Bois énergie

Le taux d’humidité du bois détermine son pouvoir calorifique comme combustible. (©photo)

Définition et catégories

Le bois peut être qualifié de « bois énergie » pour désigner son utilisation à des fins énergétiques : production de chaleur, d’électricité ou de biocarburants de 2e génération après transformation. Il s’agit de la première source d’énergie renouvelable consommée en France, en Europe et dans le monde. Rappelons que le bois est par ailleurs employé dans d’autres secteurs, notamment dans la construction, la production de papier et l’artisanat.

La composition chimique du bois est assez proche d’une espèce d’arbre (appelée « essence ») à une autre. En moyenne, elle se structure autour de 50 à 55% de carbone, 35 à 40% d’oxygène, 5 à 7% d’hydrogène, 1% d’azote et 1% de minéraux. A une température élevée, le carbone et l’hydrogène s’oxydent au contact de l’oxygène, ce qui permet la combustion du bois et la production de chaleur.

On distingue deux types d’arbres : les « feuillus » (angiospermes comme le chêne ou les arbres fruitiers) et les « résineux » ou « conifères » (gymnospermes comme le sapin ou le cèdre). Ils peuvent également être classés par densité (durs comme le hêtre ou tendres comme le peuplier).

Fonctionnement technique ou scientifique

Voies de valorisation du bois énergie

  • Production de chaleur

La production de chaleur est la principale voie de valorisation du bois énergie. Elle est obtenue par la combustion du bois. Trois phases peuvent être discernées durant cette opération. L’eau que contient le bois commence d’abord à s’évaporer sous forme de vapeur à une température constante de 100°C. Quand le bois est quasiment sec, une deuxième phase débute (combustion proprement dite) : la température du foyer monte au-dessus de 200°C et les macromolécules du bois se décomposent en molécules plus légères et forment du monoxyde de carbone et d’autres gaz à base d’hydrogène et de carbone. Cette étape est appelée la pyrolyse. Dans un troisième temps, ces gaz s’oxydent au contact de l’air et forment des flammes. La température monte alors à près de 800°C.

A l’issue de la combustion des gaz, il reste dans le foyer un résidu charbonneux : ces braises incandescentes sont des morceaux de carbone, que l’on qualifie de « charbon de bois » (utilisé dans des barbecues). Si la combustion de ce charbon de bois se poursuit, il ne reste plus que des cendres et le feu s’éteint.

  • Production d’électricité et de biocarburants

Le bois énergie permet également de produire de l’électricité : la chaleur issue de sa combustion est utilisée pour chauffer de l’eau dans une chaudière et la transformer en vapeur. Cette vapeur mise sous pression fait tourner des turboalternateurs. Cette seule opération ayant un faible rendement, elle est souvent couplée à la production de chaleur : la chaleur d’une partie de la vapeur émise est récupérée, par exemple pour alimenter un réseau d’eau. On parle alors de cogénération.

Le bois peut également permettre de produire des biocarburants de 2e génération. Au niveau moléculaire, le bois est principalement constitué de 3 types de molécules organiques : la cellulose (40 à 50%), l’hémicellulose (20 à 40%) et la lignine (20 à 30%). A partir d’une hydrolyse (réaction de décomposition par les ions H3O+ et HO-), la cellulose peut être transformée en glucose, lui-même fermentable en éthanol. Pour libérer la cellulose du bois, celui-ci peut être broyé puis cuit en présence d’un acide ou porté à une température de plus de 180°C sous une pression dépassant 15 bar.

Pouvoir calorifique et séchage du bois

Le pouvoir calorifique (PC) d’un combustible désigne la quantité de chaleur que l’on peut en extraire par unité de masse. Dans le cas du bois, ce pouvoir calorifique dépend essentiellement du taux d’humidité. La matière anhydre (sans eau) du bois a en effet un pouvoir calorifique proche quelle que soit l’essence de bois (plus de détails dans la partie « Unités de mesure »).

Le bois présent dans la nature contient 40% à 60% d’eau. Pour une bonne combustion du bois, ce taux d’humidité doit être ramené à moins de 25%. Il est possible de faire sécher le bois de deux façons :

  • par séchage naturel, processus de 6 mois à 2 ans permettant d’obtenir un taux d’humidité dans le bois de 15% à 25% ;
  • par séchage artificiel, processus plus coûteux mais beaucoup plus rapide (7 à 15 fois plus) et plus efficace (le taux final d’humidité du bois peut être ramené à moins de 10%). Ce séchage est réalisé avec de l’air chaud climatisé ou par déshumidification de l’air du local de séchage.

Catégories de combustibles de bois énergie

On distingue principalement 3 formes valorisables du bois énergie : le bois bûche, la plaquette forestière et le granulé de bois.

  • Les bûches et rondins, généralement de 25 à 50 cm de long, constituent la forme la plus brute de l’exploitation du bois énergie. Elles servent de bois de chauffage mais possèdent souvent un faible pouvoir calorifique en raison de leur humidité persistante.
  • Les plaquettes forestières ou industrielles sont des composites de quelques centimètres cube de bois déchiqueté. Elles sont produites à partir de résidus forestiers (branches, bois d’élagage, etc.) qui sont secs, ce qui permet d’obtenir un meilleur pouvoir calorifique du combustible.
  • Les granulés (ou « pellets », terme anglais souvent employé) sont des cylindres de 1 à 3 cm de  long constitués de copeaux ou de sciure de bois compacté. Leur taux d’humidité est très faible, autour de 10%.

Le bois bûche représente encore près de 90% de la consommation française de bois énergie pour le chauffage domestique (près de 6,9 sur 7,3 Mtep) selon l’Ademe.

Appareils de production domestique de chaleur

Le bois énergie est principalement utilisé en France et dans le monde pour se chauffer. Plusieurs appareils domestiques permettent d’en tirer profit : les cheminées, les inserts (type de cheminée à foyer fermé), les poêles (à bûches, granulées ou accumulation), les cuisinières, etc. En France, près de 450 000 chaudières, inserts ou poêles à bois sont vendus chaque année.

Précisons ici qu’il est dangereux de brûler du bois aggloméré comme des meubles. En effet, celui-ci peut contenir des traitements chimiques qui dégagent des polluants nocifs pour la santé et l’environnement lors de sa combustion.

Enjeux par rapport à l'énergie

Concurrence avec d’autres usages

Le bois n’entre pas en concurrence avec l’alimentation humaine contrairement à d’autres filières de la biomasse (ex : biocarburants de 1e génération). Il se trouve en revanche à la base d’autres filières industrielles comme la menuiserie, la production de papier et la construction. Les produits utilisés pour le bois énergie concernent souvent des résidus de coupes « nobles » de bois (comme les troncs d’arbres) qui sont utilisées à d’autres fins, par exemple le bois d’œuvre pour la construction. Le bois énergie constitue ainsi un débouché pour les coupes non utilisées par les autres industries ou non valorisées à l’échelle local.

Bilan environnemental du bois énergie

Il n’est pas intéressant de consommer du bois loin du lieu de production, tant du point économique (coûts de transport) qu’environnemental (émissions de gaz à effet de serre associées). On estime ainsi qu’une distance inférieure à 50 km est satisfaisante entre lieu de production et lieu de consommation.

Le bois énergie entraîne d’importantes émissions dans l’atmosphère lorsque la combustion a lieu dans des installations rudimentaires, type cheminée à foyer ouvert : monoxyde de carbone, poussières, hydrocarbures aromatiques polycycliques, etc. Un label Flamme Verte a été mis en place par l’Ademe pour classer les appareils de chauffage au bois en fonction de leurs performances énergétiques et environnementales.

Préservation de la forêt

La forêt est vulnérable face aux catastrophes naturelles. En décembre 1999, près de 500 000 hectares de forêt avaient été partiellement ou totalement détruits par la grande tempête. Les sécheresses, les incendies, les pluies acides et les maladies sont d’autres menaces pour la forêt. Précisons toutefois que cette dernière continue à s’étendre en Europe, notamment en France : l’accroissement biologique annuel de la forêt française(1) est approximativement de 85 millions de m3 tandis que le volume annuel de coupe de bois(2) sur le territoire est de l’ordre de 60 millions de m3.

La forêt doit être entretenue afin qu’elle continue à produire du bois et stocker du carbone. Des associations de défense de l’environnement soulignent toutefois qu’au moins 5 à 10 m3 de bois mort par hectare doit être laissé en l’état dans la nature pour préserver l’écosystème, en particulier les populations d’insectes.

Acteurs majeurs

Les principaux acteurs de la filière bois énergie sont :

  • les propriétaires de la ressource : propriétaires privés, communes, État, etc. ;
  • les gestionnaires de la ressource : coopératives forestières, Office National des Forêts en France ;
  • les façonneurs de bois de chauffage : coopératives, fournisseurs négociants, etc.
Unités de mesure et chiffres clés
  • Le stère est une unité de mesure de volume souvent employée dans les filières du bois. Un stère (de symbole st) désigne un volume équivalent à un cube de 1 m3 de bûches (de 1 m de long)(3).
  • Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) du bois désigne la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion de ce bois (énergie de vaporisation exclue). Il se calcule par unité de masse et est principalement mesuré en MJ/kg et en kWh/kg, sachant que 1 MJ = 3,6 kWh.

Données de l’Ademe

Données de l’Ademe

Le bois sec a un pouvoir calorifique proche d’une essence à une autre. Chaque essence de bois possède toutefois une densité différente et le pouvoir calorifique rapporté au volume et non plus au poids de deux arbres différents peut fortement varier : à taux d’humidité et volumes égaux, un hêtre peut ainsi dégager presque deux fois plus de chaleur qu’un peuplier(4).

  • Le taux d’humidité d’un bois est calculé comme le rapport de la masse d’eau pure sur la masse de matière sèche(5). Ce taux d’humidité peut dépasser 100% dans du bois vert. Il est généralement compris entre 10 et 20% pour du bois séché à l’air libre et inférieur à 10% pour du bois séché artificiellement.
  • Le rendement des installations permettant d’exploiter du bois énergie à des fins de chauffage est très variable : 10% dans le cas d’une cheminée classique à foyer ouvert, 50% dans le cas d’un poêle à bûches, et jusqu’à plus de 90% dans le cas d’une chaudière à granulés.

Chiffres clés

  • 10,03 Mtep : production d’énergie primaire(6) issue du bois énergie en France en 2012
  • 45% : part du bois énergie dans la production primaire d’énergie renouvelable en France en 2012 (7,4% de la production totale d’énergie primaire)
  • 79,5% : part de la consommation finale d’énergies renouvelables thermiques (production de chaleur) satisfaite par le bois énergie en France en 2011
Zone de présence

Près de 28% de la France métropolitaine est aujourd’hui occupée par des forêts. Celles-ci sont constituées aux 2/3 par des feuillus et à 1/3 par des résineux (conifères).

Taux de boisement par département (©CDE)

Taux de boisement par département (©CDE)

Passé et présent

Le bois énergie a été la première source d’énergie maîtrisée par l’homme lorsque celui-ci découvrit l’usage du feu lors de la Préhistoire, il y a près de 400 000 ans(7). Jusqu’à l’ère industrielle, il a permis de satisfaire l’essentiel des besoins énergétiques de l’homme, principalement à des fins de chauffage et de cuisson. Le bois énergie a accompagné le développement de certaines industries énergivores telles que la sidérurgie.

Au XIXe siècle, la France dispose de 9 millions d’hectares de forêt. Cet espace s’est aujourd’hui étendu à près de 15 millions d’hectares, soit approximativement un quart du territoire national(8). Ces deux dernières décennies, la forêt française a gagné 1,7 million d’hectares(9).

Le chauffage au granulé de bois est apparu dans les années 1970 et se développe aujourd’hui fortement.

Futur

Le Grenelle Environnement fixe l’ambition de multiplier par 2 la production de chaleur et par 6 celle d’électricité tirée de la biomasse d’ici à 2020 par rapport aux niveaux de 2010. A cet horizon, le nombre de foyers chauffés au bois en France pourrait atteindre 9 millions (contre 7,4 millions en 2013) sans que la consommation de bois domestique augmente grâce à l’usage d’appareils plus performants. Des recherches sur la valorisation de cellulose et de lignine pour produire des biocarburants sont par ailleurs en cours.

parue le
Sources / Notes
  1. Dernières données de la Direction générale de l’énergie et du climat pour l’année 2010.
  2. Bois commercialisé + bois autoconsommé.
  3. La définition du stère peut varier d’un acteur à un autre : forestier, approvisionneur ou utilisateur.
  4. Rapport d’information de l’Assemblée nationale, septembre 2013.
  5. Mesurer et comprendre l’humidité du bois de chauffage, ONF.
  6. Donnée provisoire du Bilan énergétique de la France pour 2012, juillet 2013
  7. Des traces de feu ont été répertoriées à des périodes plus anciennes, des doutes subsistent pour dater à partir de quand ce feu a pu être intentionnellement entretenu par l’homme.
  8. Sachant que la France a une superficie de 675 417 km2, dont 543 965 km2 en France métropolitaine (1 hectare = 10 000 m2 = 0,01 km2).
  9. Donnée du SER.

Les énergies renouvelables aujourd’hui et demain, sous la direction de Jean Hladik, éditions ellipses

Étude sur le chauffage domestique au bois : marchés et approvisionnement, Ademe, juillet 2013