Stockage et alimentation du bois-énergie

Avant d'alimenter la chaudière, le bois-énergie, qu'il soit sous forme de pellets ou de plaquettes, est d'abord acheminé vers un lieu de stockage, le silo. Ensuite un dispositif mécanique lui permettra de l'extraire de cette réserve pour ensuite être transporté jusqu'à la chaudière. La chaudière peut elle-même posséder un petit réservoir qui lui permet de ne pas devoir s'alimenter de manière continue à la réserve de pellets ou plaquettes.

Afin de généraliser notre propos, nous allons scinder ce processus en deux étapes :

• D'une part, on analysera les systèmes de stockage suivant le conditionnement du bois, ainsi que les modes d'extraction suivant le stockage.
• D'autre part, on analysera le dispositif de transport entre le local de stockage et la chaudière.

Ces développements n'ont pas pour vocation de former le lecteur au choix d'un dispositif de stockage et d'alimentation. En fait, il s'agit d'une tâche de spécialiste. Pour prendre une décision éclairée, il faut connaître les détails techniques et de prix de chaque dispositif. Ceux-ci dépendent du fabricant, du constructeur. En outre, ces techniques peuvent évoluer dans le temps.

La vue synthétique présentée ci-dessus a pour objectif de montrer la variété des solutionsqui permettent de s'adapter à un très grand nombre de situations. Cela permet aussi de donner les éléments clefs de réflexion pour interagir avec les spécialistes de la question. Au travers des différentes configurations présentées, on s'aperçoit que les investissements et les aménagements sont plus ou moins lourds. D'un point de vue économique et technique, le stockage est un poste important du projet. Il aura un impact majeur sur sa faisabilité ainsi que sur sa viabilité économique.

Stockage

Pièce de stockage : pellets et plaquettes

On peut distinguer différents types de stockage pour les pellets et plaquettes. Généralement, on trouve une pièce de stockage, c'est-à-dire un silo. Cette pièce rectangulaire ou cylindrique est dissociée de la chaufferie et peut ne pas lui être voisine voire se situer à un niveau différent.

La pièce devra être conçue pour résister mécaniquement à la masse du bois et pour protéger le bois de l'humidité. En outre, elle devra être facilement accessible pour son réapprovisionnement. Ce dernier point sera traité plus tard.

On peut faire certaines distinctions entre les pièces de stockage, distinction qui aura un impact sur la méthode d'extraction du combustible :

• Avec sol incliné: Dans ce cas, le sol est incliné dans la direction de l'admission de bois de la chaudière. Comme la chaudière est dans le prolongement direct du plan incliné de stockage, le dispositif d'extraction pourra être conçu de manière plus simple.
• Avec sol horizontal: Tout l'espace est occupé au niveau du sol ce qui assure une optimisation de l'espace disponible. Par contre, le sol peut être à une hauteur différente de l'admission de combustible de la chaudière et le bois à extraire peut se situer n'importe où au niveau du sol de la pièce. En conclusion, le dispositif d'extraction devra être plus élaboré.

     

Illustration de deux organisations spatiales du local de stockage : la figure de gauche représente un local à sol horizontal alors que la figure de droite correspond au local avec un sol incliné.

Stockage des pellets

Les pellets offrent des possibilités de stockage supplémentaires. Cette flexibilité est est due à la grande faculté d'écoulement des pellets. Celui-ci est découle de leurs petites tailles et de leurs surfaces lisses.

Pièce de stockage

Toujours dans les pièces de stockage séparées, on peut maintenant ajouter une troisième catégorie :

• Avec parois latérales inclinées ou en "V": Dans ce cas de figure, les pellets sont dirigés naturellement sous l'effet de la gravité vers le centre de la pièce où les deux parois latérales se rejoignent. Cette particularité permettra de concevoir un dispositif d'extraction simple.

 

Illustration  d'un local de stockage pour pellets avec parois latérales inclinées : ce principe garantit l'écoulement naturel des granulés vers le dispositif d'extraction (vis d'extraction).

Sac ou silo textiles à pellets

Il s'agit de silo en textile pré-assemblés par le constructeur. Ces sacs ont des de multiples avantages mais ont des volumes limités si bien qu'ils s'appliquent plutôt au secteur domestique et au petit tertiaire :

• Plus de flexibilité sur la localisation du stockage. Les parois sont protégées contre l'humidité si bien qu'ils peuvent être placés dans des pièces humides, dans la mesure où le silo textile protège les pellets qu'il contient. Dans le même ordre d'idée, le silo pourra être directement placé dans la chaufferiesi celle-ci possède un volume suffisant. Il ne faut donc pas prévoir une pièce spécifique pour le stockage. Le silo peut même être placé à l'extérieurdu bâtiment s’il est protégé contre les intempéries et des rayons UV (qui peuvent altérer les propriétés des parois à long terme).
• Facilité de montage. Dans la mesure où la fonction de stockage et d'extraction est réalisée de façon automatique par le silo préfabriqué. Le montage est relativement simple : il ne reste plus qu'à prévoir le transport entre le silo et la chaudière.

   

Illustration de silos textiles de stockage de pellets  :  la figure de gauche représente un silo textile placé dans un local de stockage tandis que la figure de droite correspond à un silo dans le local de chauffe.

Volume de stockage

On a déjà plusieurs fois évoqué le volume occupé par les différents conditionnements de bois pour une même quantité d'énergie. De cette analyse, il ressort qu'il faut un volume deux à trois fois plus important de pellets que de mazout, un volume dix à quatorze fois plus important de plaquettes. Les plaquettes sont donc caractérisées par un volume de stockage important qui aura un impact direct sur la zone de stockage.

Le tableau ci-dessous reprend les différents volumes de bois en fonction de la consommation annuelle d'énergie du bâtiment [kWh/an]. La première ligne est caractérisée par une consommation de 5 000 kWh/an, ce qui correspond approximativement à une maison passive où le chauffage des pièces et de l'ECS est couvert par le bois. Les hypothèses de calcul sont reprises dans la première ligne du tableau décrivant les entrées. En outre, on a uniquement supposé, pour l'estimation du volume de stockage, que l'on réalisait dix approvisionnements par an. Il est facile de déduire ces volumes pour un autre nombre d'approvisionnements. On a estimé qu'il fallait un volume total de stockage 1.5 fois plus important pour contenir 1 volume utile de bois.

Estimation du volume de stockage en fonction de la consommation annuelle

Besoin calorifique [kWh/an]	Litres de mazout: ~10 kWh/litre	M³ de gaz naturel : ~10 kWh/m³	Tonnes de plaquettes : ~3 900 kWh/tonne	Tonnes de pellets : ~4 600 kWh/tonne	Map de plaquettes : ~1 000 kWh/map	Map de pellets : ~3 500 kWh/map	Volume stockage plaquettes [m³] pour 10 approvisionnements: ~1.5 m³/map	Volume stockage pellets pour 10 approvisionnements [m³]: ~1.5 m³/map
5 000	500	500	1.28	1.08	5	1.42	0.75	0.21
10 000	1 000	1 000	2.56	2.17	10	2.85	1.5	0.43
15 000	1 500	1 500	3.84	3.26	15	4.28	2.25	0.65
20 000	2 000	2 000	5.12	4.34	20	5.71	3.0	0.86
50 000	5 000	5 000	12.82	10.86	50	14.28	7.5	2.14
100 000	10 000	10 000	25.64	21.73	100	28.57	15.0	4.3
200 000	20 000	20 000	51.28	43.47	200	57.14	30.0	8.6
300 000	30 000	30 000	76.92	65.2	300	85.71	45.0	12.8

Approvisionnement

La position de la zone de stockage ne peut être prise au hasard. Elle doit être compatible avec le dispositif d'approvisionnement des pellets et des plaquettes. Dans la pratique, cette contrainte est loin d'être négligeable.

Pellets

De manière générale, les pellets peuvent être vendus par sacs de 10 à 30 kg, par palettes d'une tonne et en vrac par camion souffleur.

Dans le cas du tertiaire, nous considérons ce dernier cas. En pratique, le camion est muni d'une citerne qui contient les pellets. Une fois arrivé à destination, il est muni d'un tuyau flexible qui permet de souffler les pellets dans la zone de stockage. Cette dernière est munie de bouches ou connexions de remplissage. Pour des volumes importants, plusieurs bouches peuvent être placées pour assurer un remplissage plus uniforme de la zone de stockage. En outre, les parois de la zone de stockage sont munies d'un revêtement anti-rebondissement pour ne pas briser les pellets. En effet, il faut que les pellets conservent leurs dimensions et leurs propriétés mécaniques pour que la combustion s'opère dans les meilleures conditions.

Pour que le tuyau flexible puisse atteindre le volume de stockage, il faut que les connexions de remplissage soient situées à maximum 30 m du camion souffleur. Il faudra donc s'assurer que la localisation du stockage soit compatible avec les possibilités d'accès du site.

Illustration de la distance maximale entre le camion souffleur et les conduits d'admission des pellets vers le silo (placés en façade).

Plaquettes

Comme pour le stockage, les plaquettes offrent moins de flexibilité. En effet, la zone de stockage doit être directement accessible par un charroi lourd, c'est-à-dire une remorque à benne ou une benne de tracteur. Cette contrainte spatiale est beaucoup plus sévère que pour les pellets. De nouveau, cela illustre bien qu'une analyse préalable de faisabilité est nécessaire avant de s'engager dans un projet tertiaire basé sur le bois-énergie.

  

     

Illustration de l'accessibilité du local de stockage des plaquettes par un charroi lourd (1ère figure).
Photographie de l'alimentation en plaquettes de la chaufferie de l'hôpital de Dave.

Extraction

Avant d'être transportés vers la chaudière, les pellets ou les plaquettes doivent être extraits du silo. La méthode est fortement liée au type de stockage :

• Silo avec sol plat : Un déssileurracle le sol de la pièce et amène le bois au niveau d'une tranchée dans laquelle se trouve une vis sans fin d'extraction. Les éléments en bois viennent se placer entre deux pas de vis. La rotation de celle-ci amène ces éléments progressivement vers la sortie du silo. Comme le sol est la plat, la vis d'extraction est elle-même horizontale.
• Silo avec sol incliné : On travaille toujours avec un déssileuret le principe reste le même. Comme le sol est incliné en direction de la chaudière, la vis intégrée au sol est directement alignée avec la chaudière. Par conséquent, si la vis est assez longue, elle peut directement alimenter la chaudière sans devoir ajouter de dispositifs particuliers.

 Représentation d'un déssileur : la partie supérieure rotative racle le sol de la pièce et amène le bois au niveau d'une tranchée dans laquelle se trouve une vis sans fin d'extraction.

• Silo avec parois latérales inclinée ou en "V" :Applicable pour les pellets, cette méthode permet d'éviter l'installation d'un déssileur. De par la forme des parois, les pellets s'écoulent naturellement vers la rigole contenant la vis d'extraction.
• Silo textile : Le dispositif ad hoc est développé par le fabricant du silo textile.

• Plancher tiroir : Idéal pour les locaux de grande surface.

Représentation simplifiée d'un système d'extraction basé sur un plancher tiroir.

Transport

Une fois extraits de la zone de stockage, les pellets ou plaquettes sont acheminés vers la chaudière. Celle-ci peut être voisine de la zone de stockage ou éloignée, au même niveau ou à niveau inférieur ou supérieur. Ces différents éléments conditionnent le type de système de transport. De nouveau, on verra que les pellets proposent plus de flexibilité que les plaquettes.

Alimentation pellets et plaquettes

• Par vis d'alimentation inclinée : On peut atteindre directement la chaudière si la chaufferie est proche de la zone de stockage et au même niveau.

Illustration d'une vis d'extraction directement couplée à la chaudière : la disposition relative du sol du local de chauffage et de la chaudière permet de réaliser un couplage direct. 

• Par vis d'alimentation horizontale couplée avec vis montante à renvoi d'angle :La vis montante permet de monter les granulés ou plaquettes de plusieurs mètres (par exemple, maximum 3.5 m) pour atteindre la chaudière si la chaufferie reste proche de la zone de stockage.

       

 L'alimentation de la chaudière se trouve à un niveau supérieur comparé au sol du local de stockage (et par conséquent du système d'extraction) : la vis montante à renvoi d'angle,  illustrée sur la figure en dessous,  permet de récupérer cette différence de niveau.

     

Exemple de vis d'alimentation avec renvoi d'angle sur le coté de la chaudière de l'hôpital de Dave.
Sur la figure de gauche,  on a une vue détaillée de la connexion entre la vis d'alimentation et la chaudière : intercalé entre la fin de la rampe d'alimentation et la vis d'alimentation de la chaudière se trouve un dispositif coupe-feu (dans ce cas-ci, il s'agit d'une guillotine) et un réservoir d'eau pour éteindre la masse de bois non encore intégrée au foyer.

• Par vis d'alimentation horizontale couplée à une conduite de chute :La conduite de chute permet de descendre les granulés ou plaquettes de plusieurs mètres pour atteindre la chaufferie si celle-ci reste proche de la zone de chauffage.

L'alimentation de la chaudière se trouve à un niveau inférieur comparé au sol du local de stockage (et par conséquent du système d'extraction) : la conduite de chute permet de descendre le combustible de niveau.

Autres alimentations possibles pour les pellets

• Par aspiration :Les pellets sont aspirés dans un flexible dont la longueur peut aller jusqu'à une vingtaine de mètres. Cela permet d'alimenter une chaufferie distante ou située à un niveau supérieur. La chaudière se voit ajouter un réservoir supplémentaire de collecte pour l'admission des granulés. Cela permet aussi de faire fonctionner le transfert par aspiration de manière intermittente, ce qui minimise la consommation et les bruits durant la nuit. La méthode par aspiration marche aussi bien pour les pièces de stockage que pour les silos flexibles.

    

Dans le cas particulier des pellets, un dispositif de soufflage peut être mis en place, et ce,  pour différentes configuration du local de stockage.