 po 1/2 x 3 à 5 po) [3,81 x 3,81 x 7,62 à 12,70 cm] et les briquettes (1 po 1/2 à 4 po de diamètre x 1/2 à 3 po de longueur) [3,81 à 10,16 cm de diamètre x 1,27 à 7,62 cm de longueur] sont les plus communs.



Certaines portions de ce texte ont été extraites ou inspirées par le document

"Installation de chauffage à la biomasse : Guide de l'acheteur"

publié par Ressources Naturelles Canada.


Haut de la page