Le rendement énergétique du bois
La libération de chaleur
La quantité de chaleur libérée par la combustion du bois dépend de plusieurs facteurs, tels que le type d’essence de bois, le taux d’humidité, la densité du bois et l’efficacité de la combustion. La chaleur dégagée par la combustion du bois est généralement exprimée en unités de pouvoir calorifique, telles que les mégajoules par kilogramme (MJ/kg) ou les British Thermal Units (BTU) par livre.
Le pouvoir calorifique du bois varie généralement entre 15 et 21 MJ/kg pour les bois durs (comme le chêne ou le hêtre) et entre 18 et 20 MJ/kg pour les bois tendres (comme le pin ou l’épicéa). Les bois durs ont généralement une densité plus élevée et libèrent plus de chaleur par unité de volume que les bois tendres. Le taux d’humidité du bois a également une influence significative sur la quantité de chaleur produite lors de la combustion. Un bois sec (avec une teneur en humidité inférieure à 20 %) libère plus de chaleur que le bois humide, car une partie de l’énergie de la combustion est utilisée pour évaporer l’eau contenue dans le bois.
Le rendement par hectare
Voici quelques exemples de rendements moyens pour différentes espèces d’arbres, en tenant compte de leur poids sec :
- Peuplier (Populus spp.) : 10 à 20 mètres cubes par hectare et par an. Les peupliers poussent rapidement et sont souvent utilisés pour la production de bois à courte rotation. Le poids sec du bois de peuplier est d’environ 400 à 500 kg par mètre cube, ce qui fait 4 à 5t/ha/an.
- Eucalyptus (Eucalyptus spp.) : 10 à 40 mètres cubes par hectare et par an. Les eucalyptus sont des arbres à croissance rapide qui peuvent être récoltés en 10 à 15 ans. Le poids sec du bois d’eucalyptus varie de 500 à 900 kg par mètre cube, en fonction de l’espèce et des conditions de croissance. Cela donne 5 à 36t/ha/an.
- Pin (Pinus spp.) : 5 à 20 mètres cubes par hectare et par an. Les pins sont couramment utilisés pour la production de bois d’œuvre et de pâte à papier. Le poids sec du bois de pin varie généralement entre 350 et 700 kg par mètre cube. Cela donne entre 1,75t et 14t/ha/an.
- Chêne (Quercus spp.) : 2 à 6 mètres cubes par hectare et par an. Les chênes sont des arbres à croissance lente qui produisent un bois de haute qualité pour la construction et l’ébénisterie. Le poids sec du bois de chêne est d’environ 600 à 900 kg par mètre cube. Cela donne 1,2 à 5,4t/ha/an.
On voit ainsi que certains bois sont plus adéquats que d’autres pour la production de bois pour le chauffage. Ces valeurs sont données à titre indicatif et peuvent varier en fonction des conditions de croissance, de l’âge des arbres et des pratiques de gestion forestière.
Les applications de l’utilisation énergétique du bois
Le bois peut être utilisé comme énergie de plusieurs façons, les principales étant dans des centrales à biomasses ou dans le chauffage résidentiel, notamment dans des chaudières au bois ou des poêles à granules. Néanmoins, une autre possibilité serait d’en faire la pyrolyse pour produire un syngaz riche en hydrogène.
Les centrales à biomasse
La combustion directe est la méthode la plus courante pour la production d’énergie à partir de bois dans les centrales à biomasse. Le bois est brûlé dans une chaudière pour produire de la vapeur, qui entraîne ensuite une turbine reliée à un générateur d’électricité. La chaleur résiduelle peut être récupérée et utilisée pour le chauffage ou pour d’autres applications industrielles. On parle alors de cogénération, également appelée production combinée de chaleur et d’électricité (CHP).
Le chauffage domestique
Le chauffage domestique au bois est une solution de chauffage populaire et écologique. Il utilise le bois comme combustible pour produire de la chaleur, ce qui peut être réalisé via des poêles à bois, des cheminées et des chaudières à bois. Ces systèmes peuvent être autonomes ou connectés à un système de chauffage central. L’un des problèmes est l’émission de particules fines dans le domicile. Pour l’éviter, les systèmes modernes de chauffage au bois ont des rendements élevés et des émissions de particules réduites, grâce à des technologies de combustion avancées. Cependant, il est essentiel de bien entretenir et ventiler ces systèmes pour éviter les problèmes de qualité de l’air intérieur.
La pyrolyse ou pyrogazéification
En chauffant lentement, d’une manière spécifique le bois, il est possible d’en extraire les molécules en laissant l’essentiel du carbone sous forme solide (on parle de biochar). C’est un procédé extrêmement difficile, dont la mise en œuvre industrielle et commerciale est encore à faire. Nous avons présenté ce procédé dans la partie sur l’hydrogène.
Les rejets de la combustion du bois
La combustion du bois est un processus complexe qui implique la décomposition thermique des composants du bois en gaz, liquides et solides. Les principaux composants du bois sont la cellulose, l’hémicellulose et la lignine, qui représentent environ 90 % du poids sec du bois. Il y a aussi d’autres composants en moindre quantité, tels que les extraits (résines, huiles, etc.) et les minéraux (cendres).
Le processus ne libère pas uniquement du dioxyde de carbone (CO2), mais aussi du monoxyde de carbone (CO), des oxydes d’azote (NOx), des particules fines et d’autres composés organiques volatils (COV). Les émissions de ces substances dépendent de la qualité du bois et des conditions de combustion. Une combustion complète et efficace minimise la production de polluants nocifs tels que le CO, les NOx et les particules fines. Il est donc important d’utiliser des équipements de combustion modernes et bien entretenus, ainsi que des pratiques de combustion adéquates pour assurer une combustion propre et efficace du bois.
L’utilisation du bois comme énergie dans le monde
Voici une liste des 10 pays où la consommation de bois-énergie en kWh par habitant est la plus élevée. Ces chiffres sont des estimations et peuvent varier en fonction des sources de données et des fluctuations annuelles.
- Finlande: environ 10 000 kWh/habitant – La Finlande est un leader mondial en matière de chauffage au bois, avec une grande partie de la population utilisant des poêles à bois pour le chauffage domestique. Le pays possède également plusieurs centrales à biomasse qui utilisent du bois pour la production d’électricité et de chaleur.
- Suède: environ 8 000 kWh/habitant – La Suède a investi dans le développement de la biomasse pour la production d’énergie, y compris le bois. Les poêles à bois et les chaudières à granulés sont populaires pour le chauffage domestique, et la biomasse est également utilisée dans les centrales de cogénération pour produire de l’électricité et de la chaleur.
- Canada: environ 6 500 kWh/habitant – Le Canada possède d’importantes ressources forestières et utilise le bois comme source d’énergie pour le chauffage résidentiel, notamment dans les régions rurales. Le pays compte également quelques centrales à biomasse.
- Estonie: environ 6 000 kWh/habitant – L’Estonie a une tradition d’utilisation du bois pour le chauffage domestique. Le pays a également investi dans des centrales à biomasse pour la production d’électricité et de chaleur.
- Lettonie: environ 5 500 kWh/habitant – La Lettonie utilise principalement le bois pour le chauffage domestique et la production d’énergie dans des centrales à biomasse. Le pays possède d’importantes ressources forestières.
- Autriche: environ 5 000 kWh/habitant – L’Autriche est un pays où le chauffage au bois est courant, notamment grâce aux poêles à granulés de bois et aux chaudières à bois déchiqueté. Le bois est également utilisé dans des centrales de cogénération pour la production d’électricité et de chaleur.
- Suisse: environ 4 800 kWh/habitant – La Suisse utilise le bois pour le chauffage domestique, principalement sous forme de bûches et de granulés. Le pays possède également quelques centrales à biomasse.
- Norvège: environ 4 500 kWh/habitant – La Norvège utilise principalement le bois pour le chauffage domestique, avec une préférence pour les poêles à bois. Le pays a également investi dans des centrales à biomasse pour la production d’électricité et de chaleur.
- Danemark: environ 4 000 kWh/habitant – Le Danemark utilise le bois pour le chauffage domestique et la production d’énergie dans des centrales à biomasse. Le pays a investi dans la recherche et le développement de la technologie de la biomasse.
- Slovénie: environ 3 800 kWh/habitant – La Slovénie a une tradition d’utilisation du bois pour le chauffage domestique, et le pays a également investi dans des centrales à biomasse pour la production d’électricité et de chaleur.