Le bois, énergie renouvelable de demain ?

Le bois, en tant que source d'énergie, s'utilise depuis des millénaires par l'homme. Initialement utilisé comme source de chaleur pour se réchauffer ou cuire les aliments, son usage au cours du temps s'est diversifié (source d'électricité, de biocarburants etc.). Aujourd'hui, de nombreux chercheurs s'intéressent à l'utilisation du bois comme possible alternative aux énergies fossiles. Ce scénario est-il réaliste ? En quoi l'utilisation du bois comme énergie est-elle pertinente à l'heure de la crise climatique et énergétique ? Quelles sont les limites de l'utilisation du bois énergie ? Carbo débroussaille pour vous le sujet.

Bois-énergie : définition, principe et combustion

Le bois est une source d’énergie renouvelable car issu de la biomasse et obtenu à partir d’une matière organique. On appelle donc bois-énergie le fait d’utiliser le bois pour produire de l’énergie : production d’électricité, de chaleur ou de biocarburants de 2e génération après transformation. 

🖐 Les usages du bois sont différents selon les espèces d’arbres. Par exemple, le bouleau ou le frêne sont des espèces pertinentes pour la production de chaleur domestique (cheminée, poêle à bois…) du fait de leur capacité à brûler vite. Quant au chêne, il est intéressant pour produire du charbon car il offre de bonnes braises. 

Les trois catégories de combustibles 

Le bois s'utilise sous 3 formes pour permettre la production d’énergie. En France, d’après France bois-forêt, le bois-énergie représente :

• la bûche ou rondin (35 millions de tonnes /an) ;
• la plaquette forestière ou industrielle (4 millions de tonnes /an);
• les granulés (1 million de tonnes /an).

Les bûches et rondins servent souvent pour le bois de chauffage. Mais du fait de leur humidité, leur pouvoir calorifique reste faible. 

Quant aux plaquettes forestières ou industrielles, elles se composent de bois déchiqueté. On les produit grâce aux résidus forestiers tels que les branches par exemple.

Enfin les granulés proviennent de copeaux ou sciure de bois compacté. Leur pouvoir calorifique est bon du fait de leur taux d’humidité avoisinant les 10%.

Tableau récapitulatif des catégories de combustibles 

Combustible	Appareil de combustion	Rendement
Bûches	Poêle Chaudière classique	65%70%
Plaquettes	Chaudière classique	75%
Granulés	Poêles à granulés	85%

D’après le bilan environnemental du chauffage domestique effectué par l’ADEME. 

Bois-énergie : quelle composition chimique ?

La combustion du bois est possible grâce à sa composition chimique. Si chaque bois possède sa propre composition chimique, on compte en moyenne (selon connaissance des énergies) : 

• 50 à 55% de carbone,
• 35 à 40% d’oxygène, 
• 5 à 7% d’hydrogène, 
• 1% d’azote,
• 1% de minéraux. 

A partir d’une certaine température, le carbone et l’hydrogène s’oxydent au contact de l’oxygène. Ce processus engendre la combustion du bois permettant la production de chaleur.

Et le pouvoir calorifique alors ? 

Le pouvoir calorifique (PC) d’un combustible renvoie à une quantité de chaleur extraite par unité de masse. Pour le bois, le PC est étroitement lié au taux d’humidité. En moyenne, le bois naturel contient 40% à 60% d’eau. Le pouvoir calorifique dépend de l’essence du bois, de sa densité et de son volume.

🖐 Selon un rapport d’information de l’Assemblée nationale datant de septembre 2013, un hêtre peut dégager deux fois plus de chaleur qu’un peuplier (à taux d’humidité et volume égaux).

La condition sine qua non pour une intéressante combustion du bois ? Un taux d’humidité inférieur à 25%. Il faut donc sécher le bois :

• par séchage naturel. Comptez 6 mois à 2 ans pour avoir un taux d’humidité dans le bois entre 15% à 25% ; 
• par séchage artificiel. L’avantage c’est la rapidité du séchage : 7 à 15 fois plus rapide que naturellement. Le séchage artificiel est également plus efficace que le séchage naturel, comptez un taux final d’humidité du bois jusqu’à moins de 10%). Mais cela reste un processus coûteux et énergivore donc fatalement moins écologique car la technique de séchage artificiel repose sur de l’air chaud climatisé, ou grâce à un déshumidificateur d’air.

Essence	Densité des bois (état vert, en kg)	Densité des bois (état sec, en kg)	Pouvoir calorifique
Charme (charmille)	1000	820	110
Hêtre (foyard)	1000	710	100
Frêne	900	690	97
Robinier	770	660	97
Chêne	1000	690	96
Orme (ormeau)	1050	680	96
Bouleau (biolle)	950	650	93
Châtaigner	1050	620	89
Mélèze	860	580	84
Erable sycomore	950	620	84
Pin sylvestre	900	530	78
Tilleul	770	540	76
Aulne noir (verne)	950	530	71
Epicéa (sapin rouge)	840	470	68
Sapin blanc	940	450	64
Pin Weymouth	800	400	60
Peuplier euraméricain	850	460	60
Peuplier tremble	800	510	60

Quels usages pour le bois-énergie ? 

Aujourd’hui, en France, on compte : 

• 7,4 millions de foyers chauffés au bois,
• près de 400 000 logements avec un système de chauffage et d’eau chaude sanitaire fonctionnant sur des réseaux de chaleur au bois.

Le bois-énergie s'utilise à la fois pour le logement et pour les industries : chauffage, cuisson des aliments, production d’électricité.

La production de chaleur 

La production de chaleur est la principale utilisation du bois énergie. Et c’est la combustion du bois qui est à l’origine de la production de chaleur. Elle s’effectue en trois phases : 

• Tout d’abord, la vapeur se dégage du bois, l’eau s’évaporant à une température de 100 degrés. 
• Ensuite, lorsque le bois est suffisamment sec, c’est la combustion : elle s’effectue à une température supérieure à 200 degrés. Les macromolécules du bois se décomposent en molécules plus légères ce qui permet la formation du monoxyde de carbone et d’autres gaz à base d’hydrogène et de carbone. C’est le processus de la pyrolyse. 
• Enfin, les différents gaz s'oxydent et il y a formation de flamme. La température se situe autour de 800°C ! 🥵 

Le bois est-il un combustible primaire pour les chaudières automatiques, cheminées, poêles cheminées, poêles à accumulation ? Oui, grâce aux bûches, aux rondins, aux fagots ou encore des petites plaquettes à mettre dans sa chaudière automatique.

La  production d’électricité 

L’électricité issue du bois est aussi produite par la combustion. La combustion permet de chauffer l’eau de la chaudière, ce qui la transforme en vapeur. Ici interviennent les turboalternateurs qui tournent à l’aide de la vapeur mise sous pression. Cependant, cette précédente étape est faible en termes de rendement donc elle se couple généralement à la production de chaleur issue de l’énergie biomasse ce qui permet d’alimenter le réseau d’eau, qui va produire de l’électricité. C’est la cogénération. 

“La cogénération consiste à produire en même temps et dans la même installation de l'énergie thermique à flamme et de l'énergie mécanique.”

d’après EDF 

La production de biocarburant

Le bois est utile à la production de biocarburants de 2ème génération. Les biocarburants de 2ème génération, à contrario de la première génération nécessitant graines ou tubercules de plantes, utilisent les parties non comestibles des plantes, ainsi que les déchets agricoles. Cela permet de résoudre le problème lié à la production alimentaire grâce à une production  issue de sources ligno-cellulosique bois, feuilles, paille, etc.). De plus, le bilan énergétique et environnemental de ces biocarburants est meilleur que la première génération

Comme vu précédemment, trois types de molécules organiques composent le bois : la cellulose (40 à 50%) , l’hémicellulose (20 à 40%) et la lignine (20 à 30%). Grâce au procédé d’hydrolyse qui consiste en une réaction de décomposition de deux ions : H3O+ et HO-, la cellulose se transforme en glucose, puis fermentable en éthanol.

La place du bois énergie dans le mix énergétique français et européen

D’après une étude de l’ADEME, le stock disponible de bois en France est à peu près équivalent à la quantité de bois prélevé. Il faut en moyenne une dizaine d’années pour que le stock se renouvelle. 

Le bois-énergie en France

En France, le bois est une ressource que l’on retrouve en grande quantité. Cette ressource est également la première source d’énergie renouvelable consommée en France, en Europe et dans le monde. 

40 % des énergies renouvelables produites en France sont issues du bois, soit 9 millions de tonnes équivalent pétrole (Mtep). Quant aux catégories de combustibles, le bois bûche représente environ 90% de la consommation française de bois énergie pour le chauffage domestique (près de 6,9 sur 7,3 Mtep) selon l’Ademe.

Le parc français d'appareils de chauffage domestique au bois se compose pour moitié d’équipements non performants donc très polluants selon l’ADEME. 80% des particules fines en France sont causées par un mauvais chauffage. En effet, le bois-énergie nécessite de bonnes conditions de combustion.

🖐 Un des objectifs du Grenelle de l’Environnement était de multiplier par deux la production de chaleur issue de la biomasse d’ici 2020. Soit une multiplication par six de la production d’électricité.

Et en Europe ?

L’Union européenne vise la neutralité carbone pour 2050. Mais d’après une récente étude du cabinet de conseil en gestion de ressources naturelles Material Economics, l'Union européenne aurait surestimé son stock de biomasse. La capacité des forêts nécessaire à la production d’une énergie verte est plus faible que ce que l'Europe souhaite ; elle dépasserait de 50 à 100 %. Ce qui peut engendrer une pression à la fois sur les forêts et sur les terres. Les chiffres : 

• Il faudrait entre 350.000 et 400.000 km2 en plus de terres consacrées à la production de biomasse d'origine végétale. 
• Ce qui amène à un prélèvement de 340 millions de tonnes de bois par an des forêts.

Or, aujourd’hui les forêts européennes s'exploitent déjà de manière intensive.

Le bois, une ressource renouvelable pour produire l’énergie de demain ?

Les avantages du bois-énergie

La pollution en lien au bois-énergie n’est pas neutre : des émissions de gaz à effet de serre sont rejetées dans l’atmosphère lors de la combustion du bois ainsi que des particules fines PM 10 et PM 2,5. On retrouve donc des HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques), du monoxyde de carbone (CO), des composés organiques volatils (COV) ainsi que des oxydes d'azote (NOx) dans l’atmosphère.

Lorsque l’on compare cette source d’énergie aux énergies fossiles, le bois se porte bien. Les émissions liées à l’utilisation du bois sont corrélées à des appareils non performants (foyers fermés et poêles anciens ou foyers ouverts), la marge de progression en termes écologiques de l’énergie bois est donc énorme et nécessite investissements et innovation.

Les caractéristiques

Le bois est une ressource attrayante : 

• La ressource est abondante et se prélève localement. En France, ce ne sont pas les forêts qui manquent. D’après l’ADEME, « le taux de prélèvement de bois ne représente actuellement qu’environ la moitié de l’accroissement naturel de la forêt en France. »
• Son prix est compétitif. Pour un particulier, le prix d’une bûche de bois serait en moyenne deux fois moins cher que le gaz naturel et près de trois fois moins cher que le fioul.
• Il permet d’avoir une indépendance énergétique. Le bois ne se soumet pas aux variations des cours du prix des énergies fossiles et se produire localement. 
• Le bois énergie valorise la coupe d’un arbre : le tronc est utile pour l’industrie comme la menuiserie et la partie haute pour le bois énergie. Même le bois usagé peut être utile ainsi que les sous-produits tels que les palettes, constituant un combustible. Ils peuvent se recycler. 

🖐 Attention, la distance entre le lieu de consommation et celui de production est impactant. En effet, il faut prendre en compte les émissions de gaz à effet de serre générées par le transport et privilégier le local (au maximum 200 km entre le lieu de consommation et le lieu de production). 

Les limites du bois-énergie

Le risque de la déforestation massive 

Le corollaire des vertus de cette énergie (compétitive, « écologique », « durable») est la déforestation massive. Car si le bois apparaît comme une alternative énergétique, son intérêt écologique ne se limite pas à sa production en tant que source d'énergie.

En effet , les forêts ont un rôle majeur dans la lutte contre le changement climatique. La gérer durablement c’est optimiser sa capacité à séquestrer le carbone. Il faut donc raisonner l’utilisation du bois en tant qu’énergie. Parce qu’un arbre absorbe du CO2, c’est un puits de carbone. Les écosystèmes paient le prix d’une mauvaise gestion et les conséquences sont parfois irréversibles. 

Pollution et particules fines liées à la combustion du bois

Le bois apparaît comme une ressource intéressante, notamment pour le chauffage domestique. Lutter contre le réchauffement climatique passe notamment par un choix d’énergie peu polluant mais aussi par une évaluation de la performance énergétique et environnementale de ces équipements. Et plus généralement de son logement.

Les équipements les plus polluants sont les foyers ouverts et les appareils à foyer fermé anciens. Limiter voir remplacer ce type de foyer permettrait ainsi de diminuer la pollution et les émissions de particules fines. L’ADEME par exemple a créé un label Flamme Verte pour identifier les équipements les plus performants. Et un équipement plus performant entraîne de fait une meilleure efficacité énergétique.

Quelques pratiques à intégrer pour les amateurs de bois-énergie ? L’entretien de son équipement, un ramonage bisanuuel, utiliser du bois sec et sans produits chimiques doivent faire partie intégrante des réflexes de chacun. Il existe également des équipements de chauffage avec des filtres à particules fines. Et utiliser du bois de bonne qualité limite la pollution générée.

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Quel avenir pour le bois-énergie ? 

Si aujourd’hui la France est  le premier pays européen a utilisé le bois énergie, essentiellement grâce au chauffage domestique, le parc français doit se renouveler. Conjuguer utilisation du bois comme ressource énergétique et objectifs de développement durable n’est pas une mince affaire au vu des directives européennes de qualité de l’air (avec des seuils de niveaux maximum pour certains polluants).

Mais la France a un atout majeur : elle possède cette ressource en grande quantité, reste donc à faire en sorte d’améliorer la performance énergétique des équipements pour faire du bois l’énergie de demain. Alors même que le bois a été impulsé par le Grenelle de l’environnement, quelle politique publique mettre en œuvre aujourd’hui et demain pour faire avancer le sujet ? Comment conjuguer demande croissante en énergie, développement des énergies renouvelables et transition énergétique ? Combustible d’avenir, le bois en a tous les atouts.

“L’enjeu est de parvenir à articuler la production de bois noble, de bois-bûche et de plaquettes forestières en améliorant la qualité des gisements afin qu’ils se renouvellent davantage et plus rapidement sans épuiser les sols.”

d’après Sylvie Pellerin Drion, Le bois-énergie, une solution d'avenir ?