L'impression ou l'utilisation sous forme numérique de cet article – ou de certains de ses extraits – nécessitent l'autorisation écrite du rédacteur. Pour les indications détaillées, voir plus bas.

L'art de la fabrication de granulés de bois – 25 ans d'expérience

Technique de fabrication de pellets

Les articles dans les journaux et les interventions dans les forums sur Internet le montrent clairement: les consommateurs de pellets de ménage sont très sensibles à la qualité des granulés. En effet, les poêles n'acceptent pas sans autre n'importe quel genre de granulés. Les granulés de mauvaise qualité forment des scories, bouchent la chambre de combustion et mènent les acheteurs de pellets au désespoir. Les fabricants ont donc tout intérêt à produire des granulés de toute première qualité. Simultanément, ils ont intérêt à accroître la quantité produite par leurs installations. La qualité et le débit ne sont pas contradictoires et peuvent être associés par le réglage de divers paramètres dans le processus de fabrication des granulés. La maison Bühler dispose de plus de 25 ans d'expérience dans le domaine de la production de pellets ou de biomasse. En 1982, la maison Bühler livrait les machines destinées à la première installation de fabrication de granulés de bois à Mora, en Suède. Une partie de ces expériences est résumée ci-après.

Optimiser la qualité et le débit

Des normes définissent la qualité des pellets. Les normes connues en Europe sont par exemple la Ö-Norm M 7135, la DIN Norm 51731 ou encore la DIN Plus Norm. Mais il existe bien d'autres normes: aussi bien en France qu'aux USA, les associations nationales des fabricants de granulés de bois sont en train de définir de nouvelles normes. Ces dernières ont toutes en commun qu'elles définissent la teneur en eau, l'abrasion, la teneur en cendres, la longueur, la densité en vrac et la densité énergétique en tant que principaux éléments qualitatifs tout en définissant des limites supplémentaires pour la composition élémentaire. En première ligne, c'est la constitution du matériau de base qui définit si un granulé servira de combustible pour un chauffage privé ou de granulé à usage industriel. La fabrique de pellets peut toutefois, par le contrôle et le réglage de diverses variables de production, influencer de manière déterminante la qualité des granulés et le débit de production.

La teneur en eau: l'un des principaux paramètres de réglage

La bonne teneur en eau détermine si un granulé peut être formé dans la presse à pellets et de quelle façon ce pellet gardera sa forme par après. Un écart de quelques dixièmes de pour cent de la teneur en eau peut déjà décider de la qualité d'un bon pellets. Pendant tout le processus de fabrication de pellets, il faut donc des mécanismes de contrôle et de réglage qui aident à maîtriser la teneur en eau.

Dans une installation de fabrication de pellets, la teneur en eau du matériau de base subit de fortes fluctuations. Si l'on travaille avec du bois fraîchement coupé ou avec de la sciure, la teneur en eau est d'environ 50%. Dans le séchoir, la teneur en eau du bois haché ou de la sciure est ramenée à environ 10% avant que ce dernier soit broyé en farine de sciure. Avant que la sciure ne soit transformée en pellets, elle doit être à nouveau humidifiée afin d'atteindre la teneur en eau optimale pour cette transformation. Cet optimum se situe entre 10% et 15% et dépend principalement du matériau à transformer. Si la sciure est trop sèche dans la presse, les pellets seront cassants et l'état de fonctionnement de la presse sera suboptimal, ce qui se traduit par des travaux d'entretien plus fréquents et des frais d'usure plus élevés. Si la sciure est trop humide, les rouleaux de la presse et la forme de la presse vont patiner, ce qui réduit le débit ainsi que la qualité des pellets. Après la presse, les granulés arrivent dans le refroidisseur à contre courant. Ils devraient être amenés dans le refroidisseur aussi rapidement et avec autant de ménagement que possible car après la presse, ils sont encore mous. Ce n'est que dans le refroidisseur qu'ils acquièrent leur solidité définitive. Lors du refroidissement, de l'humidité est à nouveau libérée et doit être éliminée. Ici, il faut faire particulièrement attention: le bois contient de nombreux acides agressifs qui se font très efficacement sentir en condensé avec l'eau. Face à ce mélange, l'acier normal n'a aucune chance.

Pas de granulés sans friction

La presse à granulés est le cœur d'une installation de production de pellets. Dans cette dernière, de la sciure de bois en vrac est transformée en un granulé dur et résistant. Pour ce processus de mise en forme, la pression et la friction dans le canal de presse des formes de presse ainsi que la friction entre les particules constituant la sciure sont déterminants. Selon le matériau de base et le diamètre, il faut des canaux actifs plus ou moins longs dans les formes de presse. Les longueurs de canaux entre 30 mm et 80 mm fluctuent, les bois les plus tendres nécessitant des longueurs de canal plus longues que les bois plus durs. Pour pouvoir constituer la pression optimale dans le canal, la répartition du matériau sur la forme de presse d'une part et l'espace entre les rouleaux de presse et la forme de presse d'autre part sont déterminants. En raison de l'usure de la forme et des rouleaux de presse, cet espace doit de temps à autre être ajusté. D'autres paramètres du processus de fabrication tels que la teneur en eau et la température influencent également les forces de friction et ont donc une influence déterminante sur la qualité des pellets.

La température facilite l'optimisation

Sur le chemin qui va du bois en troncs ou de la sciure jusqu'au granulé fini, le matériau de base est soumis à d'importantes fluctuations de température. Dès le début, le matériau de base est fortement chauffé dans le séchoir, avec un peu plus de ménagement dans le séchoir à bande convoyeuse quand dans le séchoir à tambour. Dans le séchoir à bande convoyeuse, le produit atteint une température d'environ 70 degrés Celsius alors que dans le séchoir à tambour, la température peut atteindre les 100 degrés Celsius. Etant donné que divers composants du matériau de base influencent la qualité des pellets et que les températures élevées décomposent et transforment en partie ces composants, il est possible de prouver de manière empirique une influence des températures sur la qualité des pellets. Pour l'instant toutefois, on ne connaît toutefois pas suffisamment les principes exacts qui s'appliquent dans ce cas.

Dans la presse à pellets, la température a une influence déterminante sur la qualité des pellets. Des températures élevées ont en règle générale une influence positive sur la friction. Les besoins énergétiques de la presse pour la production des pellets se réduisent également. Pourtant, il semble qu'il existe pour chaque matériau de base une zone de température optimale. Avec l'adjonction de vapeur juste avant la presse, il est possible de contrôler la température du produit et donc d'influencer la qualité du produit. Les températures de produit usuelles des bois tendres sont par exemple d'environ 100 degrés Celsius.

Pour l'instant, on en est réduit à des spéculations en ce qui concerne les causes et les processus à l'intérieur du bois. Il semble qu'un rôle déterminant puisse être attribué au liant propre au bois, la lignine, bien que les deux autres principaux composants du bois – l'hémicellulose et la cellulose – aient également une influence sur la fabrication de pellets par le biais de la température. L'importance d'un refroidissement rapide après la presse est bien connue. Ce n'est que le refroidissement dans le refroidisseur qui garantit la dureté souhaitée des pellets.

Le matériau de base est déterminant

La meilleure des installations de fabrication de pellets manque toutefois sont but si le matériau de base à transformer ne convient pas à la fabrication de pellets. Ce n'est donc pas par hasard que sur le monde entier, la plupart des granulés sont fabriqués à base de bois tendres tels que de l'épicéa ou du pin, deux types de bois qui conviennent particulièrement bien à la combustion dans des poêles de ménage en raison de leur faible teneur en cendres. Avec les pellets à base de bois durs et de paille, les valeurs limites de production de cendres sont souvent dépassées. De plus, il faut s'attendre à des frais d'usure comparativement élevés dans l'installation. Des parts élevées d'écorces et du sable ont également une influence négative sur les frais d'entretien et la teneur en cendres.

Outre ces caractéristiques relativement évidentes des matériaux de base, il se peut que des variations apparaissent même au sein d'un type de bois, variations qui peuvent également influencer la qualité des pellets et le débit de production. Ainsi, l'endroit et le moment auxquels un arbre a grandi et même le type et la durée de stockage du bois ont une influence sur le processus de fabrication des pellets. Si l'on désire maintenir le débit de production et la qualité des granulés à un très haut niveau, il faut donc obligatoirement tenir compte d'une qualité constante du matériau de base.

L'homogénéité est surtout valable pour la taille des particules. En raison d'une pénurie de copeaux de bois et de sciure, on recourt de plus en plus au hachage de copeaux de bois et de troncs d'arbres frais que l'on sèche ensuite. De ce fait, la taille des particules devient un facteur décisif dans le processus de fabrication de pellets: aussi bien les séchoirs à tambour que les séchoirs à bande convoyeuse ont de la peine à sécher simultanément de gros et de petits copeaux de bois. Ainsi, les grands copeaux sont trop humides ou alors les petits trop secs – avec les conséquences que l'on imagine pour la suite de la production. Dans ce cas, le fractionnement des copeaux de bois avant le séchoir ou éventuellement, la mouture humide, peuvent être d'une certaine utilité, même s'il faut pour cela une grande quantité d'énergie électrique.

Dans la presse à granulés également, la bonne taille des particules contribue à l'augmentation de la qualité des pellets. Un matériau trop fin ne se transforme que très difficilement en pellets alors qu'un matériau trop grossier doit être moulu dans la presse à granulés, ce qui réduit le rendement tout en accroissant la consommation d'énergie. Dans le broyeur à marteaux, des tailles de tamis entre 4 et 8 millimètres sont courantes car elles garantissent des répartitions des tailles de particules optimales pour le processus de fabrication de pellets subséquent.

Texte: Dipl Natw. ETH, Daniel M. Meier, Bühler AG, CH-9240 Uzwil, www.buhlergroup.com