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Maison en paille dans le Bugey

Maison en paille dans le Bugey

Autoconstruction d'une maison écologique en paille sur le plateau d'Hauteville dans le Bugey, avec un budget de 100 000 euros. Construction selon la technique du GREB.


Poêle de masse : un peu de théorie

Publié par Seb et Amélie sur 22 Janvier 2012, 14:14pm

Catégories : #Poêle de masse

Pour notre chauffage, nous voulions un système  :

- utilisant une source d'énergie renouvelable et/ou locale,

- d'un coût raisonnable,

- si possible, fonctionnant sans électricité afin de pouvoir chauffer quoi qu'il arrive.

 

Un poêle à bûche répond à ces critères. Le problème c'est que ces poêles sont souvent sources de surchauffes, d'autant plus dans une maison très isolée comme la nôtre.  Pour les éviter, on utilise souvent  le mode ralenti, le "feu continu", ce qui génère une énorme pollution : émission de monoxyde de carbone, , dioxyde et trioxyde de souffre, dioxines et particules fines, encrassement du conduit (bistre), le tout dans des proportions pires qu'avec un poêle à charbon. A tel point que de nombreuses villes dans le monde, comme Montréal, interdisent le chauffage à bûches.

 

Un poêle de masse permet d'éviter ces écueils : grâce à un système performant de stockage de la chaleur, on peut  y faire des flambées vives et dépasser les 800°C ; à ces température, la combustion est quasi-parfaite et génère très peu de pollution. Poêle de masse est une appellation courante mais le nom a été déposé par un fabricant (Hiemstra), aussi on parle aujourd'hui de poêle à accumulation ou poêle à inertie, ce qui englobe des appareils vraiment très divers. La norme européenne EN 15250 portant sur les poêles à combustible solide à libération lente de chaleur définit mieux ce qu'est un véritable poêle de masse, (combustion très optimisée et vrai stockage de chaleur longue durée).

 

Combustion optimisée

La combustion d'un morceau de bois est un phénomène complexe à plusieurs étapes

1 - Le bois sèche sous l'effet de la chaleur du foyer ; ce faisant il comsomme de l'énergie,

2 - suffisament chaud et sec, il s'enflamme et cette première combustion produit des gaz qui peuvent générer de la pollution ou de l'énergie selon qu'ils s'enflammeront ou non par la suite

3- le bois se consume par pyrolise, ce sont les braises.

Evidemment les trois phases ne sont pas strictement distinctes, et se mèlent les unes aux autres.

 

L'étape 2 est cruciale pour optimiser la combustion. Pour enflammer les gaz, il faut de l'air (plus exactement de l'oxygène, comburant) et un moyen pour que l'air et les gaz se mélangent. Comme les étapes 2 et 3 ne nécessitent pas les mêmes conditions, beaucoup de poêle performants ont une double chambre : un foyer pour les première flammes et la pyrolise, des injecteurs d'air proches d'un goulet d'étranglement pour enflammer les gaz, et la deuxième chambre (dite de "postcombustion") où les gaz finissent de brûler. C'est un système "garde-fou" qui fonctionne quasiment à tous les coups mais d'autres schémas sont également efficaces comme  le "rocket stove" dans lequels toute la combustion se fait horizontalement dans un tube.

 

Stockage et libération lente de chaleur

Une combustion complète implique des température élevées, et même si les fumées redescendent assez vite à 300 ou 400 °C, il serait ridicule de jeter toute cette chaleur par la cheminée. Un poêle de masse inclut donc un système de canaux dans lesquels les fumées vont circuler tout en perdant leur chaleur, jusqu'à une centaine de degrés. Elles sont ensuite envoyés dans le conduit de cheminée. En théorie, plus les fumées sont froide mieux c'est ; en pratique, si la fumée descend à 65°C il y aura condensation, humidité, oxydation et désordre dans le bâti. Selon que le conduit est isolé ou non, on s'en tient donc à une température de fumée située entre 90 et 120°C au bas du conduit.

 

Il y a différents sortes de canaux selon le type de poêle ;  les russes, allemands, danois, suédois ont développé des schémas différents tous fondés sur la même idée : faire circuler la fumée le temps qu'elle cède ses calories. Le modèle finlandais, développé avec le soutien du gouvernement durant de longues années (et même quand le pétrole était bon marché), a pris de l'avance et fait figure de référence. Il présente un foyer et une seconde chambre séparés par un goulet d'étranglement avec injecteurs d'air, puis des canaux latéraux dans lesquels la fumée redescend avant de rejoindre le conduit de cheminée, dont la naissance se trouve en bas du poêle, sur le côté ou à l'arrière. Les fumées descendantes chauffent les parois latérales côté intérieur ; côté extérieur, l'air de la pièce se déplace doucement le long des mêmes parois dans un léger mouvement de convection (30à 40% de la chaleur restituée l'est par convection).

Fumée descendante et air ascendant expliquent le nom parfois donné au modèle finlandais : poêle à contre-courant. (contraflow in english).

 

Une fois les canaux chauffés par les fumées, la chaleur va se déplacer par conduction dans la matière. La rapidité avec laquelle elle sera restituée à la pièce dépend notamment du type de matériaux et de son épaisseur. On trouve des poêles de masse en brique, en béton, en pierre (dont la fameuse stéatite), en bauge, etc. Parmi les poêles en briques (les plus courants chez les petits artisans et les autoconstructeurs), il y a les "simple peau" et les "double peaux", selon que la chaleur des fumées va traverser une ou deux rangées de briques avant d'arriver dans la pièce.

 

La conception de notre poêle

Notre maison est bien isolée et pleine de fenêtre au sud. Lorsque le soleil brille, l'accumulation de chaleur dans la pièce est bien réelle ; par contre par temps nuageux les fenêtres sont sources de déperdition.

L'idée répandue selon laquelle "plus c'est lourd, mieux c'est" ne fonctionnait pas dans notre cas. Une masse très lourde permet un apport de chaleur très constant sur la journée, mais la chaleur du soleil aurait "fait doublon" les jours de beau temps. Nous sommes donc partis sur un modèle "léger", incluant un petit banc chauffant qui, à la manière d'une ailette de refroidissement, dissipe la chaleur plus vite qu'un bloc compact. Evidemment, ceci implique de faire deux feux par jour en cas de temps froid sans soleil, si on reste à la maison.

 

Après un contact inabouti avec Jérôme Prévieux, nous avons rencontré David Szumilo cet été, qui nous a proposé un modèle dérivé du "finlandais" mais avec des variantes :

- Il fonctionne sans porte, d'où une économie de matériel et un visuel sympa. C'est l'excès d'air primaire qui va permettre aux gaz de s'enflammer.

- Le goulet d'étranglement est remplacé par un conduit assez large, haut d'une trentaine de centimètres, dans lequel se fait la combustion des gaz imbrûlés. Le fait de ne pas freiner les gaz favorise le tirage et facilite grandement l'allumage, à tel point qu'il n'y a pas ici de bipasse (clapet permettant de court-circuiter le circuit des fumées afin de faciliter l'allumage du feu, quand le conduit est encore froid et le tirage faible) contrairement à la grande majorité des poêles.

- La seconde chambre est pourvue de 8 petites ouvertures dans la partie basse de ses murs.

- Les fumées redescendent ensuite sur les 4 faces du poêle, passent éventuellement dans un banc chauffant et remontent par un conduit sur le côté. Chez nous, à cause d'un poteau mal placé et d'un conduit bêtement prévu à l'aplomb du poêle, il a fallu faire des adaptations. Une partie des fumées seulement passera par le banc chauffant, l'autre rejoindra directement la face arrière qui, du coup, servira, à remonter  les fumées jusqu'au conduit sur le dessus du poêle.

- Enfin, cerise sur le gâteau, la forme du foyer est bien adaptée pour l'utiliser comme un four, une fois la flambée terminée.

 

Je n'étais pas convaincu par le fonctionnement sans porte et sans injecteurs, mais j'ai vu fonctionner chez David un prototype de chauffe eau à bûche fait de briques juste posées à blanc, avec une sortie de fumée en façade et 2m de conduit horizontal, aucune différence de température entre intérieur et extérieur, bref tout ce qu'il faut normalement pour s'enfumer ; or le tirage d'enfer et l'absence de fumée visible attestaient d'un fonctionnement proche de l'optimum. J'ai donc décidé de prendre un peu de distance avec mes lectures et de lui faire confiance.

 

Dans l'article suivant, les photos du début des hostilités !

 

 

 

 

 

 

 

 

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Jospeh 24/11/2013 11:19

Je n'ai pas vu le descriptif technique des fenetres, mais si vous avez des triple vitrage ou double vitrage avec volets. Vos fenetres avec orientation plein Sud rapportent plus de calories qu'elles n'en perdent. Elles ne sont donc pas considérées comme déperditives. Je crois qu'il en est de même pour des double vitrage basse émissivité sans volets.

Cordialement
Joseph

Seb et Amélie 25/11/2013 12:16

On est bien d'accords : bilan positif, oui, mais sur la saison de chauffe. Quand c'est la nuit et qu'il fait -20°C, une fenêtre perd beaucoup plus de chaleur qu'un mur.
Pour la performance : non, pas passif. Plutôt meilleur que la limite BBC, mais non labellisé (pas encore obligatoire quand nous avons déposé le permis. Ce qui nous éloigne le plus du passif, c'est notre VMC simple flux hygroréglable. On la gère un peu "à la main" (on l'éteint pendant les flambées à cause du tirage, ou bien quand on part...). On connait le fonctionnement de notre maison ! Si la maison avait été destinée à la location, on aurait clairement mis une DF et un poêle à arrivée d'air directe.
On se chauffe avec 2 stères de bois "lourd" (frêne) plus du petit bois.

joseph 24/11/2013 22:31

Je suis en cours de licence et il me semble que de bon double vitrage ont toujours un bilan positif en orientation plein sud =) enfin c'est ce que j'ai vu en cours. Oui la pose doit etre beaucoup plus complexe vu le poids. Actuellement ou en etes vous ?! Auriez vous une moyenne du nombre de kwh par m2 par an ?! Êtes vous plus performant qu'une maison passive ?! (25 kwh m2 an )

Seb et Amélie 24/11/2013 21:29

Bonjour Joseph, merci de votre intérêt.
Nos fenêtres sont en triple vitrage partout, sauf au sud, où nous nous contentons d'un "bon" double vitrage. Comme vous le soulignez, le bilan (apports moins pertes) sur la saison de chauffe est nettement positif pour les fenêtres sud. Il n'empêche que, sur une nuit ou même une semaine sans soleil, les fenêtres sont clairement déperditives, bien plus qu'une paroi opaque (R = 6 pour les murs, R =0 .75 pour les fenêtres sud). Il faut en tenir compte, par exemple, pour calculer la puissance nécessaire du chauffage. Car le but n'est pas d'avoir 19°C "en moyenne", mais bien de garantir cette température par tous temps...
A noter, un triple vitrage au sud était envisagé. Il ne présentait pas beaucoup d'intérêt en terme de bilan annuel (moins de pertes mais aussi moins de gain), par contre il aurait permis une température plus régulière. Mais un budget est un budget... de plus, vu le poids des baies vitrées en double et la difficulté à les installer, nous sommes très heureux de n'avoir pas installé du triple !

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