Projet conjoit "Combustion du bois et production d’énergie dans les bâtiments"

Le potentiel durable du bois permet de faire progresser la contribution du bois à l’approvisionnement énergétique de la Suisse de 3,8% à 7,3%. Dans cette optique, il convient cependant d’éviter le conflit d’objectifs entre neutralité CO2 et pollution de l’air.

Cette recherche visait à approfondir les connaissances en lien avec la formation des polluants lors de la combustion du bois, afin de déterminer des conditions de fonctionnement optimales, de développer des technologies à faibles émissions et de déduire des stratégies de contrôle de la pollution atmosphérique. Le projet a étudié les moyens d’utiliser l’énergie du bois en limitant l’impact sur la qualité de l’air ambiant et s’est concentré sur la nocivité des gaz de fumée en tenant compte à la fois des polluants primaires et secondaires.

Neuf appareils de combustion du bois différents ont été étudiés par le laboratoire de recherche en bioénergies de la Haute École de Lucerne, et des analyses complémentaires ont été réalisées par le laboratoire de chimie atmosphérique de l’Institut Paul Scherrer (PSI). Les dispositifs de combustion testés comprenaient des poêles à bois et des chaudières à commande manuelle, un poêle à pellets, une chaudière à pellets et une chaudière à grille mobile automatique. Les appareils ont été utilisés avec différents combustibles et dans différentes conditions, ce qui a permis d’isoler pas moins de 51 paramètres. La teneur des gaz de fumée en monoxyde de carbone (CO), en méthane (CH4), en composés organiques volatils non méthaniques (COVNM), en carbone suie (eBC), en aérosols organiques primaires (AOP), en monoxyde d’azote (NOX), en particules fines (PM), en aérosols organiques secondaires (AOS) et en dérivés réactifs de l’oxygène liés aux particules (PB-ROS) a été analysée. Par ailleurs, des tests in vitro de cytotoxicité ont été menés sur des échantillons de gaz de fumée au laboratoire de bioscience de la Haute École de Lucerne.

L’examen d’un cycle de combustion complet révèle des émissions de CO, de COVNM, d’eBC et d’AOP 3 à 2400 fois supérieures sur les appareils manuels que sur les appareils à fonctionnement automatisé. Sur les appareils manuels, on constate une forte formation d’AOS, pouvant atteindre 50% à 69% des PM totales, alors que la teneur en AOS est négligeable lors d’une combustion automatisée en conditions stables. Les PB-ROS sont 4 à 20 fois plus élevés dans les aérosols organiques âgés que dans les aérosols frais. De fortes corrélations ont été mises en évidence entre le CO et les polluants primaires nocifs (eBC, COVNM et AOP), les AOS et la cytotoxicité. Le CO apparaît par conséquent comme un paramètre facilement mesurable, pouvant donner une première indication de la nocivité des gaz de combustion.

Implications pour la recherche

En étudiant divers dispositifs de combustion, conditions de fonctionnement et paramètres de gaz de fumée, le projet a permis d’évaluer l’impact de la technologie et des conditions de combustion sur les émissions et leur nocivité. Il fournit également une base pour la sélection des instruments et des paramètres pour l’étude des questions atmosphériques, les enquêtes de santé et le développement technologique. Outre l’importance des AOS, les mesures de PB-ROS en ligne apparaissent comme un bon marqueur des effets sur la santé. Enfin, le CO a confirmé son rôle d’indicateur efficace non seulement de la qualité de combustion, mais aussi de la teneur en composants organiques et de la cytotoxicité des fumées.

Implications pour la pratique

Les émissions les plus faibles sont obtenues avec les systèmes à combustion automatisée du bois à haute températures, avec un ratio air/combustible optimal. Un processus de fonctionnement approprié est nécessaire à cet effet. Pour les appareils de chauffage manuels, le processus de fonctionnement est encore plus important et l’emploi de combustible inadapté, les entraves à la circulation de l’air et tout autre dysfonctionnement doivent être évités.

Wood combustion for energy in buildings

Ce projet conjoint se compose de deux projets de recherche

Wood combustion for energy in buildings Part 1: Technologies to minimise pollutant formation

• Prof. Thomas Nussbaumer, Technik und & Architektur, Hochschule Luzern

Toxicity and impact of aerosol formation from wood combustion on ambient air

• Dr. Josef Dommen, Labor für Atmosphärenchemie, Paul Scherrer Institut, Villigen