Poêle de masse
Un poêle de masse ou poêle à accumulation est un appareil de chauffage qui compte sur des matériaux lourds (pierre, brique, béton) pour accumuler l'énergie d'une flambée rapide et intense (environ 2 h) et restituer longuement la chaleur une fois le feu éteint (jusqu'à plus de 24 h).
La diffusion de chaleur se fait notamment par rayonnement infrarouge. Les poêles à accumulation disposent également d'un circuit d'échange (canaux ou chicanes) permettant de récupérer la chaleur des fumées avant leur évacuation par le conduit.
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Une autre particularité de cette technique est la combustion à très haut rendement réel (entre 80 et 87 % du PCI - pouvoir calorifique inférieur du bois), ou post-combustion, réduisant les émissions de monoxyde de carbone, particules fines et autres polluants habituellement générés par la combustion au bois.
Les poêles à accumulation préfabriqués doivent désormais répondre à la norme spécifique EN 15250[Où ?], caractérisant les "appareils de chauffage domestique à combustible solide et à libération lente de chaleur", ce qui les distingue des autres appareils de combustion au bois.
Il existe néanmoins des artisans réalisant des poêles sur mesure sans éléments préfabriqués (hormis les portes et les briques)..
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Historique [modifier]
Employé depuis la nuit des temps, ce principe de chauffage est aussi appelé poêle à inertie. Si l'un de ses ancêtres est l'hypocauste des Romains, il évolue à travers les poêles russes, autrichiens, suédois ou encore plus récemment le poêle alsacien en faïence… Partout la même recherche : chauffer mieux en consommant moins de bois (qui venait à manquer vers le XVIIIe siècle).
Depuis les années 1980, plusieurs modèles sont développés en Finlande sous l'égide du Finlandais Heikki Hyytiainen, ainsi qu'au Danemark (avec des tests de l'institut technologique du Danemark, administration équivalent du CSTB) et au Canada où des organisations de constructeurs réalisent régulièrement des tests afin de faire évoluer l'efficacité du système. À l'inverse des Russes, des Autrichiens ou des Suédois, les Finlandais n'ont jamais cessé d'utiliser le chauffage par poêle de masse même quand le pétrole était bon marché. Cette utilisation ininterrompue a permis d'engendrer beaucoup d'expérience.
En raison de ses multiples avantages, tels que le confort de sa chaleur par rayonnement ou l'économie importante de combustible, et poussé par le vent de l'écologie, ce système de chauffage se répand désormais même sous des latitudes où le climat est plus clément.
Principe [modifier]
Le principe du poêle de masse est de stocker dans la masse qui le constitue l'énergie d'une flambée afin de la restituer régulièrement et progressivement sur une longue durée. Généralement, une flambée d'une à deux heures permet de chauffer pendant vingt deux heures environ, ce qui permet à son utilisateur de ne faire qu'une flambée par jour.
Selon la masse du poêle, les flambées sont plus nombreuses et réparties en deux ou trois fois par jour. Plus la masse est faible, plus le nombre de flambée sera important.
Pour accroître l'efficacité de la flambée, le poêle de masse utilise le principe de la post combustion.
Ce principe vise à obtenir dans la première chambre de combustion une température suffisamment élevée des gaz émis par la flambée pour déclencher leur combustion dans une deuxième chambre. La température alors obtenue est de l'ordre des 1 000 °C.
Pour pouvoir enflammer la créosote produite par la première combustion incomplète, il est nécessaire d'obtenir dans la première chambre une température de l'ordre de 600 °C qui ne peut être obtenue que dans un foyer fermé. Il est aussi nécessaire d'apporter un complément d'oxygène qui sera fourni soit par un excédent d'air primaire (air arrivant dans la première chambre de combustion), soit par une arrivée d'air dite secondaire (injecté entre les deux chambres ou quelques fois dans le haut de la première).
Un dernier stratagème consiste à favoriser le mélange des fumées avec cet apport de comburant soit par la création d'un tourbillon, soit par le brassage de l'ensemble grâce à des obstacles étudiés à cet effet.
Le combustible a son importance aussi pour arriver à une combustion complète. Non pas par sa qualité mais par sa teneur en eau qui ne devra pas excéder 15 à 20 % de son poids. L'essence du bois importe peu, c'est l'humidité qui doit être la plus faible possible.
Une fois que des températures élevées sont obtenues, il serait dommage de perdre toute cette énergie en rejetant directement les fumées dans le conduit de cheminée. Aussi le poêle de masse est-il construit de manière à faire descendre ce flux de part et d'autre des deux chambres de combustion sur environ 2 mètres. Cette distance permet de diffuser la chaleur dans la masse par conductivité et ainsi de faire passer les gaz de 1 000 °C à 80 °C avant de les laisser s'échapper dans la cheminée.
En résumé : Une flambée vive avec un apport d'air suffisant et un combustible bien sec permet d'obtenir un maximum de chaleur qui sera emprisonnée dans le corps même du poêle. Il en résulte des dégagements très peu polluants et une production de cendres minime (de l'ordre d'un seau par mois pour une utilisation journalière).
Avantages : Les avantages sont multiples, allant du point de vue écologique au point de vue sanitaire. La chaleur dégagée par le poêle de masse est principalement rayonnante (souvent comparée à l'action du soleil) apportant un confort rapide et homogène. Ce mode de propagation évite aussi le brassage des poussières par une masse d'air chauffée par convection. À titre d'exemple, la consommation de bois est réduite à six stères de bois par saison de chauffe pour 150 m² pour un climat tempéré. Les émanations ne sont plus chargées de particules nocives et polluantes grâce à une combustion plus complète, ce qui fait de ce système de chauffage l'un des plus propres et performants qui soit.
Inconvénients : Le principal inconvénient pendant de nombreuses années provenait de la force de ce type d'appareil : l'inertie. Cela est toujours valable pour certains types de poêles de masse (poêles à double peau externe). Le temps de chauffer l'ensemble du poêle est proportionnel à sa masse. Pour ne pas endommager l'appareil, la montée en température doit être faite par feux graduels. Toute absence prolongée durant la période hivernale obligera donc à réchauffer progressivement l'appareil. Cela prend en général entre 36 et 48 heures durant lesquelles la température augmente graduellement. Tous ces inconvénients sont fortement réduits avec la famille des poêles à simple peau, qui montent en chauffe plus rapidement et qui sont plus flexibles à l'usage.
Familles [modifier]
Il existe plusieurs familles de poêles de masse. Le circuit des fumées détermine cette famille.
- Le finlandais : Composé d'un foyer principal, d'un goulet d'étranglement donnant sur une seconde chambre de combustion/détente, les gaz sont d'abord mis sous pression et butant sur la dalle de fermeture du haut, ils sont forcés de redescendre dans les canaux de fumée jusqu'en bas du poêle. Ce faisant, les gaz perdent petit à petit leur chaleur qui est transmise aux murs latéraux. Cette circulation « anormale » des gaz vers le bas a donné le nom de poêle de masse à contre courant (contraflow). La particularité de ces poêles est leur connexion au conduit de cheminée au point le plus bas et le moins chaud du poêle. Un avantage pour la pérennité de la connexion.
- Le suédois : Composé de plusieurs chicanes verticales forçant les gaz à descendre et à monter, a inspiré les finlandais. Cela dit, le dessin suédois n'a jamais été aussi abouti que le schéma finlandais. Une des raisons étant que les Suédois ont abandonné le chauffage au bois quand le pétrole était bon marché.
- Le russe/l'autrichien : Généralement assez massif; les chicanes sont plutôt horizontales. Ce dessin permet des bancs chauffants de grande longueur sur lesquels les gens dormaient.
- Les Stenovne danois : issues d'une longue tradition danoise, abandonnés un temps, ils sont revenus grâce à la médiatisation des poêles finlandais dans les années 1980 ; la grande différence réside dans le fait qu'ils sont maçonnés avec une simple peau externe, cela leur confère une plus grande rapidité de mise en chauffe, tout en gardant des courbes de températures permettant une variation de +- 1 °C dans la maison sur un cycle de 24 heures avec une flambée ; ils sont le fruit des recherches de Lars Helbro depuis 1989. de plus cette technique de simple peau, associée à différents modèles de foyer leur permet de faire des poêles beaucoup moins volumineux, et aussi de faire varier les formes des poêles pour mieux les adapter à la maison, ainsi qu'aux goûts des habitants...
Matériaux [modifier]
Les matériaux utilisés peuvent être de plusieurs sortes : briques réfractaires haute densité, briques réfractaires courantes, briques simples, briques de terre crue (BTC), terre, argile et toute la gamme des pierres (suivant les régions grès, granit, stéatite, etc.). Les pierres volcaniques sont privilégiées, car plus à même d'encaisser les chocs thermiques répétitifs.
Pour l'emploi de ces divers matériaux, il est nécessaire de distinguer les différentes zones du poêle de masse.
Du foyer principal (600 °C), jusqu'au début des conduits de fumées descendantes (1 000 °C), il est important de choisir une matière résistant à de telles températures, mais aussi ayant la capacité de résister aux chocs thermiques répétitifs.
Dans la plupart des constructions actuelles la brique réfractaire haute densité (avec un taux d'alumine compris entre 25 et 40 %) est utilisée pour le compromis qu'elle offre face au couple température / choc thermique. De plus sa capacité de chaleur massique permet une première accumulation de l'énergie produite. L'épaisseur des parois est de l'ordre de 12 cm, constituée soit d'une rangée unique de briques scellées à plat, soit de deux rangées de briques scellées sur la tranche.
Du milieu des conduits de fumées descendantes jusqu'à la sortie des gaz, toute matière réfractaire ou résistant à des températures allant jusqu'à 600 °C peut être utilisée.
Pour l'habillage (parois construites autour du cœur de chauffe), les matériaux sont le plus souvent choisis sur des critères esthétiques. Il convient cependant de ne pas multiplier les couches pour une meilleure homogénéité dans la répartition de la chaleur. Un des critères est aussi la masse volumique du matériau utilisé car il participe au complément de la masse totale et donc au temps de 'décharge' du poêle. Cette couche fait habituellement 12 cm de large. L'important est que cette couche en contact avec l'air de la pièce, permette un échange de température par rayonnement (choix de la matière et de la couleur) et que la paroi passe de 60 °C en fin de flambée à 40 °C avant la flambée suivante. Soit une perte régulière d'un degré par heure environ pour un poêle à rechargement journalier.
Construction [modifier]
La dalle de départ [modifier]
Le support de ce genre de poêle n'est pas à prendre à la légère au vu des masses considérées (de 1 à 6 tonnes suivant le modèle). Il doit entre autres supporter la chaleur générée par l'ensemble et permettre les accès d'air primaire dans certaines configurations. Un mortier réfractaire à base de ciment réfractaire et d'adjuvants adaptés (vermiculite par exemple…).
-Sur la dalle de départ une isolation thermique est mise en place 10 à 20 cm de béton cellulaire.
Jonction des conduits de fumées [modifier]
Une fois redescendues au niveau de la dalle, les fumées se rejoignent juste avant le conduit de cheminée final et sont alors entre 100 et 200 °C (selon les performances du poêle ; à ce sujet la températures des fumées en bas de cheminée est un bon indicateur des performances de tout appareil de chauffage, plus le poêle est efficace, plus la température de fumée est faible) . À ce niveau un premier socle qui peut être réalisé en briques ordinaires, sert de boîte à cendre et organise l'arrivée de l'air primaire. C'est à cet endroit aussi que l'on place un clapet permettant le réglage du tirage.
Foyer primaire [modifier]
Le foyer primaire peut être construit en brique réfractaire mais aussi en béton de chamotte. Dans le cas de l'utilisation de béton de chamotte, il est à noter que les éléments moulés doivent être cuits dans un four professionnel afin d'avoir un produit durable.
Dans tous les cas, il faut se reporter aux consignes du fabricant pour une bonne mise en œuvre.
Il peut comporter une grille basse suffisamment grande pour que l'ensemble de la charge de bois puisse brûler uniformément et rapidement. Mais les arrivées d'air peuvent être uniquement secondaires.
La taille du foyer dépend de la charge de bois qu'on veut pouvoir brûler en une fois.
Foyer secondaire [modifier]
contrairement à une idée répandue, il n'y a pas forcément de foyer secondaire. certains foyers utilisent cette architecture, d'autres tels les grundofens ne l'utilisent pas.
Conduits latéraux [modifier]
Dans le ou les conduits latéraux les fumées redescendent vers la base du poêle pour se diriger vers un banc ou un accumulateur (paroi chauffante).
Le banc (optionnel) [modifier]
Les fumées passent alors dans des conduits horizontaux intégrés dans un banc maçonné. -Il est possible d'avoir un by-pass, celui-ci permet de faciliter le démarrage à froid du poêle. Lorsque les températures du conduit d'échappement sont à 200°C, il est possible de refermer le by-pass et la récupération d'énergie en est améliorée.
Four (optionnel) [modifier]
Un four pour faire cuire les aliments peut être ajouté. Il existe deux types de fours : le four "noir" ou le four "blanc".
- Le four noir : comme son nom ne l'indique pas, c'est un four propre. le principe est de faire la flambée dans le four à la manière d'un four à pain traditionnel ou d'un four à gueulard. Le fait de faire le feu directement dans le four permet d'obtenir des températures élevées qui permettent toutes les cuissons (de la pizza à 400°C jusqu'au tajine mijoté, en passant par les pains cuits aux environs de 250°C. Selon la conception,lLe foyer peut être utilisé comme un four noir. Bien sûr, on ne peut utiliser ce type de four pendant la flambée ; une flambée durant 1h30 à 5 heures, cela fait que le four est chaud et utilisable 19 à 22h30 par jour (si le poêle est conçu pour une autonomie de 24 heures).
- Le four blanc est hermétique. Les fumées en sortie de goulet passent au-dessus et en dessous via une dalle qui chauffe le four à des températures pouvant monter à 250 °C en fin de flambée. La cuisson est donc possible à n'importe quel moment. Les températures sont inférieures à celle du foyer. On y privilégie donc les cuissons lentes pour des plats de type poissons, viande, tajine, haricots, lentilles, etc. Mais aussi le pain, les gâteaux, le gratin pour des cuissons juste après la flambée.
Tout comme les différents types de poêles (légers ou lourds, à simple peau et à double peau), il n'y a pas de type de four meilleur qu'un autre, l'important étant de choisir un four permettant de répondre aux besoins d'utilisation : le four blanc ne sera pas adapté aux cuissons demandant de hautes températures, et inversement le four noir sera souvent trop chaud pour pouvoir sécher des pommes au cœur de l'hiver.
Il est possible d'incorporer les deux types de four à la même construction.
L’habillage [modifier]
Le cœur et l’habillage n’ont pas les mêmes températures et ne sont pas composés des mêmes matériaux. le cœur et l'habillage sont donc soumis à des variations de volume dus à la dilatation des matériaux. L'habillage est donc entièrement séparé du cœur pour permettre le jeu de dilataion entre coeur et habillage.
ce joint de dilatation qui a aussi un rôle d'étanchéité, peut se faire de différentes façons :
- soit par de la laine minérale
- soit par de la laine céramique
- soit par un mortier de terre , ce qui est la méthode traditionnelle, mais qui est très peu pratiquée aujourd'hui.
de la même façon, dans la famille des poêles dont l'habillage est constituée d'une double peau, il faut aussi aménager un joint de dilatation entre les deux peaux ; on recense plusieurs pratiques :
- en glissant un carton (-+ 5 mm d'épaisseur) entre les deux peaux.
- de bâtir un habillage à 5 cm de la construction.
- en utilisant de la laine céramique en faible épaisseur (2 à 5 mm).
- un vide d'air.
Les matériaux les plus utilisés sont les briques (terre cuite ordinaire, ou réfractaire, ou encore BTC stabilisées) , la stéatite, les éléments en béton de chamotte. On recense aussi sur internet des auto-constructeurs utilisant des parpaings pleins en béton (à vérifier après retour sur expérience pour apprécier le côté durable et sain de cette solution)
il est important de bien être attentifs au côté sanitaire du matériau choisi :
- par exemple; le granit est à bien contrôler, car nombre de granits dégagent de la radioactivité naturelle, et l'expérience semble montrer que cette radioactivité augmente avec la mise en chauffe du matériaux (mesures de 1100 Bq/m3 d'air , mesures effectuées sur un poêle habillé de granit en Bretagne, l'habillage du banc a donc été refait en briques)
- l'emploi de tout matériau doit être précédé de précautions de bon sens, aussi il est souhaitable de demander au fabricant si l'utilisation du produit est souhaitable avec des températures élevées (risques d'émanation, etc).
les briques de l'habillage peuvent être maçonnés de plusieurs façons :
- par un mortier bâtard (1 volume de ciment pour 1 volume de chaux pour 6 volumes de sable).
- L'utilisation d'un mortier d'argile est cependant la plus traditionnelle et celle procurant le mortier le plus souple et procurant le moins de fissuration, (voire aucune fissuration si le mélange est correct). De plus, le mortier d'argile est réutilisable,facilement réparable (sans traces de réparation), et permet de faire évoluer le poêle facilement (extension du poêle, changement du foyer, etc.)
- des coulis siicatés
Bibliographie [modifier]
- The Finnish Fireplace Construction Manual, de Heikki Hyytiainen et Albert Barden
- Poêle à accumulation, le meilleur du chauffage au bois, de Vital Bies et Marie Milesi, aux éditions Terre Vivante, avril 2010
- Manuel pour l’Autoconstruction d’un Poêle de Masse par Éditions de La Chauffe-Souris, juillet 2008, deuxième édition nov. 2010
Liens externes [modifier]
un autre wiki sur le poil de masse (en archive )echos des autoconstructeurs
Artisans:
- Thermas: Principes de fonctionnement d'un poêle de masse
- feudebois.com : exemples de poêles et de cuisinières de masse entièrement maçonnées sur mesure
- Terre Et Flammes: Réalisation
- Cercleco : association d'un réseau d'installateurs et de revendeurs
- poele-cuisiniere.fr : vue d'ensemble des avantages des poêles de masse
Fournitures:
