Les filtres à particules et les filtres catalytiques

La pression est forte pour rendre l'énergie bois plus propre, elle qui est déja verte.
Avant de parler des technologies, rappelons l'importance d'utiliser des appareils performants, bien dimensionnés, bien installés, bien ramonés avec un combustible de qualité. A ce sujet, l'Ademe précisait dans son étude d'impact 2014/2016 avec le Ceric que le passage de 40% à 100% de bois sec permettrait de diviser par 4 les émissions totales de particules !

Les filtres à particules et les filtres catalytiques pour limiter les émissions de polluants du chauffage au bois

La combustion du bois libère un certain nombre de polluants. C’est d’autant plus vrai lorsqu’on utilise des appareils anciens, des foyers ouverts, ou encore des combustibles bois de mauvaise qualité. Les principaux polluants émis par le chauffage au bois sont les particules fines PM10 et PM2.5, les HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques), les oxydes d'azote (NOx), les composés organiques volatils (COV), ainsi que, dans une moindre mesure, du dioxyde de soufre (SO2) et du monoxyde de carbone (CO).

Le parc domestique des appareils de chauffage au bois est majoritairement concerné par ces émissions. Pour que ces émissions de particules fines ne freinent pas le développement du bois énergie, il existe des solutions de combustion catalytique et de filtrage des particules fines (plus de détails techniques ici en notant que nous ne traiterons pas des technologies  « cyclone » ou de « filtres à manche » qui n’ont à notre connaissance pas encore d’applications pour le grand public).

Illustration catalyseur et electrofiltre pour conduit de cheminee

Les filtres catalytiques

Rappelons tout d’abord comment fonctionne la combustion catalytique :

Les appareils à combustion catalytique exploitent le phénomène naturel de la catalyse. Le principe est de forcer les gaz non brulés, lors de la première étape de combustion, à passer à travers une structure alvéolée avant d'être évacué dans le tuyau à fumée. Le revêtement de ces alvéoles avec des composants appelés catalyseurs (ex. cuivre ) abaisse le point d’inflammation des gaz qui traversent la structure alvéolée, ce qui permet aux appareils à combustion catalytique de fonctionner à des régimes de combustion faibles tout en assurant une combustion propre. Ce système est généralement très efficace, mais le filtre doit être remplacé régulièrement (2 à 6 ans).

Pour les appareils domestiques, il existe aujourd’hui des filtres catalytiques qui permettent de réduire de 80% les émissions polluantes de la combustion grâce à une réaction chimique contrôlée. Le processus d‘épuration s’active sur les fumées à une température comprise entre 180°C et 500°C. Les filtres catalytiques fonctionnent sans électricité.

Quelques exemples  de filtres catalytiques:

- PALAZZETTI propose la solution O2RING  qui permet d’attaquer le problème des émissions de particules fines du bois-énergie, en particulier à l’allumage et au rechargement des cheminées. Le filtre est recyclable et peut-être reconditionné après 6/8 ans d’utilisation.  Le clapet optimise la combustion durant les phases d’allumage, d’ouverture de la porte ou de rechargement. La grande innovation tient au fait que le clapet fonctionne automatiquement dès que l’on ouvre la porte du foyer. Cette innovation a reçu le Grand Prix du concours de l’innovation lors du salon bois énergie 2011

- FONDIS a également conçu un système efficace de traitement des fumées : le Zéro CO. La technologie intègre un catalyseur de type métallique directement dans la partie supérieure du foyer. À l’intérieur du catalyseur, les matières organiques polluantes s’oxydent et deviennent alors non polluantes. Zéro CO fonctionne à tous les stades de la combustion et plus particulièrement dans les phases critiques de pollution (allumage et extinction).

- POUJOULAT a développé une solution fiable et innovante sur la base du brevet européen de la société Fondis. Cette solution permet de réduire l’émission de CO pour des appareils installés dont les caractéristiques techniques ne sont plus en accord avec les exigences actuelles.

Les filtres à particules ou éléctrofiltres (EF)

Fonctionnement du filtre à particule

Les filtres à particules sont généralement des équipements simples qui se placent à l’extérieur des habitations sur le conduit d’évacuation des fumées. Ils fonctionnent tous avec de l’électricité sur le principe de « séparation électrostatique des particules ». Les particules fines contenues dans les fumées sont ionisées et s’agglutinent sous la forme de flocons sur la paroi intérieure du conduit. Ces filtres peuvent être utilisés avec presque tous les systèmes de combustion au bois jusqu’à 50 kW.

Quelques exemples de filtres à particules

RÜEGG a développé le filtre «Zumik®on» qui est positionné au centre du conduit de fumée, il est capable d’éliminer plus de 80% des particules fines issues de la combustion du bois.

OEKESOLVE a développé le filtre électrostatique à particules fines OekoTube qui est capable d’éliminer jusqu’à 95% des particules fines contenues dans le gaz des fumées.

POUJOULAT a développé l’éléctrofiltre TopClean en intégrant le système Oekotube.
Chez Dalkia, dans le cas des chaufferies (ou centrales biomasse à très forte puissance Min. 2000 kW), les taux de rejets mesurés en présence d'un "EF" sont généralement compris entre 15 et 45 mg/Nm3 ( la limité légale étant fixée à 50 mg pour simplifier)

A noter : Dans le milieu industriel, on fait aussi appel à des filtres à manches (utilisation de filtres pour séparer les poussières). Ils sont plus compliqués à exploiter que les "EF" mais donnent de meilleurs résultats (émissions inférieures à 15 mg/Nm3 selon Dalkia).

Conclusion

Dans le secteur domestique (pour les particuliers), les filtres à particules ou catalytiques, même s’ils permettent de réduire très significativement les rejets, restent relativement coûteux et sont difficilement applicables à grande échelle sans une évolution de la réglementation (comme on a pu le voir  avec les PPA ou « Plan de Protection de l’air » dans la Vallée de l’Arve, à Paris dès 2015 et ceux en préparation) voire peut être une industrialisation de leur fabrication.

A défaut, une aide financière sous forme de subventions pour les particuliers pourrait permettre de favoriser le développement de ce produit comme en Suisse où les cantons accordent des aides à l’investissement pour cet équipement.

En attendant la diminution des rejets polluants dans l’air passera par une évolution des appareils.  Les appareils labélisés Flamme verte garantissent une qualité, un rendement, et des performances énergétiques et environnementales accrus. Les appareils 7 étoiles autorisent un rejet maximal de 40 mg (par m3). Les granulés ont aussi des caractéristiques qui permettent le plus souvent d’émettre des quantités très faibles de polluants.

Toutefois, l'analyse de l'énergie grise et du bilan sur l'effet de serre des différents modes de chauffage positionne le bois comme la plus intéressante de toutes les énergies. Il émet 4 à 20 fois mois d'équivalent CO2 que les énergies classiques.  

Un climat vivable ou un air respirable ?…on espère ne pas avoir à choisir…d’où l’intérêt de bien isoler son habitation…