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GRINDESEL
LE SECHAGE DES PLAQUETTES : Comment ça marche ?
La plaquette forestière est issue de bois non valorisables pour le sciage, ou , sauf exception, les usines de papeterie ou trituration. Il s’agit, en général, de bois sains mais impropres à d’autres usages…
Ces grumes, branches ou chutes de bois diverses sont stockées soit en tas à l’air libre pour un pré séchage naturel long ou partiel, soit de suite, après déchiquetage en plaquettes calibrées et stockées sous un couvert…ou pas !
NOTA : Les plaquettes forestières sont déchiquetées et non broyées, cette opération s’apparentant à un défibrage fortement déconseillée… ne correspondant pas à la granulométrie requise par les chaudières automatiques dites ‘individuelles’ (maxi 250 kW).
Sous réserve de la présence de matières organiques (écorces, fines, etc.), ce tas de plaquettes rentre en fermentation naturelle (entre 60 et 100°). Sans écorces ce process naturel ne peut avoir lieu…de même si elles ont séchées entre temps !
En leur présence le bois laisse évaporer une grande partie de son humidité (en passant de 50 % à 25 %) en 3-4 mois selon les saisons.
Attention : pour garantir un bon séchage du bois vert : le broyage doit se réaliser en mai-juin (juillet au plus tard).
Point d’inflammation : le bois s’auto-enflamme autour de 300°.
Pour information : les attaques de champignons après l’abattage réduisent la valeur énergétique du bois. D’où l’importance de déchiqueter des bois sains …
D’après une étude suisse ( source pentaproject énergie bois suisse), le PCI peut être diminué de 10 à 40 % selon le niveau d’attaque (l’épicéa est particulièrement sensible).
Le PCI : Pouvoir Calorifique Inférieur, est la quantité de chaleur disponible que dégagerait une combustion complète du bois sans la chaleur latente d’évaporation.
Map : mètre cube apparent plaquettes, c’est le volume d’encombrement occupé par 1 m3 de bois après déchiquetage.
IMPORTANT
Sa valeur calorifique est impacté en densité par la granulométrie des plaquettes obtenues… lui-même fonction de son taux d’humidité.
VRAI / FAUX
Les feuillus contiennent plus d’énergie que les résineux :
FAUX L’essence a très peu d’importance sur le PCI quand il est exprimé à la tonne. A poids et humidité identiques les résineux contenant de la résine leur PCI est généralement supérieur de 2 à 3% à celui des feuillus
Le PCI dépend directement du taux d’humidité :
VRAI
L’écorce est un problème pour le bois énergie :
FAUX en partie car l'écorce sèche et propre est un bon combustible. Par contre le taux de cendres s'en trouve parfois augmenté. Leur présence rend difficile voir impossible la fabrication de granulés ...
Le PCI du bois dans une saison est souvent le même :
FAUX, on observe des variations selon les livraisons (essence / état sanitaire voir lieu de pousse ... de 2 000 à 3 800 Kwh/t à humidités identiques.
Si les bûches et plaquettes étaient séchées au même taux d'humidité que les granulés (8/10 %) les trois combustibles bois auraient le même PCI !
• Le séchage des PLAQUETTES…
Le principe est de réduire le taux d’humidité du bois par injection d’air soit chauffé, soit à température ambiante visant à sécher le bois plus rapidement que par un séchage naturel (environ 4 mois).
L’injection d’air dans le tas permet d’évacuer plus vite l’humidité.
• La capacité de saturation de l’air :
C’est la capacité à stocker un volume d’eau dans l’air, cette capacité
évolue en fonction de la température de l’air et son taux initial d’humidité, plus l’air injecté est chaud et sec, plus il pourra emmagasiner d’humidité avant saturation.
• Le séchage naturel :
Le principe est de réduire le taux d’humidité uniquement par le phénomène de fermentation, aucune énergie, aucun procédé d’injection d’air.
Différentes techniques peuvent être employées :
Soit la mise en tas en forme de cône à l’air libre ou sous hangar .
Soit l’étalement sur une plateforme d’une couche d’environ 50 cm sur un enrobé en plein soleil (difficile en hiver, besoin d’une grande surface en
enrobé pour le séchage, avantage : séchage possible en été
en 3 à 5 jours)
La production de plaquettes sèches :
Le séchage accéléré
Le séchage artificiel ne présente qu’un intérêt relatif mais il est tout de même intéressant d’en parler:
Aujourd’hui de nombreux producteurs de bois énergie se sont installés. La filière d’approvisionnement en bois énergie a réalisé de nombreux progrès en matière de qualité de combustibles.
Un des paramètres essentiels de la qualité du bois déchiqueté, comme du bois bûches, est le taux d’humidité.
Chaque fournisseur a mis en place le moyen de production qu’il estime être le plus sûr, le plus efficace, le plus rapide pour réussir à sécher les plaquettes forestières à un taux d’humidité inférieur à 30 %.
Il n’existe pas de méthode unique, mais plusieurs modalités techniques permettant de faire sécher le bois déchiqueté.
L’humidité est le paramètre le plus complexe à maîtriser, mais aussi le plus important.
En effet plus le bois est sec plus la quantité d’énergie disponible pour un même volume est importante. La difficulté de garantir un taux d’humidité constant est rencontrée surtout en période hivernale (notamment en zone de montagne) pour la production d’un combustible sec.
Comment faut-il faire pour garantir le taux d’humidité aux clients finaux toute l’année ?
Ce chapitre permet d’apporter un certain nombre d’éléments sur le séchage artificiel de la plaquette forestière ainsi qu’un rappel sur le séchage naturel.
De nombreuses questions peuvent être posées sur le sujet. Les réponses à y apporter sont souvent difficiles et relatives à de nombreux paramètres.
Voici certaines de ces questions :
Faut-il compacter le tas de plaquettes ? NON
Faut-il remuer les tas ? SURTOUT PAS !
Faut-il le couvrir ? OUI tout en l’aérant ….
Faut-il injecter de l’air dans le tas ? Pourquoi pas ?
A quelle vitesse faut-il souffler l’air ? Voir plus loin…
A quelle température ? Voir plus loin…
Sur quelle durée ? Voir plus loin…
Avec quelle énergie faut-il chauffer l’air ? Voir plus loin…
Rappel sur le séchage naturel : les différentes modalités de séchage
1/ Sécher du bois complètement vert par voie de fermentation.
Il s’agit de produire des plaquettes à partir de bois 100% vert sans phase de ressuyage (phase de séchage en bois rond avant broyage).
Le broyage DOIT se faire immédiatement après la coupe. La mise en tas sous hangar se fait à la suite du broyage au plus tard début juin.
Le tas monte rapidement en fermentation. Sa température intérieure peut atteindre 70 à 80°C.
Généralement en 4 mois, on obtient un taux d’humidité entre 25 et 30%. Cette méthode oblige d’avoir un bâtiment adapté avec une bonne ventilation.
Attention la perte de PCI liée à la fermentation pourrait approcher les 10 à 20 %. (Il n’existe pas d’étude précise à ce sujet).
2/ Stockage et broyage de bois déjà sec sur pied …(à éviter !) plutôt séché ‘en bille’ avant déchiquetage …
L’utilisation du bois sec sur pied présente l’avantage d’être utilisable immédiatement. Il présente aussi l’inconvénient d’une forte possibilité de reprise d’humidité. Il est plus sage de déchiqueter certains bois, pas tous, abattus verts ayant ensuite séchés en billes de 12 à 24 mois maxi (Exemple conseillé : Le DOUGLAS) . On dit ‘laisser grumer’ un bois…
L’enjeu est de stocker dès que possible après broyage dans les meilleures conditions.
IMPORTANT
Un bois sec (voir risque indiqué ci-dessus) est poreux, il va pouvoir stocker une part d’humidité sans jamais pourvoir la reperdre.
En effet un bois sec ayant repris l’eau ne fermente plus, il pourrit.
Le bois sec avant broyage doit toujours être traité séparément du bois vert. En effet il ne favorise pas le séchage du bois vert, et risque de réabsorber l’eau perdue par le bois vert par effet de capillarité.
3/ Le séchage forcé ou séchage dit accéléré
Le séchage forcé doit permettre de réduire considérablement le temps de séchage ou de permettre un séchage si celui-ci devient difficile voir
Impossible : (Absence de fermentation suite absence d’écorce …)
Il faut également avoir comme postulat de départ d’utiliser le moins d’énergie possible pour favoriser le séchage.
Si la consommation d’énergie devient supérieure à l’énergie disponible, le bilan énergétique global sera évidemment mauvais…
Le front de séchage
Il a été remarqué que le séchage artificiel dans un tas de plaquettes,
évolue sous forme d’un front uni.
Il y a donc une partie sèche et une partie humide séparée par une limite nette de séchage qui avance dans le temps.
Ce paramètre permet de réfléchir sur la durée optimale de séchage.
Est il vraiment nécessaire que tout le tas soit sec à 15 % notamment
dans le cas d’une commercialisation de bois au map ou à la tonne ? C’est évidemment préférable …car son pouvoir calorifique n’en sera que meilleur !
ATTENTION
Les bois secs sur pied vont pourrir assez rapidement, la décomposition du bois (par les champignons et insectes lignivores) engendre une forte baisse du PCI du bois.
Il ne faut donc pas trop attendre pour transformer des bois morts sur pied.
CONSEIL IMPORTANT découlant du point relevé ci-dessus
Ne pas mélanger dans un même tas de plaquettes du bois complètement vert et du bois provenant d’arbres secs sur pied !
Comment chauffer l’air ?
1/ Batterie chaude et soufflage de l’air :
L’air introduit est monté en température par une batterie chaude, dimensionnée pour chauffer l’air de la température extérieure à 40°C environ.
Le principe consiste à faire passer l’air entrant dans un échangeur alimenté en eau chaude dont la température de surface est supérieure à
la température de l’air entrant.
2/ Chaufferie bois
Votre chaudière bois pourra fournir idéalement l’énergie nécessaire à l’alimentation de la batterie chaude.
Les plages de températures utilisées sont classiques (80/60°C). La mise en place d’un ballon d’hydro accumulation pourra permettre d’optimiser le dimensionnement de la chaudière.
3/ Récupération d’air chaud en double toiture
Ce système permet de récupérer la chaleur accumulée sous la toiture du hangar ou de la chaufferie.
Il faut pour cela un système de double toit isolé sur tout ou partie de la toiture.
Un système de récupération par aspiration de l’air. Il n’y a pas d’échangeur thermique, l’air est soufflé directement via un système de canalisation dans le réseau de séchage. Ce système provient des techniques de séchage du foin
Présence des fines :
Un taux de fines trop important engendre des pertes de charges et donc ralentit le temps de séchage.
Un criblage peut permettre de favoriser le séchage accéléré.
L’air chaud est acheminé via un réseau aéraulique de gaines, grâce à un ventilateur adapté. La puissance et le débit du ou des ventilateurs dépendra de chaque projet en fonction : du climat local, de l’énergie
disponible, du temps de séchage souhaité, de la hauteur des tas de plaquette, de la présence de fines ou non, du taux d’humidité objectif.
Information importante : Faut-il injecter de l’air chaud ou l’air ambiant sans le chauffer ?
Plusieurs expérimentations ont montré que l’efficacité du séchage ainsi
que sa durée sont directement liées à la température de l’air injecté.
On peut dire qu’une température d’air proche de 40 °C semble être le
meilleur compromis entre durée de séchage et besoin énergétique. Cette
donnée doit être validée et renforcée par des expérimentations en grandeur nature. En effet, certains scénarios par phase doivent être validés.
Un pré séchage avec une température de 20 °C permettant d’extraire
l’essentiel de l’humidité puis une finalisation à température de 35 °C pourrait être une méthode réduisant les consommations énergétiques.
Par contre cette consommation sera-t-elle compensée par l’amélioration du rendement calorifique du combustible permis par un plus faible taux d’humidité ?
Certains essais d’injection d’air ambiant ont permis de montrer que l’injection de l’air favorise le séchage dans la mesure où le taux d’humidité de l’air injecté n’est pas trop élevé.
L’utilisation de l’air ambiant en soufflage ne doit se faire qu’avec la certitude d’une humidité relative faible. Par conséquent le séchage avec air ambiant serait à proscrire en hiver et conseillé en été. A vérifier tout de même en fonction de l’ensoleillement …
Vitesse, pression et débit de l’air
Les paramètres de vitesse de l’air et de débit sont des éléments essentiels après la température.
La vitesse de l’air c’est la distance parcourue en un temps donné, exemple de vitesse de séchage : 0,5 à 1 m/s.
Le débit de l’air : est un volume d’air injecté en un temps donné sur une surface donnée, exemple : XX m3/h/m2. Le débit maximal à retenir est de l’ordre de 500 à 600 m3/h/m2.
Le dimensionnement de l’installation de soufflage détermine le débit et la vitesse retenus.
Un surdimensionnement engendre des surconsommations électriques. Le choix du ventilateur devra donc se faire en fonction des paramètres calculés précédemment.
Le choix d’un ventilateur doit prendre en compte son débit (en m3/h), sa pression (en Pascal), et sa puissance électrique.
Le calcul de la perte de charge est essentiel pour un bon dimensionnement.
Le temps de séchage
Il va dépendre de la température et de la vitesse de l’air dans le tas – et de sa hauteur …- et donc de la pression de l’air injecté.
L’objectif est de pouvoir réduire le temps de séchage naturel proche de 4 mois à 2 ou 3 semaines en séchage artificiel.
La hauteur du tas à sécher
C’est un paramètre qui a son importance, notamment par rapport aux pertes de charges, plus il y a de hauteur de plaquettes, plus il y aura de pertes de charges et plus il faudra un débit d’air important pour sécher
le tas.
Ne pas injecter de l’air dans un tas de plaquettes risquant de démarrer en phase d’échauffement naturel de crainte d’une inflammation spontannée ! Sauf ce cas précis :
Deux méthodes peuvent être envisagées par injection d’air par le sol.
1/ Via des bouches de ventilation de grosses dimensions (carré
de 30 x 30 cm) .
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2 / Via un caillebottis (inconvénient majeur : il est préférable, dans ce cas, d’éliminer les fines et trop faibles granulométries en effectuant un tamisage approprié mais …coûteux (achat d’un tamis / main d’œuvre …).
Il faut dès le début du projet intégrer la réflexion du séchage accéléré et prévoir dans la construction de la dalle le système d’injection d’air.
La densité (leur nombre et leur espacement) des orifices de ventilation doit permettre un séchage homogène et éviter les zones de non séchage.
En effet des orifices trop éloignés engendreront des zones non couvertes par le séchage.
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La gestion par lot : traçabilité et homogénéité
Pour un professionnel, la conception d’un hangar de stockage et de la plateforme en général doit être pensée au regard des exigences de traçabilité et d’homogénéité des lots traités et/ attentes des clients à livrer… souvent ‘au pied levé !
CONSEIL GF SERVICES
Par une visite préalable chez son fournisseur l’acheteur pourra apprécier le sérieux que celui-ci apporte dans la fabrication et les manutention de ce qui est, finalement, du BOIS plaquette …ayant finalement des exigences comparables à tout autre combustible : Absence d’eau, de terre, de cailloux ou autres corps étrangers, bois sains, pas trop de fines ni de queues ….
Traçabilité : De plus en plus de chaufferies demandent des informations et des garanties sur la provenance (notion géographique) et l’origine (typologie) des produits.
Si un fournisseur gère plusieurs provenances et plusieurs origines, il importe de garder la trace de l’information et de gérer séparément les différentes productions annuelles concernées.
Ces lots identifiés font alors l’objet d’un marquage (numéro d’identifiant unique) et sont suivis dans la documentation papier du fournisseur.
La gestion par lot permet de répondre avec rigueur aux demandes
d’information de la clientèle ou aux requêtes éventuelles de l’administration.
Des échantillons par lot peuvent être prélevés pour analyse et conservés, au moins sur une certaine durée.
Homogénéité de composition : pour un même type de produit, les caractéristiques de composition peuvent varier selon les conditions de production, de maturité sous hangar, la climatologie saisonnière, etc...
La gestion par lot permet alors d’identifier des lots aux caractéristiques
homogènes et vérifiées, point crucial pour les exploitants de chaufferies,
la régularité de composition étant vivement requise.
La conséquence de la gestion par lots est la création de travées dédiées sous hangar ou de zones bien délimitées pour séparer les différentes productions, selon la clientèle, et mettre en place des procédures
de marquage et contrôle qualités irréprochables et transparentes.
L’ingénierie de conception des plateformes doit intégrer ces notions. (Les tunnels permettent facilement cette séparation).
Depuis plusieurs années, FIBOIS Ardèche –Drôme et FIBRA Rhône Alpes ont, par exemple, engagé une démarche de certification en collaboration avec l’AFNOR
Certification. Ce référentiel intègre sept engagements de service dont les bénéficiaires sont les consommateurs de combustibles bois pour chaufferies automatiques industrielles ou particulières.
La finalité de cette certification est de contribuer notamment à une meilleure sécurisation de l’approvisionnement des chaudières bois, une régularisation de la qualité des combustibles et à une professionnalisation des fournisseurs.
Le respect des engagements de service, contrôlé chaque année, est un gage de développement fiable et durable de la part des fournisseurs et par conséquence permet de professionnaliser le marché du bois énergie.
Cette certification a pour objectif de refléter le niveau de performance du fournisseur.
Elle permet aussi de rassurer le client et de lui éviter de connaître des désagréments occasionnés par un combustible non adapté à sa chaudière.
GRINDESEL le 14 02 2012
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