Alors, une ou deux flambées ?

Une chaleur agréable

En matière de poêle à bois, vous en savez quoi ?

Comment savez-vous si vous êtes performant ou non ?

Le rendement de l’appareil à combustion peut effectivement vous indiquer ses performances. Nous pouvons obtenir quelques indices supplémentaires à l’aide d’une fiche technique donnée par le fabricant.

Mais à voir les données renseignées dans les études réglementaires, nous ne savons pas grand chose là-dessus, sur son utilisation, son dimensionnement.

Construire une maison, c’est souvent un projet de vie.

J’ai souvent des retours de clients qui me disent que leurs concepteurs ont mal dimensionné leur bâtiment. Je pense que l’une des principales raisons à cela, c’est ce petit frisson du matin. C’est bien dommage, c’est pourtant bien une maison aux normes RT2012 !!

Non, la flamme n’est pas là pour faire jolie dans son salon ! Certes, dans le cadre d’un chauffage principal, elle peut y contribuer. Cependant, installer un poêle en appoint d’un chauffage central peut parfois relever de la consommation frénétique.

Poêle et performance réglementaire

Je me suis longtemps penché sur les fiches réglementaires du CSTB, à me gratter la tête dans tous les sens, pour comprendre comment j’allais faire rentrer les 3 m² supplémentaires à la surface de 100 m² requis dans la limite réglementaire de cette petite maison.

Car oui, derrière les hypothèses de l’étude RT, il y a toujours un algorithme, beaucoup de lecture et de réflexion pour de maigres résultats. Dans une étude réglementaire nous sommes contraints de comptabiliser tous les émetteurs présents même lorsqu’il n’y en a pas !

Dans une maison de moins de 100 m², les chambres doivent être comptabilisées avec des émetteurs électriques d’appoints dans l’étude, même s’il n’y a que des attentes dans le réel.

Cela vous semble aberrant ? Vous ne pensez pas que c’est un peu dommage ? Vouloir à tout prix estimer l’impact de ce pauvre émetteur d’appoint de la salle de bain alors que les gros enjeux sont ailleurs ?

Comparer la performance entre plusieurs bâtiments ne relèverait-t-il pas de la science exacte ? De la mesure précise ?

Avez-vous déjà demandé à un thermicien, ce que c’était vraiment que ce poêle à bois ? Je veux dire ce qu’il en faisait comme interprétation ?

Nombreux sont les fournisseurs, il y en a de toutes les tailles. Des ronds, des carrés, des mégas performants avec régulation automatique et télécommande sur smart phone ! Ce n’est pas de cela dont je parle. Ici, on envoie des bûches !

La maîtrise du feu a demandé de nombreux siècles d’évolution, dont le premier but n’était pas le chauffage mais bien la cuisson des aliments. La combustion du bois pour se réchauffer un peu le corps est un fonctionnement millénaire qui est venu ensuite.

Mais ce qui caractérise le fonctionnement général du poêle, c’est sa masse. Cette question est peut-être la seule bonne question à poser à un bureau d’étude. Car dans cet article, j’essaie de mettre en lumière le stockage de chaleur.

Pourquoi le feu

On l’aime notre petite cheminée, elle nous est chère cette petite flamme. Trop souvent mes clients me disent « humm, oui un poêle d’agrément pour faire joli». En tant que professionnel, je n’ai pas la prétention de décider de ce qui est beau ou pas.

Mais en 450 000 ans, l’art du feu est devenu un casse-tête pour nos ingénieurs.

Lorsqu’on parle de stockage d’énergie, il faut nécessairement évoquer la masse volumique. La densité d’un matériau nous renseigne sur le caractère de résonance par rapport aux flux énergétiques qui l’entourent. On dit souvent qu’il possède une certaine « inertie » à emmagasiner de la chaleur. C’est bien cette propriété que possède un matériau de construction qui permet un stockage plus ou moins long dans le temps.

Je rappelle que l’énergie ne peut pas être créée. Il y a nécessairement une réaction à l’origine d’un feu de cheminée. Cette transformation énergétique se propage et doit être entretenue pour maintenir la flamme en place.

Lorsqu’une pièce est chauffée à l’aide d’un poêle, on peut décomposer le fonctionnement de l’appareil de combustion en trois phases. Elles peuvent s’identifier simplement au gré des flux énergétiques qu’il émet. Nous ne parlerons donc pas du combustible de ses propriétés ou du rendement de l’insert, mais bien de son fonctionnement.

1- La phase d’allumage

C’est une période assez rapide, que tout le monde peu maîtriser. On prend un peu de petit bois, du papier journal, de la cagette. On craque une allumette, et c’est parti !

Il ne s’agit pas seulement d’allumer, un allume feu peu suffire. Il faut faire monter en température la partie solide du poêle jusqu’à l’atteinte de la puissance nominale. Des fois, quelques heures sont nécessaires. C’est donc une étape très énergivore, car cela demande de démarrer la machine.

2- La stabilisation

Une fois cette puissance nominale atteinte, il y a une sorte d’équilibre entre les bûches continuant de brûler et la chaleur restituée, il est donc nécessaire de remettre du combustible pour entretenir le moteur de la combustion. Sinon, rendez-vous directement en phase 3…

En général, nous n’avons pas besoin de voir afficher 22°C sur un thermomètre pour savoir qu’il fait trop chaud ou trop froid.

Cette phase peut être plus ou moins longue suivant le besoin de chaleur à apporter dans la pièce.

Rendu à ce niveau-là, nous pouvons en fonction de nos envies, de la saison, de l’heure, rajouter du bois. Remuer un peu les braises pour raviver la flamme. Finalement, c’est à cette période où la puissance nominale est atteinte que notre rendement est le plus efficace, autrement dit que l’ensemble pièce/poêle demande le moins d’énergie possible par rapport au service rendu. Je ne parlerai pas ici de la qualité du combustible qui peut être discuté, on dit souvent qu’une valeur de 20% d’humidité relative au bois est idéale… Encore des chiffres, mais la réalité est peut-être tout autre.

3- La chute de température

Lorsque l’on arrête l’alimentation en bois , le feu s’éteint. Jusque-là nous sommes d’accord sur les généralités.

Les différents matériaux qui constituent le poêle (acier, briques, terre…), n’ont pas d’autres choix que de revenir à la température de l’environnement qui l’entourent. D’abord le poêle se met à la température de la maison, puis vient le tour de la maison qui se met au niveau de la température extérieure.

Je m’intéresse ici seulement au système pièce/poêle, les caractéristiques de la maison sont supposées constantes. Il faut savoir que dans cette phase, la chute est d’abord brutale, puis s’atténue, l’ensemble n’est qu’une histoire de flux énergétiques entre les différents niveaux d’étude. Plus la différence de température avec l’environnement sera élevée, plus le flux sera important, et donc, plus la pente de la courbe de température sera élevée.

Résumons tout ça à l’aide d’un graphique schématique :

Mais alors la masse dans tout ça ?

C’est là qu’est qu’intervient la subtilité.

Votre vendeur de poêle vous proposera un poêle de 5kW en acier, ou un poêle de masse de 2kW.

Bien évidemment, ce n’est pas le même coût. Que prendriez-vous ? Vous ne savez pas, c’est normal. Vous regardez le moins cher, peut-être, mais vous pouvez aussi vous demandez : comment je vais l’utiliser ? Si j’en ai besoin la journée ? Ou si juste un petit peu 2h le soir me suffit…

L’appareil le plus lourd est forcément plus rentable ? Je ne crois pas. Et ce n’est pas le même fonctionnement non plus.

Difficile de répondre donc à cette question sans calcul ?

Mais, où donc est passée l’ingénierie ?

En réalité, la conception même de la maison ou d’un bâtiment est du stockage d’énergie. Nous avons des bâtiments plus « réactifs » d’autres plus « inertiels ». Du fait qu’il y a une enveloppe qui définit un local dans un environnement, il y a par définition deux systèmes avec une interface entre les deux.

Dans la définition de la performance, il y a un ratio optimisé entre le niveau de satisfaction rendu et le coût pour obtenir ce service. Ici, le coût est donc le prix du poêle et du bois associé au coût du nombre de flambée nécessaire, le service à rendre est la chaleur qu’il fournit.

L’énergie se dissipe, cette chaleur peut-être diffusée directement dans la pièce ou bien par transfert conductif et radiatif dans les pièces adjacentes, ou encore par transfert convectif à travers une porte, tout cela dépend de comment vous vous servez de tous les éléments.

Mais tout ça n’est pas trivial. Effectivement, vous voyez ici que le besoin est une histoire de compromis qui doit être donc correctement défini : est-ce que je suis présent pour allumer ?  A quelle heure est ce que je rentre le soir ? Est-ce que j’ai besoin de beaucoup de chaleur…?

Encore une fois, la physique élémentaire énergétique peut nous apporter quelques réponses. Mais nous ne sommes pas tous équipés en logiciel de calculs CDF (outils de calcul de mécanique des fluides et de transferts de chaleurs dans l’espace et dans le temps). Avec ce genre de logiciels, ce qui peut être intéressant serait de visualiser les écoulements des fluides dans la pièce. Mais cet outil demande beaucoup de temps et nécessite un nombre toujours plus grand de paramètres. Visualiser les flux  n’est pour l’instant pas très utile, si nous ne maîtrisons pas les ordres de grandeurs.

Et l’Humain dans tout ça ?

Concrètement, aucun ordinateur ne pourra vous fournir de réponse exacte, il n’y en a pas. Le seul moyen c’est vous. C’est le maître du feu qui choisit quand il a prévu de faire un feu pour se réchauffer, un feu pour s’adoucir le regard ou tout simplement pour un bon gros cochon grillé !

Il y va donc d’une interaction bâtiment-homme-feu. Une équation sans réponse ? Peut-être, il y a un terme non défini : l’humain.

Comme si vous gardez la porte de votre chambre ouverte par exemple, elle sera moins froide, vous le savez, mais ce n’est dit dans aucun manuel d’instructions ni dans aucune réglementation thermique. C’est l’expérience qui vous le dit.

Par contre, les ordres de grandeurs physiques sont tout à fait maîtrisables et exploitables. Ils vous permettent vraiment de tout savoir, bien avant de construire et de se réchauffer les pieds au coins du feu. La simulation dynamique est le seul outil permettant de maîtriser ses paramètres souvent difficiles à palper (y compris la diffusion dans une chambre).

Mais alors une ou deux flambées ???

Et bien déjà, il ne faut pas en être au stade permis de construire. Connaître le bâtiment est un minimum, sa structure, sa forme, ses composants. Ensuite, avoir le choix du poêle. Je suis maître de mon esprit pour effectuer toutes les simulations qui me sembleront pertinentes afin d’apporter une réponse satisfaisante.

Plus le poêle sera lourd, plus le temps de restitution de l’énergie sera long, mais plus la puissance émise sera faible. L’inconvénient c’est qu’il mettra longtemps à se lancer. Finalement, la période de stabilisation sera plus longue. Certains appareils peuvent restituer jusqu’à 11 ou 12h ! Pour une masse de 900kg à 1tonne. D’autres ne restent que 3 ou 4h pour des modèles métalliques tout simples pour une masse de 130 kg.

Ça devient vite le bazars ! Et oui, vous l’avez compris il y a de nombreuse de solution dans la vie réelle (je rappelle que ce cas est étudié sur une maison d’une certaine configuration très bien isolée en ossature bois).

Voici donc la température calculée sur deux jours en hiver dans le salon d’une maison individuelle pour trois configurations de poêle différentes.

Nous sommes donc plongés dans un univers virtuel qu’il faut imaginer, ressentir. Sentir le meilleur compromis entre l’entretien, l’envie de l’utilisateur, ses besoins. Nous pouvons également tirer un enseignement de cette démarche, plus le poêle sera lourd, plus la chaleur sera douce et moins agressive. Plus le poêle sera léger, plus le nombre de flambées sera important.

La quantité d’énergie consommée ici ne nous importe que très peu, de toute façon, en règle générale vous savez quand il faut allumer le chauffage. Nous regardons, les températures résultantes aux limites basses atteintes en fin de journée ou au début d’un nouveau cycle de deux flambées. Il faut savoir « doser » le bon équipement permettant de coller au mieux au profil de besoin.

À partir de là seulement nous pouvons réellement faire un choix :

• soit, nous partons sur un poêle de masse

• soit, nous partons sur un poêle plus léger

Vous savez maintenant ce que cela engendre : ce qu’il faut bien intégrer, c’est « passer la nuit ». C’est en général là qu’il fait le plus froid. Et à partir de là, vous savez ce qu’il vous reste à faire. Sur cette base correctement définie, nous pouvons éventuellement calculer les consommations d’énergies, encore que, la précision reste à définir : entre un stère, un stère et demi. Les outils résonnent en kWh, mais ça c’est une autre histoire…