La contribution du chauffage au fioul à la protection de l environnement HORS SÉRIE

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2 La contribution du chauffage au fioul à la protection de l environnement HORS SÉRIE

3 Plusieurs voies s offrent au fioul domestique dans sa contribution à la préservation de notre environnement. Toutes sont défrichées, exploitées, valorisées tant par l industrie du raffinage que par les constructeurs de matériels de chauffage. Il y a longtemps que les raffineurs et les constructeurs de matériels de chauffage et de production d ECS travaillent, les premiers à améliorer les caractéristiques du fioul domestique, les seconds, à augmenter les performances du couple générateur-brûleur. Dans quels buts? Dans l intérêt de l utilisateur final en premier lieu, car de sa satisfaction dépend la pérennité de leurs marchés ; mais aussi dans l intérêt de tous les professionnels du chauffage au fioul, qui vont devoir satisfaire à de nouvelles exigences réglementaires (1) en matière de protection de l environnement, réduction et contrôle des émissions de gaz à effet de serre et de gaz polluants dans l atmosphère. Quel que soit le contexte, leurs stratégies visent à favoriser la réalisation d économies sur les consommations d énergie. Le simple fait de réduire la consommation entraîne une réduction proportionnellement égale des rejets dans l atmosphère. Pour cela trois possibilités s offrent à nous, l isolation thermique des bâtiments, l augmentation des rendements des matériels, la maintenance et la mise au rebut des chaudières obsolètes. N oublions pas une quatrième voie non négligeable, la substitution des énergies renouvelables aux énergies fossiles. La maîtrise des consommations permet également d atté- FIG.1 LA RÉDUCTION DES ÉMISSIONS DE CO 2 LIÉE À L ÉVOLUTION DES CHAUDIÈRES FIOUL Rendement annuel % Consommation annuelle Émissions g / kwh utile Émissions annuelles % Aujourd hui 92 % 40 % D ÉCONOMIES DE CONSOMMATION ET D ÉMISSION DE CO Aujourd hui l 493 8,3 t l 380 6,4 t l 289 4,8 t 2

4 FIG.2 COMPARAISON DU RENDEMENT DE CHAUDIÈRES ACTUELLES Rendement à 70 C à 50 C annuel moyen pour Puissance 30 % un besoin moyen annuel de nominale de charge 10 kw 5,7 kw 3,9 kw FIOUL Chaudière actuelle 25 kw 90 % 89 % 91 % 89,5 % 89 % GAZ Chaudière atmosphérique actuelle 23 kw 89 % 86 % 88 % 87 % 86 % ADEME / CETIAT - Essais pratiques effectués, à la demande de l ADEME par le CETIAT sur des chaudières en bon état. nuer l augmentation de la facture énergétique lorsque les aléas de la conjoncture internationale ne sont pas favorables aux pays importateurs de pétrole et de gaz. Pour une approche claire et aussi simple que possible, il faut préalablement différencier les gaz à effet de serre des polluants atmosphériques engendrés par la combustion des hydrocarbures liquides et gazeux. Les gaz à effet de serre tels que le CO 2 (dioxyde de carbone) et le CH4 (méthane, principal constituant du gaz de réseau) ne sont pas des polluants mais ils pourraient entraîner des variations climatiques à long terme. Les NOx (oxydes d azote) et le SO 2 (dioxyde de soufre) sont considérés comme des polluants atmosphériques, et sont soupçonnés d avoir comme conséquences des pluies acides. Le CO (monoxyde de carbone) présente des risques graves d intoxication et peut même mettre la vie en danger en atmosphère confinée. Réduire les émissions de CO2 : première voie, l isolation thermique Dès que l on se préoccupe de réduire la consommation de chauffage le premier réflexe est d isoler, c est-à-dire réduire les flux calorifiques allant de l intérieur des locaux (chauffés) vers l extérieur. Cela se traduit par une diminution des besoins qui ont une incidence directement proportionnelle sur la consommation d énergie. Depuis la guerre du Kippour en 1973, qui est à l origine du premier choc pétrolier, les réglementations thermiques successives (1974, 1982, 1988) ont conduit à une réduction significative des besoins de chauffage. L exigence d isolation, dans les bâtiments d habitation, s est accrue d environ 25% à chacune de ces étapes réglementaires, permettant ainsi de réduire de plus de 50 % la consommation de chauffage d une même habitation. La nouvelle réglementation thermique, dite RT 2 000, renforce ces dispositions, de 10 à 15% pour les logements et étend aux bâtiments tertiaires la même exigence d isolation. Elle est applicable depuis le 1 er juin Deuxième voie, accroître le rendement des matériels Sur quoi peut-on également agir pour réduire davantage les consommations? Sur les performances des matériels de chauffage. En l espace d une vingtaine d années, des améliorations considérables ont été apportées aux matériels tant brûleurs que chaudières (ou générateurs). Celles-ci ont permis d obtenir des économies d énergie atteignant les 40 % du fait : - de la diminution des pertes par les fumées et par les parois, - d une meilleure combustion, - de la réduction des puissances permettant une véritable adéquation entre la puissance du générateur et les besoins de chauffage, - d un meilleur dimensionnement de la production d eau chaude sanitaire, - du fonctionnement à 3

5 FIG.3 MONOXYDE DE CARBONE - CO : COMPARAISON DES ÉMISSIONS INSTANTANÉES DE CERTAINES CHAUDIÈRES (EN mg/kwh UTILE) FIG.4 OXYDES D AZOTE - NOX : COMPARAISON DES ÉMISSIONS INSTANTANÉES DE CERTAINES CHAUDIÈRES (EN mg/kwh UTILE) Chaudière fioul Chaudière gaz, sol acier 27 kw (1978) atmosphérique 32 kw (1985) (conception antérieure) Chaudière fioul actuelle 25 kw Chaudière gaz, sol ou murale atmosphérique actuelle 23 kw Chaudière fioul acier 27 kw (1978) Chaudière gaz, sol atmosphérique 32 kw (1985) (conception antérieure) Chaudière fioul actuelle 25 kw Chaudière gaz, sol ou murale atmosphérique actuelle 23 kw MATÉRIEL ANCIEN MATÉRIEL MODERNE MATÉRIEL ANCIEN MATÉRIEL MODERNE ADEME / CETIAT - Essais pratiques effectués, à la demande de l'ademe par le CETIAT, sur des chaudières en bon état. ADEME / CETIAT - Essais pratiques effectués, à la demande de l'ademe par le CETIAT, sur des chaudières en bon état. Les énergies propres n existent pas! Toute activité humaine requiert de l énergie tout type d activité mené par l homme est ainsi générateur de pollution. C est un aspect fondamental de cette problématique, car la nature même de chaque énergie, ses processus de production, de transport, d utilisation vont générer des pollutions néfastes à court, moyen ou long terme pour notre environnement. Dire d une énergie qu elle est verte, que sa combustion ne pollue pas plus que la respiration humaine est une contre-vérité qui, malheureusement, leurre encore bon nombre de consommateurs, de prescripteurs et d élus locaux (fig. 3 et 4). Affirmer que, grâce au nucléaire, notre production d électricité est exempte de pollution atmosphérique procède de la même désinformation : EDF a émis en g de CO2 par kwh électrique produit! En termes de protection de l environnement, nous n avons rien à envier aux autres énergies, tant les progrès accomplis par les raffineurs et les constructeurs de chaudières-brûleurs sont remarquables. basse température associé à une régulation performante. Ces améliorations ont également contribué à des évolutions significatives en matière de confort et d exploitation, par: - la réduction du niveau sonore des appareils (cfarguments Fioul n 15), - une plus grande simplicité d utilisation, - une amélioration constante de la qualité et de la fiabilité des appareils, - l assurance d une grande disponibilité d eau chaude sanitaire, - une réduction des émissions de polluants, - une plus grande ergonomie et une plus grande facilité de maintenance. Pour une même habitation, les consommations et les émissions de CO 2 (dioxyde de carbone) qui leur sont directement liées ont considérablement diminué (fig.1). Ainsi, entre 1965 et aujour- 4

6 d hui, les avancées technologiques ont permis de réduire la consommation annuelle de fioul domestique d une chaudière de litres à litres. Par là même, les rejets de CO 2 sont passés de 8,3 tonnes à 4,8 tonnes, soit une diminution de 40 %! Ces avancées technologiques permettent également aux chaudières fioul de faire jeu égal avec les chaudières domestiques gaz (fig. 2). Troisième voie : l entretien et la rénovation des installations vétustes L entretien constitue une autre façon de préserver l environnement, on ne le soulignera jamais assez. En France, tous les appareils de chauffage et de production d eau chaude sanitaire doivent être entretenus au moins une fois par an. Depuis 1978, cet entretien est obligatoire, référence faite au Règlement Sanitaire Départemental Type (RSDT article 31) qui stipule, notamment, que ces opérations (d entretien et de ramonage) doivent être exécutées par une entreprise qualifiée (2). Qu en estil pour le fioul? Sur le marché français des maisons individuelles, estimé à plus de 11 millions d unités, le parc des chaudières fioul est de l ordre de et l on estime que : près de 50% de ce parc n est pas entretenu (on attend la panne pour intervenir) et 25 % est peu ou mal entretenu, les 25 % restant étant couverts par des contrats d entretien. C est dire combien une véritable obligation d entretien pourrait utilement contribuer à la protection de l environnement. Comment, en la matière, la France se situe-t-elle en Europe? La comparaison des obligations réglementaires d entretien et de vérifications périodiques des installations chez cinq de nos voisins (cf Arguments Fioul n 9) présente un constat affligeant pour la France en démontrant le retard pris dans le domaine du contrôle de la qualité de la combustion des chaudières. Seul ce contrôle permettra de garantir la véritable préservation de la qualité de notre air en limitant à leur strict minimum les émissions de CO 2 et de gaz polluants. La nouvelle réglementation thermique la RT 2000 qui renforce encore un peu plus les niveaux d isolation, doit permettre de réduire de 0,2 % à 1,0 % les émissions de CO 2, selon les applications qui en seront faites. Par comparaison, un contrôle obligatoire des installations et une politique d incitation fiscale volontariste au renouvellement des matériels obsolètes assureraient un gain de 7 % des rejets de CO 2 La réduction des émissions de CO 2 dépend donc de trois facteurs principaux : - la diminution des besoins de chauffage, FIG.5 DIOXYDE DE SOUFRE - SO 2 : RÉDUCTION DES ÉMISSIONS LIÉE À L AMÉLIORATION DE LA QUALITÉ DU FIOUL 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Évolution des teneurs en soufre du fioul domestique 0,8 % ,7 % ,55 % ,5 % ,3 % ,2 % 1994 ET À L AMÉLIORATION DES PERFORMANCES DES CHAUDIÈRES FIOUL Consommation annuelle Émissions mg / kwh utile Émissions annuelles ,1 % l l l - 40 % ,4 kg 21,5 kg 5,9 kg - 85 % FIG.6 OXYDES D AZOTE - NOX : NORME MAXIMALE D ÉMISSIONS APPLICABLE AUX BRÛLEURS FIOUL (EN mg/kwh) Suisse 93 (P<350kW) Loi BIMSCH 98 (P<120kW) EN 267 (Toutes puissances) Classe 1 Classe 2 Classe 3 5

7 FIG.7 MONOXYDE DE CARBONE : CO NORME MAXIMALE D ÉMISSIONS APPLICABLE AUX BRÛLEURS FIOUL (EN mg/kwh) 110 Classes 1 et Classe 3 Suisse 93 (P<350kW) Loi BIMSCH 98 (P<120kW) EN 267 (Toutes puissances) - l amélioration du rendement des générateurs, - la maintenance et le renouvellement des matériels anciens. Diminuer les rejets de gaz polluants, NOx et SO2. Le mécanisme de formation des NOx (oxydes d azote) est complexe. Pour simplifier, on peut dire qu il dépend d une part de l énergie (fioul, gaz de réseau, GPL ) et d autre part de l excès d air comburant (composé à 80 % d azote N ), mais également du type de brûleur utilisé. Tous les constructeurs ont des programmes de recherche qui aboutissent à la mise au point de nouveaux matériels à faible émission de NOx. Le principal moyen pour atteindre ce résultat est la réduction de la température de combustion. Le second moyen consiste à bien assortir le couple chaudière-brûleur. Pour améliorer les performances écologiques de leurs brûleurs, certains constructeurs ont opté pour la recirculation des produits de combustion. En effet, les NOx ne se forment pas en Fig.8 Comparaison des émissions globales fioul / gaz de réseau / GPL (en g/kwh utile) fioul gaz de réseau gpl Effet de serre CO CO 0,022 0,126 0,180 Polluants atmosphériques NOx SO2 0,096 0,100 0,167 0,329 Base : Étude Suisse, portant sur une maison individuelle équipée d une chaudière performante et consommant kwh/an d énergie finale. présence d une basse température de flamme (< = C). Pour maintenir la température de flamme sous ce seuil, il faut recycler environ 15 % des fumées et les mélanger avec l air comburant. Le principe n est pas révolutionnaire : la difficulté réside dans le délicat équilibre de tous les paramètres dimensionnels. Pour garantir le bon recyclage des fumées, il convient de maintenir une distance minimale entre l extrémité de la tête de combustion du brûleur et le fond de la chambre de combustion. Cette distance varie proportionnellement au débit du brûleur. L émission de SO 2 est liée à la présence de soufre dans un combustible. Au fil des années, la teneur en soufre du fioul domestique aujourd hui extrêmement faible (0,2 %) a été considérablement réduite par l industrie du raffinage, consciente des enjeux de la protection de l environnement ; elle a été très exactement divisée par 4 depuis 1965 (fig. 5). En cumulant cet abaissement avec la diminution des consommations consécutive à l amélioration du rendement des chaudières, on constate que les rejets de SO 2 dans l atmosphère ont été, en fait, divisés par sept au cours des trente dernières années! Cette tendance va se renforcer dans l avenir : en effet, à l échéance 2008 au plus tard, il est prévu de diviser à nouveau par deux le taux de soufre contenu dans le fioul domestique qui sera alors ramené à 0,1 %. 6

8 Diminuer les émissions de CO La production de CO (monoxyde de carbone) résulte d une combustion imparfaite du carbone présent dans les combustibles : meilleur sera le mélange combustible/ comburant (air) et plus faible sera l émission de CO. Il peut également se former par suite d un apport en air comburant insuffisant ou d une obstruction partielle du conduit de fumée. Des réductions significatives d émissions de NOx et de CO peuvent donc être obtenues. Elles résultent de l évolution de la technologie des brûleurs. La lecture des résultats des essais pratiques réalisés par le CETIAT (3) (fig. 3 et 4) met en évidence : - la réduction de 65 % du CO et de 40% des NOx au cours des vingt dernières années, - l excellent positionnement des matériels domestiques fioul qui se placent aussi bien, sinon mieux, que les matériels domestiques fonctionnant au gaz de réseau. Emissions de NOx et de CO : un cadre normatif pour les brûleurs Au fil des avancées constantes de la technologie des brûleurs qui s effectuent également au profit du respect de l environnement la réglementation est amenée à changer. Ainsi, pour les brûleurs n excédant pas 100 kg/h de débit, les seuils d émission de CO et de NOx étaient fixés jusqu alors par la norme EN267 datant de Or, celle-ci a été remaniée, fin La nouvelle rédaction s applique désormais aux brûleurs fioul de toutes puissances et répartit les émissions de CO en deux classes (les classes 1 et 2 n en forment plus qu une) et les émissions de NOx en trois classes. On constate que la classe 3 en matière de NOx (120mg/kWh) correspond aux exigences de la loi suisse, à égalité avec le label allemand Ange Bleu et la nouvelle réglementation allemande (loi Bimsch) de 1998 (fig. 6). Pour les émissions de CO, le seuil de la classe 3 est fixé à 60 mg/kwh, soit au même niveau que celui prévu par la réglementation suisse et le label Ange Bleu (fig. 7). Concernant les chaudières de moins de kw, la norme EN fixe également des seuils d émissions, d une part pour les assemblages corps de chaudière-brûleur, d autre part pour les chaudières units, répartis en trois classes. Ces valeurs concordent avec celles précédemment données. Ces seuils d émissions devraient permettre aux professionnels d orienter le choix des consommateurs vers des matériels à faible taux d émissions, à savoir des brûleurs bas NOx. Bilan : le fioul, un combustible qui sait brûler proprement! En atteste le comparatif présenté (fig. 8) : il est établi d après les données d un organisme suisse indépendant (ANIME) qui s est chargé d étudier les rejets annuels d une maison individuelle équipée d une chaudière performante. En ce qui concerne le CO 2, les écarts existants entre les (1) La France s est engagée, dans le cadre des accords de Rio et de Kyoto, à réduire ses émissions de gaz à effet de serre de façon à les limiter, en , à leur niveau de 1990 : soit à environ 380 millions de tonnes pour le seul CO2. (2) Qu en est-il réellement en l absence de dispositions légales imposant différentes énergies sont immuables car dépendants de la composition même du combustible. Pour le CO et les NOx, le fioul domestique apparaît comme la moins polluante des trois énergies comparées, et les valeurs relevées s inscrivent sans difficulté dans le cadre de la norme EN 267. Reste le SO 2 dont les émissions vont continuer à décroître progressivement : la réglementation européenne impose un taux maximum de 0,1 %, au plus tard en 2008 ; certains pays recommandent déjà une teneur en soufre (0,05 %) proche de celle du gazole routier (0,03%). Pour l énergie fioul, le bilan est donc positif. Les progrès accomplis dans l élaboration des fiouls et dans la conception des matériels de chauffage nous permettent aujourd hui de tenir un discours positif vis-à-vis des consommateurs, des prescripteurs et des élus, et prouvent que nous participons tout autant que les autres producteurs d énergie au respect et à la protection de l environnement. une vérification périodique obligatoire pour les installations de moins de 400kW? (3) Enquête ADEME portant sur logements (1996). (4) CETIAT : Centre technique des industries aérauliques et thermiques ADEME : Agence de l environnement et de la maîtrise de l énergie. Directeur de la publication : Bernard Durand - Janvier Chauffage Fioul : Conception-Réalisation : agence paradigme - Impression : ROG exemplaires - ISSN N