Mise en place d'une chaufferie biomasse: Étude et installation d'une unité à alimentation automatique 9782759816897

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Mise en place d’une chaufferie biomasse Étude et installation d’une unité à alimentation automatique

Imprimé en France ISBN : 978-2-7598-1199-1 Tous droits de traduction, d’adaptation et de reproduction par tous procédés, réservés pour tous pays. La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l’article 41, d’une part, que les « copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective », et d’autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d’exemple et d’illustration, « toute représentation intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite » (alinéa 1er de l’article 40). Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du code pénal. © EDP Sciences 2014

Sommaire  Chapitre 1  Introduction.......................................................................................... 1 1.1 Contexte et enjeux............................................................................................. 1 1.2 Les acteurs de la filière biomasse énergie............................................................ 6 1.3 Le rôle de l’ADEME.......................................................................................... 9 1.4 Les unités utilisées............................................................................................. 9  Chapitre 2   Production, transformation et livraison des combustibles bois.......... 13 2.1 Matières premières ligneuses : inventaire et classement réglementaire pour la combustion........................................................................................... 14 2.1.1 Bois d’origine forestière, bocagère ou urbaine................................................... 15 2.1.2 Sous-produits ou produits connexes de l’industrie du bois.................................. 22 2.1.3 Les sous-produits agricoles et agroalimentaires.................................................. 29 2.1.4 Plantations dédiées et agroforesterie................................................................. 31 2.1.5 Classement réglementaire des bois comme combustibles ou déchets..................... 36

Sommaire

III

2.2 Production et caractéristiques des combustibles bois.......................................... 37 2.2.1 Transformation des matières premières en combustibles bois.............................. 38 2.2.2 Caractéristiques et classification des bois déchiquetés......................................... 62 2.2.3 Caractéristiques et classification des granulés de bois......................................... 81 2.3 Livraison des biocombustibles........................................................................... 84 2.3.1 Choix du mode de transport........................................................................... 84 2.3.2 Chargement du matériel de transport.............................................................. 85 2.3.3 Livraison au silo de stockage de la chaufferie.................................................... 86  Chapitre 3   Production et fourniture d’énergie....................................................... 87 3.1 Technologies des chaufferies bois....................................................................... 88 3.1.1 Chaufferies au bois déchiqueté........................................................................ 88 3.1.2 Chaufferies aux granulés de bois..................................................................... 105 3.1.3 Chaufferies brûlant d’autres biomasses............................................................. 111 3.1.4 Générateur de chaleur.................................................................................... 112 3.1.5 Traitement des fumées.................................................................................... 131 3.1.6 Décendrage .................................................................................................. 140 3.1.7 Armoire de commande et de régulation........................................................... 147 3.2 Conception et dimensionnement des projets de chaufferies bois et de réseaux de chaleur..................................................................................... 149 3.2.1 Paramètres clé d’une chaufferie....................................................................... 149 3.2.2 Dimensionnement des projets de chaufferies bois.............................................. 159 3.2.3 Dimensionnement d’un réseau de chaleur........................................................ 163 3.3 Exploitation d’une chaufferie bois...................................................................... 169 3.4 Aspects réglementaires....................................................................................... 171  Chapitre 4   Montage des projets.............................................................................. 175 4.1 Typologie des projets......................................................................................... 175 4.1.1 Les chaufferies dédiées à un seul établissement ou usager................................... 175 4.1.2 Les chaufferies desservant plusieurs établissements ou groupes de logements......... 178 4.1.3 Pertinence du granulé de bois dans différentes situations .................................. 183 4.1.4 Exemples d’installations.................................................................................. 186 4.2 Les étapes d’un projet........................................................................................ 194 4.2.1 Évaluation de la pertinence d’un projet........................................................... 195 4.2.2 Réalisation d’une étude de faisabilité............................................................... 196 4.2.3 Décision du maître d’ouvrage......................................................................... 196

IV

Mise en place d’une chaufferie biomasse

4.2.4 Préparation, lancement et dépouillement des appels d’offres (loi MOP, loi Sapin DSP).............................................................................. 197 4.2.5 Construction et mise en route de la chaufferie bois............................................ 197 4.2.6 Suivi du fonctionnement................................................................................ 197 4.3 Structuration de l’approvisionnement en combustibles bois............................... 198 4.3.1 Contrat de fourniture de combustible bois....................................................... 198 4.3.2 Prix de vente des combustibles......................................................................... 200 4.3.3 TVA liée aux combustibles bois....................................................................... 204 4.4 Montage juridique............................................................................................. 205 4.4.1 Nature de la maîtrise d’ouvrage...................................................................... 205 4.4.2 Montages juridiques....................................................................................... 206 4.4.3 Synthèse........................................................................................................ 212 4.4.4 Mutualisation de la maîtrise d’ouvrage............................................................ 215 4.5 Analyse économique.......................................................................................... 218 4.5.1 Paramètres économiques clés........................................................................... 218 4.5.2 Analyse de la viabilité économique d’un projet................................................. 227 4.6 Montage financier ............................................................................................ 231 4.6.1 Quels sont les besoins de financement ?............................................................ 231 4.6.2 Qui porte le financement ? (cf. § 4.4.3).......................................................... 231 4.6.3 Comment couvrir les besoins en financement ?................................................. 231 4.6.4 Critères de « bancabilité » d’un projet bois-énergie........................................... 232 4.7 Impacts d’une chaufferie bois sur son environnement........................................ 233 4.7.1 Impacts sur l’emploi ...................................................................................... 233 4.7.2 Impacts sur les émissions de CO2 .................................................................... 235 4.7.3 Impacts sur la pollution atmosphérique .......................................................... 238 4.7.4 Impacts sur l’écosystème forestier ..................................................................... 240 Synthèse : 5 recommandations pour réussir un projet............................................. 243 Références bibliographiques..................................................................................... 247 Glossaire..................................................................................................................... 257 Sigles.......................................................................................................................... 261 Liste des figures......................................................................................................... 265 Liste des tableaux....................................................................................................... 271

Sommaire

V

7KLVSDJHLQWHQWLRQDOO\OHIWEODQN

1 Introduction 1.1 Contexte et enjeux Le plan national d’actions en faveur des énergies renouvelables 2009-2020 [1] s’inscrit dans le cadre d’une stratégie globale de transition énergétique comprenant aussi un plan national d’actions en matière d’efficacité énergétique. Il comprend des mesures visant notamment à réaliser 12 millions de tep d’économies d’énergie à l’horizon 2016. Le développement du bois-énergie doit aussi respecter les exigences du plan national santé environnement 2009-2013 [2] et notamment le plan particules. En effet, s’il est utilisé à grande échelle et dans de mauvaises conditions, le chauffage au bois peut générer des pics d’émissions de poussières fines et de composés susceptibles de nuire à la santé. Pour les éviter, le plan particules préconise de remplacer le parc d’appareils domestiques anciens par des équipements garantissant une haute performance énergétique et environnementale, de généraliser des filières d’approvisionnement en bois de qualité, enfin d’entretenir les équipements et ramoner régulièrement les conduits de fumées [3]. Il vise à réduire les émissions de particules des appareils de chauffage domestique, des chaudières industrielles et agricoles. La filière biomasse énergie s’est fortement développée dans le cadre des programmes boisénergie pilotés par l’ADEME depuis 1995 avec une accélération depuis 2009 suite à la

Introduction

1

mise en place du Fonds chaleur. La mise en œuvre de ces installations permet de répondre à l’objectif 2012 du plan d’action national en faveur des EnR 2009-2020 et doit encore s’amplifier pour répondre à l’objectif 2020 (Fig. 1.1). Près de 5 000 installations biomasse énergie sont en fonctionnement ou en cours de réalisation dans les secteurs collectifs, tertiaire et industriels pour une consommation annuelle supérieure à 1,6 Mtep.

 Figure 1.1  Consommation prévisionnelle cumulée des chaufferies collectives et industrielles (engagées par l’ADEME) au regard des objectifs à l’horizon 2020.

Le Fonds chaleur (chiffres de référence : aides de 2009 à 2012) a eu un fort effet de levier avec des investissements trois fois plus élevés que les aides apportées (Tab.1.1). Il engendre une activité économique importante avec un chiffre d’affaires annuel de 500 M€ dont la moitié dans la filière d’approvisionnement (filière bois française). Le Fonds chaleur permet la création de 5 000 emplois supplémentaires liés à l’exploitation et l’approvisionnement des installations ainsi que 1 500 emplois pendant cinq ans pour la construction et l’installation des équipements de combustion. Ces emplois sont à 90 % situés en France. Les équipements d’ores et déjà aidés par le Fonds chaleur éviteront l’importation de plus d’un million de tep/an de combustibles fossiles, soit un coût minimal (référence : prix de gros du gaz) de 300 M€ par an. Il participe ainsi à l’équilibre de la balance commerciale et à l’indépendance énergétique de la France. En pérennisant le dispositif au niveau actuel, le nombre d’emplois créé en 2020 serait d’environ 15 000 pour un coût d’importation de gaz évité supérieur à 750 M€ par an.

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Mise en place d’une chaufferie biomasse

 Tableau 1.1  Bilan 2009-2012 et perspectives 2020 du Fonds chaleur renouvelable (© ADEME). Fonds chaleur 2009-20121 biomasse Aides apportées

Évolution de l’impact si maintien du Fonds chaleur (niveau actuel) jusqu’en 2020

600 M€

1 800 M€

Investissements engendrés

1 800 M€

5 400 M€

Chiffre d’affaires annuel de vente de chaleur

480 M€/an

1 600 M€/an

Chiffre d’affaires annuel lié à l’approvisionnement (achat de combustibles biomasse)

240 M€/an

800 M€/an

1 020 ktep/an

3 400 ktep/an

300 M€

1 000 M€/an

2,6 millions de tonnes

8,6 millions de tonnes

Quantité annuelle d’énergie fossile substituée Économie annuelle sur l’importation de gaz2 Quantité de CO2 d’origine fossile évitée par an

1 : bilan intégrant un prévisionnel pour 2012. 2 : source CRE marché de gros du gaz (25 €/MWh)/le prix moyen du gaz à l’usager est plus élevé, notamment dans le cadre du tarif régulé. Par simplicité, nous avons considéré une substitution à 100 % du gaz alors que la biomasse vient aussi en substitution du charbon (2 %) et du fioul (12 %), énergies plus chères et plus fortement émettrices de GES.

Bien que la filière biomasse énergie présente de nombreux atouts pour répondre aux enjeux énergétiques, économiques et environnementaux, elle présente encore des marges de progression possible sur les points suivants : – l’amélioration de la performance énergétique par l’optimisation des rendements de production et de distribution, notamment à charge partielle ; – l’amélioration des performances environnementales par la réduction des émissions de poussières et particulièrement de NOX ; – une mobilisation accrue des ressources forestières pour répondre à l’augmentation de la demande en optimisant les systèmes de traçabilité, de tri et de préparation des combustibles biomasse. Le présent ouvrage aidera les porteurs de projets de chaufferies biomasse à connaître les différents types de ressources, leurs disponibilités et la logistique nécessaire à leur mise à disposition (cf. § 2). Ensuite, il leur permettra d’en savoir davantage sur les différentes technologies de chaufferies biomasse ainsi que leurs équipements (traitements de fumée, décendrage...) et leur dimensionnement. Enfin, le guide leur apportera des éléments sur le montage du projet – qu’il s’agisse d’une chaufferie dédiée ou sur réseau de chaleur – tant du point de vue juridique qu’économique ou réglementaire.

Introduction

3

Quelques questions/réponses Les ressources en biomasse seront-elles suffisantes pour alimenter tous les projets de chaufferies ? Actuellement, l’accroissement annuel des forêts françaises est supérieur aux prélèvements effectués pour le bois d’œuvre, le bois d’industrie (industries du papier et du panneau de particules) et le bois-énergie (bois bûche, plaquettes forestières...). Une vaste étude publiée en 2010 montre qu’il existe un potentiel important d’augmentation des volumes prélevés pour l’énergie sans hypothéquer la ressource, même s’il existe des disparités selon les régions. Cependant, les études macroéconomiques sont insuffisantes pour évaluer la ressource potentielle de chaque projet. Un plan d’approvisionnement détaillé doit obligatoirement être réalisé par le porteur de projet. Pour les plus grandes installations, ce plan est soumis à la préfecture des régions concernées par le projet, qui analyse sa compatibilité avec les prélèvements existants et à venir dans le cadre des autres projets en cours.

Une chaufferie biomasse permet-elle une meilleure maîtrise du poste « énergie » ? Pour évaluer la rentabilité d’un projet biomasse, on compare le coût global de la solution biomasse avec le coût global de la solution de référence utilisant une énergie fossile (Fig. 1.2). Les éléments constitutifs du prix de la chaleur utile dans la solution biomasse et dans la solution comparative utilisant une énergie fossile sont : P1 : fourniture du ou des combustibles ; P’1 : électricité et cendres ; P2 : maintenance courante ; P3 : gros entretien et renouvellement ; P4 : amortissement de l’investissement. Le prix du bois déchiqueté est deux à trois fois moins élevé que celui du fioul domestique ou du gaz naturel. La part du combustible dans le coût global d’une chaufferie bois se limite à 30-40 % alors qu’elle dépasse les 80 % dans le cas de l’énergie fossile. Les aides publiques apportées permettent de réduire le coût global de la solution bois ce qui implique une économie par rapport à la solution fossile. La solution biomasse est aussi moins dépendante de la volatilité du cours des énergies.

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Mise en place d’une chaufferie biomasse

 Figure 1.2  Comparaison du coût global d’une chaufferie biomasse par rapport à la solution de référence.

Monter un projet de chaufferie bois est-il plus difficile que celui d’une chaufferie gaz ou fioul ? La filière bois-énergie a atteint un stade de maturité qui permet aujourd’hui de concevoir, réaliser et exploiter un ouvrage et des équipements qui donnent entièrement satisfaction. Cependant, un projet de chaufferie bois-énergie est plus complexe à monter car il s’agit d’un combustible solide qui empêche le concepteur de fractionner les générateurs de chaleur en autant de modules que de bâtiments à chauffer. Ainsi, il faut souvent créer une chaufferie centrale et un réseau enterré de distribution d’énergie calorifique et même parfois, un réseau de chaleur (au sens juridique) qui supposera la mise en place d’une régie communale ou le recours à un délégataire, gestionnaire du service public local. Le maître d’ouvrage devra faire appel à des prescripteurs spécialisés pour mener à bien son projet, en ne négligeant surtout pas les aspects économiques, juridiques et financiers.

Quel est l’impact de l’utilisation de bois-énergie dans les chaufferies collectives et industrielles sur le développement des emplois ? Le Fonds chaleur permet la création de 5 000 emplois supplémentaires liés à l’exploitation et l’approvisionnement des installations ainsi que 1 500 emplois pendant cinq ans pour la construction et l’installation des équipements de combustion (Tab. 1.2). Ces emplois sont à 90 % situés en France. Ceux liés à la création et la maintenance des réseaux de chaleur associés n’ont pas été pris en compte. En première approche, on peut estimer qu’ils sont équivalents aux emplois liés aux chaufferies gaz décentralisées supprimées par la mise en place des installations biomasse centralisées. En pérennisant le dispositif au niveau actuel, le nombre d’emplois créé en 2020 serait d’environ 15 000.

Introduction

5

 Tableau 1.2  Répartition des emplois dans la filière/impact Fonds chaleur 2009-2012 (© ADEME). Activité

Emplois créés (etp*/an)

% Emploi direct

Description Abattage, débardage, broyage, transport Emplois indirects : équipements machines forestières et maintenance associée, service aux entreprises, camions, carburant

Approvisionnement

4 002

57

Exploitation

1 023

100

Total

5 025

66

Emplois

% Emploi direct

Description

52

Fabrication chaudière, maîtrise d’œuvre, montage Emplois indirects : maîtrise d’œuvre (BET, architecte), travaux (électricien, maçon, …)

Constructioninstallation

1 680/an en moyenne sur une durée de cinq ans

* équivalent temps plein : 1645 h/an (35h* 47 semaines).

Le chauffage au bois-énergie est-il favorable à l’environnement ? Les écosystèmes forestiers prélèvent le CO2 de l’atmosphère. L’utilisation des produits bois prolonge le stockage du carbone et permet d’éviter des émissions de gaz à effet de serre en se substituant à des matériaux coûteux en énergie ou directement aux énergies fossiles dans le cas du bois-énergie. Le cycle du carbone organique est court (quelques dizaines d’années), contrairement aux cycles du carbone inorganique et du carbone fossile qui se déroulent sur plusieurs millions d’années. Sur le long terme, une stratégie de gestion durable des forêts visant à maintenir ou à augmenter le stock de carbone en forêt tout en approvisionnant la filière bois (grume, fibre, énergie) à un niveau de prélèvement durable, générera les bénéfices d’atténuation maximum (selon le GIEC). Si le bois-énergie présente des atouts indéniables en termes d’émissions de gaz à effet de serre, il peut en revanche conduire à des émissions de polluants de l’air qu’il convient de prendre en compte. Le développement du bois-énergie doit être conjoint avec l’amélioration de la qualité de l’air : c’est pourquoi l’ADEME conditionne ses aides depuis plusieurs années à la mise en place de systèmes de traitement des fumées performants (électrofiltres, filtres à manches, …). Pour plus d’informations, l’ADEME a publié un avis sur le bois-énergie et la qualité de l’air disponible sur le site Internet suivant www.ademe.fr.

1.2 Les acteurs de la filière biomasse énergie L’association Biomasse Normandie tient à jour une base de données en ligne, qui répertorie les acteurs impliqués dans le chauffage au bois à alimentation automatique pour des applications collectives (habitat/tertiaire) et industrielles (y compris les petites puissances) :

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Mise en place d’une chaufferie biomasse

bureaux d’études spécialisés ; fournisseurs de matériels ; exploitants de chauffage ; sociétés d’approvisionnement en combustibles bois ; associations de développement des énergies renouvelables... Concernant les fournisseurs de combustibles, seules sont répertoriées les structures commercialisant plus de 1 000 t/an. La liste est disponible sur le site Internet www.biomasse-normandie.org (rubrique Boisénergie). Le montage d’un projet biomasse énergie (cf. § 4) passe par une bonne organisation des différents acteurs depuis l’émergence de l’idée jusqu’à l’exploitation de l’installation [138] [137] [135] : – le maître d’ouvrage (MO) : personne morale pour laquelle l’ouvrage est construit, celui qui investit ou délègue l’investissement (propriétaire, directeur des investissements). Exemple : le bailleur pour des logements sociaux, une commune pour une école primaire, la région pour un lycée etc. ; – l’assistant à maîtrise d’ouvrage (AMO) : personne morale mandatée par le MO pour une mission d’assistance générale à caractère administratif, juridique, financier et technique. Exemple : le maire d’une commune ne peut rédiger le cahier des charges de consultation pour la maîtrise d’œuvre et mandate un AMO pour ce faire. L’AMO ne peut pas être missionné pour la maîtrise d’œuvre, le travail de l’AMO s’arrête au choix du maître d’œuvre ; – la maîtrise d’œuvre (MOE) : personne morale mandatée par le MO, chargée de préparer puis de contrôler l’exécution des travaux. Elle rédige l’avant projet sommaire (APS), l’avant projet détaillé (APD), le dossier de consultation des entreprises. Lorsque les entreprises ont été choisies (procédure code des marchés publics), elle s’assure du respect des délais, de la bonne réalisation des travaux ; – les fournisseurs et installateurs d’équipements : de nombreux équipements mécaniques, électriques et hydrauliques accompagnent le générateur de chaleur (cf. § 3). Les constructeurs de générateurs proposent souvent des solutions globales incluant l’ensemble des équipements nécessaires au bon fonctionnement de l’installation (chaîne d’amenage, chaudière, traitement des fumées, évacuation des cendres, etc.) ; – les exploitants de chauffage : fédérés notamment au sein de la FEDENE (Fédération des services énergie environnement), les exploitants de chauffage proposent des solutions pour assurer le financement et/ou l’exploitation des installations biomasse énergie surtout pour des puissances supérieures à 1 MW ; – les bureaux d’études : de plus en plus de structures présentent une compétence boisénergie et accompagnent les maîtres d’ouvrages aux différents stades du projet (étude de faisabilité, assistance à maîtrise d’ouvrage, maîtrise d’œuvre, bureau de contrôle). Pour s’assurer des compétences des structures, le dispositif « reconnu Grant de l’environnement » a été étendu aux prestations d’ingénierie ; – les fournisseurs de combustibles biomasse : suite à la mise en place de nombreuses chaufferies biomasse (5 000 en fonctionnement aujourd’hui), les fournisseurs se sont organisés pour répondre à cette demande et apporter un maximum de garanties. Le regroupement de fournisseurs à l’échelle régionale a souvent permis de sécuriser les approvisionnements

Introduction

7

en diversifiant les ressources mobilisables (sous-produits forestiers, sous-produits industriels et agricoles) ; – les animateurs biomasse énergie (voir le Cahier du bois-énergie n° 53) : généralement salarié d’une structure associative, l’animateur est un élément clé pour la mise en œuvre des politiques publiques biomasse énergie. Il a notamment pour mission : -- promouvoir la biomasse énergie, ressource renouvelable locale, dont l’utilisation est bénéfique pour l’environnement et créatrice d’emplois, -- inciter les maîtres d’ouvrages collectifs ou industriels à réfléchir à une solution biomasse énergie le plus en amont possible de leurs projets de chauffage de bâtiments ou de process, -- mobiliser les détenteurs de matières premières ligneuses afin qu’ils soient en mesure de proposer des combustibles biomasse adaptés aux besoins, -- assurer le suivi des installations en fonctionnement sur plusieurs années, enrichissant ainsi un retour d’expérience précieux pour de nouveaux projets. Ainsi, l’animateur est souvent la personne qui a une vision transversale de la filière biomasse énergie sur son territoire d’intervention (région, département) assurant le lien entre les différents intervenants avec pour unique objectif le développement harmonieux de projets. En effet, sans rôle commercial, il met de l’huile dans les rouages. La note d’opportunité La note d’opportunité permet d’expliquer le contexte, d’évaluer grâce à des ratios les principales caractéristiques techniques et économiques, d’examiner les possibilités d’approvisionnement en combustibles et d’évaluer l’intérêt global du projet. Cette première approche réalisée par les animateurs biomasse énergie permet de donner les clés de compréhension d’un projet biomasse énergie avant de lancer des études plus approfondies : cette pré-étude donne souvent des recommandations pour optimiser le projet (raccordement d’autres usagers, démarche préalable d’économie d’énergie, etc.).

Depuis 2006, les acteurs du bois-énergie sont réunis au sein du Comité interprofessionel du bois-énergie (www.cibe.fr) qui a quatre misions principales : – coordonner la réflexion des acteurs et créer des outils opérationnels pour concrétiser des opérations bois-énergie ; – constituer un référentiel des technologies, des savoir-faire, des meilleures pratiques et des opérations exemplaires ; – former des agents de développement et vulgariser le chauffage collectif et industriel au bois ; – informer les pouvoirs publics sur les perspectives ouvertes par le bois-énergie et les interpeller sur les freins économiques, réglementaires, fiscaux… qui contrarient son développement.

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Mise en place d’une chaufferie biomasse

1.3 Le rôle de l’ADEME L’ADEME a pour mission d’animer, de gérer et de coordonner le Fonds chaleur pour le développement des énergies renouvelables. Pour la filière biomasse énergie (secteurs collectif et industriels), sa mission s’articule autour de quatre axes principaux : – le développement de la connaissance : l’ADEME identifie les freins au développement des installations biomasse et conduit les études nécessaires pour donner des réponses claires et trouver des solutions sur des thématiques variés : -- émissions polluantes, analyse du cycle de vie, impact sanitaire, -- évaluation de la ressource en biomasse et capacités de mobilisation, -- veille technologique, -- évaluation économique : coûts d’investissement et d’exploitation). L’ADEME met également en œuvre des programmes d’échange et de recherche sur la biomasse énergie au niveau national, européen et international. La conduite de ces travaux a pour but de partager les connaissances des différents pays et de mutualiser les moyens pour assurer le développement de la biomasse énergie ; – l’animation et la coordination d’un réseau : l’ADEME met en réseau les acteurs et anime des groupes de travail. Elle assure la diffusion de l’information à travers des campagnes de communication, de manifestations ou des relais (animateurs biomasse énergie) ; – le conseil aux porteurs de projets : l’ADEME oriente les porteurs de projets dans leurs choix grâce à ses connaissances techniques, à l’animation de son réseau d’acteurs professionnels et à ses outils (cahiers des charges, guides, fiches référence) ; – l’aide à la réalisation des installations : l’ADEME en partenariat avec les conseils régionaux et généraux, attribue des aides pour faciliter la réalisation des projets : -- aide à la décision (cf. www.diagademe.fr), -- aide à l’investissement (cf. www.ademe.fr/fondschaleur). – L’ADEME assure le suivi des études de faisabilité, sélectionne et accompagne les projets les plus performants sur les plans énergétique, économique et environnemental.

1.4 Les unités utilisées De nombreuses unités sont utilisées dans la filière forêt-bois et dans la filière énergie : il est souvent nécessaire de convertir les unités entre elles. Les conversions couramment utilisées sont : 1 tep (tonne équivalent pétrole) = 11 600 kWh = 3 à 5 tonnes de bois = 12 à 15 MAP 1 tonne bois = 0,2 à 0,35 tep = 1,33 m3 bois rond (à 25 % hum) = 1,20 m3 bois rond frais 1 tonne bois plaquette (feuillus-résineux) à 25 % humidité = 3 600 à 3 800 kWh 1 MAP = 330 kg bois à 25 % humidité = 800 à 1 000 kWh

Introduction

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Équivalences d’unités Unité de référence

Humidité (%)

1 m3 ebr

35

2 100

0,18

1 Stère (en 1m)

35

1 500

0,13

1t

35

3 000

0,26

Bois DIB

1t

25

3 500

0,30

Écorces

1t

50

2 200

0,19

Plaquettes forestières

1t

45

2 500

0,22

Granulés

1t

10

4 600

0,40

Paille

1t

15

4 500

0,39

Farines animales

1t

5

6 000

0,52

Fioul lourd

1t

11 100

0,95

FOD

1t

11 600

1

Charbon (coke de houille)

1t

7 800

0,67

Gaz naturel

1 m3

9

0,0008

Bio déchets

1t

800

0,07

Bois bûches

Contenu énergétique. Contenu en kWh PCI énergétique en tep

1 baril = 160 l ebr : équivalent bois rond

L’Observatoire de l’énergie, dans le cadre de la réalisation du bilan énergétique officiel de la France (chapitres production et consommation), établit les données en millions de tep, en retenant la convention suivante : 1 tonne = 1,7 stère = 0,257 tep = 2 990 kWh pci

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Mise en place d’une chaufferie biomasse

Correspondance d’unités Puissance

th/h

1 th/h

kcal/h

kW

kJ/h

1 000

1,163

4 185

0,001163

4,185

1 kcal/h

0,001

1 kW

0,86

860

1 kJ/h

0,000239

0,239

0,000278

Énergie

th

kcal

kWh

kJ

tep

1 000

1,163

4 185

0,0001

0,001163

4,185

0,0000001

3 600

0,000086

1 th

3 600

1 kcal

0,001

1 kWh

0,86

860

1 kJ

0,000239

0,239

0,000278

1 tep

10 000

10 000 000

11 626

2,39E-08 41 850 000

Attention à ne pas confondre MWh et MW. Le MWh est une unité de mesure d’énergie (1 MWh = 1 000 kWh = 3,6 GJ ou GigaJoule) : elle correspond à l’énergie produite par un appareil de 1 MW de puissance pendant une durée d’une heure.

Introduction

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7KLVSDJHLQWHQWLRQDOO\OHIWEODQN

2

Production, transformation et livraison des combustibles bois

Le bois récolté en forêt est valorisé dans trois circuits différents : le bois d’œuvre, le bois de trituration et le bois-énergie (Fig. 2.1). Le bois d’œuvre a un vaste champ d’applications dans l’emballage bois, l’ameublement et la construction. L’utilisation du bois de trituration est rattachée à l’industrie de la pâte à papier et du panneau de particules. Le bois-énergie est l’une des valorisations les plus anciennes du bois, notamment en tant que principale source d’énergie pour le chauffage et la cuisson des aliments. Son utilisation croissante dans les chaudières collectives et industrielles doit éviter les conflits d’usages avec les autres filières. Le bois en tant que source d’énergie doit être considéré comme la dernière valorisation possible [4].

Production, transformation et livraison des combustibles bois

13

Futaie Taillis sous futaie

Rémanents Plaquettes forestières

Bois de feu Bûches

Usage domestique

(chaudière, poêles, cheminées)

Taillis

Chaufferies collectives et industrielles

Bois d‛industrie Elagage

Billons

Eclaircies

Produits en fin de vie

Usines de panneaux Usines de pâtes à papier

Coupe rase

Produits connexes

Bois d‛oeuvre

Produits finis

Grumes Première transformation du bois

Seconde transformation du bois

 Figure 2.1   Les différentes valorisations du bois issu de la forêt (© Biomasse Normandie).

2.1 Matières premières ligneuses : inventaire

et classement réglementaire pour la combustion

À la différence des chaudières chargées manuellement avec des bûches, les chaudières automatiques nécessitent un combustible aisé à manutentionner depuis le silo de réception jusqu’au foyer où il est brûlé. La plaquette bois pour l’énergie peut avoir plusieurs origines : l’exploitation forestière et travaux sylvicoles (plaquette forestière), la scierie (plaquette de scierie), l’entreprise de récupération de bois en fin de vie (broyat bois de recyclage), l’élagage urbain (plaquettes urbaines), l’exploitation des haies bocagères (plaquettes bocagères), la récupération des déchets verts (refus de crible). On distingue la plaquette forestière des autres combustibles bois déchiquetés par son origine directement issue de la forêt, produit de l’exploitation forestière, sans passer par un process de transformation ou une filière de valorisation. Dans l’ensemble de la chaîne d’activité de la filière forêt-bois, la plaquette forestière est ainsi le premier combustible produit par la chaîne de valeur. Les autres combustibles bois déchiquetés (plaquettes de scierie, écorces, refus de crible et plaquettes urbaines, broyats bois fin de vie …) sont des sous-produits d’activités de transformation ou d’exploitation secondaire [5].

14

Mise en place d’une chaufferie biomasse

Comme le montre la figure 2.2, avec la montée en puissance des grandes chaufferies bois collectives ou industrielles, la part des plaquettes forestières et bocagères tend à augmenter. En effet, le gisement mobilisable sur ces deux ressources est bien supérieur à celui des connexes et bois de rebut déjà largement valorisés. en ktonnes

6 900

8 000

1 000 1 200

1 200 1 300

1 700

2 150

900 900

1 000

800 800

350 600 550

2 000

850 700 650

1 500

3 000

3 000

4 000

2 400

5 000

3 800

4 200

6 000

4 700

6 000

7 000

2011

2012

2013

2014

2015

0 2010

Légende Plaquettes forestières Connexes des Industries du Bois Produits Bois en Fin de Vie TOTAL

Hypothèses : La mise en service des projets BCIAT 2009-20011 a été échelonné dans le temps suivant les fiches de suivi des installations. Sur les 338 Mwe de projets retenus dans le cadre de l’AO CRE2, 8 Mwe sont réalisés en 2011 soit 2%, 44 % de projets ne verront pas le jour, sur les 54% de projets en construction, 40% seront mis en route début 2012 et 14% début 2013. Sur les 266 Mwe de projets retenus dans le cadre de l’AO CRE 3, 2% de réalisation en 2011, 10 % de réalisation supplémentaire en 2012, 25 % supplémentaires en 2013, 10% supplémentaires en 2014, 53% d'abandons. Fonds Chaleur 2011 : 70 000 tep supplémentaire à compter de 2013, Fonds Chaleur 2012 : 70 000 tep supplémentaire à compter de 2014.

 Figure 2.2   Évolution de la consommation de biomasse forestière pour l’énergie (© ADEME).

2.1.1 Bois d’origine forestière, bocagère ou urbaine 2.1.1.1 Bois forestiers Ressource Avec 15,6 millions d’hectares, la France détient la quatrième surface boisée d’Europe, après la Suède, la Finlande et l’Espagne [6]. Au cours du XXe siècle, la forêt française a gagné en moyenne 60 000 ha/an en raison de la déprise agricole. En 2011, la production biologique annuelle de la forêt en France métropolitaine est estimée à 85 millions de mètres cube, soit une moyenne de 5,5 m3/ha/an, par l’IFN (ce volume tient seulement compte des bois de diamètres supérieurs à 7 cm) [7]. Sur ces 85 Mm3, 59 sont récoltés (22 pour le bois d’œuvre, 12 pour le bois d’industrie et 24 pour le bois-énergie, essentiellement le bois bûche) (Fig. 2.3).

Production, transformation et livraison des combustibles bois

15

Production annuelle en forêt de production

85 Mm3/an

Volume non récolté

Volume récolté annuellement

59 Mm3/an

Bois d’Industrie

Bois d’œuvre

22 Mm3/an

12 Mm /an 3

Bois Énergie (incluant le feu de bois)

24 Mm3/an dont 0,7 de PF

(Source : FCBA, 2011)

 Figure 2.3   Volumes de bois récoltés par usages (© FCBA).

La biomasse ligneuse récoltable pour l’énergie varie en fonction du type de coupe réalisée (Tab. 2.1).  Tableau 2.1  Biomasse ligneuse récoltable pour l’énergie selon le type de coupe (© Biomasse Normandie). Première éclaircie de résineux

Ressource

Arbres entiers

Biomasse ligneuse récoltable 30 à 70 (tonnes fraîches/ha)

Coupe rase Futaie feuillue

Brins non Tout le marchands houppier et cimes

10 à 25

50 à 100

Taillis simple ou sous futaie

Bois non Arbres marchand entiers du houppier

25 à 50

Futaie résineuse

Brins non Cimes et marchands branches et cimes

200 à 400 50 à 150

50 à 100

Selon une étude réalisée pour l’ADEME par l’IFN, FCBA et Solagro, les espaces forestiers et bocagers français peuvent fournir quelques 20 millions de m3 de bois supplémentaires par an pour des usages énergétiques d’ici à 2020 [8]. Ce résultat a été obtenu grâce à une méthode originale qui comprend trois étapes (Fig. 2.4) : étape 1 : la disponibilité en bois énergie est évaluée par l’application de scenarios de gestion durable à la ressource inventoriée (soit les 2,4 milliards de m3 de bois de pied inventorié en forêt par l’IFN). On définit ainsi une disponibilité brute ; étape 2 : des contraintes de nature technique (accessibilité physique), environnementale (fertilité des sols), et économique (coût d’exploitation, prix de revient) limitent la mobilisation de la

16

Mise en place d’une chaufferie biomasse

disponibilité brute. On définit une disponibilité technico-économique dans les conditions économiques actuelles en appliquant ces filtres successifs ; étape 3 : enfin, en soustrayant de ce dernier type de disponibilité les volumes déjà mobilisés par les acteurs (industrie et énergie), on estime une disponibilité supplémentaire dans un contexte économique donné. D’autres contraintes limitant la récolte n’ont pas pu être prises en compte, faute de connaissances suffisantes ou d’informations consolidées et disponibles au moment de l’étude et à l’échelle nationale : – socio-économiques : organisation foncière des propriétés privées (taille des parcelles) et décision des offreurs de mettre leur bois sur le marché ; – logistiques : structure de la voirie, coût de transport entre les places de dépôt en forêt et les centres de transformation et/ou consommation des bois ; – environnementales, notamment le risque de tassement des sols induit par le passage d’engins d’exploitation ou les restrictions de récolte dans les zones protégées.

 Figure 2.4  Méthode d’évaluation de la disponibilité supplémentaire en bois-énergie utilisée par l’IFN, FCBA et Solagro.

Production, transformation et livraison des combustibles bois

17

Trois catégories d’usages potentiels des bois sont définies dans l’étude, sans présumer de leurs usages effectifs. Les catégories BIBE et MB sont considérées comme potentiellement disponibles pour l’énergie (Fig. 2.5) : 1. usage potentiel bois d’œuvre (appelé BO par convention) : la biomasse de la tige dont la qualité autorise des usages bois d’œuvre (sciage, déroulage, etc.) ; 2. usage potentiel bois industrie et bois énergie (BIBE par convention) : la biomasse de la tige dans les bois de diamètre > 7 cm et non valorisable en BO et la biomasse des branches de diamètre > 7 cm ; 3. usage potentiel plaquette et granulé (appelé MB pour menus bois) : l’ensemble de la biomasse de la tige et des branches comprise dans les bois de diamètre 600

650

Bois moyens

500 à 600

550

Bois tendres

< 500

450

Catégorie d’essences de bois Bois durs

On peut retenir de ce tableau 2.10 que les bois tendres sont nettement moins denses que les bois durs (30 % de moins). Remarques : – la masse volumique anhydre des écorces est sensiblement la même que celle des essences dont elles sont issues ; – rares sont les essences qui ont une masse volumique anhydre supérieure à la masse volumique de l’eau.

Production, transformation et livraison des combustibles bois

67

La masse volumique apparente Définition Les combustibles bois se présentent toujours sous forme de morceaux plus ou moins gros et plus ou moins bien empilés, entre lesquels les vides sont remplis par de l’air. On parle alors de masse volumique apparente, c’est-à-dire de la masse d’un m3 apparent de combustible. Elle s’exprime en kg/m3 apparent. Pour les plaquettes, le m3 apparent est appelé map (m3 apparent plaquettes). La masse volumique apparente sert à évaluer les volumes de stockage, les coûts de transport et l’autonomie des silos.

Notion de foisonnement Pour calculer de façon théorique la masse volumique apparente (MVA en kg/m3 apparent) à partir de la masse volumique réelle (MVE en kg/m3 plein à une humidité E), on peut utiliser le coefficient de foisonnement (CF) défini de façon empirique pour un type de granulométrie donnée (Tab. 2.11) : CF = MVE/MVA  Tableau 2.11   Coefficient de foisonnement des combustibles bois. Coefficient de foisonnement moyen

Combustibles bois Broyat

2,5 à 3,5

Écorces

variable

Plaquettes calibrées (moyennes)

2à3

Plaquettes calibrées (fines)

2à3

Copeaux

5à6

Sciures

2à3

Granulés

0,7 à 0,9

La densité des granulés est supérieure à celle du bois plein. Influence sur le transport et le stockage Un combustible foisonnant est toujours plus onéreux et difficile à transporter et à stocker qu’un combustible compact. e) Contenu énergétique ou pouvoir calorifique Pour évaluer les consommations de bois d’une chaufferie et l’autonomie fournie par un silo, il est important de déterminer la quantité d’énergie contenue dans une tonne de combustible.

68

Mise en place d’une chaufferie biomasse

Définition Le pouvoir calorifique dépend de l’essence et de l’humidité du combustible. On distingue : le pouvoir calorifique supérieur (PCS, en kWh/t), qui correspond à l’énergie produite par la combustion d’un combustible, en prenant en compte la chaleur latente de la vapeur d’eau. Le PCS du bois anhydre peut se déterminer simplement à partir de la teneur en carbone (C %) : PCS = 108 × C % = 5 400 kWh/t en moyenne. La prise en compte du PCS n’a d’intérêt que si l’on brûle du bois dans une chaudière équipée d’un système de condensation des fumées. Plusieurs installations existent en France, notamment sur les réseaux de chaleur de Beauvais, Soissons et Angers ; le pouvoir calorifique inférieur (PCI, en kWh/t), qui correspond à l’énergie produite par la combustion d’un combustible si l’on ne tient pas compte de la chaleur latente contenue dans la vapeur d’eau produite. Le PCI du bois anhydre peut se déterminer simplement à partir du PCS et de la teneur en hydrogène du combustible (H %) : PCI anhydre = PCS – 60,5 × H % = 108 × C % – 60,5 × H % = 5 000 kWh/t en moyenne.

Influence de l’essence Selon l’essence, on observe des variations sensibles de PCI (Fig. 2.45). Contrairement à ce que l’on pourrait penser, le PCI des résineux est, en moyenne, légèrement supérieur (+ 5 %) à celui des feuillus (qui ont une teneur en carbone plus faible). En moyenne, on peut considérer que le PCI du bois anhydre est de 5 000 kWh/t. Feuillus Résineux 4 800

5 000

5 200

kWh/t

5 400

 Figure 2.45  Variation du PCI anhydre selon les essences (kWh/t).

Influence de l’humidité L’humidité est le facteur qui influe le plus sur le PCI. Plus le bois est humide, plus son PCI est bas (Fig. 2.46 et 2.47). Le pouvoir calorifique d’un combustible humide est déterminé à partir de son PCI anhydre et de son humidité E (% sur brut) : PCI = (PCI anhydre × (100-E)/100)) – 6,786 × E (en kWh/t).

Production, transformation et livraison des combustibles bois

69

6 000

5 000

4 000

Résineux 3 000

Feuillus 2 000

1 000

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

Légende

g Pouvoir calorifique inférieur (KWh/t) g Taux d’humidité (% sur masse brute)

 Figure 2.46  Variation du PCI en fonction du taux d’humidité.

Sciures

Écorces

60

1600

50

2200

40

2800

30

3300

20

3900

Plaquettes moyennes

10

Broyat 1400

Plaquettes fines

Copeaux 5

10

15

Légende

g Taux d’humidité (% sur masse brute) g Granulométrie moyenne (en cm) g PCI (en kWh/t)

 Figure 2.47  Caractéristiques des principaux combustibles.

2.2.2.2 Biocombustibles bois déchiquetés normalisés Le comité technique 335 de la Commission européenne de normalisation (CEN TC335 « biocombustibles solides ») a élaboré une norme européenne relative aux « classes et spécifications des biocombustibles solides ». Elle est traduite en norme française depuis octobre 2010 sous la nomenclature NF EN14961-1 :2010, et sert de base à l’établissement des normes ISO. Elle définit les biocombustibles solides par : – leur origine et leur source ; – leurs principales formes commercialisées et leurs propriétés

70

Mise en place d’une chaufferie biomasse

Les paramètres normatifs et informatifs selon les classes de biocombustibles sont résumés dans le tableau 2.12.  Tableau 2.12  Paramètres normatifs et informatifs des biocombustibles solides (© norme NF EN14961-1 :2010). Paramètres normatifs Plaquettes forestières Connexes des industries du bois sans traitement et adjuvant Produits en fin de vie sans traitement et adjuvant Connexes des industries du bois avec traitements et (ou) adjuvants Produits en fin de vie avec traitements et (ou) adjuvants

Paramètres informatifs

Granulométrie (selon la norme EN15149 et 15149-2) Humidité (norme EN14774-1 à 3) Taux de cendres (norme EN14775)

Quantité d’énergie disponible par unité de masse

Paramètres ci-dessus + taux d’azote pour certains produits

Quantité d’énergie disponible par unité de masse Taux de chlore pour certains produits Autres (selon catégories de produits)

Afin d’identifier les produits pouvant être valorisés comme combustibles en s’appuyant sur ces spécifications, le FCBA a publié, à la demande de l’ADEME, des référentiels sur les trois principaux types de biocombustibles : – les plaquettes forestières [42] ; – les connexes des industries du bois [43] ; – les produits en fin de vie [19]. a) Mesure et classes de granulométrie Le choix de la granulométrie s’établit selon le type d’installation de combustion : type de foyer et système d’amenage du combustible du silo au foyer. Elle dépend de quatre paramètres principaux : la nature, l’état et le réglage des couteaux, l’outil utilisé (type de broyeur ou de coupeuse), la dimension des éléments broyés (houppiers, perches, rémanents, etc.) et la vitesse d’introduction des bois dans la machine. Mesure de la granulométrie La classe de granulométrie est déterminée par tri des éléments dans différents tamis animés d’un mouvement rotatif. Il faut disposer au minimum de quatre tamis pour déterminer la classe de granulométrie : – – – –

le tamis correspondant à la partie « grossière » ; le tamis correspondant à la classe de granulométrie ; le tamis à maille de 3,15 mm ; le tamis correspondant de 1 mm.

Production, transformation et livraison des combustibles bois

71

Classes de granulométrie La Commission européenne de normalisation a retenu les classes de granulométries indiquées dans le tableau 2.13 ci-dessous (excepté P8 ajouté dans les référentiels).  Tableau 2.13  Classes de granulométrie des biocombustibles (© CEN/TS 14961). Fraction principale > 80 % du poids (en mm)

Fines < 5 % (en mm)

Fraction dont la granulométrie est supérieure à < 1 % (en mm)

P8

P 2,5 m : prévoir deux raccords. Les raccords doivent être accessibles directement par le livreur sans échelle et ne doivent pas être trop bas (neige, salissures). Dimensionnement du silo [58] [59] Pour calibrer le silo, il est nécessaire d’estimer la future consommation annuelle à partir de la consommation existante (litres de fioul ou m3 de gaz). Si celle-ci est de 2 500 litres de fioul par an, par exemple, il faudra compter 5,25 tonnes de granulés, ce qui représente un silo d’une capacité de 7,5 m3 pour un seul remplissage annuel. En effet, 1 000 litres de fioul correspondent à 3 m3 de pellets ; 1 m3 de propane correspond à 3,7 m3 de granulés. Il est judicieux de prévoir une réserve de 20 % supplémentaire afin d’assurer une continuité de fonctionnement même en cas de commande trop tardive au fournisseur. Si le maître d’ouvrage souhaite une seule livraison annuelle, il faut ainsi prévoir un silo de 7,5 + 1,5 = 9 m3 de capacité utile, soit un volume brut de 9 × 3/2 = 13,5 m3 (volume inutilisable sous le silo + volume d’air en partie haute, estimés à 1/3 du volume brut). L’emprise au sol sera de 6 m2 pour une hauteur sous plafond de 2,25 m (13,5/2,25 = 6) avec une dimension de silo de 3 × 2 m ou 2,5 × 2,5 m au sol. Le coefficient volume utile/volume total est de 0,66 pour un silo à pans inclinés, et de 0,9 pour un désileur en fond de silo. Un silo pour granulés et un silo pour bois déchiqueté (plaquettes) ne répondent pas aux mêmes règles de conception. Le choix du silo et celui du combustible sont donc étroitement liés. Par ailleurs, il faut savoir que le bois déchiqueté exige environ trois fois plus de volume de stockage que les granulés à pouvoir calorifique égal.

Livraison et réception du combustible La livraison des granulés de bois s’effectue généralement en vrac par camion souffleur à une distance de 20 mètres maximum. Le combustible est soufflé dans le local de stockage en quelques dizaines de minutes. Le remplissage du silo doit s’effectuer à l’aide de deux

110 Mise en place d’une chaufferie biomasse

conduits, l’un pour le remplissage et l’autre pour l’évacuation des poussières générées par l’opération de remplissage, écartés d’au moins 50 centimètres et à au moins 25 centimètres du plafond du silo. Le conduit de remplissage doit être obligatoirement métallique et raccordé à la terre (électricité statique générée par une atmosphère empoussiérée). Il est recommandé d’installer une boîte de distribution électrique sur la paroi extérieure du silo, à proximité des orifices de remplissage pour alimenter l’aspiro-ventilateur relié à la bouche de l’évent. Le camion de livraison doit se positionner à une distance maximale de 20 mètres linéaires de la bouche de remplissage du silo. Au-delà, le granulé est endommagé lors du soufflage et la livraison peut même devenir impossible.

3.1.2.3 Alimentation automatique [58] [59] [60] Le transfert du granulé du silo à la chaudière s’effectue soit par un convoyeur à vis soit par un système d’aspiration. Dans le premier cas, le silo doit se trouver tout près de la chaufferie, au même niveau ou légèrement plus bas (un mètre maximum). Le second système est plus souple : le silo peut se situer à n’importe quel endroit dans un rayon de 20 mètres maximum de la chaufferie.

3.1.3 Chaufferies brûlant d’autres biomasses Les biomasses agricoles (miscanthus, switchgrass, issues de céréales, pailles...) étant plus chargées en minéraux alcalins, les équipements devront faire face à : – un volume de cendres générées plus important (jusqu’à 10 % en masse) ; – une température de fusibilité des cendres plus basse (800 à 1 000 °C) ; – des fumées plus chargées en soufre et chlore que le bois, à l’origine de la formation d’acides. Elles possèdent des comportements particuliers lors de la combustion, conduisant à des compositions chimiques spécifiques des fumées et des cendres. Pour pallier à ces comportements, les constructeurs conçoivent des installations polycombustibles composées de foyers où la température reste moins élevée et/ou équipés de grilles mobiles évacuant les cendres dès leur formation, mais également d’échangeur et de conduits plus robustes aux problématiques d’encrassement/corrosion [53].

Production et fourniture d’énergie 111

Chaufferie des Malteries Soufflet alimentée par des issues de nettoyage de céréales [22] Le Groupe Soufflet exploite une chaudière à eau chaude Compte R de 6 MW sur son site de Nogentsur-Seine (Fig. 3.20), adaptée à la combustion d’issues de silo. Avec une production annuelle de 38 000 MWh, l’installation couvre un tiers des besoins du site et permet la substitution de 75 % des consommations de gaz naturel. La chaufferie mise en service en octobre 2011est équipée d’un filtre multicyclone et d’un filtre à manche afin de respecter la valeur d’émission de poussières de moins de 20 mg/Nm3 (à 11 % d’O2). Satisfait de cette première installation, le groupe envisage la mise en place de nouvelles installations sur ses autres sites. Le groupe a publié une vidéo de son installation visible sur le site Internet suivant : http://www.youtube.com/watch?v=y6PZd4DiaKw

 Figure 3.20  La chaufferie de la malterie Soufflet pour le séchage du malt (© Soufflet).

3.1.4 Générateur de chaleur Le générateur de chaleur est l’enceinte dans laquelle l’énergie contenue dans le combustible bois est libérée et transmise au fluide caloporteur (eau chaude) ; il est généralement composé de deux éléments principaux : – le foyer, lieu de dégradation du combustible et de début de la flamme ; – la chambre de combustion, lieu de développement de la flamme ; – l’échangeur de transfert de chaleur entre la flamme, les gaz chauds (fumées) et le fluide caloporteur. Le terme de « chaudière » est couramment utilisé à la place de celui de « générateur thermique » ; il ne s’applique qu’à l’échangeur lorsque celui-ci est distinct du foyer. Les générateurs de chaleur peuvent présenter différentes configurations : – un foyer intégré dans la chaudière (ce système « foyer-échangeur » est le plus courant) ; – un avant-foyer séparé de l’échangeur ; – un foyer indépendant (brûleur), adaptable à l’intérieur de la chambre de combustion de la chaudière.

112 Mise en place d’une chaufferie biomasse

Données générales sur la combustion du bois La combustion du bois, réaction chimique d’oxydation avec dégagement de chaleur, est un processus qui s’effectue en quatre phases : – le séchage ; – la pyrolyse/gazéification ; – l’oxydation des gaz ; – la combustion du résidu charbonneux. Lors de son réchauffement dans le foyer (> 300 °C), le bois est d’abord séparé en hydrocarbures solides et gazeux (pyrolyse), sous l’action de l’air comburant primaire. À 500 °C, 85 % de la masse est libérée sous forme gazeuse (gazéification), avec production de monoxyde de carbone et d’hydrogène. Ces gaz combustibles sont ensuite mélangés à l’air comburant secondaire en vue de leur oxydation. La combustion complète du bois se résume par la réaction : bois + oxygène de l’air → fumées (CO2 + H2O) + chaleur Cette réaction chimique dégage de la chaleur dont l’importance est directement liée à la teneur en carbone et en hydrogène du combustible et que l’on caractérise par le pouvoir calorifique. L’air qui fournit l’oxygène nécessaire à la réaction de combustion est appelé air comburant. Le volume d’air théorique (VA) strictement nécessaire pour réaliser la combustion complète est également appelé pouvoir comburivore. Dans le cas du bois, il est d’environ 4,5 Nm3/kg de combustible anhydre. En pratique, il faut apporter plus d’oxygène pour parvenir à la réaction complète. Les installations performantes de combustion du bois fonctionnent avec un excès d’air (e) de 20 à 100 % : Vair réel = VA × (1 + e). On détermine également le pouvoir fumigène : c’est le volume de fumées VF dégagé par la combustion. Il s’exprime soit sur fumées sèches (condensation de la vapeur d’eau) et vaut alors 4,5 Nm3/kg de combustible anhydre, soit sur fumées humides (il vaut dans ce cas 5,2 Nm3/kg de combustible anhydre). Pour obtenir le minimum de monoxyde de carbone (CO), d’oxydes d’azote (NOx), de fines et maintenir une température de foyer inférieure à la température de fusibilité des cendres, il est nécessaire d’avoir un bon réglage des débits et de la répartition de l’air, ainsi qu’un mélange efficace combustible/air comburant, en fonction de la géométrie du foyer.

3.1.4.1 Les foyers Le foyer est la partie qui reçoit le combustible et l’air primaire. C’est là que se produit la dégradation du combustible et la première phase de combustion. Ensuite, la flamme se développe dans la chambre de combustion dans laquelle est injectée la seconde partie de l’air (l’air secondaire) pour permettre une oxydation complète des gaz et limiter ainsi les émissions d’imbrûlés de type CO, COV [62]… Il existe de nombreuses configurations de foyers. On présente ci-après trois types de foyers intégrés à la chaudière, avec les modes d’introduction du combustible qui leur sont couramment associés.

Production et fourniture d’énergie 113

1) Le foyer à creuset (ou foyer volcan) (Fig. 3.21) Il se présente sous la forme d’un cône inversé dont les côtés, en fonte réfractaire, sont munis de trous pour le passage de l’air primaire. Les orifices destinés à l’air secondaire sont situés dans la partie supérieure de la chambre de combustion : – gamme de puissance : jusqu’à 800 kW ; – associé souvent à un système d’introduction par vis.

 Figure 3.21  Vue en coupe d’un générateur avec foyer creuset (© Schmid).

2) Le foyer à grilles inclinées mobiles (Fig. 3.22) Il se caractérise par une chambre de combustion revêtue de béton réfractaire, dont le fort pouvoir de rayonnement sèche le combustible. Plus particulièrement adapté à une humidité moyenne (de l’ordre de 30 %), ce type de foyer peut accepter un taux d’humidité plus élevé (jusqu’à 50 %), sous réserve que le matériau réfractaire le permette et à condition de réétalonner les paramètres de la combustion et de maîtriser la température de foyer pour ne pas détériorer le réfractaire : – gamme de puissance de 200 kW à plusieurs MW ; – souvent associé à un système d’introduction par poussoir. Pour ce type de foyer, il est possible d’ajuster, dans une certaine mesure, les paramètres de combustion au taux d’humidité du bois brûlé ; cependant, si le foyer a été dimensionné pour du bois humide, l’utilisation en continu d’un bois sec peut entraîner une dégradation anticipée du réfractaire.

114 Mise en place d’une chaufferie biomasse

 Figure 3.22  Foyer à grilles inclinées (© Weiss).

3) Le foyer à lit fluidisé (Fig. 3.23) Le principe consiste à faire brûler un combustible dans une masse inerte chaude, généralement du sable, qui sert de catalyseur aux réactions thermochimiques. Les particules combustibles sont mises en suspension dans un courant d’air primaire. La température est homogène dans le lit, ce qui permet un échange de chaleur réparti. La granulométrie du combustible bois peut aller jusqu’à 50 mm, 10 mm semblant être un bon ordre de grandeur. La proportion de fines peut être importante sans gêner la combustion. La masse de combustible est comprise entre 1 et 5 % de la masse totale du lit. Il existe plusieurs types de chaudières : – le lit fluidisé dense est confiné dans une partie du réacteur ; – le lit fluidisé circulant occupe tout le foyer ; un précipitateur cyclonique permet la recirculation des éléments imbrûlés dans le réacteur. La gamme d’utilisation de ces chaudières se situe de quelques dizaines à plusieurs centaines de MW.

Production et fourniture d’énergie 115

 Figure 3.23  Schéma de principe chaudière à lit fluidisé (© Renewa).

4) Le spreader stocker Il s’agit de pulvériser, grâce à ce qu’on appelle en anglais des « spreader stockers » (projeteurs pneumatiques), la biomasse dans la zone de combustion où les petites particules brûlent en suspension, tandis que les particules les plus larges retombent sur la grille où elles forment une couche de combustible. La grille est mobile et le mouvement continuel du tapis transporte la couche de combustible en combustion vers l’avant de la chaudière où les cendres tombent dans un bac à cendres. La vitesse de rotation de la grille est variable en fonction des variations de qualité de la biomasse et de teneur en cendres. Exemple : une chaufferie biomasse de 30 MW utilisant cette technologie, conçue et réalisée par Leroux & Lotz Technologies, consomme 40 000 tonnes de bois par an, alimentant en chaleur 32 000 logements de la communauté d’agglomération de Cergy-Pontoise. 5) Gazéification Le but de la gazéification est de transformer des combustibles solides hétérogènes en un combustible gazeux homogène comprenant 30 à 80 % de H2 et CO (gaz pauvre), ouvrant des perspectives intéressantes pour la production d’électricité en cogénération ou des applications thermiques spécifiques (fours). Le nombre d’installations de taille industrielle est aujourd’hui extrêmement limité en Europe, et elles connaissent souvent des dysfonctionnements dus à l’épuration des gaz avant injection dans la turbine ou le moteur. Plusieurs programmes internationaux (Varnamö en Suède, ARBRE au Royaume-Uni, Energy Farm en Italie...) visent au développement de centrales de forte puissance ayant 40 à 45 % de rendement électrique.

116 Mise en place d’une chaufferie biomasse

Divers procédés sont étudiés pour gazéifier du bois : – les réacteurs à lit fixe : -- à contre courant : le combustible est introduit par la partie supérieure et l’agent oxydant (air, air enrichi en oxygène, oxygène) par le bas. Le gaz, évacué près de la zone de pyrolyse du bois, présente une teneur en goudrons importante, -- à co-courant : le bois et l’agent oxydant se déplacent dans le même sens. Le gaz produit est évacué du réacteur près de la zone la plus chaude, induisant une concentration en goudrons moindre que dans le cas précédent. Le combustible utilisé doit être sec (environ 15 % d’humidité), de granulométrie bien précise (quelques cm3) et exempt de poussières ; – les réacteurs à lit fluidisé sont de trois types : dense, circulant ou entraîné. Ils ont en commun de nécessiter un combustible sec (moins de 20 % d’humidité) et de granulométrie précise (2 à 5 mm) et de n’être économiquement viables que pour des puissances élevées (plus de 20 MWé).

3.1.4.2 La chambre de combustion [62] La chambre de combustion est le plus souvent revêtue, en totalité ou en partie, de béton réfractaire dont le fort pouvoir de rayonnement favorise le séchage du combustible. Cette masse de béton réfractaire est augmentée pour la combustion de bois humide et réduite pour la combustion de bois plus sec.

3.1.4.3 Les échangeurs de chaleur [62] L’échangeur a pour objet de permettre la récupération de la chaleur produite par la combustion. Il s’agit donc d’une phase d’échange de chaleur entre les fumées issues de la combustion et un fluide caloporteur qui sera ensuite utilisé pour dissiper l’énergie aux endroits souhaités. Ce fluide caloporteur peut être : – eau chaude/eau surchauffée ; – de la vapeur (exemple : Bonilait Protéines à Saint-Flour, Cantal. Chaudière de 5,2 MWth produisant 8 t/h de vapeur [à 22 bar et 219 °C] soit 3 233 tep/an avec 16 000 t/an de bois) ; – de l’eau chaude basse température (exemple : réseau de chaleur urbain de Beauvais, Oise. Chaufferie centrale bois de 10 MW alimentant un réseau de sept kilomètres composé de deux boucles : une classique à 105-75 °C et une basse température à 90-50 °C (lycée Corot, internat et 200 logements de l’OPAC chauffés par le sol [40 °C]) ; – de l’air chaud (exemple : SIDESUP à Engenville, Loiret. Foyer biomasse de 23 MW alimentant un des deux sécheurs de pulpes de betteraves, 4 000 tep/an pour 15 000 t/an de plaquettes forestières) ; – de l’huile thermique pour le séchage ou les cycles ORC (cf. § 3.1.4.6 sur la cogénération).

Production et fourniture d’énergie 117

 Figure 3.24  Échangeur à tubes de fumées (© Seccacier).

Plusieurs types d’échangeurs existent, les plus courants étant : – les échangeurs à tubes et lames d’eau. De l’eau, circule dans des tubes ou des lames, et est chauffée directement par les gaz de combustion. Ces systèmes permettent une récupération d’énergie au sein de la chambre de combustion et sont très utilisés dans les systèmes simples et à faibles températures, car ils permettent un bon échange avec des pertes de charge faibles. Ils peuvent ainsi être facilement utilisés dans des systèmes à tirage naturel, pour certaines gammes de puissance ; – les échangeurs à tubes de fumées (Fig. 3.24). Les gaz de combustion circulent dans des tubes eux-mêmes immergés dans de l’eau. Ainsi, l’échange est souvent mieux maîtrisé qu’avec les premiers systèmes, mais les pertes de charge sont plus importantes et cette technique nécessite le plus souvent un dispositif de tirage forcé. Pour obtenir un échange complet, plusieurs parcours sont nécessaires (de deux à quatre parcours selon les installations). Dans la plupart des cas, ces deux techniques d’échange fonctionnent en parallèle : les parois de la chaudière sont équipées de lames d’eau, puis les fumées circulent ensuite dans des tubes de fumées pour récupérer la plus grande partie de l’énergie. La performance de l’échange dépend de l’épaisseur des tubes ou lames ainsi que de la surface d’échange de chaleur. Pour assurer un bon rendement d’échange, les tubes de fumées doivent être régulièrement nettoyés (fréquence définie en fonction du matériel) pour enlever les poussières qui s’y déposent, le nettoyage peut être manuel (par écouvillon ou aspirateur industriel) ou automatisé.

118 Mise en place d’une chaufferie biomasse

Le cas des générateurs d’air chaud [63] Les générateurs d’air chaud sont utilisés pour la production d’air chaud de process (fours, séchoirs, étuves, etc.) ou pour le chauffage de locaux. Comme toute chaudière biomasse, les générateurs d’air chaud sont constitués d’un foyer de combustion alimenté en biomasse par des dispositifs classiques : silos de stockage, systèmes d’extraction et de transfert du bois. Les fumées issues du foyer de combustion sont ensuite utilisées pour produire de l’air chaud. On en distingue alors deux types : – les générateurs d’air chaud « direct » qui utilisent directement dans le process, les fumées de combustion avec ou sans dilution. Ils trouvent leur application dans les process à haute température principalement et pour lesquels la propreté de l’air chaud pour le process n’est pas une limite. Ces systèmes ont l’avantage d’avoir un bon rendement (selon le process, jusqu’à 98 %) et d’être très simples techniquement (pas d’échange de chaleur), ce qui limite les opérations de maintenance notamment (pas de nettoyage d’échangeur par exemple). En revanche, l’air chaud produit pour le process est chargé en poussières (il s’agit d’un mélange de fumées de combustion et air de dilution). Dans ce cas, compte tenu des volumes à traiter plus importants et de la température élevée de l’air chaud produit, le traitement des effluents est plus difficile ; – les générateurs d’air chaud « indirect », qui utilisent la chambre et les fumées de combustion pour réchauffer l’air à destination du process . L’air ambiant est propulsé à travers le générateur au moyen d’un ventilateur externe afin d’être réchauffé autour de la chambre de combustion ou dans un échangeur dont le circuit primaire est alimenté par les fumées de combustion. Ces types de générateurs d’air chaud sont le plus souvent destinés aux applications (process, chauffage) nécessitant un air pur. Ils permettent de produire un air chaud propre. De plus, les fumées de combustion peuvent être traitées à la sortie de l’échangeur de la même façon qu’une chaudière biomasse classique. En revanche, le rendement de l’ensemble (foyer et échangeur) est inférieur aux systèmes directs (< à 80 %) car l’échangeur thermique ne permet pas de récupérer l’ensemble de l’énergie produite. Les générateurs d’air chaud direct sont composés d’un foyer, d’une chambre de combustion et d’une chambre de dilution (lieu de refroidissement des gaz de combustion par l’apport d’air ambiant qui permet notamment, d’obtenir une température de consigne très précise en entrée). Les générateurs d’air chaud indirect sont composés d’un foyer, d’une chambre de combustion et d’un échangeur de chaleur (lieu de réchauffage de l’air). Il s’agit ici de systèmes totalement similaires à ceux utilisés pour produire de l’eau chaude ou de la vapeur d’eau, si ce n’est que le fluide chauffé est ici de l’air.

3.1.4.4 Optimisation énergétique On distingue deux types de rendement pour une chaudière. Le rendement instantané (ou de combustion) est établi à partir de : – la mesure des pertes de la chaleur contenue dans les fumées (température de fumées, taux d’O2) et de celles dues aux imbrûlés gazeux (taux de CO) grâce à un analyseur de fumées ;

Production et fourniture d’énergie 119

– l’évaluation des pertes calorifiques par rayonnement des parois de la chaudière (1 à 2 %) et par les imbrûlés solides (taux de carbone dans les cendres). Il permet de s’assurer du fonctionnement de la chaudière en temps réel et de valider les paramètres de réglage de celle-ci. Il est généralement compris entre 85 et 92 %. Le rendement de production est établi pour une durée de fonctionnement déterminée. Il est donné par le rapport entre l’énergie fournie en sortie de la chaudière (mesurée au compteur à calories) et l’énergie contenue dans le combustible. Il intègre les pertes liées à l’échangeur de chaleur de la chaudière. Si le compteur à calories est situé dans une sous-station distante de la chaufferie, le rendement obtenu prend également en compte les pertes liées à la distribution de la chaleur (circuit primaire). Le rendement global d’exploitation intègre, outre les pertes de production de chaleur (chaudière), les pertes de distribution et de régulation : rendement de production

80 à 85 % ;

rendement de distribution

92 à 98 % ;

rendement de régulation

94 à 96 % ;

rendement global d’exploitation

70 à 80 %.

La température élevée des fumées en sortie de chaudière peut conduire à une réflexion sur la récupération de l’énergie rejetée dans l’atmosphère. Le recours à des équipements annexes tels que les économiseurs et les condenseurs peut dès lors s’avérer très pertinent. Les économiseurs [64] Un économiseur est un échangeur air/eau permettant de récupérer une partie de l’énergie contenue dans les fumées (chaleur sensible), variable selon la température et le débit de ces dernières. Ils sont généralement employés pour relever la température de retour réseau, parfois pour préchauffer l’air primaire avant son injection dans le foyer. On prendra évidemment soin de limiter la température des fumées en sortie d’économiseur à environ 130 °C afin d’éviter tout phénomène de condensation pouvant altérer la durée de vie de l’installation. En considérant un économiseur couplé à une chaudière de 5 MW et dans les conditions optimisées de combustion, le gain de rendement varie entre un et trois points en fonction de l’état de charge de la chaudière (© Weiss France). La condensation pour augmenter le rendement [64] [65] Tous les combustibles contiennent de l’eau qui absorbe une partie de l’énergie libérée lors de la combustion pour se vaporiser. Par rapport aux combustibles fossiles, le bois contient beaucoup d’eau, même lorsqu’il est sec : de 10 % pour les granulés jusqu’à 55 % pour les plaquettes. La condensation revêt un intérêt particulier dans le cas du combustible bois puisqu’elle permet une valorisation de la chaleur contenue dans la vapeur d’eau. Dans le foyer, l’eau constitutive du bois passe sous la forme gazeuse (vaporisation). Cette réaction est endothermique : l’énergie absorbée correspond à la chaleur latente de vaporisation.

120 Mise en place d’une chaufferie biomasse

Le pouvoir calorifique supérieur (PCS) est l’addition du contenu énergétique intrinsèque du combustible bois, également appelé pouvoir calorifique inférieur (PCI), et de la totalité de la chaleur latente de vaporisation. La chaleur latente de vaporisation est véhiculée par les fumées de combustion. Elle est habituellement rejetée dans l’atmosphère avec les gaz de combustion. Dans un objectif de valorisation de l’intégralité du contenu énergétique d’un combustible bois, la chaleur latente peut être récupérée à l’occasion d’un changement d’état des fumées de combustion en les refroidissant : c’est l’objet de la condensation. Les technologies de condensation appliquées aux chaufferies bois sont fortement développées en Scandinavie, au Danemark et dans les pays germanophones (Suisse et Autriche) et équipent de plus en plus les nouvelles installations en France (réseaux de chaleur d’Angers, Beauvais, Limoges...). Deux grands principes de récupération de chaleur sur les fumées ont été développés dans ces pays : – la condensation par voie sèche, qui consiste en un échange indirect entre les fumées et la source froide ; – la condensation par voie humide, qui correspond à un échange direct entre les fumées et la source froide.

 Figure 3.25  Exemple d’installation d’un condenseur en voie sèche (© Gagersta Energetics).

Le condenseur en voie sèche (Fig. 3.25) est constitué d’un faisceau de tubes au travers desquels circulent les fumées de la combustion du bois. Dans les tubes, la source froide a pour effet de refroidir les fumées jusqu’à la condensation de la vapeur d’eau, ce qui libère ainsi la chaleur latente en abaissant le niveau de température des fumées et en réchauffant le fluide de la source froide.

Production et fourniture d’énergie 121

 Figure 3.26  Principe du condenseur par voie humide (à partir de la Fig. 8 du document condensation).

Le condenseur en voie humide (Fig. 3.26) consiste à laver les fumées en les faisant circuler au travers de buses. L’échange direct entre les fumées à traiter et le liquide constitue une occasion pour récupérer l’énergie latente contenue dans les fumées. Le gain de rendement est étroitement lié aux conditions de combustion, et notamment au coefficient d’excès d’air et à la température des fumées à la sortie du condenseur. Dans les conditions courantes de combustion, le gain de rendement peut s’élever : – de 26 à 27 % pour un bois à 55 % d’humidité (PCS/PCI = 1,31) ; – de 8 à 9 % pour un bois à 25 % d’humidité (PCS/PCI = 1,12). Ces estimations correspondent à un coefficient d’excès d’air de 1,5 à 2 et à une température de fumées de 20 °C. Plus le bois est humide, plus l’amélioration du rendement est sensible. À noter cependant que l’efficacité énergétique d’une installation de condensation est étroitement liée au niveau de température de la source « froide ». Lorsque cette dernière est un réseau de chaleur, la température de l’eau doit être inférieure à 70 °C et idéalement se situer aux alentours de 50 °C. Les points de vigilance doivent porter ainsi sur la technologie de la chaudière et le régime de fonctionnement du réseau : le combustible devant être humide dans ce type d’application, les chaudières doivent être conçues et dimensionnées pour : – pouvoir fournir la puissance avec des combustibles humides (type 55 % humidité relative) ; – garantir les rejets de combustion avec des combustibles humides (rejets garantis jusqu’à 60 % humidité relative et puissance garantie jusqu’à 55 %).

122 Mise en place d’une chaufferie biomasse

La clé de la réussite est dans le niveau de température de la source froide (représentée par le réseau) et dans le respect de cette valeur en exploitation (Fig. 3.27).

 Figure 3.27  Amélioration du rendement grâce à la condensation (© Biomasse Normandie).

Il existe un autre avantage à l’utilisation d’un condenseur : son effet filtrant permet de réduire considérablement les émissions de particules (cf. § 3.1.5.2 sur le traitement des fumées par voie humide).

3.1.4.5 Comptage de l’énergie produite Les chaudières biomasse sont utilisées dans l’industrie, l’agriculture, le tertiaire et dans le collectif tertiaire pour produire de l’énergie thermique, utilisée sous forme de vapeur (saturée, sèche ou surchauffée), d’eau chaude ou surchauffée, d’huile thermique ou d’air chaud. La mesure de l’énergie thermique dans un circuit permet de connaitre les quantités d’énergie produites par la chaudière et consommées par le circuit de l’utilisateur. La mesure de l’énergie thermique est réalisée à l’aide d’un compteur d’énergie thermique, instrument qui, dans un circuit d’échange thermique, mesure l’énergie transportée par un fluide caloporteur. Il existe plusieurs catégories de compteurs adaptées à différents types de fluide (eau chaude, vapeur, air chaud, huile thermique) et différentes caractéristiques du fluide (pression, température, viscosité, charge, etc.). L’ADEME a édité plusieurs fiches précisant la méthodologie de comptage en fonction du fluide utilisé Fig. 3.28) [135].

Production et fourniture d’énergie 123

Ultrasons (propagation)

Massique thermique

Coriolis

X (l) X

X

X

X

Mesurer un débit d’eau surchauffée (jusqu’à 200 °C)

X

X (l) X

X

Contraintes Mesurer un débit d’eau chargée en particules du fluide Mesurer un débit dans large dynamique (Qmax/Qmin > 10)

(l) (l) X

X

X

Conserver des pertes de charge faibles

X (l) X

X

X

X

X

Mesurer le débit sur une conduite de diamètre  75 mm Contraintes de conduite Une longueur droite amont courte ( 1 MW), la complexité de la conception et de l’exploitation technique d’une chaufferie bois associée à un réseau de chaleur, mais surtout de la gestion financière du service (relations avec de nombreux clients publics et privés) font que les collectivités choisissent majoritairement (90 % d’entre elles environ) la gestion déléguée, le plus souvent la formule de la concession. Le fait d’avoir à passer successivement plusieurs marchés et la difficulté de faire une offre de vente de chaleur ferme aux usagers avant d’avoir une connaissance exacte des coûts d’amortissement, d’exploitation... constituent des obstacles difficiles à surmonter pour une collectivité qui souhaite s’engager en gestion directe. L’affermage, formule largement utilisée dans le domaine de l’assainissement et de la distribution de l’eau, est envisageable pour un réseau de chaleur existant déjà affermé à l’occasion du renouvellement du contrat. En revanche, il n’est pas vraiment adapté à un réseau de chaleur en création. Il risque en effet de générer des conflits par la suite entre la collectivité qui a conçu et réalisé les installations et le fermier qui gère et exploite le service et assure la maintenance des équipements (partage des responsabilités mal défini). De plus, cette formule impose de scinder la démarche en deux phases : – d’abord, des marchés de maîtrise d’œuvre et de travaux ; – ensuite, un contrat d’affermage. La collectivité encourt alors le risque d’être confrontée, une fois les ouvrages construits, à des négociations plus difficiles avec les compagnies fermières pressenties et éventuellement à une défection de certains usagers qui, après avoir donné leur accord de principe au raccordement au réseau, auront entre temps changé d’avis. Rappelons en effet qu’il n’y a pas d’obligation de raccordement, lequel demeure facultatif sauf procédure exceptionnelle de classement de réseau. La concession apparaît bien adaptée à une chaufferie bois et à un réseau de chaleur. Dans ce cas, la collectivité confie, sous son autorité, la responsabilité de la mise en œuvre du projet à une société spécialisée, autrement dit : – elle pilote le programme, définit le périmètre, effectue les choix énergétiques, choisit le parti-pris urbanistique et décide du prix du service en dernier ressort. De plus,

Montage des projets 209

elle est responsable de l’équilibre économique du service qu’elle a créé sur la durée de celui-ci ; – le concessionnaire réalise et finance l’opération puis gère le service en se rémunérant sur la vente de chaleur. Mise en place d’une délégation de service public (concession) La délégation de service public en concession (Fig. 4.18) permet à la collectivité de ne pas réaliser d’investissements lourds, tout en bénéficiant d’une rétrocession des ouvrages en fin de contrat. Cette forme de gestion nécessite en revanche, de la part de la collectivité, un engagement sur une longue durée (de l’ordre de 25 ans, le plus souvent) afin que l’entreprise concessionnaire puisse amortir financièrement les ouvrages qu’elle a mis en œuvre et se traduit par des coûts de gestion plus importants. On soulignera que la procédure du choix d’un concessionnaire, encadrée par la loi du 6 février 1992 et par celle du 29 janvier 1993, dite loi Sapin, comporte une très grande souplesse puisque, si elle impose la mise en concurrence et la transparence dans le choix du futur concessionnaire, elle donne la possibilité au maître d’ouvrage et à la commission d’appels d’offres, assistés par des bureaux d’études spécialisés, de discuter librement avec l’un ou l’autre des concessionnaires pressentis sur la mise au point d’une convention de concession, le maître d’ouvrage étant tenu de ne pas trop s’écarter du cahier des charges initialement établi. L’objectif est de parvenir à l’établissement d’une convention de concession et à des contrats de fourniture de chaleur à un prix égal ou inférieur aux énergies de référence. Après accord sur le périmètre du réseau de chaleur, une pré-étude de faisabilité technicoéconomique est présentée aux maîtres d’ouvrage. Si elle est approuvée, ceux-ci désignent leur mandataire commun et choisissent le bureau d’études chargé de les assister. On lance la procédure d’appel d’offres pour le choix du concessionnaire. Si la négociation est positive, le concessionnaire s’engage par convention avec l’autorité concédante sur : – la durée (20 à 24 ans, le plus souvent) ; – le résultat (prix de vente de l’énergie calorifique et clauses d’indexation) ; – l’approvisionnement en bois (conformément au cahier des charges). Si la consultation est infructueuse (prix et service non conformes au souhait des clients), la procédure s’arrête sans pénaliser les maîtres d’ouvrage : les partenaires ne sont liés par aucun engagement tant que la police d’abonnement n’est pas signée.

210 Mise en place d’une chaufferie biomasse

Définition du périmètre desservi par le réseau de chaleur

Étude de faisabilité

Choix d’un mandataire commun future autorité concédante

Choix d’un BET pour monter le dossier d’appel d’offres

Choix d’un concessionnaire (consultation et négociation)

Résultat positif

Délégation de service public

Démarche infructueuse

Les partenaires ne sont liés par aucun engagement

Établissement de la convention de concession

Mission du concessionnaire

Concevoir, financer, réaliser la chaufferie et le réseau de chaleur. Assurer l’exploitation technique de l’installation. Assurer la gestion du service. (Vente de l’énergie calorifique)  Figure 4.18  Schéma de la mise en place d’une délégation de service public en concession.

Montage des projets 211

4.4.3 Synthèse Les tableaux 4.5 et 4.6 suivants dressent la synthèse des montages juridiques envisageables. La figure 4.19 résume le montage juridique d’un réseau de chaleur urbain.  Tableau 4.5  Montage juridique pour une chaufferie dédiée (© Matharan/Trivalor). Type de contrat Qui finance ?

Personne publique

Personne publique

Qui construit ?

Qui exploite ?

Gestion directe

Marchés Publics (MP)

Prestataire public ou privé (choisi après une mise en concurrence)

Personne publique

Oui

Marché public de travaux

Bail emphytéotique administratif (BEA)

– Marché public de travaux et de services – OU marché public de travaux + marché public de prestation de service

Prestataire public ou privé (choisi après une mise en concurrence)

Bail avec convention d’exploitation

Prestataire public ou privé (choisi après une mise en concurrence)

 Tableau 4.6  Montage juridique pour un réseau de chaleur (© Matharan/Trivalor). Type de contrat Qui finance ?

Qui construit ?

Qui exploite ?

Gestion directe

Marchés publics (MP)

Personne publique

Prestataire public ou privé (choisi après une mise en concurrence)

Personne publique

Oui

Marché public de travaux

Personne publique

Prestataire public ou privé (choisi après une mise en concurrence)

212 Mise en place d’une chaufferie biomasse

– Marché public de travaux et de services – OU marché public de travaux + marché public de prestation de service

Délégations de service public (DSP)

Type de contrat Qui finance ?

Personne publique

Qui construit ?

Qui exploite ?

Prestataire public ou privé (choisi après une mise en concurrence)

Fermier (prestataire public ou privé choisi après une mise en concurrence)

Gestion directe

Marchés publics (MP)

Délégations de service public (DSP)

marché public de travaux

Contrat d’affermage

Concessionnaire (prestataire public ou privé choisi après une mise en concurrence)

Contrat de concession de travaux et de service public

Mode de gestion

Gestion directe

Gestion en régie

Marchés : • de maîtrise d’œuvre, • de construction.

Gestion indirecte

Gestion déléguée (affermage - Loi Sapin)

Marchés : • de maîtrise d’œuvre, • de construction, • de contrôle de la délégation de service public. 1 contrat d’affermage.

Maîtrise d’ouvrage travaux : publique Financement : commune Propriété des équipements : commune

Gestion déléguée (concession - Loi Sapin)

1 contrat de concession, 1 marché de contrôle de la délégation de service public.

Maîtrise d’ouvrage travaux : privée sous contrôle de la collectivité Financement : concessionnaire Propriété des équipements : commune à l’issue du contrat

 Figure 4.19  Montage juridique d’un réseau de chaleur urbain.

Montage des projets 213

Les contrats d’exploitation de chauffage Un contrat d’exploitation de chauffage appartient à la catégorie des contrats avec obligation de résultats. Il s’agit d’un marché qui relève, pour les acheteurs publics, du Code des marchés publics. Il peut comporter trois postes distincts, correspondant à des prestations complémentaires, généralement dénommées P1, P2 et P3 suivant les habitudes de la profession. Le poste essentiel, qui forme la base de tous les contrats, est le P2, qui concerne la conduite et l’entretien courant des installations. P1 représente la fourniture d’énergie et P3 le gros entretien ou la garantie totale. Sur la plupart des contrats peut se greffer une formule dite « d’intéressement » qui prévoit le partage des économies ou des surconsommations d’énergie par rapport à une consommation théorique, entre le prestataire et le maître d’ouvrage [115]. Le poste P1 : fourniture d’énergie Mis à part certains cas où le P2 multi-services prend une ampleur particulière, le poste P1 (fourniture d’énergie) est généralement le poste de dépenses le plus élevé du contrat. Pour assurer une gestion saine et mener une véritable politique de maîtrise de l’énergie, il est souhaitable de disposer de trois informations : – la consommation théorique de base, calculée à partir des caractéristiques du bâtiment, de l’installation thermique et d’un nombre moyen de degrés-jours ; – la consommation théorique ajustée, qui tient compte de la rigueur réelle de l’hiver, de la durée de la saison de chauffe et des modifications éventuelles de température ; – la consommation réelle, d’énergie ou de combustible. Le poste P1 peut correspondre à un prix forfaitaire ou être proportionnel soit à la rigueur de l’hiver (marché dit de température) ou encore aux quantités d’énergie livrées. Le poste P2 : conduite et entretien courant des installations Il recouvre classiquement les opérations consistant à : – veiller en permanence à l’alimentation en combustible ou en énergie ; – procéder aux approvisionnements en combustibles et autres ingrédients s’ils sont à la charge de l’exploitant ; – procéder aux réglages et aux ajustements nécessaires en cours de saison pour l’obtention des résultats garantis par le contrat ; – procéder aux réglages de combustion ; – veiller au bon entretien courant des différents composants de l’installation et des locaux les contenant pris en charge dans le cadre du contrat ; – organiser l’exploitation pour assurer des interventions rapides et efficaces en cas de dépannage éventuel. Telles sont les prestations habituelles. En fait, les exploitants offrant des services de plus en plus diversifiés (contrats multi-services), le terme P2 peut prévoir des prestations de nature très différentes. Le poste P3 : gros entretien et renouvellement des équipements Le poste P3 concerne le gros entretien et le renouvellement éventuel des équipements. Il ne peut être contracté que jumelé à un P2 avec le même exploitant et pour la même durée. Dans cette formule, le maître d’ouvrage verse une redevance annuelle soit transparente vis-à-vis des travaux effectués, soit forfaitaire qui dépend de la consistance et de l’état des installations. En contrepartie, l’exploitant s’engage à remplacer tout ou partie des matériels défaillants pendant la durée du contrat. Il s’engage par ailleurs à rendre en fin de contrat les installations en bon état de fonctionnement.

214 Mise en place d’une chaufferie biomasse

Les avantages de la formule sont nombreux. Elle donne la responsabilité entière, technique et financière, de l’installation à l’exploitant, ce qui facilite d’autant la tâche du maître d’ouvrage. Ce dernier bénéficie, en outre, d’une garantie sécurisante de continuité de service et peut aisément prévoir ses dépenses annuelles sans avoir à provisionner des sommes importantes destinées à couvrir des frais de dépannage ou de renouvellement. Le terme P4 est parfois utilisé sans base légale pour définir la formule de financement proposée par un exploitant de chauffage en dehors du contrat d’exploitation à proprement parler tel que défini ci-dessus.

4.4.4 Mutualisation de la maîtrise d’ouvrage [116] La plupart des grandes villes ont organisé le service public de production et distribution d’énergie calorifique sur leur territoire et mis en place des réseaux de chaleur avec chaufferie bois. Les villes de taille moyenne disposant de ressources humaines, techniques, administratives et financières suffisantes ont également mis en place ce service. Une majorité de petites et moyennes communes s’interrogent sur la pertinence de l’exercice de la maîtrise d’ouvrage d’un projet de réseau de chaleur avec chaufferie bois à leur échelle. Pour de nombreuses communes, le développement et la réussite des projets de réseaux de chaleur avec chaufferie bois nécessitent d’identifier l’autorité organisatrice qui sera en mesure d’organiser le service public de production et distribution d’énergie calorifique. Il convient de fédérer les petites et moyennes communes et de mutualiser les maîtrises d’ouvrage afin que les projets de réseaux de chaleur avec chaufferie bois soient de réels outils d’aménagement du territoire et d’efficacité des politiques énergétiques. La mutualisation permet de mettre en place des structures et des moyens de gestion/d’exploitation qualifiés pour des maîtres d’ouvrage qui seuls n’ont pas la masse critique. La maîtrise d’ouvrage recouvre deux aspects : 1. le montage de l’opération depuis les études préalables jusqu’à la réception des travaux ; 2. l’exploitation et la gestion du service. Exemples de schémas de mutualisation Le cas du SYDED dans le Lot Historiquement, il s’agit d’un syndicat de traitement des déchets. À la demande de ses communes adhérentes, le SYDED est devenu opérateur départemental en matière de bois énergie pour la gestion de l’approvisionnement des chaufferies et la réalisation de réseaux de chaleur au bois. Avant mise en œuvre des projets, une étude de faisabilité est réalisée par le syndicat (financée en partie par la commune concernée par le projet). Si la faisabilité du projet est validée, la commune transfère sa compétence de production et de distribution d’énergie calorifique au syndicat. Le syndicat assume la maîtrise d’ouvrage à part entière : – maîtrise d’ouvrage des travaux : financement/construction de la chaufferie et du réseau/ recherche de subventions ;

Montage des projets 215

– propriété des équipements ; – exploitation technique des installations (assurée en régie par le syndicat, le cas échéant l’entretien courant peut être sous-traité à la commune) ; – gestion du service : approvisionnement en combustible/facturation de l’énergie consommée (avec tarif péréqué)/relation avec les usagers. Selon la taille du projet, le syndicat réalise lui-même les travaux ou les fait exécuter et exploiter au travers d’une délégation de service public. Le cas du SIGERLy pour la région lyonnaise Historiquement, le syndicat est autorité organisatrice pour la distribution d’électricité et de gaz. En compétences optionnelles, le syndicat propose la « production et la distribution publique de chaleur » (une dizaine de communes y ont d’ores et déjà adhéré). Le syndicat porte le projet en lieu et place de la commune. Les projets peuvent être réalisés en délégation de service public selon leur taille. À ce titre, le transfert de la compétence par la commune au syndicat a une durée de 24 ans, autrement dit, une durée calée sur celle habituellement rencontrée pour les contrats de délégation de service public (sous forme concessive) et donc une durée suffisante pour amortir les installations. Le cas des syndicats d’énergie dans la Loire (SIEL) et la Nièvre (SIEEEN) Adhésion à une compétence optionnelle d’assistance énergétique pour la mise en place de chaufferies bois. Le syndicat est maître d’ouvrage pour la réalisation de la chaufferie et maître d’œuvre de l’installation s’il s’agit d’une chaufferie de petite voire moyenne puissance (inférieure à 1 MW). Il rétrocède ensuite la chaufferie à la commune moyennant le versement d’un loyer correspondant à l’amortissement des investissements engagés par le syndicat. L’exploitation technique de la chaufferie est soit à la charge de la commune soit assurée par le syndicat (dans ce cas, le loyer payé par la commune en tient compte). La commune gère le service approvisionnement, vente de chaleur et relations avec les abonnés. Les limites de ce schéma de mutualisation observées dans la Loire et la Nièvre La maîtrise d’ouvrage ne peut être transférée de manière partielle : – une compétence ne peut être transférée que dans sa totalité (investissement + fonctionnement) ; – problème de la propriété des installations lié à la circulaire NOR/LBL/B/04/10075/C du 15 septembre 2008 prise en application de la loi n° 2004-809 du 13 août 2004 relative aux libertés et responsabilités. La compétence pour organiser le service public local de production et distribution de l’énergie calorifique doit donc faire l’objet d’un transfert total à la structure de mutualisation – les communes ayant transféré leur compétence en sont donc totalement dessaisies.

216 Mise en place d’une chaufferie biomasse

Schéma inapplicable aux projets de forte puissance, dès lors le syndicat ferait appel à un délégataire de service public : – la rétrocession de la chaufferie est incompatible avec la responsabilité du délégataire sur les installations ; – dans le cas d’une délégation de service public sous forme concessive, le concessionnaire assume une mission globale de conception, financement, réalisation, exploitation des ouvrages et gestion du service. Les autres schémas de mutualisation À l’échelle intercommunale Toute structure intercommunale, en raison d’un transfert de la compétence « service public de production et distribution de l’énergie calorifique » par les communes membres. Les communautés urbaines, au titre de leur compétence obligatoire « maîtrise de l’énergie » prévue par le Code général des collectivités territoriales. Mais également les communautés de communes, au titre de cette même compétence « maîtrise de l’énergie » qui est une compétence optionnelle, voire les communautés d’agglomération. À noter que les pays et les parcs naturels régionaux, qui s’organisent autour d’un projet commun de développement durable, et peuvent assumer un rôle d’animation de la filière bois énergie, notamment en milieu rural, ne sont pas des collectivités territoriales et ne peuvent pas être autorité organisatrice du service public. À l’échelle départementale voire régionale En dehors des syndicats d’électricité, la mutualisation à l’échelle départementale voire régionale passe a priori par la création de nouvelles structures intercommunales de type syndicat mixte ouvert. La gestion mutualisée par les sociétés publiques locales (SPL) [118] Cette formule juridique est définie par la loi n° 2010-559 du 28 mai 2010. Les principes en sont les suivants : – société anonyme régie par le Code du commerce dont la création relève d’une délibération des collectivités locales ou de leur groupement ; – capital 100 % public, détenu par au moins deux collectivités locales (seules les collectivités territoriales et leurs groupements peuvent être membres d’une SPL : sont donc exclus de ce schéma, les établissements publics, notamment les bailleurs sociaux) ; – compétence pour exploiter un service public à caractère industriel et commercial (l’objet de la SPL doit toutefois avoir un lien avec les compétences des membres adhérents) ; – intervention exclusivement pour le compte de ses actionnaires publics et sur leur seul territoire ; – les SPL répondent à la définition de « pouvoir adjudicateur » et sont soumises à l’ordonnance n° 2005-649 du 6 juin 2005 pour leurs propres achats (obligation de respecter les règles de publicité et de mise en concurrence) ;

Montage des projets 217

– gestion de droit privé (comptabilité et personnel) mais possibilité de détachement de fonctionnaires territoriaux. Les atouts des SPL sont nombreux : – maîtrise politique par les collectivités territoriales actionnaires (capital, conseil d’administration...) ; – mandat confié (sans mise en concurrence) par la collectivité à la SPL pour des missions à effectuer pour le compte de la collectivité ; – performance, réactivité, souplesse (gestion de droit privé) ; – ancrage territorial (développement local et cohésion des territoires) adapté à la valorisation des ressources locales, à la création d’emplois de proximité et à des activités non délocalisables ; – administrateurs disposant d’une sécurité juridique (responsabilité de la collectivité et non de l’élu mandataire) ; – transparence de la gestion : contrôles internes et externes, à la fois publics et privés ; – priorité donnée à l’intérêt général et aux citoyens primant sur l’intérêt strictement financier ; – solution évolutive selon le contexte, le projet et les enjeux locaux.

4.5 Analyse économique L’étude technico-économique doit prendre en compte deux ou trois variantes au maximum, pour lesquelles on doit évaluer les données suivantes : – – – –

coût d’investissement (équipements et génie civil) ; coût d’exploitation (main d’œuvre, entretien, remplacement de matériel...) ; coût de combustibles (bois et appoint) ; coût global de production/distribution de la chaleur.

Seront successivement présentés les paramètres économiques clés puis l’analyse des critères utilisés pour évaluer la viabilité d’un projet.

4.5.1 Paramètres économiques clés 4.5.1.1 La nécessité d’une analyse en coût global Le coût global de la chaleur est un outil utilisé pour évaluer la pertinence économique d’un projet biomasse (Fig. 4.20). Celui-ci reflète le point de vue des utilisateurs de la chaleur, pour lesquels l’énergie représente un coût, mesuré en euros par MWh utile « sortie chaudière » [118]. Il peut aussi être défini comme le coût de la chaleur rendue radiateur, c’est à dire avec une prestation primaire (coût de l’énergie entrante dans l’immeuble) et une prestation secondaire (distribution dans l’immeuble).

218 Mise en place d’une chaufferie biomasse

Les calculs sont réalisés à la fois pour le projet bois et pour la situation « de référence » associée, basée sur des énergies fossiles. Dans l’un et l’autre cas, il est indispensable d’établir un prix de revient de la chaleur lissé sur une période longue (la durée de vie de l’installation étudiée) et de prendre en compte plusieurs facteurs, notamment : – la nécessité de s’affranchir de la forte volatilité du cours des énergies fossiles, pour la situation « de référence », en évitant de se caler sur un cours ponctuel trop faible (ou à l’inverse trop élevé) ; – l’intégration de provisions pour renouvellement des installations, et en contrepoint celle d’investissements dans de nouveaux équipements ou des mises en conformité « conventionnels » si ceux existants dans la situation « de référence » sont anciens. Le maître d’ouvrage (chaufferie dédiée) ou l’autorité organisatrice du service public (réseau de chaleur) effectue généralement cette comparaison en coût global moyen. En effet, dans le cas d’un réseau de chaleur, avec vente de la chaleur à plusieurs abonnés, la diversité des profils de consommation peut conduire, au travers du mode de tarification (parties fixe et variable), à des disparités du coût global de la chaleur renouvelable, mais aussi a fortiori du résultat de la comparaison avec chaque situation « de référence » particulière. Dans le cas de l’habitat locatif, par le jeu des charges récupérables, le coût de la chaleur pour l’utilisateur final recouvre encore une autre notion qui doit être également analysée lors du montage des projets. Quel que soit le type du projet et son mode de gestion, on décompose généralement le coût global en cinq termes, représentant les charges liées respectivement : – à la fourniture de combustible (bois et fossile en appoint/secours) ; – à l’achat d’électricité nécessaire au fonctionnement de la chaufferie proprement dite (équipements mécaniques assurant l’alimentation automatique de la chaudière, circulation des fluides en chaufferie, force motrice nécessaire à la distribution de l’eau chaude) ; d’autres charges sont parfois prises en compte au sein de ce poste (consommation d’eau de réseau, abonnement au gaz naturel...) sous le terme de consommations auxiliaires ; – aux charges de conduite et d’entretien courant de l’installation qui intègrent généralement non seulement des coûts variables liés à la main d’œuvre en chaufferie et en sous-stations ou au remplacement de pièces d’usure courante, mais également des frais fixes liés aux charges de structure de l’exploitant de chauffage ou aux taxes et redevances diverses ; – au gros entretien et renouvellement qui correspond à des provisions sur certaines charges prévisibles sur le long terme (réfection du réfractaire de la chaudière par exemple) ; il convient de préciser que, dans certains cas (chaufferies dédiées avec contrat d’exploitation notamment), ce poste peut correspondre à une « garantie totale », c’est-à-dire au remplacement de l’équipement à l’identique en fin de contrat ; – à l’amortissement des investissements (chaufferie, réseau, sous-stations, équipements thermiques).

Montage des projets 219

En €TTC/MWh utile 90 Financement subventionné

80 70

Amortissement et exploitation

Impact de la subvention

19% Financement

25%

Gros entretien, renouvellement

6%

Exploitation

20%

60 50 40 30

Combustible gaz naturel

81%

Combustible fossile

16%

Combustible bois

33%

20 10 0

Chaleur gaz naturel

Chaleur bois

15%

Frais de gestion et impôts

10%

Amortissement équipements et infrastructures

30%

Transport

25%

Conditionnement, manutention

20%

Matières premières

Combustible bois

 Figure 4.20  Exemple de comparaison du coût global d’une chaufferie au gaz naturel et d’une chaufferie au bois déchiqueté (© CIBE).

4.5.1.2 Investissements Coûts d’investissement Les investissements sont répartis en six lots principaux : – la ou les chaufferies bois, y compris les équipements automatiques et périphériques (traitement des fumées, évacuation des cendres) ; – éventuellement les générateurs d’appoint au fioul domestique ou gaz naturel ; – le génie civil (chaufferie proprement dite et silo tampon) et les aménagements de la voirie extérieure ; – les équipements annexes en chaufferie (hydraulique et régulation du primaire, cheminée) ; – éventuellement le réseau primaire et les sous-stations ; – les études et la maîtrise d’œuvre. Les postes infrastructures (génie civil et voirie) et réseaux peuvent représenter une part très importante du montant total des investissements. On observe une économie d’échelle jusqu’à 500 kW. Au-delà, le coût d’investissement est compris dans une fourchette de 150 à 200 k€/MW bois. Financement des investissements (hors subvention) On distingue deux cas : – gestion directe, mixte ou affermage. La réalisation des travaux de construction est sous la responsabilité directe du maître d’ouvrage qui peut faire appel à différents moyens de financement des investissements (Tab. 4.7) ;

220 Mise en place d’une chaufferie biomasse

 Tableau 4.7  Moyens de financement des investissements. Nature

Imputation budgétaire

Autofinancement Emprunt

Remarques . Généralement limité.

Investissements

Crédit-Bail (Sofergie) Fonctionnement Tiers financement

. Couramment utilisé. . Taux 2006 : 4 à 5 %. . Durée : 12 à 20 ans. . Location avec retour de biens en fin de contrat. . Durée : cinq à 12 ans. . Financement par société extérieure. . Remboursement sur économies réalisées.

– concession ou bail emphytéotique administratif avec convention d’exploitation non détachable. Le financement est réalisé par le concessionnaire ou preneur à bail/emphytéote (sur fonds propres ou en ayant recours à l’emprunt ou au crédit-bail) qui peut percevoir directement les subventions. Évolution des coûts d’investissement [119] [120] Le bureau d’études Perdurance a réalisé en 2009, pour le compte de l’ADEME, une étude visant à identifier et analyser l’évolution des coûts d’investissement des chaufferies bois dans le secteur collectif, par poste et par gamme de puissance, entre le début et la fin du programme bois/énergie 2000-2006. 90 projets français ont été analysés et comparés à 76 installations allemandes et 36 autrichiennes. Quatre postes de décomposition du coût d’investissement ont été pris en compte : – – – –

production de chaleur (chaudière, équipement et fluides) ; génie civil ; distribution de chaleur (canalisations, tranchées, sous-stations du réseau primaire) ; études, maîtrise d’œuvre et autres frais.

La recherche d’une bonne homogénéité de résultats a conduit à retenir trois classes de puissance bois : C1, de 100 à 300 kW ; C2, de 300 kW à 1,2 MW ; C3, plus de 1,2 MW. Le coût d’investissement global des projets, rapporté à la puissance bois présente (toutes périodes confondues) une dispersion importante de 300 à 2 800 €/kW soit un facteur de 1 à 9 (Fig. 4.21). Cette amplitude s’explique par le coût de la distribution, qui peut être très élevée pour des projets « greenfield ». Cette dispersion peut être ramenée à un facteur 2, d’une part en raisonnant sur chaque classe de puissance et chaque période, d’autre part en retirant à l’intérieur de chaque classe les projets comportant les valeurs extrêmes. L’amplitude reste néanmoins forte, surtout en considérant que la réduction est obtenue en écartant 20 %

Montage des projets 221

des projets, soit une proportion assez importante. Une hausse des coûts d’investissement de l’ordre de 25 % est observée entre 2000 et 2005. Elle impacte de manière comparable l’ensemble des classes de puissance et les postes de coûts, à l’exception du poste « distribution » des réseaux de chaleur de forte puissance pour lequel l’augmentation est plus faible. Pour l’essentiel, cette hausse provient de la répercussion de conditions économiques externes, en premier lieu de l’augmentation des prix de l’acier et de l’énergie, notamment de leur bond enregistré fin 2003. La comparaison avec les projets allemands et autrichiens montre une similitude globale des ratios économiques en fin de période, malgré certaines spécificités propres à chaque pays (traitement des émissions plus poussé en Allemagne par exemple). En France, les coûts de génie civil sont cependant plus élevés d’au moins 50 %, à puissance équivalente, que chez nos voisins allemands. Ils sont aussi supérieurs aux coûts des projets autrichiens qui incluent pourtant des silos et des hangars de taille très nettement supérieure. En synthèse, les divers éléments de l’étude illustrent la réalité (et les difficultés) du montage des projets. Chacun fait l’objet, en fonction de son contexte propre, d’un dimensionnement en principe optimisé de façon à atteindre une économie globale qui autorise son lancement. Cette optimisation concerne non seulement les coûts d’investissement, mais aussi les besoins de chaleur et les postes de coûts récurrents (combustibles, exploitation, maintenance). La maîtrise nécessaire des coûts d’investissement (l’octroi de subventions ne dispense pas d’optimiser les projets sur ce point !) ne doit donc pas se faire au détriment de l’économie ou de la performance globale des projets, mais au contraire s’effectuer dans ce cadre consolidé. 1 800 1 600 1 400

+ 21%

1 200

1 334

+ 24%

1 000 800

934

1 105

+ 27%

751

600

733

578

400 200 0

C1 (100 à 300 kW)

C2 (300kW à 1,2 MW)

C3 (plus de 1,2 MW)

Légende

g En €/kW bois (valeur janvier 2007) Début de période (juin 1999 - juin 2002) Fin de période (juillet 2004 - février 2008) (Source : Perdurance/Ademe)

 Figure 4.21  Plages de variation et moyennes pondérées des coûts d’investissement globaux des projets étudiés selon la classe de puissance (© Perdurance, ADEME).

222 Mise en place d’une chaufferie biomasse

Subventions à l’investissement Des aides publiques sont proposées par différents organismes publics (ADEME, conseils régionaux et généraux, fonds structurels européens) et permettent de réduire la charge d’amortissement de la chaufferie bois et du réseau. À titre d’exemple, une subvention correspondant à 50 % du montant total des investissements entraîne ipso facto un abaissement de 50 % de la charge d’amortissement qui sera répercuté dans le prix de revient de la chaleur. Fiscalité liée aux investissements [112]  Tableau 4.8  Taux de TVA applicables sur les investissements (© ADEME). Utilisateur

TVA applicable en %

Collectivité

201

HLM2

10,00

Etablissement public hors HLM

20 (non récupérable)

Entreprise

20 (récupérable)

Les collectivités peuvent récupérer une part importante de la TVA sur l’investissement par l’intermédiaire du FCTVA (fonds de compensation de la TVA) (Tab. 4.8). Appartiennent à cette catégorie les organismes éligibles aux prêts logements sociaux PLS (HLM, maisons de retraite…). Subventions publiques : en l’absence de lien entre l’attributaire et le bénéficiaire de subvention d’équipement, celles-ci ne sont jamais assujetties à la TVA. En ce qui concerne la récupération de la TVA sur les investissements, les mécanismes rencontrés sont variables : – pour les collectivités maîtres d’ouvrage, il y a récupération de TVA par le fonds de compensation sauf si le financement est assuré par tiers-investissement ou par crédit-bail ; – pour les établissements publics autres (hôpitaux, organismes HLM), il n’y a en règle générale, pas de récupération de TVA sur les investissements.

4.5.1.3 Exploitation Coûts d’exploitation Les coûts d’exploitation comprennent : – l’achat du combustible ou de l’énergie primaire consommée par l’installation ; – la conduite et l’entretien courant des installations (classiquement regroupés sous le terme P2) : frais de personnel et d’entretien, fournitures et consommables, électricité ; – le gros entretien et le renouvellement de matériel (P3) ; – les assurances ;

Montage des projets 223

– les impôts et les taxes ; – éventuellement la marge commerciale de l’exploitant. Il est extrêmement difficile de donner une estimation générale des coûts d’exploitation (P2, P3 et charges de structure) : selon la taille de l’installation, l’étendue des prestations, le nombre d’usagers avec facturation, les provisions pour risques (impayés...), les impôts et taxes, ces coûts peuvent aller de 15 à 40 €/kW bois installé. Il faut donc examiner les projets au cas par cas [121]. Le coût annuel du gros entretien et renouvellement de matériel est couramment estimé à 3 % du coût des équipements hors génie civil et réseau de distribution de la chaleur (et hors subventions). Évolution des coûts d’exploitation [121] [122] Une étude réalisée en 2010 par Perdurance pour le compte de l’ADEME a analysé les coûts d’exploitation des projets biomasse relevant du dispositif de soutien Fonds chaleur dans le secteur du chauffage collectif. Les coûts d’exploitation se décomposent en trois grands sous-ensembles : – la consommation d’énergie primaire et les consommations auxiliaires (habituellement désignés par P1 et P’1 pour une chaufferie dédiée ou R1 et R21 pour un réseau de chaleur) ; – l’exploitation et l’entretien courant (P2 ou R22) ; – les provisions pour grosses réparations et renouvellement des équipements (P3 ou R23). L’évaluation de ces coûts s’appuie sur l’analyse d’un échantillon de 60 opérations récemment réalisées dans plusieurs régions, en recueillant des informations auprès des professionnels (assistants des maîtres d’ouvrage, bureaux d’études...), des directions régionales de l’ADEME et à partir d’une quinzaine de projets présentés en Commission nationale des aides (CNA). Les coûts ont été actualisés pour être ramenés aux mêmes conditions économiques : celles de décembre 2009. Éventuellement, le coût des investissements subventions déduites. L’étude distingue deux grandes familles de projets : les réseaux de chaleur (en délégation de service public [DSP] ou en régie) et les chaufferies dédiées à un établissement public. Pour les réseaux de chaleur, les principaux enseignements tirés sont les suivants : 1) le coût global de la chaleur délivrée se situe entre : – 45 et 70 € TTC/MWh utile (57 € en moyenne) pour des puissances bois de 2 à 10 MW, – 40 et 95 € TTC/MWh, soit une plage beaucoup plus large, pour les puissances bois inférieures à 2 MW ; 2) on n’observe pas d’écart significatif selon les modes de gestion, entre DSP et régies (cellesci étant toujours réservées à des installations de puissance inférieure à 3 MW) ; 3) le poste électricité et auxiliaires est corrélé à la quantité d’énergie délivrée, soit en moyenne 2,75 € HT/MWh utile ; 4) résultat plus inattendu, le poste exploitation proprement dit présente aussi, à partir de 1 MW, une forte corrélation avec l’énergie utile (passant de 11,7 à 10,6 € HT/MWh en

224 Mise en place d’une chaufferie biomasse

moyenne, entre 2 et 10 MW de puissance bois), seules les petites puissances s’écartent de cette fourchette ; 5) les provisions pour grosses réparations et renouvellement dépendent quant à elles du niveau des investissements (et donc de la puissance installée). Pour les chaufferies dédiées, le coût moyen de la chaleur (62,1 € TTC/MWh utile) n’est pas significativement différent de celui des réseaux de chaleur (Tab. 4.9). On n’observe pas non plus de différence très marquée selon les activités, même si les usages à faible intermittence (secteur hospitalier et social) présentent des coûts unitaires sensiblement inférieurs aux autres. Les observations faites pour les réseaux concernant les postes électricité et exploitation/entretien, fonctions de l’énergie distribuée, et gros entretien et renouvellement, peuvent être faites pour les chaufferies dédiées. De façon générale, l’étude rappelle que l’exploitation appelle une attention toute particulière et dans la durée, puisque ce poste de charges représente typiquement près d’un tiers du coût global de la chaleur.  Tableau 4.9  Synthèse des coûts liés à l’exploitation des chaufferies dédiées (© Perdurance/ ADEME). Puissance bois de référence

P’1 en € HT/MWh utile Plage de variation

Valeur moyenne

1 2

1,0 à 2,6

1,6

3

P2 en € HT/MWh utile

P3 en € HT/MWh utile

Plage de variation

Valeur moyenne

Plage de variation

Valeur moyenne

12 à 23

14,2

11 à 21

16

8 à 21

12,3

8 à 17

12,4

8 à 21

11,8

7 à 14,5

10,8

Fiscalité liée à l’exploitation [112] 1) TVA applicable aux réseaux de chaleur R1 TVA

5 %

R2 1

5 %2

Le taux réduit s’applique à la fourniture de chaleur que lorsqu’elle est produite à plus de 50 % à partir de biomasse, de géothermie, d’incinération de déchets ou d’énergie de récupération (Code général des impôts). La TVA réduite sur l’abonnement est valable, quelle que soit l’énergie utilisée. 2) TVA applicable sur l’exploitation d’une chaufferie dédiée L’exploitation technique de la chaufferie peut être assurée en interne (personnel communal pour les collectivités) ou être confiée à une entreprise privée qui facturera la prestation (appelée communément P2 pour l’entretien courant et P3 pour le gros entretien). Dans le premier cas, l’organisme n’est pas soumis à la TVA sur les frais de personnel. Dans le second cas, la TVA s’applique sur le montant HT de la prestation selon le tableau 4.10 suivant.

Montage des projets 225

 Tableau 4.10  TVA applicable sur l’exploitation d’une chaufferie dédiée (© ADEME). Utilisateur

TVA applicable (en %)

Collectivité

20

HLM

10 % (entretien courant/P2) 80 % du gros entretien (P3) à 10 20 % du gros entretien (P3) à 20

Établissement public hors HLM

20

Entreprise

20 (récupérable)

4.5.1.4 Coûts liés aux installations de cogénération L’étude ADEME-ENERTIME (2012) [136] a permis d’évaluer les coûts d’investissement et d’exploitation des installations de cogénération biomasse (Tab. 4.11 et 4.12).  Tableau 4.11  Coûts d’investissement (© ADEME-ENERTIME). Gamme de puissance (MWe)

Technologie

Fourchettes d’investissement (€/kWe)

0,5 ≤ Pelec < 1

ORC

5 000 ≤ Inv < 6 500

1 ≤ Pele < 2

ORC

4 500 ≤ Inv < 6 000

2 ≤ Pele < 3

ORC

4 500 ≤ Inv < 5 500

3 ≤ Pele < 5

Vapeur

4 000 ≤ Inv < 5 500

5 ≤ Pele < 7

Vapeur

3 500 ≤ Inv < 4 500

7 ≤ Pele < 10

Vapeur

3 000 ≤ Inv < 4 000

 Tableau 4.12  Coûts d’exploitation (© ADEME-ENERTIME). Poste

Technologie ORC

Technologie VAPEUR

Besoins en personnel

–  De 0,5 à 1 personne pour les centrales jusque 1 MWe – De 1 à 3 personnes entre 1 et jusque 3 MWe

– De 4 à 9 personnes pour les centrales jusque 5 MWe –  De 6 à 12 personnes entre 5 et 10 MWe

Consommation des auxiliaires

– 13 % jusque 2 MWe – 12 % de 2 à 3 MWe

– 12 % jusque 5 MWe – 11 % de 2 à 12 MWe

Maintenance

– 1,5 %/an de l’investissement

– Entre 2 et 2,6 %/an de l’investissement

Les installations inférieures à 3 MWe, utilisant majoritairement la technologie ORC, compensent les surcoûts d’investissement (en €/kWe) par des coûts d’exploitation beaucoup plus faibles (systèmes autonomes, pas de partie sous pression, pas de présence humaine permanente).

226 Mise en place d’une chaufferie biomasse

4.5.2 Analyse de la viabilité économique d’un projet La viabilité économique d’un projet de chaufferie bois, associée ou non à un réseau de chaleur, s’appréhende de deux points de vue bien distincts. Celui de l’industriel qui investit ou de l’opérateur énergétique qui réalise et finance les travaux et éventuellement assure la gestion et l’exploitation des installations (concessionnaire ou preneur à bail/emphytéote). L’entreprise va chercher à évaluer la rentabilité des capitaux investis sur la durée de vie des installations (ou du contrat). Celui des usagers publics ou privés, qui produisent de la chaleur pour leurs besoins propres (livraison à soi-même) ou qui l’achètent à la collectivité (régie) ou à son délégataire (affermage ou concession). L’usager va comparer, toutes charges confondues, le prix de la chaleur de la situation de référence (fioul ou gaz) à celui de la situation alternative envisagée (bois + appoint) obtenue « sortie chaudière » ou qui lui est livrée par le réseau « rendue sous-station ».

4.5.2.1 Approche économique et financière du point de vue de l’industriel ou de l’opérateur énergétique La viabilité économique du projet s’apprécie à partir de ratios comme le temps de retour brut (TRBd) des investissements ou le taux de rentabilité interne (TRI) des capitaux investis.

Le temps de retour brut différentiel (TRBd) C’est une notion très sommaire, de moins en moins utilisée, notamment parce qu’elle ne prend pas en compte la démarche d’actualisation ; ce critère n’a d’intérêt que pour hiérarchiser rapidement plusieurs variantes et déterminer laquelle apparaît a priori la plus favorable. TRB =

Surcoût d’investissement total après subvention Économie obtenue sur le combustible – surcroût d’exploitation de la solution bois

Illustration du TRBd : exemple chiffré Surcoût d’investissement total Subvention 50 % Surcoût d’investissement à la charge du maître d’ouvrage Coût du combustible de référence (fioul ou gaz) Coût du combustible bois + appoint Économie sur l’achat du combustible Surcoût annuel d’exploitation sur la chaufferie bois TRBd = 75 000/(25 000 – 15 000) = 7,5 ans

150 000 € 75 000 € 75 000 € 50 000 € 25 000 € 25 000 € 15 000 €

La valeur actuelle nette du projet (VAN) C’est la somme des résultats d’exploitation annuels actualisés diminuée de l’investissement initial après subvention. Le taux d’actualisation à prendre en compte est le coût moyen

Montage des projets 227

pondéré des ressources en capital (fonds propres et emprunts). Le projet est rentable si la VAN est supérieure à zéro. Pour qu’un projet soit suffisamment rentable et attractif pour un investisseur privé, le ratio entre la VAN et le coût d’investissement après subvention (le taux d’enrichissement en capital) doit être supérieur typiquement à 0,3. Cette dernière peut varier en fonction du taux d’actualisation qui a été choisi.

Le taux de rentabilité interne (TRI) C’est un ratio financier couramment utilisé par les groupes industriels et les banques pour évaluer la rentabilité des capitaux investis, à partir de données financières tirées des comptes de résultats prévisionnels établis sur la durée de vie des installations. Le TRI correspond au taux d’actualisation pour lequel le cumul des capacités d’autofinancement (CAutoFinancement) égale le capital investi : la valeur actuelle nette (VAN) s’annule.

p = N VAN = 0 = ∑ CAutoFinancement (1 + TRI) –p – I p = 1

où :

CAutoFinancement est la capacité d’autofinancement ; p représente le numéro de l’annuité ; N est nombre total d’annuités ; I correspond au capital investi (après subventions) ; TRI est le taux de rentabilité interne recherché. Le TRI recherché par les opérateurs énergétiques (compagnies de chauffage) est nécessairement supérieur au taux bancaire et habituellement compris dans une fourchette de 8 à 15 % selon la nature des projets et l’évaluation des risques techniques et financiers présumés. Dans le cadre d’un projet délégué par la collectivité (concession) ou l’établissement public (bail emphytéotique administratif ), donc financé par un tiers opérateur, c’est un des critères d’appréciation des offres remises par les concurrents : plus le TRI est bas, plus le candidat a « serré sa marge » au bénéfice de la collectivité et des usagers. Mais ce n’est évidemment qu’un des critères d’évaluation des offres. Illustration du TRI : exemple chiffré Puissance totale de la chaufferie Puissance bois Énergie calorifique distribuée Durée du contrat Investissement total Subventions totales Emprunt sur 15 ans à 5 %

228 Mise en place d’une chaufferie biomasse

10 MW 6 MW 23 400 MWh/an 20 ans 4 200 k€ 2 000 k€

Compte de résultat prévisionnel simplifié Produits annuel (chiffre d’affaires) Total des charges (hors amortissement et frais financiers) se décomposant de la façon suivante : – combustible bois – appoint fioul – électricité en chaufferie – P2 (entretien courant) – P3 (provision renouvellement) – fournitures courantes – frais généraux (assurance, impôts, redevance) Excédent brut d’exploitation Résultat d’exploitation (après amortissement et frais financiers) Résultat net d’exploitation (après impôt sur les sociétés)

984 k€ 631 k€ 253 k€ ; 134 k€ ; 32 k€ ; 53 k€ ; 50 k€ ; 15 k€ ; 94 k€. 337 k€ 210 k€ 140 k€

Les résultats d’exploitation sont ceux obtenus pendant la durée de remboursement des emprunts. Une fois les emprunts remboursés, ils sont sensiblement supérieurs. Pour l’exemple ci-dessus, le ratio de rentabilité calculé par l’opérateur a été le suivant : TRI projet avant impôt (IS) = 15,3 % ; TRI après IS = 10,8 %.

Le temps de retour actualisé (TRA) C’est la durée d’exploitation à partir de laquelle la VAN du projet devient positive. Le TRA du projet doit être inférieur à la durée d’exploitation contractuelle.

4.5.2.2 Approche économique et financière du point de vue des usagers publics et privés La mise en œuvre d’un projet bois-énergie suppose d’analyser sa viabilité économique par rapport à la situation de référence de production/distribution primaire de l’énergie caractérisée dans l’étude de faisabilité. Cette comparaison est effectuée en coût global, celui-ci résultant du cumul des coûts d’amortissement, d’exploitation et des combustibles. Pour les organismes HLM, cette méthode est un indicateur et doit être accompagnée d’une analyse en termes de charges récupérables ou non auprès des locataires. Pour effectuer une comparaison correcte, trois points sont à prendre en compte : – le coût d’amortissement de l’installation bois est tout d’abord calculé hors subvention (le coût de la chaleur bois est alors en général supérieur au coût de référence) puis en intégrant les subventions à l’investissement (celles-ci ont pour objet de permettre à la chaleur bois d’être compétitive par rapport à la chaleur de référence fioul ou gaz) ; – dans le cas d’un établissement unique ou d’un réseau de chaleur communal desservant uniquement des bâtiments communaux (livraison à soi-même), on analyse le prix de

Montage des projets 229

revient poste par poste, avec ou sans TVA suivant qu’il y a assujettissement et/ou récupération ou non ; – dans le cas d’une vente d’énergie calorifique, on raisonne en HT s’il y a récupération de la TVA (client industriel) et en TTC lorsque les usagers (cas général) ne récupèrent pas la TVA (établissements publics, logements HLM, particuliers). Dans le cas d’un réseau de chaleur, le coût global moyen au MWh utile (énergie rendue sousstation) est établi puis comparé aux coûts de référence moyen et de chacun des usagers (énergie sortie chaudière). Si le coût de la chaleur bois est plus élevé que celui de la situation de référence, il convient d’examiner si le projet peut être amélioré ou si la démarche doit être déclarée infructueuse (le cas où les usagers acceptent de payer l’énergie verte à un prix supérieur à la référence fossile étant très rare). Les paramètres sur lesquels il est parfois possible de jouer sont : – l’optimisation technico-économique du projet, par exemple en restreignant ou en étendant le périmètre du réseau initialement envisagé ; – le montant des subventions à l’investissement de façon à abaisser la charge de l’amortissement ; – le prix du combustible bois en recherchant un autre fournisseur et/ou une autre origine de la matière première ; – la durée du contrat. Rappelons que dans le cadre d’un service public de distribution d’énergie calorifique et du principe d’égalité de traitement des différents usagers, le tarif de vente de la chaleur doit être équitable et ne varier qu’en fonction des profils de consommation des usagers. Par exemple, le prix de vente sera moins élevé pour un gros consommateur industriel ayant des besoins de chaleur sur toute l’année que pour un consommateur de taille moyenne ayant un usage très intermittent (exigeant de forts appels de puissance ponctuels et étant faiblement consommateur sur l’ensemble de l’année). En revanche, deux usagers aux profils de consommation similaires (deux organismes HLM ou bien deux établissements scolaires) doivent bénéficier de conditions analogues aussi bien pour l’énergie calorifique mesurée au compteur (R1) que pour l’abonnement en fonction de la puissance (R2). C’est ce qu’on appelle l’égalité de traitement.

4.5.2.3 Approche économique et financière d’un projet industriel [123] Avant tout investissement, les industriels ont l’habitude de raisonner en temps de retour sur investissement (TRI) : TRI = surcoût d’investissement/économies annuelles de fonctionnement Ce mode de calcul a toutefois ses limites, effectivement il ne prend pas bien en compte les frais de financement et il est faussé par l’évolution rapide du cours des énergies fossiles. Exemple Laiterie avec des besoins de 71 200 MWh utiles/an. Chaufferie bois vapeur 20 bar 8 t/h comparée à une solution gaz. Prix du bois : 20 € HT/MWh PCI.

230 Mise en place d’une chaufferie biomasse

Si le prix du gaz retenu est de 35 € HT/MWH PCI, le TRI est de six ans. Il grimpe à 21 ans si la valeur retenue est inférieure de 10 %. En revanche, il descend à quatre ans si celle-ci est supérieure de 10 %. Le CIBE propose donc de raisonner comme pour les collectivités, en coût global. Il s’agit de prendre en compte l’ensemble des postes de la facture (annuités d’amortissement, coûts d’exploitation, achat de combustibles...) liée à la production de chaleur et au process. Ce coût global est ensuite ramené à l’unité industrielle la plus adaptée (litre de lait, m3 de bois séché...). Enfin il faut définir un coût d’objectif correspondant au seuil de rentabilité.

4.6 Montage financier [124] 4.6.1 Quels sont les besoins de financement ? Les besoins de financement sont liés à : – la conception du projet (maîtrise d’oeuvre, contrôle technique, sécurité...) ; – la construction (bâtiment/génie civil, mobilier/équipements) ; – les frais de gestion (assistance à maîtrise d’ouvrage [AMO], conseil, étude, aléas et tolérance) ; – les taxes ; – les frais financiers de préfinancement pendant la phase travaux (intérêts intercalaires courant avant le remboursement du prêt principal [intérêts capitalisés réinjectés au montant global de l’investissement à la date de mise à disposition de l’ouvrage], préfinancement des subventions, frais de commission bancaire, coût de portage de la TVA).

4.6.2 Qui porte le financement ? (cf. § 4.4.3)

4.6.3 Comment couvrir les besoins en financement ? Subventions Les principales sources de subventions pour les projets bois-énergie proviennent de l’ADEME et des fonds européens. Les certificats d’économie d’énergie peuvent également être assimilés à une subvention puisque attribués en une fois quand l’installation fonctionne. Ils ne sont toutefois pas cumulables avec les aides de l’ADEME.

Montage des projets 231

Emprunt bancaire (dette senior) Le coût de l’emprunt est lié au niveau de risque supporté par le porteur du financement et aux garanties qu’il est en mesure d’apporter. Recours à un tiers investisseur (dette junior) Des sponsors ou d’autres investisseurs financiers peuvent apporter des fonds permettant d’accroître l’effet de levier financier. Ils ne seront toutefois remboursés qu’après le remboursement complet de toutes les tranches de la dette senior (prêt bancaire), compte tenu du niveau de risque encouru, la rémunération attendue est plus élevée. Fonds propres Les maîtres d’ouvrage publics ne font en général pas appel à des fonds propres. Les sociétés publiques locales (SPL) doivent quant à elles y faire appel. Dans le cas d’une gestion déléguée, l’entreprise portant le financement utilise des fonds propres (dont le montant dépend du montage financier) : elle évalue le risque de l’investissement et décide de le faire si son rendement (taux de rentabilité interne – TRI) est supérieur à celui d’un placement qu’elle ferait sur le marché financier (ou d’un investissement alternatif ). L’exigence de rémunération est élevée car cette dernière ne peut avoir lieu que lorsque les remboursements des dettes senior et junior sont effectués. Crédit-bail Le crédit-bail est un mode de financement d’équipement qui permet à une collectivité ou un opérateur qui ne dispose pas des fonds nécessaires à l’acquisition de celui-ci, de l’utiliser pendant une période de temps déterminée, en faisant appel à un tiers qui le finance et le met à disposition moyennant une redevance. Le contrat fait intervenir trois parties, le vendeur (fournisseur du bien d’équipement), le bailleur (banque ou établissement financier spécialisé, propriétaire du bien), le preneur (maître d’ouvrage et utilisateur du bien loué par le bailleur). Le bien loué n’apparaît pas au bilan du preneur sauf si celui-ci est soumis aux normes comptables IFRS.

4.6.4 Critères de « bancabilité » d’un projet bois-énergie La « bancabilité » d’un projet peut se définir comme l’aptitude à obtenir un financement bancaire pour le projet. Une analyse de « bancabilité » est indispensable pour tout projet qui sera financé par un financement « sans recours », c’est-à-dire un financement où les seuls recours des banques seront basés sur les actifs et créances de la société de projet. Un projet est dit bancable si la société de projet est capable de rembourser la dette dans des cas fortement dégradés de construction ou d’exploitation, définis par leurs conseils techniques.

232 Mise en place d’une chaufferie biomasse

La bancabilité en phase de construction peut être difficile à obtenir sauf si un tiers (clients, actionnaire majoritaire, constructeur) accepte de prendre le risque de rembourser aux banques les sommes avancées en phase de construction si le projet est abandonné ou non-réceptionné. Plus spécifiquement, lors de son analyse de « bancabilité », une banque vérifiera au moins les points suivants concernant le projet : – financement « avec » ou « sans recours » : existence d’une garantie « maison mère » (financement corporate), publique (financement PPP), ... – les flux de trésorerie doivent être prévisibles, robustes et sécurisés. Même en situation dégradée, le projet doit pouvoir rembourser la dette avec une marge de sécurité de 20-30 % sur les flux de trésorerie anticipés ; – les client(s) sont de qualité et de solvabilité acceptable pour la banque. Le métier d’une banque est bien de prendre un risque de contrepartie sur le(s) client(s), mais pas des risques industriels, opérationnels ou de marché ; – possibilité pour la banque de prendre des « sûretés » sur les actifs (notamment les biens immobiliers) : pas de risque de construction pour la banque, risques juridiques maitrisés (permis obtenus, pas de risque environnemental, pas de contentieux…), projet utilisant des technologies matures et éprouvées (pas de technologies innovantes et non-testées), contrats avec les clients d’une durée au moins égale à la durée de la dette ; – le projet bénéficie de contrats ou de conditions de fourniture qui sécurisent les coûts d’investissement (contrat de construction « clé en mains ») et d’exploitation (contrat d’exploitation/maintenance, contrats de fourniture à prix et volume déterminés, d’une durée supérieure ou égale à celui de la dette bancaire...) ; – le projet ne présente pas de risque de pincement tarifaire entre le prix des fournitures (ex. : bois...) et des ventes (ex. : chaleur, électricité...) susceptible d’impacter le remboursement de la dette.

4.7 Impacts d’une chaufferie bois sur son environnement 4.7.1 Impacts sur l’emploi [125] Une étude conduite par le cabinet Algoé en 2006 estime à près de 60 000 le nombre d’emplois dans la filière bio-combustibles. En 2015, il pourrait atteindre 85 000 ETP (équivalent temps plein). L’essentiel de cet effectif se concentre dans la production de bois bûche (32 600 emplois, en grande partie informels), la fabrication de poêles à bois individuels (20 700 emplois) et la production de plaquettes industrielles (2 800 emplois) (Fig. 4.22). Cependant, la production de plaquettes forestières et la fabrication de chaudières industrielles constituent des filières porteuses en termes d’emplois. Si en 2006, 132 personnes sont recensées pour la production de plaquettes forestières, en revanche cet effectif pourrait grimper à plus de 10 000 emplois en 2015 selon l’étude. Des fournisseurs de bois déchiquetés comme Biocombustibles SA en Normandie ou des filiales bois-énergie de groupes de services énergétiques, voient leurs effectifs progresser.

Montage des projets 233

De même, le nombre de personnes travaillant chez des constructeurs de chaudières collectives à bois devrait doubler voire tripler sur cette période. C’est le cas, par exemple, du fabricant français historique Compte-R dans le Puy-de-Dôme. Plaquettes inds. et rebuts

Bois bûche

Production de biocombustibles

32 634 emplois

2 786 emplois

Plaquettes forestières

Sous-produits combustibles sur site 284 emplois

132 emplois Plaquettes bocagères

Paille

20 emplois

5 emplois Cultures énergétiques

Granulés

Transport, stockage

180 emplois

Plates-formes de stockage 421 emplois

Poêles à bois individuels

Exploitation des biocombustibles

0 emploi

Chaufferies collectives puissance installée 1MW 627 emplois

Chaudières à bois individuelles

Cogénérations

818 emplois

257 emplois

TOTAL EMPLOIS 2006 FILIERE BIOCOMBUSTIBLE : Près de 60 000 dont 40 % d’emplois informels

 Figure 4.22  Schéma de synthèse des emplois dans la filière biocombustibles en 2006 (© Algoé, ADEME).

L’ADEME a mené avec Ernst&Young une évaluation de l’impact des projets industriels soutenus dans le cadre du Fonds Chaleur (BCIAT) sur les acteurs de la filière en matière d’emploi et de chiffre d’affaires [139]. Les principaux enseignements de cette évaluation sont : – L’impact économique et social en phase d’exploitation est significativement plus important que l’impact généré par la construction des projets.

234 Mise en place d’une chaufferie biomasse

– Le principal poste de dépenses en phase d’exploitation correspond à l’approvisionnement en biomasse qui représente en moyenne 82 %. – L’impact concerne essentiellement le tissu économique national (84 % des dépenses pour l’investissement et près de 100 % en phase d’exploitation). Répartition moyenne des dépenses d'exploitation par poste Maintenance chaufferie 7% Gestion des cendres 4%

Autres 4%

Fourniture électricité 3%

Fourniture Biomasse 82 %

4.7.2 Impacts sur les émissions de CO2 [126] [127] La photosynthèse est un processus biologique qui permet aux plantes de synthétiser leur matière organique, en particulier le carbone, à partir du CO2 de l’atmosphère, de l’eau du sol et du rayonnement solaire visible (400-700 nm). Les processus photosynthétiques peuvent se résumer par l’équation suivante : CO2 + H2O → C6H12O6 + O2 Vis-à-vis du changement climatique, l’agriculture et la forêt ont donc un statut très particulier : – ce sont les seules sources de carbone renouvelables sur les continents et à ce titre, elles doivent contribuer à la production de bioénergie ; – elles sont généralement des puits de carbone (matière organique des sols, bois des arbres) mais peuvent aussi être des sources de carbone (changement d’usage des sols) ou de gaz à effet de serre notamment par l’utilisation des engrais et des produits phytosanitaires ; – la production agricole ou forestière dépend largement des conditions climatiques. Les forêts peuvent être un puits ou une source de CO2 selon les conditions d’exploitation ou les évènements naturels. Lorsqu’ils sont en croissance, les arbres absorbent le CO2. La décomposition de la biomasse émet au contraire du CO2 (Fig. 4.23). Si cette dernière devient prédominante en raison d’une récolte de bois inférieure à la production biologique, ou suite à des évènements climatiques comme la tempête de 1999 qui a détruit de vastes étendues de forêts, les forêts deviennent source de CO2. Seule leur gestion durable des forêts peut donc permettre de maintenir leur rôle de puits de CO2.

Montage des projets 235

344

321

Détail de l’UTCF 110

97

69 65

83

109

92

9

126

8

7,6 8

-45 -75

Légende

69

63

45

46

-159

-184

Année de référence 1990 2006

Secteur d’activité

Détail de l’UTCF

Transformation énergie

Transport routier

Autre déstockage de carbone

Industrie manufacturière

Autres transports

Récolte de biomasse pour l'énergie

Résidentiel / tertiaire

UTCF

Agriculture / sylviculture

Total

Stockage de carbone (biomasse vivante, sol)

(Source : CITEPA)

 Figure 4.23  Émissions de CO2 dans l’air en France métropolitaine en 1990 et 2006 (© CITEPA).

Analyse de cycle de vie [128] L’analyse de cycle de vie (ACV) est une méthode normalisée au niveau international qui permet de quantifier les émissions de gaz à effet de serre de manière globale sur tout le circuit de production, distribution et consommation de biomasse, de l’abattage du bois à l’évacuation des cendres. Cette approche, appliquée aux modes de production et consommation d’énergie permet de mieux positionner chaque maillon de la filière biomasse énergie par rapport aux alternatives. Le bilan « effet de serre » du secteur du chauffage domestique au bois est évalué entre 33 et 42 g eqCO2 pour fournir 1 kWh utile. Le bilan « effet de serre » des secteurs collectif et industriel est évalué entre 2 et 25 g eqCO2 pour fournir 1 kWh utile à l’usager, comme le montrent les figures 4.24 et 4.25. Il est donc plus favorable que le bilan du chauffage domestique. Pour le chauffage collectif au bois, les résultats montrent une importante contribution de l’étape de mise à disposition du combustible dans le cas d’une utilisation de plaquettes forestières (utilisation d’engins pour la préparation et le transport). La consommation d’électricité de la chaudière et du réseau est responsable d’une part non négligeable des émissions de gaz à effet de serre. Dans le cas de la chaufferie industrielle, les émissions sont nettement inférieures aux situations précédentes. Les résultats montrent une contribution de l’étape de mise à disposition du combustible pour le scénario utilisant des broyats de panneaux comme combustible, du fait d’un système de transfert par insufflation des chutes de panneaux qui est consommateur

236 Mise en place d’une chaufferie biomasse

d’électricité. La consommation d’électricité de la chaudière est responsable d’une majeure partie des émissions. La faible contribution de l’étape de combustion du bois est liée aux émissions de méthane et de protoxyde d’azote. Enfin, l’étape de valorisation des cendres n’a pas d’impact dans les bilans. 25

24,6

25 %

20 15

13,8

42 %

10

75 %

8,2

70 %

5

58 %

30 %

0 Plaquettes forestières

Sciure et écorces

Broyats de cagettes et de palettes

Légende

g Effet de serre (en kg eqCO2) Combustion Consommation d’énergie de la chaudière et du réseau Mise à disposition du combustible

 Figure 4.24  Bilan effet de serre de l’analyse du cycle de vie du bois pour la production d’1 kWh utile de chaleur – chaudière collective 2 MW avec réseau de chaleur (© Erwan Autret, Yann Rogaume). 2,5 2,2

13 %

2 1,5

19 %

1,6

48 %

1

67 % 0,5

70 % 14 %

0

Sciure et écorces

Broyats de panneaux

Légende

g Effet de serre (en kg eqCO2) Combustion Consommation d’énergie de la chaudière et du réseau Mise à disposition du combustible

 Figure 4.25  Bilan effet de serre de l’analyse du cycle de vie du bois pour la production d’1 kWh utile de chaleur – chaudière industrielle 2 MW sans réseau de chaleur (© Erwan Autret, Yann Rogaume).

Montage des projets 237

L’ADEME a réalisé en 2005 un bilan environnemental pour le chauffage à partir de biomasse dans les secteurs domestique, collectif et industriel. Dans le cadre de cette étude ACV BOIS ADEME 2005 dont la synthèse est disponible sur le site Internet de l’ADEME, plusieurs hypothèses simplificatrices avaient été posées : – le CO2 biomasse émis lors de la combustion du bois n’est pas pris en compte car considéré comme faisant partie du cycle naturel du carbone ; – l’impact sur les sols (fertilité, stocks de carbone, émissions de GES…) des différentes pratiques sylvicoles (coupes rases, dessouchage, exportation des rémanents…) n’a pas été pris en compte ; – l’entretien des forêts, l’abattage des arbres et le façonnage des rémanents n’étaient pas inclus car les impacts environnementaux de ces étapes avaient été alloués au bois d’œuvre, ou d’industrie, qui constitue la réelle valeur économique de l’activité. La mise à jour de cette étude est prévue ces prochaines années avec une réflexion sur la méthodologie : la filière bois-énergie, n’étant qu’une des composantes de la filière, les ACV associées doivent prendre en compte les autres filières (bois d’œuvre et bois d’industrie) dans les étapes de transformation : cette étude méthodologique a notamment pour objet de définir les modes d’allocation entre filières. Plusieurs études portant sur l’analyse de cycle de vie de filières de valorisation de la biomasse ont été réalisées par l’ADEME ces dernières années et pourront alimenter la réflexion : – septembre 2007. Analyse du cycle de vie des modes de valorisation énergétique du biogaz issu de méthanisation de la fraction fermentescible des ordures ménagères collectées sélectivement en France ; – avril 2008. Élaboration d’un référentiel méthodologique pour la réalisation d’analyses de cycle de vie appliquées aux biocarburants de première génération en France ; – juillet 2009. Évaluation de la bibliographie relative aux analyses de cycle de vie (ACV) appliquées aux productions ligno-cellulosiques ; – Décembre 2009. Étude d’une méthodologie simplifiée pour la réalisation des ACV des bioproduits ; – Février 2010. Analyses de cycle de vie appliquées aux biocarburants de première génération consommés en France ; – Mars 2011. Analyse de cycle de vie du biogaz issu de cultures énergétiques ; – 2011. ACV agrocombustibles (programme Greenpellet avec AILE www.aile.asso.fr) ; – 2012. Analyse rétrospective des interactions du développement des biocarburants en France avec l’évolution des marchés français et mondiaux (productions agricoles, produits transformés et coproduits) et les changements d’affectation des sols.

4.7.3 Impacts sur la pollution atmosphérique [129] [131] La pollution de l’air due à la combustion de la biomasse peut avoir des origines multiples qu’il ne faut pas amalgamer : feux de végétaux volontaires ou accidentels, combustion dans des appareils domestiques anciens et nouveaux, chaufferies collectives et industrielles.

238 Mise en place d’une chaufferie biomasse

Le niveau national actuel des émissions atmosphériques issues de la combustion de la biomasse est incontestable pour certains polluants tels que les poussières fines, les composés organiques volatils, le monoxyde de carbone, les hydrocarbures aromatiques polycycliques en raison surtout de l’utilisation du bois en maison individuelle dans de mauvaises conditions. Au niveau local, des pics de pollution peuvent temporairement être observés. Si le bois-énergie présente des atouts indéniables en termes d’émissions de gaz à effet de serre, il peut en revanche conduire à des émissions de polluants de l’air qu’il convient de prendre en compte. Ces dernières peuvent être estimées à partir de facteurs d’émissions résultant de campagnes de mesure, et de données sur les consommations de bois (Fig. 4.26). Les inventaires publiés par le Citepa montrent la contribution estimée des différents secteurs d’utilisation du bois-énergie (domestique, industriel et collectif ) aux émissions atmosphériques nationales. Il apparaît notamment que : – le secteur industriel et collectif est notablement plus performant sur le plan environnemental que le secteur domestique. Alors qu’il représente environ un tiers de l’énergie produite à partir du bois, sa contribution aux émissions liées au bois est d’environ 1 % pour le carbone organique volatile non méthanique (COVNM) et les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), 2 % pour le monoxyde de carbone (CO), 3 % pour les poussières, 8 % pour les dioxines, 18 % pour le dioxyde de soufre (SO2) et 31 % pour les oxydes d’azote (NOx) ; – le bois-énergie contribue pour une très faible part (moins de 2 %) aux émissions nationales de SO2 et NOx et à hauteur de 17 % à celles de dioxines ; – le chauffage domestique au bois contribue de manière significative aux émissions nationales de COVNM (21 %), de poussières (25 % des PM10 et 37 % des PM2.5), de CO (3 %) et de HAP (73 %). Le secteur domestique contribue significativement plus que le secteur collectif et industriel aux émissions atmosphériques nationales, principalement pour les raisons suivantes : – près de 80 % du bois est consommé par le secteur domestique (pour seulement les deux tiers de l’énergie produite) ; – la qualité du combustible utilisé dans le secteur domestique est susceptible de varier assez largement. L’utilisation d’un combustible de mauvaise qualité (humide par exemple) contribue à l’émission de polluants atmosphériques ; – le secteur domestique se caractérise par un important parc d’appareils anciens peu performants ; le taux de renouvellement par des appareils récents plus performants est lent (4 % par an, soit 25 ans pour renouveler entièrement le parc actuel). En revanche, les équipements industriels et collectifs répondent à des normes sévères et sont équipés d’au moins un système de filtration Les appareils de plus de cinq ans participent à hauteur de 75 % aux émissions du chauffage domestique au bois contre 10 % pour les appareils récents (et 15 % pour les cheminées à foyer ouvert). Une diminution d’un facteur deux à trois est possible en améliorant les rendements des appareils, en isolant mieux les logements et, dans le secteur collectif, en privilégiant les installations classées pour la protection de l’environnement (puissance thermique supérieure à 2 MW).

Montage des projets 239

267 63

14,9

13,7 8,3

0,8 0,8 Dioxyde de soufre (SO2) (kg/tep)

10,4 4,2

2,1 Oxyde d’azote (NOx) (kg/tep)

0,2 Monoxyde de carbone (CO) (kg/tep)

0,3

Hydrocarbures Composés aromatiques organiques volatiles non polycycliques méthaniques (HAP) (COVNM)

(kg/tep)

4,2 1,7

Dioxines (µg/tep)

Poussières (kg/tep)

(g/tep)

Légende Chauffage collectif industriel Chauffage domestique (Source : CITEPA 2003)

 Figure 4.26  Polluants émis lors de la combustion d’une tep de bois en France (© CITEPA).

4.7.4 Impacts sur l’écosystème forestier [130] Contrairement au pétrole, au gaz, au charbon et à l’uranium qui sont des énergies « stock » (disponibles en quantité limitée), les énergies solaire, éolienne, hydraulique, géothermique et la biomasse sont des énergies « flux ». Les trois premières sont inépuisables, alors que le caractère renouvelable des deux dernières est soumis à des conditions d’exploitation et d’utilisation compatibles avec le rythme de reconstitution du gisement. Pour les boisements forestiers et agricoles, le cycle de vie varie de 10 à 200 ans, il faut donc veiller à ne pas les surexploiter, même ponctuellement, au risque de manquer de ressource quelques années ou décennies plus tard (et également de favoriser la diminution de la biodiversité et l’érosion des sols). Précisons toutefois qu’au rythme de prélèvement actuel, la forêt française n’est pas en danger, elle s’accroît même en surface et en volume. Mais qu’en sera-t-il à l’avenir ? Le bois, disposant de qualités indéniables, notamment écologiques, fait l’objet de multiples usages tels que les biomatériaux (construction, papier, panneaux de process), biocombustibles et éventuellement, dans quelques années, biocarburants de seconde génération... La forêt pourra-t-elle répondre à un accroissement de demandes multiples pour toutes ces applications susceptibles de se développer en parallèle ? La réponse est oui sans réserve à court et moyen termes car l’accroissement biologique est actuellement très supérieur aux prélèvements dans la forêt française (voir l’étude [5]). En revanche, la réponse est plus incertaine à long terme, surtout si le remplacement des matériaux et combustibles fossiles par leurs « homologues renouvelables » est massif et non maîtrisé. Dans l’optique d’une hausse des prélèvements, notamment des rémanents forestiers, les pratiques doivent être encadrées afin de ne pas dégrader la qualité des sols forestiers (voir guide [6]).

240 Mise en place d’une chaufferie biomasse

La gestion optimale des ressources doit se concevoir au niveau régional. C’est à cette échelle pertinente que doivent être évaluées la quantité de biomasse existant sur un territoire, ses utilisations actuelles et futures, les quantités supplémentaires mobilisables... Les études globales reflètent rarement la situation réelle sur le terrain et méconnaissent les contextes régionaux et les particularismes locaux. Cette démarche s’inscrit nécessairement dans une large concertation entre tous les acteurs publics et privés, afin de mettre en cohérence les objectifs européens et nationaux et les politiques territoriales régionales sans mettre en danger le caractère renouvelable de la ressource et en respectant le rôle et les intérêts de tous les acteurs concernés (propriétaires forestiers, agriculteurs, industriels transformateurs de bois, aménageurs du territoire, défenseurs des espaces et espèces fragiles et de la bio-diversité...).

Montage des projets 241

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Synthèse : 5 recommandations pour réussir un projet L’étude d’un projet biomasse énergie doit répondre à 5 points essentiels détaillés dans le cahier des charges de l’ADEME « étude de faisabilité d’une chaufferie biomasse [105] téléchargeable sur le site www.diagademe.fr : – Étude des besoins Cette étape fondamentale qui intègre les démarches d’économie d’énergie permet d’assurer un dimensionnement de la chaufferie bois adapté. Il est important de noter le risque de dysfonctionnement si l’installation n’est pas dimensionnée en base (rendement plus faible, taux de cendres élevé, hausse des émissions polluantes, usure prématurée).

– Plan d’approvisionnement La réalisation d’un plan d’approvisionnement doit permettre de garantir en quantité et en qualité la fourniture dans la durée de combustibles biomasse adaptés à la technologie du générateur installé.

Synthèse : 5 recommandations pour réussir un projet 243

Pour bâtir ce plan, le porteur de projets doit se rapprocher des acteurs de la filière biomasse énergie locale (voir catalogue des opérateurs du bois énergie www.biomasse-normandie.org) et avoir des garanties sur les points suivants : – – – – –

Caractéristiques et origine géographique des combustibles utilisés Engagement des fournisseurs Disponibilité de la ressource et limitation des concurrences d’usage Prix avec contractualisation long terme Respect de l’environnement

Pour garantir la gestion durable des forêts, le porteur de projets peut exiger des fournisseurs un taux minimum de plaquettes forestières certifiées (www.pefc-france.org ou http://fr.fsc.org/). – Choix des équipements Le choix des équipements dépend de nombreux paramètres : puissance, température, fluide, combustibles, intégration architecturale, contraintes de génie civil, etc. L’ADEME recommande la mise en place d’équipements à haute performance énergétique (rendement élevé supérieur à 85 % avec système de condensation quand c’est possible) et environnementale (réduction des émissions polluantes par la mise en place des meilleurs techniques disponibles : filtres à manches, électrofiltres). Le CIBE (Comité Interprofessionnel du Bois Energie / www.cibe.fr) a organisé une journée spécifique en 2014 sur la condensation avec les présentations téléchargeables sur son site. Veiller à assurer une bonne adéquation entre le combustible et la chaudière : c’est pourquoi le plan d’approvisionnement doit se faire en parallèle du choix des équipements pour éviter toute incompatibilité (granulométrie ou humidité inadaptées, accès aux livraisons, évacuation des cendres, etc.)

244 Mise en place d’une chaufferie biomasse

– Étude économique et financière La viabilité économique d’un projet de chaufferie bois, associée ou non à un réseau de chaleur, s’appréhende de deux points de vue bien distincts : – Celui de l’investisseur qui réalise et finance les travaux et éventuellement assure la gestion et l’exploitation des installations. Il va chercher à évaluer la rentabilité des capitaux investis sur la durée de vie des installations en calculant la valeur actuelle nette (VAN) du projet (valeur actualisée des différentes économies de charges annuelles attendues sur la durée de vie du projet en intégrant l’investissement initial) – Celui des usagers publics ou privés de la chaleur : ils vont comparer, toutes charges confondues, le prix de la chaleur de la situation de référence (fioul ou gaz) à celui de la situation alternative envisagée (bois + appoint) Depuis 2009, l’ADEME soutient les projets grâce au Fonds Chaleur : www.ademe.fr/ fondschaleur

– Impacts environnementaux L’utilisation du bois comme énergie permet d’éviter des émissions de gaz à effet de serre en se substituant aux énergies fossiles. Le cycle du carbone organique est court (quelques dizaines d’années), contrairement aux cycles du carbone inorganique et du carbone fossile qui se déroulent sur plusieurs millions d’années. Sur le long terme, une stratégie de gestion durable des forêts visant à maintenir ou à augmenter le stock de carbone en forêt tout en approvisionnant la filière bois (grume, fibre, énergie) à un niveau de prélèvement durable, générera les bénéfices d’atténuation maximum (selon le GIEC : Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC). Si le bois-énergie présente des atouts indéniables en termes d’émissions de gaz à effet de serre, il peut en revanche conduire à des émissions de polluants de l’air qu’il convient de prendre en compte. Le développement du bois-énergie doit être conjoint avec l’amélioration de la qualité de l’air : c’est pourquoi l’ADEME conditionne ses aides depuis plusieurs années à la mise en place de systèmes de traitement des fumées performants (électrofiltres, filtres à manches, …) et soutient des programmes de R&D pour accroître leur efficacité.

Synthèse : 5 recommandations pour réussir un projet 245

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[120] Évolutions des coûts d’investissements relatifs aux installations collectives bois-énergie (2000-2006). Perdurance, Biomasse Normandie, Débat, ADEME. Avril 2009. [121] Exploitation des chaufferies bois. ETEC 73, ADEME. 2002. [122] Les coûts d’exploitation des réseaux de chaleur et des chaufferies dédiées. Biomasse Normandie. Les Cahiers du Bois-Énergie n° 52. Le Bois International. 6-20 août 2011. [123] Usage énergétique du bois en milieu industriel : la rentabilité des projets. CIBE. Colloque CIBE, Atlanbois. Nantes. Juin 2010. [124] Points clés relatifs au financement des installations bois-énergie. Calia Conseil, Dalkia, Kyotherm, Biomasse Normandie, CIBE. Juillet 2012. [125] Évaluation des emplois dans la filière biocombustibles. Algoé, ADEME. Avril 2007. [126] Qu’est-ce que la photosynthèse et le cycle du carbone ? Ghislain Gosse (INRA). Les Cahiers du Bois-Énergie n° 38. Le Bois International. 28 juin 2008. [127] Pourquoi et à quelles conditions la biomasse est-elle neutre vis-à-vis de l’effet de serre ? Nadine Allemand, Etienne Mathias (CITEPA). Les Cahiers du Bois-Énergie n° 38. Le Bois International. 28 juin 2008. [128] Production de chaleur à partir de bois : émissions atmosphériques, notions de base. Erwan Autret, Yann Rogaume. BE 8 750. Éditions Techniques de l’Ingénieur. Avril 2011. [129] Quelle part le chauffage au bois a-t-il dans la pollution de l’atmosphère ? Erwan Autret (ADEME). Les Cahiers du Bois-Énergie n° 38. Le Bois International. 28 juin 2008. [130] La biomasse est une énergie renouvelable, quelle en est la particularité ? Stéphane Cousin (Biomasse Normandie). Les Cahiers du Bois-Énergie n° 38. Le Bois International. 28 juin 2008. [131] Avis ADEME Bois-énergie et qualité de l’air. Téléchargeable sur www.ademe.fr. [132] Combustion du bois et émissions gazeuses et particulaires. Les Cahiers du Bois-Énergie n° 38. Le Bois International. [133] Les Chaufferies automatiques au bois déchiqueté. Guide de recommandations. OFME. [134] Bois énergie collectif et industriel : meilleures techniques et bonnes pratiques. Les Cahiers du Bois-Énergie n° 62. Le Bois International. 28 décembre 2013. [135] Cahier des charges ADEME sur le suivi à distance de la production thermique des installations biomasse énergie/4 fiches comptage pour eau chaude/eau surchauffée, vapeur, air chaud et huile thermique. ADEME/ENERTIME.2012. [136] Étude sur l’analyse économique des installations de cogénération biomasse en Europe ADEME/ENERTIME. Novembre 2011. [137] L’animation bois énergie. Les Cahiers du Bois-Énergie n° 53. Le Bois International.

254 Mise en place d’une chaufferie biomasse

[138] Montage de projets et accompagnement des maîtres d’ouvrages. Les Cahiers du BoisÉnergie n° 33&34. Le Bois International. [139] Évaluation de l’impact des projets soutenus dans le cadre du Fonds Chaleur BCIAT sur les acteurs de la filière en matière d’emploi et de chiffre d’affaires, ADEME, février 2014.

Références bibliographiques 255

7KLVSDJHLQWHQWLRQDOO\OHIWEODQN

Glossaire Affermage

L’affermage est une des formes que peut prendre une délégation de service public : la collectivité délégataire assure les investissements, le fermier (souvent une société privée) supporte les frais d’exploitation et d’entretien courant. Il se rémunère directement auprès de l’usager et verse à la collectivité un fermage (loyer) dont le montant est convenu à l’avance et est indépendant des résultats d’exploitation.

Anhydre

Qui ne contient pas d’eau.

Aquastat

Thermostat servant à la régulation automatique d’une température d’eau.

Avivé

Bois scié à quatre arêtes vives, généralement à angle droit.

Bail emphytéotique

Le bail emphytéotique est un bail immobilier de très longue durée, le plus souvent 99 ans, qui confère au preneur un droit réel sur la chose donnée à bail, à charge pour lui d’améliorer le fonds et de payer un loyer modique, les améliorations bénéficiant au bailleur en fin de bail sans que ce dernier ait à indemniser l’emphytéote. La situation des parties, dans un bail emphytéotique, est assez particulière puisque le locataire (appelé emphytéote) se voit reconnaître un véritable droit réel sur le bien qui lui est donné à bail. L’emphytéote est un quasipropriétaire du bien qui lui est donné à bail.

Glossaire 257

Biomasse

Selon la loi de programme relative à la mise en œuvre du Grenelle Environnement, la biomasse est la fraction biodégradable des produits, déchets et résidus provenant de l’agriculture, y compris les substances végétales et animales issues de la terre et de la mer, de la sylviculture et des industries connexes ainsi que la fraction biodégradable des déchets industriels et ménagers.

Biomasse ligneuse

Bois.

Bois d’industrie

Bois destiné aux industries du papier, des panneaux de process et de la chimie, aux mines...

Bois d’œuvre

Bois apte au sciage, tranchage, déroulage.

Brin

Idem tige : arbre à l’état jeune.

Casing

Caisson étanche.

Composé organohalogéné

Substance chimique de synthèse produite par chloration d’hydrocarbures aromatiques et qui sert dans la fabrication d’insecticides et de fongicides.

Concession

La concession est une des formes que peut prendre une délégation de service public. Elle se distingue de l’affermage par la prise en charge par le concessionnaire (souvent une société privée) non seulement des frais d’exploitation et d’entretien courant mais également des investissements. Le concessionnaire se rémunère directement auprès de l’usager. Dans ce type de contrat, la collectivité délégataire est dégagée de toute charge financière d’investissement. En contrepartie, elle doit accepter une durée de concession généralement plus longue que l’affermage (plus de 20 ans).

Créosote

Liquide huileux, transparent, désinfectant, qui contient du phénol et du crésol. L’injection de créosote augmente la conservation du bois.

Cuvelage

Ensemble étanche continu protégeant une construction en sous-sol contre les infiltrations d’eau.

Débardage

Transfert des bois de la zone d’abattage en un lieu accessible aux camions.

Décendrage

cf. § 3.1.6.

Déprimomètre

Instrument destiné à mesurer les différences de pression.

Déroulage

Débitage d’une grume en feuille mince pour la fabrication du contreplaqué ou d’emballages légers.

Dessilage

cf. § 3.1.1.3.

Éclaircie

Opération sylvicole consistant à réduire la densité d’un peuplement au profit d’arbres de qualité, préalablement sélectionnés, dont on va ainsi favoriser la croissance. Les tiges éliminées sont les plus chétives et les moins bien conformées. Elles fournissent du bois de chauffage ou d’industrie.

258 Mise en place d’une chaufferie biomasse

Écorceuse

Machine enlevant l’écorce des grumes dans les industries de transformation du bois.

Emphytéote

Personne qui jouit d’un fonds par bail emphytéotique

Foyer à creuset

cf. § 3.1.4.1.

Futaie

Boisement constitué d’arbres provenant de semis ou de plantations. Les bois de qualité (ébénisterie, menuiserie, charpente...) sont issus de futaies.

Grume

Tronc d’un arbre abattu et façonné. Une grume peut atteindre un volume important (plusieurs m3).

Houppier

Partie supérieure d’un arbre (branches).

Javelle

Empilement de perches.

Matière fraîche

Biomasse ligneuse dont le taux d’humidité est celui du bois sur pied.

Matière sèche

Biomasse ligneuse anhydre.

Perche

Idem tige : arbre à l’état jeune.

Peuplement

Ensemble de la végétation ligneuse croissant sur un terrain forestier

Plaquettes forestières (cf. Référentiel 2008-1-PF)

Il s’agit de combustibles obtenus par broyage ou déchiquetage de tout ou partie de végétaux ligneux issus de peuplements forestiers et de plantations n’ayant subi aucune transformation (directement après exploitation). Du fait de leur origine, les plaquettes forestières peuvent contenir des fragments de bois, d’écorce, de feuilles ou d’aiguilles. Le broyage ou le déchiquetage peuvent se réaliser en forêt, en bord de parcelle, sur place de dépôt, sur aire de stockage ou directement à l’entrée de la chaufferie et/ou de l’unité de transformation.

Plateau

Pièce de bois brute, plate et épaisse. Le débit en plot donne des plateaux.

Plot

Ensemble de plateaux obtenus en sciant une grume suivant des traits parallèles et replacés l’un sur l’autre de façon à reconstituer la grume.

Porteur

Engin doté d’un plateau et d’une grue permettant le débardage par portage.

Pressostat

Dispositif automatique qui permet de maintenir une pression constante dans une enceinte fermée contenant un fluide comprimé.

Productions lignocellulosiques

Elles concernent la biomasse d’origine agricole et sylvicole :

Produits connexes des industries du bois (cf. Référentiel 2008-2-CIB)

Les produits connexes des industries du bois (ou sous-produits) sont constitués notamment de : écorces, sciures, copeaux, plaquettes et broyats, dosses, délignures, chutes de tronçonnage, chutes de production de merrains, chutes de placage, mises au rond des bois

– plantes annuelles (triticale, sorgho, chanvre etc.), – plantes pluriannuelles (miscanthus, switchgrass etc.) – taillis à courte ou très courte rotation (saules, peupliers, eucalyptus, robiniers etc.)

Glossaire 259

déroulés et noyaux de déroulage, chutes d’usinage de panneaux à base de bois, chutes de fabrication de parquets, menuiseries, éléments de charpentes. Certains peuvent contenir des adjuvants chimiques qui peuvent ou non contenir des métaux lourds, et/ou organo-halogénés. Certains produits peuvent être considérés comme combustibles bois énergie (ex. panneaux de particules, bois aboutés, poutre en lamellé, …), d’autres (ex. certains bois traités avec des produits de préservation) peuvent entrer dans la catégorie des combustibles de récupération. Produits en fin de vie (cf. Référentiel 2008-3-PBFV)

Il s’agit de bois provenant du broyage de palettes en fin de vie ou d’éléments en bois (mobilier, éléments en bois provenant de la déconstruction, etc.). Certains peuvent contenir des adjuvants et traitements. Selon les cas, ces produits entrent dans la catégorie combustibles bois énergie ou dans la catégorie combustibles de récupération.

Queues de déchiquetage

Morceaux de bois de grande longueur résultant d’un déchiquetage de mauvaise qualité (couteaux usés notamment).

Réfractaire

Matériau résistant à de très hautes températures.

Rémanents

Résidus laissés sur le sol après l’exécution d’une coupe, d’une opération d’amélioration ou qui viennent s’y ajouter à la suite d’une tempête, d’un feu...

Réseau de chaleur (sens juridique)

Installation comprenant une chaufferie fournissant de la chaleur à plusieurs clients, dont l’un au moins n’est pas le propriétaire, par l’intermédiaire de canalisations de transport de chaleur. (© « 1 000 mots clés »)

Ressuyage

Séchage des bois abattus à l’air libre.

Sous-station

Installation relais entre une chaufferie centrale et les bâtiments qu’elle dessert en énergie (© « 1 000 mots clés »).

Taillis ou taillis simple

Peuplement forestier formé de tiges du même âge. D’aspect, c’est un peuplement feuillu régulier, de faible hauteur (de huit à dix mètres au maximum) et dans lequel on ne voit pas d’arbres individualisés possédant un « fût ». Lorsqu’une coupe est effectuée, de nouvelles tiges repoussent à partir des souches (rejet de souche).

Taillis sous futaie

Peuplement constitué à la fois de taillis et d’arbres de futaies, plus gros.

Tige

Idem perche : arbre à l’état jeune.

Tranchage

Opération d’ébénisterie permettant de débiter en plaques minces le bois destiné aux placages.

Vitrification

Fusion et solidification des éléments minéraux indésirables (sable, terre...) dans le foyer de la chaudière.

Volume marchand

Partie d’un arbre dont le diamètre est supérieur à huit centimètres. En dessous de ce diamètre, les bois sont habituellement considérés comme non commercialisables.

260 Mise en place d’une chaufferie biomasse

Sigles ADEME

Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie

AITF

Association des ingénieurs territoriaux de France

AMORCE

Association des collectivités territoriales et des professionnels pour une bonne gestion locale des déchets et de l’énergie

APD

avant-projet détaillé

APS

avant-projet sommaire

ARM

Association régionale de mécanisation Midi-Pyrénées

ATTF

Association des techniciens territoriaux de France

BEA

bail emphytéotique administratif

BET

bureau d’études thermiques

CCA

cuivre-chrome-arsenic

CCB

cuivre-chrome-bore

CCTG

cahier des clauses techniques générales

CIBE

Comité interprofessionnel bois-énergie

Sigles 261

CMP

code des marchés publics

CRPF

Centre régional de la propriété forestière

CUMA

coopérative d’utilisation de matériel agricole

DCE

dossier de consultation des entreprises

DIB

déchet industriel banal

DJU

degrés jour unifiés

DRAF

Direction régionale de l’agriculture et de la forêt

DREAL

Direction régionale de l’environnement, de l’aménagement et du logement

DSP

délégation de service public

EBR

équivalent bois rond

ECS

eau chaude sanitaire

EPA

établissement public à caractère administratif

EPCI

établissement public de coopération intercommunale

EPIC

établissement public à caractère industriel et commercial

EURL

entreprise unipersonnelle à responsabilité limitée

FCBA

Institut Technologique Forêt Cellulose Bois-construction Ameublement

FCTVA

fonds de compensation de la TVA

FNCOFOR

Fédération Nationale des Communes Forestières

FSC

Forest Stewardship Council

GCF

Groupe de la Coopération Forestière

GIE

groupement d’intérêt économique

GIEC

Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat

GROW

Group recycling of wood

GTC

gestion technique centralisée

HAP

hydrocarbure aromatique polycyclique

HLM

habitation à loyer modéré

HT

hors taxe

ICPE

installation classée pour la protection de l’environnement

IFN

Inventaire forestier national

IGCC

gazéification intégrée dans des cycles combinés

INSEE

Institut national de la statistique et des études économiques

IS

impôt sur les sociétés

LASM

Livraison à soi-même (déduction de TVA)

262 Mise en place d’une chaufferie biomasse

MOP

maîtrise d’ouvrage publique

MP

marchés publics

ONF

Office national des forêts

OPAC

office public d’aménagement et de construction

OPHLM

office public d’HLM

PAT

Plan d’approvisionnement territorial

PCI

pouvoir calorifique inférieur

PCS

pouvoir calorifique supérieur

PDM

Plan de développement de massif

PEFC

Programme de reconnaissance des certifications forestières

PNR

Parc naturel régional

PVC

polychlorure de vinyle

RGE

Reconnu Grenelle Environnement

RT

réglementation thermique

SA

société anonyme

SARL

société anonyme à responsabilité limitée

SAS

société par actions simplifiée

SCEQE

Système communautaire d’échange de quotas d’émission

SEM

société d’économie mixte

SNC

société en nom collectif

SPA

service public administratif

SPIC

service public à caractère industriel et commercial

SYDED

Syndicat départemental d’élimination des déchets du Lot

TCR

taillis à courte rotation

TIPP

taxe intérieure sur les produits pétroliers

TP

taxe professionnelle

TRB

temps de retour brut

TRI

taux de rentabilité interne

TTC

toutes taxes comprises

TTCR

taillis à très courte rotation

TVA

taxe sur la valeur ajoutée

VAN

valeur actuelle nette

VRD

voirie et réseaux divers

Sigles 263

7KLVSDJHLQWHQWLRQDOO\OHIWEODQN

Liste des figures Figure 1.1

Consommation prévisionnelle cumulée des chaufferies collectives et industrielles (engagées par l’ADEME)

Figure 1.2

Comparaison du coût global d’une chaufferie biomasse par rapport à la solution de référence (© CIBE)

Figure 2.1

Les différentes valorisations du bois issu de la forêt (©  Biomasse Normandie)

Figure 2.2

Évolution de la consommation de biomasse forestière pour l’énergie (© ADEME)

Figure 2.3

Volumes de bois récoltés par usages (© FCBA)

Figure 2.4

Méthode d’évaluation de la disponibilité supplémentaire en bois-énergie utilisée par l’IFN, FCBA et Solagro

Figure 2.5

Les différents types de bois prélevés en forêt (© IFN)

Figure 2.6

Carte des disponibilités brutes de BIBE en volume (© IFN)

Figure 2.7

Carte de la classe de sensibilité chimique des sols forestiers aux exportations minérales (© IFN)

Figure 2.8

Haie bocagère (© Biomasse Normandie)

Liste des figures 265

Figure 2.9

Élagage urbain (© Biomasse Normandie)

Figure 2.10

Produits connexes de la première transformation du bois (© Biomasse Normandie)

Figure 2.11

Plaquettes de scierie (© Biomasse Normandie)

Figure 2.12

Palettes avant broyage (© Juliette Talpin)

Figure 2.13

Bois traités non considérés comme combustibles (© Juliette Talpin)

Figure 2.14

Récolte en tige de TTCR (© AILE)

Figure 2.15

TCR peuplier (© Arbocentre)

Figure 2.16

Plantation en double densité (© CAFSA)

Figure 2.17

Association de noyers et de céréales

Figure 2.18

Itinéraires d’approvisionnement en plaquettes forestières (© ADEME)

Figure 2.19

Cisaille type sécateur sur pelle mécanique à chenille (© Rémi Grovel extrait du guide sur le déchiquetage)

Figure 2.20

Broyage en forêt (© Olivier Perrenoud, ADEME)

Figure 2.21

Broyage de haies en plaquettes bocagères (© SCIC Bois Bocage Énergie)

Figure 2.22

Broyage sur plate-forme (© Stéphane Leittenberger, ADEME)

Figure 2.23

Plate-forme d’Orval (Manche) de Biocombustibles SA (© Biocombustibles SA)

Figure 2.24

Production française de granulés de bois (© SNPGB)

Figure 2.25

Déchiqueteuse automotrice (© UCFF)

Figure 2.26

Déchiqueteuse portée (© Arbocentre)

Figure 2.27

Déchiqueteuse tractée (© Arbocentre)

Figure 2.28

Déchiquetage en bord de coupe (© UCFF)

Figure 2.29

Principe du tambour et du disque

Figure 2.30

Les méthodes de production des plaquettes forestières par déchiquetage d’arbres entiers (© Biomasse Normandie)

Figure 2.31

Évolution du taux d’humidité et du pouvoir calorifique inférieur de perches de feuillus (© CTBA)

Figure 2.32

Séchage naturel du bois déchiqueté (© CTBA, Biomasse Normandie)

Figure 2.33

Stockage sous abri ou à l’air libre : impact sur l’humidité des plaquettes (© Thomas Thörnqvist)

Figure 2.34

Meule tassée (© Ets Gangloff )

Figure 2.35

Meule bâchée

Figure 2.36

Plate-forme de COFORET (Rhône-Alpes) (© Juliette Talpin)

266 Mise en place d’une chaufferie biomasse

Figure 2.37

Déferraillage (© Juliette Talpin)

Figure 2.38

Plan type d’une plate-forme

Figure 2.39

Broyeur à vitesse lente (© Hammel)

Figure 2.40

Broyeur à vitesse rapide (© Miclo Environnement)

Figure 2.41

Trommel rotatif (© Doppstadt)

Figure 2.42

Tamis vibrant (© Farwick)

Figure 2.43

Plate-forme du regroupement de scieurs ABE à Aurillac (Cantal) qui approvisionne l’hôpital (© Juliette Talpin)

Figure 2.44

Correspondance taux d’humidité sur masse anhydre/masse brute

Figure 2.45

Variation du PCI anhydre selon les essences (kWh/t)

Figure 2.46

Variation du PCI en fonction du taux d’humidité

Figure 2.47

Caractéristiques des principaux combustibles

Figure 2.48

Contrôle humidité au four micro-ondes (© Georges Panneton, UFC)

Figure 2.49

Cendres (© Olivier Sébart, ADEME)

Figure 2.50

Répartition des classes de combustibles selon le couple granulométrie/ humidité (© CIBE)

Figure 3.1

Schéma de principe d’une chaufferie bois (© Weiss)

Figure 3.2

Installation de la chaufferie en conteneur du Souday (Loir-et-Cher)

Figure 3.3

Silo extérieur (© Olivier Perrenoud, ADEME)

Figure 3.4

Silo plain-pied du réseau de chaleur de Villé (Bas-Rhin) (© Olivier Perrenoud, ADEME)

Figure 3.5

Silo avec grappin du réseau de chaleur de Vénissieux (Rhône) (© Olivier Sébart, ADEME)

Figure 3.6

Schéma de principe d’une chaufferie avec trémie aérienne et grappin

Figure 3.7

Schéma de principe d’une chaufferie avec stockage de plain-pied et système de dessilage à racleurs

Figure 3.8

Livraison à l’hôpital de Pontorson (Manche) (© Stéphane Leitenberger, ADEME)

Figure 3.9

Silo intérieur, volumes morts (© Stéphane Leitenberger, ADEME)

Figure 3.10

La chaufferie urbaine d’Alençon (Orne)

Figure 3.11

Les systèmes de dessilage (© PNR du Perche)

Figure 3.12

Dessilage par racleurs à la chaufferie d’Aurillac (Cantal) (© Juliette Talpin)

Figure 3.13

Alimentation par vis (© Olivier Perrenoud, ADEME)

Figure 3.14

Alimentation par tapis (© Olivier Sébart, ADEME)

Liste des figures 267

Figure 3.15

Schéma d’une chaufferie aux granulés de bois

Figure 3.16

Silo de stockage de granulés en toile (© Propellet)

Figure 3.17

Silo de stockage de granulés en béton (© Propellet)

Figure 3.18

Schéma d’un silo de stockage de granulés avec pans inclinés et vis (© Propellet)

Figure 3.19

Schéma d’un silo de stockage de granulés, plat avec désilleur (© Propellet)

Figure 3.20

La chaufferie de la malterie Soufflet pour le séchage du malt (© Soufflet)

Figure 3.21

Vue en coupe d’un générateur avec foyer creuset (© Schmid)

Figure 3.22

Foyer à grilles inclinées (© Weiss)

Figure 3.23

Schéma de principe chaudière à lit fluidisé (© Renewa)

Figure 3.24

Échangeur à tubes de fumées (© Seccacier)

Figure 3.25

Exemple d’installation d’un condenseur en voie sèche (© Gagersta Energetics)

Figure 3.26

Principe du condenseur par voie humide (à partir de la Fig. 8 du doc condensation)

Figure 3.27

Amélioration du rendement grâce à la condensation (© Biomasse Normandie)

Figure 3.28

Extrait de la fiche comptage eau chaude/eau surchauffée (© ADEME/ ENERTIME)

Figure 3.29

Turbine BIOBAR (© ADEME)

Figure 3.30

Turbine de cogénération sur le réseau de chaleur de Limoges (© Juliette Talpin)

Figure 3.31

Filtre multicyclone (© Juliette Talpin)

Figure 3.32

Schéma manches plates horizontales (© Weiss)

Figure 3.33

schéma de principe d’un électrofiltre (© BETH)

Figure 3.34

Automate de mesure des émissions, chaufferie de Planoise (Besançon) (© Juliette Talpin)

Figure 3.35

Décendrage par voie sèche (© Stéphane Leitenberger, ADEME)

Figure 3.36

Décendrage par voie humide (© Olivier Perrenoud, ADEME)

Figure 3.37

Stockage des cendres à l’hôpital de Pontorson (Manche) (© Stéphane Leittenberger, ADEME)

Figure 3.38

Automate de gestion de la chaufferie de Venissieux (© Olivier Sébart, ADEME)

Figure 3.39

Trois exemples d’emprise foncière

Figure 3.40

Températures extérieures de base au niveau de la mer (© Le Recknagel)

268 Mise en place d’une chaufferie biomasse

Figure 3.41

Répartition moyenne de la consommation de combustible sur l’année (© Le Recknagel)

Figure 3.42

Monotone de chauffage et eau chaude sanitaire

Figure 3.43

Densité thermique des réseaux de chaleur en France (hors Compagnie parisienne de chauffage urbain, CPCU) (© Via Seva)

Figure 3.44

Pertes de chaleur par le réseau de distribution (© Biomasse Normandie d’après ACE/Flexalen et Inpal)

Figure 4.1

Configuration de l’implantation d’une chaufferie biomasse avec une chaufferie centralisée existante

Figure 4.2

Configuration de l’implantation d’une chaufferie biomasse comme chaufferie centralisée d’un quartier neuf ou existant

Figure 4.3

Configuration de l’implantation d’une chaufferie biomasse sur un réseau de chaleur

Figure 4.4

Carte des réseaux de chaleur au bois. Janvier 2012 (© AMORCE – C3BIOM)

Figure 4.5

Évolution de la fourniture d’énergie par les chaufferies bois sur les réseaux de chaleur (© AMORCE, CIBE)

Figure 4.6

Caractéristiques des réseaux de chaleur au bois (en nombre de réseaux et en puissances cumulées (© AMORCE)

Figure 4.7

Structure des factures énergétiques en coût global (%). Exemple d’un groupe de logements chauffés par une chaufferie de 250 kW (énergie fossile, plaquettes avec appoint/secours énergies fossiles, granulés bois avec appoint/secours énergies fossiles) (© ADEME, SNPGB, CIBE)

Figure 4.8

Décomposition du coût global de l’énergie alimentant le réseau dans trois cas de figure (plaquettes/fossile, granulés/fossile, plaquettes/granulés/fossile) (© ADEME, SNPGB, CIBE)

Figure 4.9

Chaufferie biomasse de Stains (Seine-Saint-Denis) alimentant le réseau de chaleur de Saint-Denis (© Cofely)

Figure 4.10

Vue d’artiste de la chaufferie biomasse d’Aubenas (Ardèche) (© Atelier 3a, Emmanuel Asset)

Figure 4.11

Chaufferie bois de l’hôpital d’Aurillac (Cantal) (© Juliette Talpin)

Figure 4.12

Chaufferie du réseau de chaleur de Morez (Jura) (© Juliette Talpin)

Figure 4.13

Chaufferie bois de l’industriel SKF à St-Cyr-sur-Loire (Indre-et-Loire) (© Dalkia)

Figure 4.14

Chaudière Polzenith de la SCEA des Cléons (© Juliette Talpin)

Figure 4.15

Chaufferie bois du réseau de chaleur de Tramayes (Saône-et-Loire) lors d’une visite avec le maire Michel Maya (© mairie de Tramayes)

Figure 4.16

Les différentes étapes du montage d’un projet (© ADEME)

Liste des figures 269

Figure 4.17

Comparaison du prix du combustible bois pour les collectivités locales (en c€ TTC/kWh PCI livré) (© Basic, ADEME)

Figure 4.18

Schéma de la mise en place d’une délégation de service public en concession

Figure 4.19

Montage juridique d’un réseau de chaleur urbain

Figure 4.20

Exemple de comparaison du coût global d’une chaufferie au gaz naturel et d’une chaufferie au bois déchiqueté (© CIBE)

Figure 4.21

Plages de variation et moyennes pondérées des coûts d’investissement globaux des projets étudiés selon la classe de puissance (© Perdurance, ADEME)

Figure 4.22

Schéma de synthèse des emplois dans la filière biocombustibles en 2006 (© Algoé, ADEME)

Figure 4.23

Émissions de CO2 dans l’air en France métropolitaine en 1990 et 2006 (© CITEPA)

Figure 4.24

Bilan effet de serre de l’analyse du cycle de vie du bois pour la production d’1 kWh utile de chaleur – chaudière collective 2 MW avec réseau de chaleur (© Erwan Autret, Yann Rogaume)

Figure 4.25

Bilan effet de serre de l’analyse du cycle de vie du bois pour la production d’1 kWh utile de chaleur – chaudière industrielle 2 MW sans réseau de chaleur (© Erwan Autret, Yann Rogaume)

Figure 4.26

Polluants émis lors de la combustion d’une tep de bois en France (© CITEPA)

270 Mise en place d’une chaufferie biomasse

Liste des tableaux Tableau 1.1

Bilan 2009-2012 et perspectives 2020 du Fonds chaleur renouvelable

Tableau 1.2

Répartition des emplois dans la filière/impact Fonds chaleur 2009-2012

Tableau 2.1

Biomasse ligneuse récoltable pour l’énergie selon le type de coupe

Tableau 2.2

Biomasse récoltable pour l’énergie pour une haie de type taillis exploitée à 15 ans

Tableau 2.3

Volumes supplémentaires réellement exploitables pour l’énergie dans les espaces et bocagers en ktep/an

Tableau 2.4

Proportion de produits connexes de scierie selon l’essence

Tableau 2.5

Proportion de produits connexes dans l’ameublement et la menuiserie industrielle

Tableau 2.6

Ressources en biomasse agricole et agroalimentaire

Tableau 2.7

Recensement 2008 estimé des surfaces d’agroforesterie traditionnelle en France (superficie et nombre d’exploitants)

Tableau 2.8

Composition chimique moyenne du bois (en % de la masse anhydre)

Liste des tableaux 271

Tableau 2.9

Caractérisation de l’eau contenue dans le bois

Tableau 2.10 Classement simplifié selon la masse volumique anhydre Tableau 2.11

Coefficient de foisonnement des combustibles bois

Tableau 2.12

Paramètres normatifs et informatifs des biocombustibles solides

Tableau 2.13

Classes de granulométrie des biocombustibles

Tableau 2.14

Méthodes de mesure de l’humidité retenues par la norme européenne

Tableau 2.15

Classes d’humidité retenues dans les référentiels FCBA/ADEME 2008

Tableau 2.16

Incertitude sur la détermination du PCI en fonction de l’incertitude sur la mesure de l’humidité et celle sur le PCI anhydre

Tableau 2.17

Test suggéré pour accepter le résultat de la détermination du taux de cendres

Tableau 2.18

Classes de taux de cendres

Tableau 2.19 Classification professionnelle simplifiée des combustibles bois déchiquetés (© CIBE) Tableau 2.20 Caractéristiques physiques de la norme européenne EN 14961-2 (© Propellet) Tableau 2.21 Modes de transport envisageables selon le volume à transporter et la distance à parcourir Tableau 3.1

Gammes de puissance des chaufferies bois

Tableau 3.2

Dimensions maximales conseillées pour les silos enterrés (m)

Tableau 3.3

Autonomie de la chaufferie à pleine charge selon le volume utile de stockage

Tableau 3.4

Comparatif des différents modes de dépoussiérage des fumées

Tableau 3.5

Les modes de livraison du bois

Tableau 3.6

Emprises au sol et volumes de quatre exemples de stockage de bois

Tableau 3.7

Encombrement de l’ensemble foyer/chaudière dans les quatre exemples

Tableau 3.8

Encombrement du bâtiment dans les quatre exemples

Tableau 3.9

Les différentes intermittences liées au type de bâtiment

Tableau 3.10

Densité thermique des réseaux de chaleur bois en France

Tableau 3.11

Fréquence indicative des tâches d’exploitation (toute puissance de chaufferies)

Tableau 4.1

TVA applicable selon l’utilisateur

Tableau 4.2

Synthèse des différents modes de gestion d’une chaufferie bois dédiée ou sur réseau de chaleur

Tableau 4.3

Modes de gestion d’une chaufferie dédiée de maîtrise d’ouvrage publique

272 Mise en place d’une chaufferie biomasse

Tableau 4.4

Modes de gestion d’un réseau de chaleur urbain

Tableau 4.5

Montage juridique pour une chaufferie dédiée (© Matharan/Trivalor).

Tableau 4.6

Montage juridique pour un réseau de chaleur (© Matharan/Trivalor).

Tableau 4.7

Moyens de financement des investissements

Tableau 4.8

Taux de TVA applicables sur les investissements

Tableau 4.9

Synthèse des coûts liés à l’exploitation des chaufferies dédiées (©  Perdurance/ ADEME)

Tableau 4.10

TVA applicable sur l’exploitation d’une chaufferie dédiée

Tableau 4.11

Coûts d’investissement (© ADEME-ENERTIME)

Tableau 4.12

Coûts d’exploitation (© ADEME-ENERTIME).

Liste des tableaux 273

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