Chauffe-eau, phase 2 – échangeur avec poêle de masse

Second hiver avec le poêle de masse d’Agir LowTech dans la paillourte. Cet hiver a été placé sous le signe de la production d’eau chaude.

Page d’appel aux dons du projet pour que ce poêle de masse pour petit habitat open source puisse voir le jour : https://agir.lowtech.fr/t/pdm/projets/tiny/fiche-de-presentation/

Cet article fait suite à l’article « Chauffe-eau, phase 1 – surplus d’énergie solaire »

Préambule

La production d’eau chaude sanitaire (ECS), c’est quelque chose de plutôt énergivore : elle représente à elle seule en moyenne ~15% de la facture d’électricité d’un français moyen. Et si vous ne chauffez pas à l’électricité, il y a de grande chance pour que ce soit le premier poste de dépense…

Je considère que la solution la plus optimum / lowtech, c’est le chauffe-eau solaire thermique (non photovoltaïque), couplé avec un poêle bouilleur. De cette façon, on couvre tous les besoins en eau chaude de l’année. Bien sûr, dans un monde soutenable, il est primordial de réviser ses besoins, c’est pour quoi j’ai opté pour un chauffe eau de 20L (une installation standard dans un foyer moyen, c’est plutôt un ballon de 200L).

De mon côté, je dispose déjà d’une installation solaire photovoltaïque autonome ; j’ai donc du surplus d’énergie ~9 mois dans l’année. Depuis quelque temps, je redirige ce surplus dans mon ballon d’eau chaude de 20L. Mais l’hiver : pas de surplus = pas d’eau chaude. C’est pas dramatique en soit, quand on allume le poêle on met une gamelle pleine d’eau dessus et on peut faire notre douche avec ça… Mais tant qu’à avoir un poêle pas loin du ballon, autant les marier. D’autant que mon ballon (un Nautic-Therm Stehend ME 230V 330W 20L de la marque Elgena) est équipé d’un échangeur de chaleur initialement conçu pour récupérer les calories du moteur (le liquide de refroidissement circule et la chaleur du moteur qui roule réchauffe l’eau) : je vais donc utiliser cet échangeur pour le “connecter” au poêle.

Toute l’expérience qui va suivre a été réalisée sur le prototype v20.10

L’expérience

Pour produire de l’eau chaude avec un poêle de masse, il y a 2 écoles :

  1. Faire circuler un échangeur Inox dans le passage des fumés ;
  2. Apposer un échangeur en surface du poêle, noyé dans l’enduit.

Nous allons tâcher d’explorer ces deux solutions dans le cadre d’une utilisation sur le poêle de masse d’Agir LowTech.

À noter qu’ici, je cherche à produire de l’eau chaude sanitaire (stockée dans un ballon) mais d’autres utilisations sont possibles :

  • Radiateur déporté (pièce éloignée du poêle)
  • Mur/sol chauffant

On parlera ici d’échangeur “en circuit fermé”, dans le sens ou ce n’est pas l’eau du ballon d’eau chaude sanitaire qui se promène dans l’échangeur. Un fluide (ici de l’eau) est réchauffé dans l’échangeur du poêle, circule jusqu’au chauffe-eau et transmet ses calories via un échangeur à l’eau contenue dans le ballon.

Circulation de l’eau

Pour la circulation de l’eau il y a 2 écoles / 2 techniques :

  • Le circulateur : Une petite pompe électrique qui pousse l’eau dans le circuit ;
  • Le thermosiphon : L’eau chaude prenant plus de place que l’eau froide, quand l’eau se réchauffe elle “pousse” l’eau à monter.

Je vais tâcher d’explorer les 2 options pour savoir si les 2 fonctionnent aussi bien dans mon cas.

En thermosiphon, pour que ça puisse fonctionner, il faut que nos tuyaux soient plutôt de gros diamètre (limiter les frottements) et surtout que la source de chaleur soit plus basse que le ballon. Dans ma configuration, c’était anticipé. Mon ballon se trouve à ~2m10 du sol pour son point le plus bas et le poêle fait ~90cm de hauteur. À noter que la longueur ne peut pas non plus être infinie en solaire thermique : 5 à 6m de tuyau, ça fonctionne parfaitement ; au-delà, c’est moins sûr (la hauteur est aussi à considérer). Bref, le thermosiphon c’est “beau” parce que ça ne nécessite pas d’électricité, de pompe… mais ça ne fonctionne pas dans toutes les configurations.

Le circulateur que j’ai testé est un « ENERJFluid 9180 ES2 20-60/180 ». Il consomme 3W au plus bas pour 0,5L/min et 37W pour 0,20 L/min). La consommation électrique de 3W, c’est peu, surtout qu’il n’est pas nécessaire de l’avoir allumé perpétuellement. Mais 2 choses :

  • Même si le circulateur consomme peu, il consomme.. (tout dépend du contexte énergétique dans lequel nous nous trouvons… “peu” c’est déjà plus que “pas”)
  • Si circulateur il y a, il faut le contrôler (manuellement au automatiquement) en fonction de la température du fluide transporté par rapport à la température du ballon par exemple, pour que le circulateur stoppe la circulation quand la température du ballon est supérieure ou égale à la température de l’eau dans le circulateur.

Circuit ouvert ou fermé ?

Schéma fonctionnement d’un vase ouvert

Les tuyaux entre l’échangeur du poêle et l’échangeur dans le ballon peuvent être :

  • En circuit fermé, sous pression (classique en plomberie)
  • En circuit ouvert, hors pression (pression atmosphérique)

Le circuit ouvert est simple d’installation, et fonctionne aussi bien que le circuit fermé. Il faut simplement laisser un récipient “ouvert” à l’air sur le point le plus haut. Il remplace ainsi les éléments de plomberie suivants :

  • Groupe de sécurité : il ne peut y avoir de surpression dans un circuit ouvert ;
  • Vase d’expansion : l’eau chaude prenant plus de place que l’eau froide le niveau ce celle-ci varie dans le récipient (le dimensionnement du récipient est à calculer fonction de la quantité d’eau dans le circuit) ;
  • Purgeur automatique : sa position en “point le plus haut” permet aux bulles d’air de remonter à ce point et de s’échapper à l’air.

Les inconvénients du circuit ouvert :

  • Tous les environnements de plomberie ne permettent pas d’avoir de vase ouvert en point haut ;
  • Il introduit dans le circuit de l’oxygène pouvant provoquer une corrosion prématurée des conduits. Un peu d’huile en surface pallie à ce problème.

Pour allez plus loin (p57).

Vase ouvert gobelet

Au départ, j’étais parti pour acheter un vase ouvert, mais pour une si petite installation, je ne trouvais pas vraiment chaussure à mon pied. J’ai fini par percer un verre en plastique et à bricoler un passe paroi de plomberie, ça fait le job… En effet on considère 2-3% d’expansion de l’eau de 0 à 80°C. De mon côté, toute ma tuyauterie abrite ~2L d’eau ; il fallait donc que mon vase ouvert soit capable d’encaisser un différentiel de 2L*3%=0.06L soit 6cl. Même pas besoin d’une pinte !

Installation

Voici donc l’installation / le schéma de plomberie qui permet de tester / comparer :

  • Le circuit ouvert/fermé (sous pression) grâce à une vanne 3 voies en partie haute pour passer du vase ouvert au purgeur d’air ;
  • Le thermosiphon ou le circulateur électrique par un “by pass” en partie basse

Mesures

Pour caractériser les échanges thermiques, j’ai repris le travail que j’avais produit pour le banc de test, en y ajoutant des capteurs de débit YFS201. Ceux-ci sont hors du circuit en thermosiphon, car j’avais peur qu’ils gênent le fonctionnement de celui-ci, et je n’étais pas sûr qu’ils soient suffisamment sensibles pour enregistrer le doux mouvement du thermosiphon.

Pour les capteurs de température, j’ai utilisé des DS18B20 en doigts de gant sur des tés en laiton.

Sur le test avec l’échangeur inox dans les fumées, j’ai eu peur de dépasser la température max des DS18B20. J’ai donc mis des thermocouples, mais ça s’est avéré inutile : la température max des DS18B20 n’a pas été dépassée, même dans ce cas.

L’instrumentation n’est pas d’une précision folle, les conditions sont des conditions en situation (et non en laboratoire). Les sondes de températures sont plutôt précises ; le débitmètre, lui, un peu moins :

Fréquence de 1sRésultat au débitmètreRésultat au verre doseur
Robinet en continu 1 (en L)0.971.15
Robinet en continu 2 (en L)1.21.5
Robinet ouvert à petit débit0.570.82
Ouvert aléatoirement1.040.75

Sonde ECS : la sonde de température ECS n’est pas très juste. En effet, elle est en sortie de ballon. Je pensais que c’était plutôt stable à cet endroit mais après sur-isolation, ça ne s’avère pas très vrai… C’est pour ça que je “tire” un peu d’eau de temps en temps dans les résultats (~1 fois par heure), pour avoir un “vrai relevé” de la température dans le ballon… La vérité doit même se trouver 2-3°C au dessus (à cause de l’inertie des raccords laitons). Je n’avais pas envie de percer mon ballon pour l’expérience. J’ai tenté de “rallonger le doigt de gant” en soudant une tige filetée au bout, mais ça n’a pas tenu.

Une solution non explorée aurait été un passe paroi avec un thermocouple : le thermocouple aurait pu “se glisser” jusqu’à l’intérieur du ballon par l’évacuation.

Échangeur de surface

Apposer un échangeur de chaleur (tuyau en contact avec la paroi extérieure du poêle) noyé dans de l’enduit.

Cette solution d’échangeur en surface du poêle semble plus intéressante pour plusieurs raisons :

  • Plus pérenne : pas d’usure des matériaux car, même en Inox réfractaire, le contact avec les gaz de combustion (acides) entraîne une corrosion et la suie/goudron se dépose sur des tubes froids ;
  • Pas de risque de dégrader la combustion ;
  • Moins dangereux : peu/pas de chance de faire monter l’eau à 100°C (et donc changement d’état) sur cette zone exposée à l’air donc simplification du montage (moins d’organe de sécurité nécessaire).

Aux rencontres de l’AFPMA, André De Bouter nous à parlé de ce système de récupération de chaleur en surface du poêle, notamment développé par Tigchelaar. Il préconise d’utiliser un tube cuivre recuit 5mm intérieur « plié » à l’horizontal (comme derrière un réfrigérateur) environ tous les 10cm, noyé dans l’enduit sur l’extérieur du poêle de masse ; et un circulateur pour gérer la circulation.

Nous allons partir sur cette base, mais ayant la volonté d’expérimenter le thermosiphon, il va falloir augmenter le diamètre du tube en le passant à 16-18mm.

Mise en œuvre

J’ai emprunté une cintreuse à un copain plombier (le 16-18 ça ce tort pas comme ça) et après avoir déroulé mon tuyau de recuit, j’ai fait mes “S”. Une fois mon échangeur en forme, j’ai appliqué une barbotine de terre en accroche sur les briques du poêle. Par précaution, j’ai aussi mis 3 vis à béton pour “porter” l’échangeur (serré avec du fils de fer). J’ai ensuite appliqué une première couche d’enduit terre-sable et, sans attendre que celle-ci soit sèche, j’ai noyé l’échangeur dedans (histoire de maximiser le contact entre le poêle et l’échangeur). J’ai ensuite sanglé des bastaings autour du poêle le temps du séchage. Quand celui-ci a été sec, j’ai appliqué une autre couche d’enduit terre. Bien sûr, cet enduit est tramé pour tolérer la dilatation du cuivre / des briques avec les différences de températures.

Relevés

Pour tous ces relevés, la charge de bois est à 3kg avec un poêle tiède (allumé la veille) ; la flambée dure environ une heure.

Mode thermosiphon, circuit ouvert (hors pression)

Graphique ECS surface Mode thermosiphon, circuit ouvert (hors pression)

Mode circulateur ~2l/m, circuit ouvert (hors pression)

Graphique ECS surface Mode circulateur ~2l/m, circuit ouvert (hors pression)

Mode circulateur, circuit fermé (sous pression à 2 bars)

Graphique ECS surface Mode circulateur, circuit fermé (sous pression à 2 bars)

Constats

Ce qu’on peut dire, c’est que plus la température de départ du ballon est froide, plus celle-ci à tendance à monter.

  • Départ à 29.7°C pour le relevé 2021-11-26_09-00 = +7°C
  • Départ à 28°C pour le relevé 2021-11-24_08-36 = +6.4°C
  • Départ à 26°C pour le relevé 2021-11-25_09-31 = +11°C

Il ne semble pas y avoir de différence profonde entre le mode circulateur ou thermosiphon ainsi que le mode circuit ouvert ou fermé.

Évaluation

Avec les mesures du banc de l’hiver 2021 nous connaissons la restitution de chaleur de la paroi sur laquelle l’échangeur a été installé : CR:InSitu2Hiver2021

Arthur nous a fait un beau tableau : Calcul_puissance_échangeur_de_surface.ods ‎

Il en ressort que l’ensemble de l’installation (échangeur en surface du poêle + tuyauterie + échangeur dans le ballon) nous amène à un rendement de 13%.

La forme de l’échangeur

En escalier

Échangeur en escalier

La forme de l’échangeur joue un rôle. En discutant avec un plombier, il en ressort qu’une forme “en escalier” (comme les anciens radiateurs en fonte) peut être pertinente pour maximiser l’efficacité du thermosiphon mais aussi, sur une même surface, avoir plus de longueur de tuyau.

Mais la fabrication d’un tel échangeur s’avère très complexe. Je suis plutôt novice en brasure, et je n’ai pas réussi à mener le projet au bout sans qu’il y ait de fuite. La difficulté ici, c’est la concentration des soudures qui fait que si on en chauffe une, les autres autours bougent…

En bobine

Échangeur de surface – Extrait livre poêle de masse accumulation chez Terre Vivante

Une autre voie qui n’a pas été expérimentée, c’est la voie “en bobine”. Attention tout de même : les bulles d’air pourrait être d’autant plus nombreuses.

Échangeur dans les fumées

Avertissement

Le fabricant de poêle de masse néerlandais Tigchelaar avait arrêté l’installation de leurs échangeurs (dans les fumées) car souder des pièces d’inox réfractaire, c’est pas simple et le coût de fabrication est élevé…

Dans le livre « poêle à accumulation » des éditions Terre Vivante il est dit :

Si l’échangeur est placé dans le flux des fumées, le système doit toujours être muni d’une régulation que l’on appelle « sécurité antiretour froid » afin d’éviter que l’eau qui entre dans l’échangeur ait une température inférieure à 50°C. Une eau froide (à température du réseau) pourrait provoquer une condensation acide et ronger l’échangeur même inoxydable. Si l’eau entrant dans l’échangeur est trop froide, une vanne à trois voies permet de la mélanger avec celle qui en sort et qui est déjà chauffée. Il est éventuellement possible de remplacer ce système coûteux par un mitigeur.

Avec un circulateur, il est nécessaire de faire une “boucle” pour ne jamais injecter de l’eau trop froide dans l’échangeur (qui se trouve dans le passage des fumées chaudes) afin de limiter l’effet de corrosion.

Dans le support Oxalis, il est dit :

La circulation est déclenchée par une régulation électronique ou un interrupteur thermostatique entre 70 et 80° pour limiter le risque de condensation autour de l’échangeur. La sonde est fixée à la sortie de l’échangeur par un collier métallique.

La sonde en sortie est là pour couper le circulateur si jamais l’eau devient moins chaude dans le circulateur que dans le ballon, ceci pour éviter de refroidir le ballon bien sûr.

Oxalis semble considérer l’échangeur Inox dans les fumées comme un consommable à changer de temps en temps… Le risque est modéré dans le cas d’un auto-constructeur qui a conscience de cette contrainte, d’autant que dans le cas d’un circuit fermé, le plus gros drame serait d’avoir ~2L d’eau dans le poêle. Ce risque est par contre peut être trop important sur un poêle installé par un professionnel.

Mise en œuvre

L’échangeur est un tuyau 2m (dont 1,8m dans le poêle) d’inox annelé diamètre nominal de 32mm.

Il a été passé sur une des 2 redescentes latérales dans la double peau, par “simplicité”. En effet, je n’avais pas l’énergie pour démonter la 2ème peau de mon poêle en plein hiver.

  • L’entrée était en partie arrière, j’ai percé au perforateur un trou de la taille du tuyau (jointé à la laine céramique) ;
  • La sortie était en partie haute sur le côté, j’ai pu démonter la brique pour l’entailler à la meuleuse.

Relevés

Pour tous ces relevés, la charge de bois est à 3kg avec un poêle tiède (allumé la veille), la flambée dure environ une heure.

3kg de bois, thermosiphon, mode circuit ouvert

3kg de bois, thermosiphon, mode circuit ouvert

4kg de bois, thermosiphon, mode circuit ouvert

4kg de bois, thermosiphon, mode circuit ouvert

3kg de bois, Thermosiphon, mode fermé 1.8b

3kg de bois, Thermosiphon, mode fermé

3kg de bois, avec circulateur, mode circuit ouvert

  • Les données : 2022-01-13_18-06.ods
  • Nuance : La flambée a été peu puissante au ressenti, doute sur la quantité de bois
  • Gain de température dans le chauffe eau : +10.5
3kg de bois, avec circulateur, mode circuit ouvert

3kg de bois, avec circulateur, mode circuit fermé à 1.6bar

  • Les données : 2022-01-12_17-55.ods
  • Nuances :
    • Réglage du circulateur dans les premières minutes…
    • Légère fuite sur les thermocouples
  • Gain de température dans le chauffe eau : +14.9
3kg de bois, avec circulateur, mode circuit fermé

Constats

Le gain de température dans le chauffe eau est globalement plus important de quelques degrés (0 à 7°C) qu’avec l’échangeur de surface.

L’expérience à 4kg de bois montre une très nette augmentation du gain dans le chauffe-eau (quasi le double qu’avec 3kg de bois).

Mais…

Cheminé qui fume gris = mauvaise combustion…

Mais voilà, j’ai vite arrêté. Parce qu’autant avec ce poêle, les voisins ne savent pas quand je chauffe car il n’y a que rarement de la fumée qui sort du conduit (si c’est le cas, c’est souvent une erreur humaine…), ce qui est un bon signe de bonne combustion. Autant quand j’avais l’inox plein d’eau froide dans les fumées, j’avais un panache de fumées en continu durant la combustion.

Ce n’est pas un signe de bonne combustion : le poêle était difficilement utilisable, le tirage était dégradé. La température ne montait certainement pas suffisamment haut, ce qui dégradait la combustion = générait de la pollution.

Une piste pour expliquer ça : peut-être un échangeur trop gros/long par rapport à la puissance du poêle (on lui en demande peut-être beaucoup).

Pour apporter une précision : quand l’inox était vide (sans eau), je n’avais aucune fumée, le poêle se comportait « normalement ». Ce qui me semble démontrer que l’échangeur ne gênait pas la circulation des fumées (ce qui aurait pu être le cas).

Vital Bles nous dit qu’il est bon de prévoir un starter efficace dans le cas d’un échangeur dans les fumées, il nous dit aussi que “l’influence néfaste sur le tirage (surtout sur son instauration rapide au démarrage) est d’autant plus importante qu’on s’approche de la fin du circuit. C’est moins problématique lorsqu’on met l’échangeur en sortie de foyer, au plus chaud des fumées. Et le risque de condensation due au passage d’eau froide au contact des fumées est d’autant plus réduit.”

André DE BOUTER nous a fait remarquer que le circulateur était peut-être trop proche de la combustion, un test à l’arrière du poêle, dans la remontée de fumées serait une bonne chose.

De mon côté, je lis entre les lignes que c’est loin d’être simple l’histoire de l’échangeur dans les fumées.

Des pistes pour aller plus loin

Quelques pistes là-dessus pour les prochains tests :

  • Utiliser un échangeur de diamètre plus petit
  • Diminuer la longueur de l’échangeur
  • Le faire circuler dans la partie arrière du poêle
  • Avec un meilleur « by pass »/clapet…

Juste l’échangeur

Etant donné que nous avions la puissance émise par la paroi sur laquelle est installé l’échangeur, j’aurais aimé caractériser le rendement de l’échangeur “seul” (énergie transmise dans l’eau). Les camarades ingénieurs d’Agir LowTech avait besoin, pour ce calcul, que l’eau entre dans le capteur à une température stable/froide.

Je suis donc parti avec une poubelle d’eau de 80L, non isolée :

Mais ça n’a pas suffi, la poubelle est quand même montée en température, ce qui fait que les données n’étaient pas exploitables pour déterminer le rendement du capteur.

Je mets les données quand même, pour les curieux :

  • Test de l’échangeur de surface (circulateur, circuit ouvert:, 3kg de bois dans le poêle)
  • Test de l’échangeur inox dans les fumées (circulateur, circuit ouvert:, 3kg de bois dans le poêle) :

Une piste pour réussir cette expérience serait de faire la même chose avec la poubelle d’eau à l’extérieur de la maison + un temps bien froid. Voire même d’avoir 50m de tuyau d’arrosage entre l’échangeur et la poubelle d’eau aiderait grandement (mais là, bonjour les bulles d’air possiblement).

Difficultés

Des bulles

Remplissage solaire thermique

J’ai eu de la peine à faire circuler l’eau dans le circuit au départ, que ce soit avec circulateur, en thermosiphon, circuit ouvert ou circuit fermé en pression… ça ne fonctionnait pas. C’était des bulles… et ça empêchait la circulation de l’eau (même avec le circulateur).

Avec le mode “sous pression” (vase, purge air…), j’ai réussi à virer les bulles principalement au remplissage avec la pression du réseau + la pompe qui tournait à fond. La pompe poussait tout ça comme il faut. Quand je suis repassé sur le mode “circuit ouvert” le circulateur fonctionnait aussi dans ce mode… ouf…

Un contributeur (François) m’a expliqué comment il remplissait les circuits. Il utilise un remplisseur 3 vannes en photo ci-après. Il faut remplir d’un côté en laissant l’autre ouvert et fermer la vanne du milieu, ça pousse l’air vers la sortie. Dès que l’eau sort, c’est bon, il faut fermer les 2 vannes et rouvrir la vanne du milieu.

Légionellose

Il s’agit plus une peur qu’une difficulté : la bactérie du chauffe-eau…

Leur croissance est effective entre 20 et 50°C. Au-delà de 50°C, leur croissance est limitée, elles ne prolifèrent pas et elles sont détruites au-delà de 60° (source).

Raté, entre 30 et 40°C c’est pile-poil la température qu’on retrouve dans le ballon. Le risque a quand même été qualifié de faible pour plusieurs raisons :

  • Quand l’appoint électrique avec le surplus d’énergie photovoltaïque se déclenche, l’eau monte à 70°C, il n’y a que ~3 mois dans l’année ou la température ne monte pas au dessus de 60°C ;
  • Le ballon faisant 20L, l’eau est très souvent renouvelée ;

L’installation “in situ”

Même si le gain est faible, j’ai quand même finalisé l’installation avec l’échangeur de surface / thermosiphon / circuit ouvert. D’une part, parce que j’avais tout le matériel et d’autre part parce que, même si ça n’élève la température que de 10°C par flambée,, c’est toujours ça de pris, toujours ça qui n’est pas nécessaire de chauffer par une autre source d’énergie. Dans mon cas, ça nous fait de l’eau tiède alors que sinon nous n’avons que de l’eau froide l’hiver (il y a rarement du surplus d’énergie photovoltaïque en hiver et, s’il y a du surplus, c’est peu). Et s’il y a ne serait-ce qu’un peu de surplus photovoltaïque, l’eau sera déjà préchauffée…

Schéma Installation ECS en surface chez David Mercereau

En l’état (thermosiphon + circuit ouvert) l’installation est très “lowtech”, ne risque pas de tomber en panne, et ne consomme pas d’énergie ; donc même si je suis un peu déçu, car c’est peu de gain, je suis content de l’avoir fait, c’est toujours ça. Ceci étant, je ne sais pas si je l’aurais fait si j’avais eu l’information du “si peu de gain”.

Conclusion

Aucune conclusion. Cette expérience mérite d’être approfondie, croisée, recoupée, contredite.. mais pour le moment, la solution de l’inox dans les fumées semble être compromise pour cette version du poêle.

Visite paillourte 30/10/2021

Dans le cadre du MOOC de l’association hameaux-legers.org nous ouvrons les portes de la paillourte pour une visite le 30 octobre prochain (2021).

  • Où : A Rouans (44640) (on vous communique l’adresse après inscription)
  • Quand : Samedi 30 Octobre 2021 de 09h30 à 12h
  • Tarif : Gratuit, gratuit / don libre de « bonne petite chose maison » si le cœur vous en dit
  • Pour qui : une quinzaine de personnes (sur réservation, ci-après)

Il s’agit d’une visite « technique » ne venez pas pour voir la couleur du mur ou voir « où on fait kaka »… Venez comprendre, questionner les choix, demander des précisions sur ce qui vous a manqué dans ce qui est déjà à disposition : https://david.mercereau.info/paillourte/ (un pré-requis serait d’avoir lu une bonne grosse partie de ce qui a déjà été publié…)

C’est COMPLET, c’est passé… ! Mais laissé votre mail pour être avertie de la prochaine date de visite :

[podcast] ElemenTerre : vers un habitat plus frugal

J’ai été interviewé dans une série de podcast proposé par « Imagine LA » (Conseil de développement de Loire-Atlantique) et du Département de Loire-Atlantique. Voici l’épisode :

Le lien vers le podcast sur plusieurs plateforme :

Bilan CO2 : Mon mode de vie n’est pas soutenable

Mon mode de vie actuel est plutôt considéré comme sobre++ par mon entourage. Je passe souvent pour une sorte d’extrémiste/jusqu’au-boutiste… Même s’il y a toujours des axes d’améliorations possibles, je suis plutôt content de moi. En (très gros) :

  • J’abaisse volontairement mon pouvoir d’achat en travaillant moins (juste ce qu’il faut)
  • Alimentation : végétarien, consomme de saison chez les maraîchers de proximité, groupement d’achat pour les produits secs ;
  • Vie dans une maison en paille de 40m2 à 3 personnes
    • Consommation de chauffage : ~0.8 stère par hiver ;
  • Consommation électrique ~500Wh/jour/personne (moyenne 5700Wh/j/p en France source)
  • Consommation ~15 à 20L d’eau/j/p (la moyenne française est plutôt à 150L/j/p) (ce n’est pas pris en compte dans le bilan carbone, c’est bien dommage…)
  • De l’électroménager qui a plus de 10ans, d’occasion ;
  • Numérique : PC reconditionné, téléphone qui a 10 ans mis sous Linux, wifi éteint par défaut ;
  • Pas de voiture pour ma part, mais une dans le foyer dont je bénéficie quand même de temps en temps…
  • 0 trajet en avion ;

Mes certitudes se sont vues bousculées suite à la lecture de ce rapport Modes de vie soutenables – Des actes à la hauteur, qui dit (entre autres choses) que les gens conscients n’ont (en moyenne) pas moins d’impact que les gens qui se moquent du dérèglement climatique 😐

Me voilà maintenant dans l’incertitude…

Du coup, j’ai cherché à évaluer mon impact CO2 annuel (indice discutable mais indice quand même…). J’ai trouvé un calculateur open source (cœur avec les doigts) développé par l’ADEME : https://nosgestesclimat.fr/

Et voilà mes résultats :

Malgré mes efforts, je ne suis pas dans un mode de vie soutenable par rapport aux objectifs du GIEC (GIEC qui passe pour des optimistes aux yeux de certains), ce qui me fait me dire « qu’on est pas sorti le cul des ronces« 

La route va être longue… pourtant y’a urgence non ?

CC0 Domaine public

Ce qu’on peut constater, c’est qu’il y a déjà 1,1T de CO2 imputable aux services publics Français (santé, routes, éducation, justice, défense…). Donc déjà si on est Français : on est mal barré pour être à 2T… Ce qui ne veut pas dire qu’il ne faut pas réduire notre impact…

Et vous, vous en êtes où dans votre bilan CO2 ?

Visite paillourte 11/09/2021

Hen44 nous fait ouvrir les portes de la paillourte pour une visite le 11 septembre prochain (2021).

Il s’agit d’une visite « technique » ne venez pas pour voir la couleur du mur ou voir « où on fait kaka »… Venez comprendre, questionner les choix, demander des précisions sur ce qui vous a manqué dans ce qui est déjà à disposition : https://david.mercereau.info/paillourte/ (un pré-requis serait d’avoir lu une bonne grosse partie de ce qui a déjà été publié…)

Si tu n’es pas disponible a cette date mais que tu veux être informé des prochaines visites laisse ton e-mail :

Terrasse en chêne

Après 5 ans de bons et loyaux services et 3 démontages / remontages ma terrasse en palette a rendu l’âme. Les lames de palettes utilisées était vraiment trop fines et l’entraxe entre les lambourdes était trop important… on a fini par passer le pied à travers plusieurs fois 😮

Maintenant qu’on n’est plus dans un contexte nomade – yourte, je pouvais me permettre de faire quelque chose de plus durable/fixe. Du coup, j’ai opté pour une terrasse en chêne… Si j’ai pas fait de bêtise, elle me survivra…

Cette terrasse ne m’a pas coûté mes 2 bras, malgré le fait qu’elle soit en chêne… C’était 16,44€TTC/m2 pour des planches de chênes 27mm d’épaisseur. A titre de comparaison :

  • Dans un magasin de bricolage, avec lame de terrasse en douglas de 27mm, ça tourne autour des 30€TTC/m2 ;
  • Dans un magasin de bricolage, une terrasse en pin vert de 27mm, ça tourne autour des 20€TTC/m2 ;
  • Le bois exotique, ça peut monter à 100€, 300€/m2…

Pourquoi c’était « si peu cher » ? :

  • Je l’ai acheté directement à la scierie ;
  • C’était du bois « frais de sciage » (donc pas sec) ;
  • La largeur des planches étaient variables
    • C’est la façon la plus « écologiquement soutenable » d’utiliser du bois, en effet, « la grume » (le tronc d’arbre) est rond et jamais parfaitement droit… Il est donc difficile d’avoir une largeur + longueur constante. Ou alors il y a du déchet généré par cette volonté d’avoir des planches constantes.
  • Le bois était « brute », non dégauchi / non raboté : certaines planches ont jusqu’à 3mm d’épaisseur de plus, mais quand on marche, même pieds nus ce n’est pas gênant. J’ai quand même « choisi les planches que je mettais les unes à côtés des autres ».

Tout ça crée une terrasse « rustique » mais qui va bien avec la maison (une terrasse en Teck ça aurait fait tâche…).

Fabrication

Rien de sorcier, j’ai commencé par faire des gabarits échelle 1 pour me rendre compte en vrai. Puis j’ai enterré les parpaings qui me restait du « sous lambourdage » de la yourte. Ensuite, j’ai mis de niveau avec des tomettes de terre non gélives qui traînaient chez un voisin. Par dessus, j’ai posé des chutes d’EPDM (issues de la toiture végétalisée) pour faire rupture capillaire entre le minéral et le bois, et mis des chutes de géotextile de l’ancienne terrasse + du toit sous la terrasse pour éviter que ça pousse (trop), j’ai utilisé des vis inox bien sûr… voilà en gros le tableau…

Fini !

Plutôt satisfait du résultat, c’est plutôt harmonieux avec la maison, je suis content !

Le (petit) poêle de masse d’Agir Low-Tech est (en test) à la paillourte

Page d’appel aux dons du projet pour que ce poêle de masse pour petit habitat open source puisse voir le jour : https://agir.lowtech.fr/t/pdm/projets/tiny/fiche-de-presentation/

J’en avais parlé, et bien c’est fait ! Je suis allé passer 4 jours au labo d’Agir Low-Tech pour fabriquer leur prototype de poêle pour petit habitat et j’ai participé à son développement en effectuant tout un tas de tests/mesures. Ce premier prototype est arrivé dans ma paillourte en janvier 2021.

J’ai déjà expliqué le contexte, les observations qui justifiaient mon envie de retourner vers « un poêle de masse » dans cet article, je ne vais donc pas revenir dessus. Beaucoup m’ont demandé « mais pourquoi tu ne refais pas un poêlito comme pour ta yourte ? ». Plusieurs raisons : La force du poêlito réside dans son côté masse/inertie démontable pour pouvoir être facilement déménager. Ici il s’agit d’un habitat fixe (la paillourte). Le poêlito, sans banc affiche un rendement de 70% ce qui à aujourd’hui la limite basse pour la commercialisation d’un poêle… On peut mieux faire. A l’usage le poêlito est un foyer ouvert qui demande de la surveillance durant la flambée, un foyer fermer apporte un confort d’utilisation non négligeable pour moi..

Voici les caractéristiques de ce petit poêle de masse :

  • Conçu pour 3kg de bois par flambée
  • Conçu pour des bûches de 33cm installées à la verticale
  • Il pèse environ 500kg (juste en brique)
  • Plancha de cuisson ainsi que four (dans le foyer)
  • Dimensions : ~66cm x ~66cm x ~90cm de haut
  • Les briques sont collées au coulis argileux, c’est donc démontable (en quelques heures)

Avertissement : Cet article, contrairement aux autres sur ce blog ne va pas être détaillé pour éviter la reproduction. En effet, à l’heure où s’écrit ces mots, ce poêle est un prototype, il n’est pas terminé, il va très probablement y avoir des modifications à lui apporter. Quand il sera « présentable » (bon rendement, pollution minimum…), une documentation fournie (pour reproduction) sera rédigée, c’est le but… donc comme dit la formule consacrée : « NE FAITES PAS CA CHEZ VOUS » 🙂

Voici comment j’utilise le poêle : 1h de feu par jour maximum ; 3kg de bois (feuillu, du chêne ici) allumé par le haut avec des petits morceaux des palettes coupés finement. La flambée est souvent autour des 18-20h histoire de profiter de la zone de cuisson et de la petite chaleur qui fait du bien le soir en rentrant.

Montage du poêle chez Agir LowTech

Fabrication / montage

En décembre, je me suis rendu 4 jours dans le labo de test d’Agir Low-Tech pour fabriquer/monter/tester leur poêle pour petit habitat. La fabrication est plutôt sommaire puisque c’est un poêle en brique réfractaire, il s’agit donc principalement de découpe de brique. Merci à Florian qui a assemblé/découpé/soudé toute la métallerie sur mesure (plancha, porte, couvre joint…) pendant qu’avec Guillaume nous découpions les briques et montions le poêle. Voici quelques images :

Quelques tests

Une fois terminé, nous avons pris le temps d’effectuer 2 flambéees avec analyse de combustion. Ces analyses sont prometteuses mais pas encore parfaites. Les défauts observés semblent pour le moment de « bons défauts » (dans le sens corrigeables) et ces premières analyses sont à prendre avec du recul car les conditions n’était pas optimum (en effet le mortier n’était pas sec, donc beaucoup de vapeur d’eau se dégageait).

Le (re)montage à la maison

De retour à la maison mon père est venu m’épauler pour le remontage du poêle.

Tests et retours d’expérience

Je contribue en ayant installé le poêle chez moi pour faire des retours d’expériences « en situation réelle » et de faisant des tests, des tests, des tests…

Caractériser la chaleur dégagée

Banc de test

Agir LowTech souhaite que son poêle soit aux normes. Il va ainsi falloir le faire passer en labo. Vu que ça coûte cher, il faut s’assurer que ça va passer… Pour « faire comme au labo » et tenter de satisfaire la norme NF EN 15250, j’ai conçu ce petit banc de test à base de raspberry pi zéro, de sonde ds18b20 et de quelques thermocouples :

Le détail du code source du projet « banc de test » avec schéma de câblage / code source et compagnie est disponible à cette adresse :

Passage à la caméra thermique

J’ai scanné le poêle sous différents angles à la caméra thermique sur toute une flambée. Voici ce que ça donne en vue de face :

La combustion est belle ?

Je n’ai pas pu me procurer d’analyseur de combustion mais j’ai pu observer quelques éléments.

J’ai filmé la cheminée durant une flambée complète :

Verdict : très très très très peu de fumée, faut vraiment être très attentif pour en voir. Même moi quand j’étais sur le toit à 1m de la cheminée, c’était à peine perceptible, à quelques moments j’ai vu une mince fumée blanche mais c’est tout… ce qui est plutôt très bon signe de bonne combustion/non pollution – à voir si les analyses de combustion le confirment…

Cuisson

Agir LowTech s’est donné pour objectif de répondre aux besoins en chaleur et cuisson… Le poêle est donc doté d’une « plancha » de cuisson et d’un mode « four » dans le foyer.

Plancha

La « plancha » de cuisson permet de faire mijoter des petits plats. Après quelques réglages, la puissance obtenu est satisfaisante. La durée du feu étant de ~1h, et la plancha étant froide durant le ~premier 1/4 d’heure, on dispose de 3/4 d’heure de chaleur vive (ensuite la puissance restituée est largement suffisante pour faire mijoter, mais plus pour saisir…)

En l’état ça fonctionne très bien pour faire une poêlée de légumes.

  • 17 minutes après allumage du feu, les oignons commencent à frémir ;
  • 47 minutes après allumage du feu, c’était cuit.

Four

Belle surprise pour moi qui ne soupçonnait pas qu’on puisse cuisiner dans le foyer. Dans le poêle de masse, la chaleur reste aux alentours des 190°C pendant une bonne heure à l’intérieur du foyer. Test du cake approuvé :

Le cake sort doré, bien cuit, c’est parfait. On a aussi fait du céleri rôti, des gratins…

Le cake n’est pas le plus facile à cuire dans un moule rectangulaire, mais je n’avais pas de plat plus bas (et donc plus large…) qui correspondait aux dimensions du poêle. En effet, l’inconvénient de ce « four », c’est qu’il n’est pas très grand, on peut y glisser 2 plats à cake mais pas de plat à tarte standard (le foyer fait ~20cm de large).

Comment je m’en sers : à la fin de la flambée, je ferme l’arrivée d’air pour que les braises s’éteignent, je pose un morceau de brique sur les braises, ce qui permet au plat de reposer sur cette brique et sur le « seuil » de la porte.

Attention toutefois à ce que le plat soit bien positionné au-dessus du foyer, et pas trop sur le seuil de la porte car la chaleur y est moins vive – il pourrait y avoir des différences de cuisson. Aussi, si le plat doit être plus mijoté que saisi, il faut attendre 1/2h-1h avant de le mettre dans le four après la flambée pour que la chaleur baisse un peu.

Voici un relevé de températures à l’intérieur du foyer (dans le four). La minute 0, c’est l’allumage du poêle ; la minute 54, c’est la fin de la flambée et le début de la cuisson dans le four ; la minute 96, l’ouverture de la porte car fin de la cuisson du cake :

Minutes545964707580869196102107
Température dans le foyer261234215205193192180181107178147

Comparaison poêle en fonte VS poêle de masse

A gauche le poêle d’Agir Low-Tech juste monté et, à droite, le poêle en fonte CHAPPEE

J’ai chauffé le premier hiver avec un petit poêle en fonte CHAPPEE 4kW. Au cours du 2ème hiver, au mois de janvier (en plein hiver donc), j’ai monté le poêle de masse d’Agir LowTech conçu pour les petit habitats. Donc j’ai pu comparer ces 2 « modes de chauffage » qui utilisent le même combustible, le bois, mais qui ne restituent pas son énergie de la même façon.

Préambule sur le confort thermique

Pour la suite, je vais notamment parler des températures des murs, car c’est un des facteurs du confort thermique (je parle des autres critères du confort thermique ici). Je détaille ce point car un poêle de masse « rayonne » (chaleur) et de ce fait, réchauffe les murs. Ce que ne fait pas (ou moins) un poêle « classique » qui, lui, réchauffe l’air (chaleur par convection).

Le thermomètre affiche une valeur qui peut différer de votre ressenti. En effet, la température ressentie est une moyenne entre la température de l’air et la température des parois (temp ressentie = (temp de l’air * temp paroi) / 2). Prenons l’exemple d’une maison en pierre sans isolant, l’hiver. Imaginons que votre mur de pierre soit à 14°, vous allez devoir chauffer à 20° pour avoir un ressenti de 17°. Alors que si la paroi était plus chaude (16° car isolée par l’extérieur par exemple) on atteindrait le ressenti de 17° simplement en chauffant à 18°. L’énergie économisée pour augmenter la température d’un habitat de 2° tout l’hiver est considérable. La température des parois est donc une donnée importante à prendre en compte pour le confort thermique.

Comparaison subjective/de ressenti

Le confort thermique est TRÈS différent, et bien meilleur avec le poêle de masse qu’avec le poêle en fonte :

  • La première chose, c’est qu’on a pas la surchauffe au moment de la flambée… Surchauffe qui pouvait parfois monter à ~26°C. Bon c’était le moment de se mettre tout nu pour aller sous la douche, mais souvent, on finissait par ouvrir les portes et réchauffer les oiseaux… Avec le poêle de masse, la chaleur au moment de la flambée est douce.
  • La nuit, la température ne semble quasi pas descendre.
  • La température reste extrêmement constante, toute la nuit, toute la journée…
  • Quand on se lève le matin le poêle est encore rayonnant (on le sent) – note : la maison fait 40m2, le poêle est au centre, on est toujours à max 3m du poêle.
  • Quand on ouvre les portes pour ventiler (nous n’avons pas de VMC), ~5 minutes après avoir refermé les portes, la température est de nouveau la même qu’avant ouverture.
    • ça peut s’expliquer par les murs chauds / réchauffés par le poêle de masse. Ce n’était pas le cas avec le poêle en fonte, on avait plus l’impression d’avoir « perdu des calories ».
  • Le sol est clairement plus chaud / plus agréable avec le poêle de masse. Avec le poêle en fonte, même avec des chaussons on pouvait ressentir le frais.
  • Mon amie a des problèmes de circulation sanguine, elle a souvent les extrémités froides, plus tant avec le poêle de masse (hasard ou pas….)
    • ça peut s’expliquer par le fait que la chaleur par rayonnement apporté par le poêle de masse est une chaleur par infra-rouge qui nous traverse (contrairement à la chaleur par convection, qui nous réchauffe en surface).

Comparaison chiffrée

Je me suis amusé à faire une mini étude sur le comportement thermique de ma maison (la paillourte) avec ces 2 modes de chauffages au bois que sont : le poêle en fonte et le poêle de masse.

Note : Ici, je compare seulement 2 échantillons (2 soirées), mais j’ai plusieurs échantillons de données et le constat global est identique. Et ici, c’est le constat global, pas le détail de la mesure, qui nous intéresse.

Qu’est-ce qui a été mesuré :

  • Température des murs
    • Importante dans le confort thermique comme dit précédemment
  • Température de l’air intérieur
  • Température des parois du poêle (moyenne)
    • Celle-ci montre le rayonnement du poêle (la chaleur qu’il dégage)
  • Température de l’air extérieur

Remarques :

  • Dans les 2 cas, la même quantité de bois a été brûlé (3kg de bois sec à moins de 20% d’humidité) soit environ ~12kW d’énergie ;
  • Les 2 flambées durent environ 1h.

Résultats avec le poêle en fonte CHAPPEE (note : température du poêle sur axe Y secondaire – à droite) :

Résultats avec le petit poêle de masse tiny d’Agir LowTech (note : température du poêle sur axe Y secondaire – à droite) :

Sources des données : etudePDMAgirLowtech.ods & etudePoeleFonteChappee.ods

Observations des données :

  • Température de l’air (jaune):
    • On constate clairement que la température de l’air monte fort durant la chauffe du poêle en fonte (+3.9°C en 1h30) alors qu’elle monte très progressivement sur le poêle de masse (+1,3°C en 1h30) ;
    • On constate aussi que la température de l’air de départ, (~17°C avant flambée) est de retour au bout de ~5h avec le poêle en fonte alors qu’avec le poêle de masse, celle-ci n’est pas redescendu au bout des 20h de prise de mesures… Donc pour la même quantité de bois, la chaleur est présente plus longtemps…
  • La température des murs (bleu clair et mauve)
    • Avec le poêle en fonte : presque comme pour l’air, la température des murs monte rapidement (+2,5°C durant la flambée), mais elle commence à redescendre dès que le feu est éteint,
      • Soit la sonde prend en partie la température de l’air et ne reflète pas complètement la température du mur – ça doit être le cas, car elle était « en surface » et non « dans le mur » soit le mur est chaud seulement en surface et non en profondeur donc se refroidit plus rapidement ;
    • Avec le poêle de masse, la température monte peu durant la chauffe (+0,4°C) mais continue d’augmenter légèrement après que le feu soit éteint.
  • La température moyenne des parois du poêle (en vert sur l’axe de droite des graphiques)
    • Avec le poêle en fonte, on fait un bon de +374,3°C pour atteindre une température de surface de 392°C au max (ne surtout pas poser la main…). Celle-ci retombe très rapidement après arrêt du feu : 50% de cette chaleur à disparu après 30 minutes à partir de la fin de la flambée ;
    • Avec le poêle de masse elle monte de +51,6°C pour atteindre une température de surface moyenne de 76.6°C max. 50% de cette chaleur est encore présente 10h après la fin de la flambée.

Limites :

  • La température extérieure (en orange) n’est pas identique sur les 2 études. Il est donc difficile de comparer, mais encore une fois c’est le « mouvement général qui était visé » – je suis pas dans un labo…
  • La température des murs (bleu clair et mauve) part de plus haut sur l’étude du poêle de masse parce qu’il avait déjà fait son job, à savoir réchauffer les murs… donc les murs étaient plus chauds… (même remarque qu’au-dessus, c’était en situation réelle et non en labo…).

Les ressentis sont confirmés par les chiffres : les murs sont nettement plus chauds, plus longtemps, et ne baissent pas en température entre 2 feux. Ce qui me fait me dire que le poêle est légèrement sur-dimensionné pour mon habitat. D’ailleurs, je n’ai jamais eu besoin de faire 2 feux par jour durant ce premier hiver.

Conclusion

Je suis hyper content d’avoir ce petit poêle de masse. Il est peut être un chouilla sur-dimensionné (je dis ça car même quand il fait des températures négatives, on ne fait pas plus d’un feu par jour), mais cette chaleur que ça produit (chaleur du poêle douce + chaleur des murs) est tellement agréable.

Sur l’aspect cuisson, je suis un peu frustré, car je ne m’y suis penché qu’en fin d’hiver (on a arrêté de chauffer quotidiennement depuis mi-mars).

Je suis aussi très heureux d’avoir remis le nez dans le chauffage au bois (après ma première expérience de poêlito). Je trouve ça fascinant, hyper complet / complexe, mais passionnant. J’ai beaucoup appris, mais je me sens encore tellement novice (tellement le champ d’apprentissage est grand…).

Grand merci à Guillaume, d’Ecolowtech et Agir Low-Tech qui coordonne ce projet de petit poêle de masse.

Page d’appel aux dons du projet pour que ce poêle de masse pour petit habitat open source puisse voir le jour : https://agir.lowtech.fr/t/pdm/projets/tiny/fiche-de-presentation/

Licence : C C BY SA

En continuant à utiliser le site, vous acceptez l’utilisation des cookies (au chocolat) Plus d’informations

Les cookies sont utilisés à des fin de statistique de visite du blog sur une plateforme indépendante que j'héberge moi même. Les statistiques sot faites avec un logiciel libre. Aucune information n'est redistribué à google ou autre. Je suis seul autorisé à lire ces informations

Fermer