Bois

Le bois peut être qualifié de « bois énergie » pour désigner son utilisation à des fins énergétiques : production de chaleur, d’électricité ou de biocarburants de 2^e génération après transformation. Il s’agit de la première source d’énergie renouvelable consommée en France, en Europe et dans le monde. Rappelons que le bois est par ailleurs employé dans d’autres secteurs, notamment dans la construction, la production de papier et l’artisanat.

Composition chimique de bois

La composition chimique du bois est assez proche d’une espèce d’arbre (appelée « essence ») à une autre. En moyenne, elle se structure autour de 50 à 55% de carbone, 35 à 40% d’oxygène, 5 à 7% d’hydrogène, 1% d’azote et 1% de minéraux. A une température élevée, le carbone et l’hydrogène s’oxydent au contact de l’oxygène, ce qui permet la combustion du bois et la production de chaleur.

On peut catégoriser les arbres en différents types :

• les « feuillus » (angiospermes comme le chêne ou les arbres fruitiers) et les « résineux » ou « conifères » (gymnospermes comme le sapin ou le cèdre) ;
• par densité : « durs » comme le hêtre ou « tendres » comme le peuplier.

Le stère, principale unité de mesure

Le stèreest une unité de mesure de volume souvent employée dans les filières du bois, pour la vente et l'achat de bois de chauffage.

Un stère (de symbole st) désigne une unité de mesure utilisée pour quantifier le volume de bois de chauffage empilé en cube d'un mètre de côté lorsque les bûches sont bien rangées et que l'espacement entre elles est uniforme. Ainsi, un stère de bois mesure généralement 1 mètre cube.

La valorisation du bois énergie s'effectue à travers deux principales voies : la production de chaleur d'une part, et la production d'électricité et de biocarburants d'autre part.

Production de chaleur

La production de chaleur est la principale voie de valorisation du bois énergie. Elle est obtenue par la combustion du bois. Trois phases peuvent être discernées durant cette opération.

1. L’eau que contient le bois commence d’abord à s’évaporer sous forme de vapeur à une température constante de 100°C.
2. Quand le bois est quasiment sec, une deuxième phase débute (la combustion proprement dite : la pyrolyse) : la température du foyer monte au-dessus de 200°C et les macromolécules du bois se décomposent en molécules plus légères et forment du monoxyde de carbone et d’autres gaz à base d’hydrogène et de carbone.
3. Dans un troisième temps, ces gaz s’oxydent au contact de l’air et forment des flammes. La température monte alors à près de 800°C.

A l’issue de la combustion des gaz, il reste dans le foyer un résidu charbonneux : ces braises incandescentes sont des morceaux de carbone, que l’on qualifie de « charbon de bois » (utilisé dans des barbecues). Si la combustion de ce charbon de bois se poursuit, il ne reste plus que des cendres et le feu s’éteint.

Production d’électricité et de biocarburants

Le bois énergie permet également de produire de l’électricité : la chaleur issue de sa combustion est utilisée pour chauffer de l’eau dans une chaudière et la transformer en vapeur. Cette vapeur mise sous pression fait tourner des turboalternateurs. Cette seule opération ayant un faible rendement, elle est souvent couplée à la production de chaleur : la chaleur d’une partie de la vapeur émise est récupérée, par exemple pour alimenter un réseau d’eau. On parle alors de cogénération.

Le bois peut également permettre de produire des biocarburants de 2^e génération. Au niveau moléculaire, le bois est principalement constitué de 3 types de molécules organiques : la cellulose (40 à 50%), l’hémicellulose (20 à 40%) et la lignine (20 à 30%). A partir d’une hydrolyse (réaction de décomposition par les ions H₃O⁺ et HO^-), la cellulose peut être transformée en glucose, lui-même fermentable en éthanol. Pour libérer la cellulose du bois, celui-ci peut être broyé puis cuit en présence d’un acide ou porté à une température de plus de 180°C sous une pression dépassant 15 bar.

Catégories de combustibles de bois énergie

On distingue principalement 3 formes valorisables du bois énergie : le bois bûche, la plaquette forestière et le granulé de bois.

• Les bûches et rondins,généralement de 25 à 50 cm de long,constituent la forme la plus brute de l’exploitation du bois énergie. Elles servent de bois de chauffage mais possèdent souvent un faible pouvoir calorifique en raison de leur humidité persistante.
• Les plaquettes forestières ou industrielles sont des composites de quelques centimètres cube de bois déchiqueté. Elles sont produites à partir de résidus forestiers (branches, bois d’élagage, etc.) qui sont secs, ce qui permet d’obtenir un meilleur pouvoir calorifique du combustible.
• Les granulés (ou « pellets », terme anglais souvent employé) sont descylindres de 1 à 3 cm de  long constitués de copeaux ou de sciure de bois compacté. Leur taux d’humidité est très faible, autour de 10%.

Le bois bûche représente encore près de 90% de la consommation française de bois énergie pour le chauffage domestique (près de 6,9 sur 7,3 Mtep) selon l’Ademe.

Le chauffage au granulé de bois est apparu dans les années 1970 et se développe aujourd’hui fortement.

Appareils de production domestique de chaleur

Le bois énergie est principalement utilisé en France et dans le monde pour se chauffer. Plusieurs appareils domestiques permettent d’en tirer profit :

• les cheminées ;
• les inserts (type de cheminée à foyer fermé) ;
• les poêles (à bûches, granulées ou accumulation) ;
• les cuisinières ;
• etc.

En France, près de 450 000 chaudières, inserts ou poêles à bois sont vendus chaque année.

Précisons ici qu’il est dangereux de brûler du bois aggloméré comme des meubles. En effet, celui-ci peut contenir des traitements chimiques qui dégagent des polluants nocifs pour la santé et l’environnement lors de sa combustion.

Acteurs de la filière

Les principaux acteurs de la filière bois énergie sont :

• les propriétaires de la ressource : propriétaires privés, communes, État, etc. ;
• les gestionnaires de la ressource : coopératives forestières, Office National des Forêts en France ;
• les façonneurs de bois de chauffage : coopératives, fournisseurs négociants, etc.

Le bois énergie a été la première source d’énergie maîtrisée par l’homme lorsque celui-ci découvrit l’usage du feu lors de la Préhistoire, il y a près de 400 000 ans⁽⁷⁾. Jusqu’à l’ère industrielle, il a permis de satisfaire l’essentiel des besoins énergétiques de l’homme, principalement à des fins de chauffage et de cuisson. Le bois énergie a accompagné le développement de certaines industries énergivores telles que la sidérurgie.

Valorisation de la biomasse

Le bois n’entre pas en concurrence avec l’alimentation humaine contrairement à d’autres filières de la biomasse (ex : biocarburants de 1^e génération).

Il se trouve en revanche à la base d’autres filières industrielles comme la menuiserie, la production de papier et la construction. Les produits utilisés pour le bois énergie concernent souvent des résidus de coupes « nobles » de bois (comme les troncs d’arbres) qui sont utilisées à d’autres fins, par exemple le bois d’œuvre pour la construction. Le bois énergie constitue ainsi un débouché pour les coupes non utilisées par les autres industries ou non valorisées à l’échelle local.

Bilan environnemental du bois énergie

Il n’est pas intéressant de consommer du bois loin du lieu de production, tant du point économique (coûts de transport) qu’environnemental (émissions de gaz à effet de serre associées). On estime ainsi qu’une distance inférieure à 50 km est satisfaisante entre lieu de production et lieu de consommation.

Le bois énergie entraîne d’importantes émissions dans l’atmosphère lorsque la combustion a lieu dans des installations rudimentaires, type cheminée à foyer ouvert : monoxyde de carbone, poussières, hydrocarbures aromatiques polycycliques, etc. Un label Flamme Verte a été mis en place par l’Ademe pour classer les appareils de chauffage au bois en fonction de leurs performances énergétiques et environnementales.

Préservation de la forêt

La forêt est vulnérable face aux catastrophes naturelles. En décembre 1999, près de 500 000 hectares de forêt avaient été partiellement ou totalement détruits par la grande tempête. Les sécheresses, les incendies, les pluies acides et les maladies sont d’autres menaces pour la forêt. Précisons toutefois que cette dernière continue à s’étendre en Europe, notamment en France : l’accroissement biologique annuel de la forêt française⁽¹⁾ est approximativement de 85 millions de m³ tandis que le volume annuel de coupe de bois⁽²⁾ sur le territoire est de l’ordre de 60 millions de m³.

La forêt doit être entretenue afin qu’elle continue à produire du bois et stocker du carbone. Des associations de défense de l’environnement soulignent toutefois qu’au moins 5 à 10 m³ de bois mort par hectare doit être laissé en l’état dans la nature pour préserver l’écosystème, en particulier les populations d’insectes.

Malgré ses nombreux atouts (énergie peu chère, contribuant à l'indépendance énergétique avec des emplois non facilement délocalisables, etc.), le bois énergie présente également des impacts négatifs à réduire, en particulier en matière de qualité de l'air : il s'agit en particulier du « principal contributeur (64%) aux émissions annuelles de particules fines (PM2,5), même si ces émissions ont réduit de moitié depuis 1990 ».

À ce titre, l'Ademe recommande de :

• renforcer l’isolation des bâtiments, ce qui permet de réduire la consommation de bois ;
• accélérer le remplacement des appareils individuels anciens et des foyers ouverts par des appareils performants ;
• sensibiliser les utilisateurs à l’importance des bonnes pratiques, notamment au niveau des caractéristiques des bois à brûler (taux d’humidité notamment) et de mieux former les professionnels de l’installation ; 
• soutenir la recherche sur les émissions d’autres polluants et l’innovation sur les performances des appareils.

Une énergie de chauffage économique

En raison de sa disponibilité, son coût est relativement bas par rapport aux combustibles fossiles, le bois est souvent considéré comme une option attrayante pour le chauffage domestique.

Evolution du prix de 100 kWh d'électricité, gaz naturel, propane, fioul et bois depuis 2007 - Source : Ministère de la Transition Écologique (SDES) - À jour en novembre 2024

De plus, de nombreuses personnes peuvent accéder gratuitement ou à faible coût à du bois de chauffage provenant de sources locales, telles que les déchets de bois ou les arbres abattus sur leur propre propriété.

Malgré ses nombreux atouts - en particulier une « ressource locale » bien répartie sur le territoire -, la filière française du bois énergie est « à l’arrêt » depuis 2016,  notamment « en raison du prix du gaz, très déprécié ces dernières années, entraînant un petit déficit de compétitivité », souligne Mathieu Fleury,  président du Comité interprofessionnel du bois énergie (CIBE)⁽⁵⁾.

Les acteurs du bois énergie se disent aujourd'hui « prêts à repartir », d'autant plus que la filière est « très peu consommatrice de deniers publics » : « avec une taxe carbone de 100-120 euros par tonne, on n'aurait même plus besoin de fonds publics », assure Mathieu Fleury.

Le rendement énergétique du bois varie en fonction de différents facteurs, notamment :

• le PCI qui variera selon type de bois et sa densité et le taux d'humidité ;
• le type d'installation : 10% dans le cas d’une cheminée classique à foyer ouvert, 50% dans le cas d’un poêle à bûches, et jusqu’à plus de 90% dans le cas d’une chaudière à granulés.

Le PCI

Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) du bois désigne la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion de ce bois (énergie de vaporisation exclue). Il se calcule par unité de masse et est principalement mesuré en MJ/kg et en kWh/kg, sachant que 1 MJ = 3,6 kWh.

Données de l’Ademe

Le bois sec a un pouvoir calorifique proche d’une essence à une autre. Chaque essence de bois possède toutefois une densité différente et le pouvoir calorifique rapporté au volume et non plus au poids de deux arbres différents peut fortement varier : à taux d’humidité et volumes égaux, un hêtre peut ainsi dégager presque deux fois plus de chaleur qu’un peuplier⁽⁴⁾.

Humidité et séchage du bois

Le pouvoir calorifique (PC) d’un combustibledésigne la quantité de chaleur que l’on peut en extraire par unité de masse. Dans le cas du bois, ce pouvoir calorifique dépend essentiellement du taux d’humidité. La matière anhydre (sans eau) du bois a en effet un pouvoir calorifique proche quelle que soit l’essence de bois (plus de détails dans la partie « Unités de mesure »).

Le taux d’humidité d’un bois est calculé comme le rapport de la masse d’eau pure sur la masse de matière sèche⁽⁵⁾. Ce taux d’humidité peut dépasser 100% dans du bois vert. Il est généralement compris entre 10 et 20% pour du bois séché à l’air libre et inférieur à 10% pour du bois séché artificiellement.

Le bois présent dans la nature contient 40% à 60% d’eau. Pour une bonne combustion du bois, ce taux d’humidité doit être ramené à moins de 25%. Il est possible de faire sécher le bois de deux façons :

• par séchage naturel, processus de 6 mois à 2 ans permettant d’obtenir un taux d’humidité dans le bois de 15% à 25% ;
• par séchage artificiel, processus plus coûteux mais beaucoup plus rapide (7 à 15 fois plus) et plus efficace (le taux final d’humidité du bois peut être ramené à moins de 10%). Ce séchage est réalisé avec de l’air chaud climatisé ou par déshumidification de l’air du local de séchage.

Le type de bois

En général, les bois feuillus, tels que le chêne ou les arbres fruitiers, ont tendance à avoir un rendement énergétique plus élevé que les bois résineux ou conifères, comme le sapin ou le cèdre. Cela est dû à leur densité supérieure et à leur teneur en énergie plus élevée par unité de volume.

Quant à la densité, les bois durs comme le hêtre ont généralement un rendement énergétique plus élevé que les bois tendres comme le peuplier. Les bois durs ont une densité plus élevée, ce qui signifie qu'ils contiennent plus de matière combustible par unité de volume, ce qui se traduit par une libération d'énergie plus importante lors de la combustion.

Production et consommation

La production d’énergie primaire⁽⁶⁾ issue du bois énergie en France en 2012 était de 10,03 Mtep.

La part du bois énergie dans la production primaire d’énergie renouvelable était de 45%. Cela représente 7,4% de la production totale d’énergie primaire et 79,5% de la consommation finale d’énergies renouvelables thermiques (production de chaleur).

Le Grenelle Environnement fixe l’ambition de multiplier par 2 la production de chaleur et par 6 celle d’électricité tirée de la biomasse d’ici à 2020 par rapport aux niveaux de 2010. A cet horizon, le nombre de foyers chauffés au bois en France pourrait atteindre 9 millions (contre 7,4 millions en 2013) sans que la consommation de bois domestique augmente grâce à l’usage d’appareils plus performants. Des recherches sur la valorisation de cellulose et de lignine pour produire des biocarburants sont par ailleurs en cours.

Les forêts françaises

Au XIX^e siècle, la France dispose de 9 millions d’hectares de forêt. Cet espace s’est aujourd’hui étendu à près de 15 millions d’hectares, soit approximativement un quart du territoire national⁽⁸⁾. Ces deux dernières décennies, la forêt française a gagné 1,7 million d’hectares⁽⁹⁾.

Près de 28% de la France métropolitaine est aujourd’hui occupée par des forêts. Celles-ci sont constituées aux 2/3 par des feuillus et à 1/3 par des résineux (conifères).

Près de 68% des volumes de bois prélevés en France sont utilisés pour produire de l'énergie directement ou indirectement (45% sont prélevés directement pour produire de l'énergie tandis que 37% servent de bois d'œuvre pour la construction dont une partie des résidus est valorisée par la filière bois énergie, 18% sont enfin utilisés dans l'industrie notamment pour la production de papier).

Taux de boisement par département (©CDE)

Avec 16,9 millions d’hectares de forêts, la France métropolitaine est « le 4^e pays européen le plus boisé derrière la Suède, la Finlande et l’Espagne ». Près des trois quarts des forêts de l’hexagone appartiennent à des propriétaires privés (16% aux communes et autres collectivités locales, 9% à l’État).

Et « le volume de bois disponible augmente tous les ans » : la filière évalue l’accroissement annuel de la forêt française (hors haies et bosquets) à près de 91 millions de m³, dont « un peu moins de 56% sont prélevés par des professionnels ».

Le bois prélevé serait utilisé pour moitié environ à des fins énergétiques (il est alors qualifié de « bois énergie », en opposition avec le « bois d’œuvre » et le « bois d’industrie »), principalement comme combustible pour produire de la chaleur et de l’électricité après transformation. Précisons que la filière française du bois énergie a en outre fortement recours à des ressources issues du recyclage dans une logique d’économie circulaire : « plus de la moitié du bois énergie provient directement des forêts et des bocages », le complément provenant de la valorisation de produits en bois en fin de vie.

Au total, le bois énergie compte au niveau national pour « 36% de la production d’énergie renouvelable, 66% de la production de chaleur renouvelable et un peu plus de 2,5% de la production d’électricité renouvelable » selon la filière française.