La combustion (chauffage)
Quelque soit le combustible utilisé, nous trouverons toujours à peu de choses près, dans des proportions variables, les mêmes constituants principaux, à savoir :
•du carbone (C x)
•de l’hydrogène (H x)
•du souffre (uniquement dans les fossiles)
Certains combustibles contiennent également des traces de produits divers; par exemple, dans des bois résineux, on va déceler des solvants organiques du genre benzène, ce qui peut rendre leur combustion assez polluante dans la plupart des foyers bois.
Ces éléments ne sont pas négligeables quant à l’impact sur l’environnement, mais les seuls éléments intéressants entrant dans la combustion sont le carbone et l’hydrogène, le souffre n’apportant généralement que des ennuis.
Il existe maintenant sur le marché des chaudières bois très évoluées permettant des rendements quasiment équivalents à une chaudière à combustible gazeux ainsi que des rejets dans l’atmosphère trés limités.
Principes de base de la combustion
Le principe de base d’une combustion est toujours le même. Chimiquement, il n’y a pas vraiment de combustion au sens où on l’entend généralement. Les chimistes emploient plutôt le terme d’oxydation rapide.
La formule générale est la suivante :
A) oxygène (de l’air)
B) Cx
C) carbone
D) Hy
E) hydrogène
F) O2
G) CO2
H) dioxide de carbone (gaz carbonique)
I) H20
J) eau ou vapeur d’eau
En clair, cela veut dire que le carbone + l’hydrogène mélangés à de l’air vont s’oxyder (brûler) et vont dégager de la chaleur (réaction exothermique) en produisant des résidus (gaz carbonique + vapeur d’eau).
Cette formule est évidemment toute théorique et dans la pratique, les choses ne se passent pas toujours selon ce schéma idyllique. Le seul combustible parfait et qui d’ailleurs ne répond pas à cette formule est l’hydrogène (H) qui ne produit aucun rejet secondaire autre que de l’eau (H2O). C’est essentiellement parce que ce gaz ne contient pas de carbone que les choses se passent bien puisque la combustion ne dégage aucun gaz à effet de serre.
Dans la pratique, la combustion n’est jamais parfaite et la recherche permanente des fabricants de matériels est autant d’augmenter les rendements que de limiter autant que possible les imbrûlés et rejets toxiques dans l’environnement.
Plus on dispose d’un combustible en affinité de densité avec le gaz comburant (généralement l’air), plus il sera facile à priori d’obtenir un mélange intime et homogène et donc une combustion propre. C’est la raison pour laquelle les gaz ont plutôt la réputation d’énergie propre comparativement aux combustibles solides, beaucoup plus enclins à produire des suies et fumées.
En matière de combustion, on peut faire une petite digression vers les moteurs automobiles qui, bien entendu, sortent du cadre de ce site, sauf si vous voulez créer votre propre cogénération. Un autre facteur important dans la combustion est le temps nécessaire au mélange ainsi qu’à la combustion proprement dite afin d’oxyder un maximum de molécules or ce qui est assez facile dans un brûleur est rendu très difficile dans un moteur compte tenu du temps imparti à la combustion. C’est particulièrement vrai dans le cas des moteurs diesel où les constructeurs développent des trésors d’ingéniosité et de technologie coûteuse pour essayer de brûler correctement ce carburant lourd et dense, ce qui explique d’ailleurs la différence de consommation avec l’essence qui est un carburant plus léger.
Pour ajouter comme une cerise sur le gâteau, il faut encore mentionner les effets non négligeables du gaz comburant. Pour obtenir une combustion, il faut à la fois un carburant (combustible) et un comburant (oxygène ou tout mélange contenant de l’oxygène). Or, le comburant le plus simple à trouver est évidemment l’air ambiant. Tout le monde sait cela, mais ce que tout le monde ne sait pas, c’est que l’air ne contient que 21 % d’oxygène, le reste étant constitué principalement d’azote plus, pour être précis, quelques traces de gaz rares.
Or, quand il se produit une combustion, on recherche un mélange intime entre les atomes de carbone et d’hydrogène présents dans le carburant avec les atomes d’oxygène présents dans l’air. Là où cela se complique, c’est qu’on ne peut dissocier l’azote de l’oxygène.
L’azote ne sert à rien pour la combustion proprement dite, c’est un gaz neutre, mais sa présence autour de la flamme peut réagir dans le processus de combustion en formant des oxydes d’azote, plus connus sous le terme de NOx. Et ce sont ces gaz qui produisent les pluies acides dont tout le monde a déjà entendu parler.
Les constructeurs ont développé depuis un certain nombre d’années des matériels appelés « bas NOx » limitant fortement la production d’oxydes d’azote, particulièrement sous la pression des écologistes allemands, compte tenu des dégats occasionnés dans ce pays par les pluies acides.
Il faut cependant savoir que les tolérances de rejets sont beaucoup plus strictes pour les chaudières et autres que pour les véhicules à moteur ; Si on appliquait demain aux voitures les mêmes tolérances, plus une ne roulerait. Ceci dit, il est beaucoup plus facile d’obtenir une combustion propre dans un brûleur que dans un moteur de voiture car les conditions sont très différentes.
Les principaux gaz rejetés dans le cas d’une combustion d’un appareil de chauffage sont :
•le CO2 (gaz carbonique) qui fait tant parler de lui avec l’effet de serre. Même si on peut l’accuser de favoriser l’effet de serre, ce n’est pas un polluant en tant que tel ou alors l’homme avec sa respiration est le plus gros pollueur de la planète. Les plantes et les arbres ont en besoin pour leur croissance et il se pourrait que le déforestation massive de la planète soit aussi en partie responsable de notre situation actuelle. En réalité, la quantité de CO2 (gaz carbonique) sur notre planète terre est toujours la même, seul la répartition de ce gaz est différente. Ce qui aujourd’hui pose problème est simplement l’utilisation intensive depuis plus d’un siècle d’une quantité extraordinaire de carbone enfoui dans le sous-sol depuis des millions d’années sous forme de charbon, de gaz et de pétrole. Ce phénomène peut évidemment avoir des conséquences importantes sur notre environnement immédiat.
•le H20 n’est pas vraiment un gaz mortel puisque c’est de l’eau. Le seul problème créé par les rejets d’eau proviennent des condensats involontaires créant, en association avec d’autres composants comme le souffre, des acides favorisant la corrosion accélérée de certains matériels. Par contre, dans le cas des chaudières à condensation, il devient important de créer ce phénomène afin de récupérer la chaleur « latente » contenue dans cette eau sous forme de vapeur.
Vous lirez souvent que ces chaudières sont annoncées par les constructeurs avec un rendement supérieur à 100%. Il s’agit bien sûr d’un tour de passe-passe car le rendement est calculé sur le PCI (pouvoir calorifique inférieur) et non pas le PCS (pouvoir calorifique supérieur). Comme le PCI ne tient pas compte de l’humidité contenue dans les fumées, il est facile d’extrapoler un résultat supérieur à 100 %. Mais si vous observez bien votre facture de gaz, le fournisseur vous facture bien le PCS. La différence entre les deux est d’environ 10%
