Foyer de masse : comment ça fonctionne?

Comment fonctionne ce type de chauffage au bois extrêmement efficace, écologique, esthétique et multifonctionnel, offrant un grand confort dans l’habitat? Nous examinerons ici ses constituants et sa méthode de combustion.

Qu’est-ce qu’un foyer de masse ou poêle de masse?

Le foyer de masse – appelé poêle à accumulation en France – est un appareil de chauffage au bois qui comporte deux éléments qui se doivent d’être d’une haute efficacité : une boîte à feu et un système d’accumulation de chaleur.
Avec le foyer de masse Rocket (ou Rocket Stove) – qui fonctionne selon les mêmes principes – et le poêle à granules, ils sont les systèmes de chauffage au bois les plus efficaces et les plus propres pour l’environnement, s’ils sont bien conçus.
Dans la boîte à feu, on produit un feu puissant aux douze ou vingt-quatre heures afin d’atteindre une température de 850 degrés Celsius et une efficacité de combustion élevée. Ceci permet de brûler la très grande majorité des gaz pour diminuer au minimum le nombre de particules fines relâchées dans l’atmosphère et générer moins de pollution.
De son côté, la masse thermique du foyer (constituée de matériaux denses) servira à accumuler efficacement la chaleur de combustion et à la diffuser peu à peu dans l’habitat sous la forme d’infrarouges sains et confortables pour les occupants, et ce pendant douze heures ou plus.

Source photo : Jean-David Morneau, l’Esprit du Lieu

La boîte à feu

Ce qui constitue une boîte à feu efficace est la provenance de l’air qui nourrit la combustion.
En effet, il est important de distinguer l’arrivée d’air primaire (la majorité de l’air fourni à la combustion) et l’arrivée d’air secondaire (nécessaire afin de maintenir une combustion optimale dans la phase de postcombustion, servant à brûler les gaz restants et éviter l’expulsion d’un maximum de particules fines par la cheminée).
Le mode de combustion le moins efficace dans un poêle de masse consiste en une entrée d’air primaire unique directement sous le feu. Le problème tient dans le fait que le taux de combustion devient parfois trop élevé, sans que celle-ci soit nécessairement efficace.
De son côté, l’association autrichienne des foyers de masse a développé une boîte à feu Ecolabel, qui est la plus efficace pour un poêle à bois de masse standard. Elle repose sur deux éléments :

• L’air arrive au feu par les parois latérales plutôt que sous celui-ci. Il se glisse par des interstices créés dans les parois de la boîte à feu et est ainsi injecté dans la combustion sur trois côtés – en plus de l’air entrant par la porte – pour une diffusion d’air sur les quatre côtés. Ceci génère un meilleur mélange des gaz et une combustion nettement plus efficace.
• Le plafond de la boîte à feu est isolé, pour que sa température augmente plus rapidement afin d’atteindre une combustion élevée et efficace.

Le système d’accumulation de la chaleur

Une fois que tous les gaz pouvant être consumés ont brûlé dans la boîte à feu, un système d’accumulation de la chaleur est nécessaire afin que celle-ci ne soit pas tirée à l’extérieur par la cheminée.
Il existe trois types de systèmes d’accumulation de la chaleur : le foyer ou poêle autrichien avec son système de canaux, le système finlandais et le poêle double-cloche.

Le poêle autrichien avec système de canaux

Ce plus ancien accumulateur a été conçu et utilisé principalement en Autriche, mais pas uniquement, et consiste en un long système de canaux verticaux et horizontaux. Leur forme est labyrinthique, ce qui pousse la chaleur à s’y déplacer le plus longtemps possible afin de la diffuser de façon constante et radiante dans l’habitat.
Ces canaux en matériaux réfractaires sont calibrés selon la tire d’air du foyer, pour que celle-ci soit constante et équilibrée. Il s’agit de jouer avec le maximum de canalisations possibles sans que son circuit soit trop long et que la tire de l’air par la cheminée soit diminuée, ce qui tendrait à enfumer l’habitat.
Il s’agit également de se laisser une marge suffisante pour que le système demeure optimal, peu importe les conditions météorologiques et la pression atmosphérique, qui jouent sur l’efficacité du tirage.
Ce calibrage complexe demande un grand savoir-faire. L’association autrichienne des foyers de masse a même développé un logiciel pour programmer cette calibration complexe, qui permet l’optimisation des canaux!
Cette approche offre la possibilité de créer des modèles très variés en termes de forme et d’apparence, afin d’être disposés de façon horizontale ou verticale, ou pour inclure des courbes. Elle permet beaucoup de souplesse dans le design visuel.
C’est toutefois une méthode de fabrication qui est complexe, longue et qui peut être coûteuse. Elle produit cependant des résultats très efficaces.

Le poêle finlandais à contresens (contraflow)

Sa caractéristique est qu’il est conçu selon un modèle fixe qui consiste en deux canaux disposés de chaque côté de la boîte à feu. Il est appelé « à contresens » car la fumée est amenée à descendre à contresens du mouvement habituel ascendant de l’air. En effet, elle plonge dans ces canaux latéraux pour être expulsée par une cheminée qui se trouve connectée sur le côté ou à l’arrière de la boîte à feu.
Il s’agit du design le plus utilisé et le plus fabriqué en Amérique du Nord, pour différentes raisons historiques et pratiques. La principale est qu’en apparence, il est le foyer qui ressemble le plus à nos foyers ouverts traditionnels, en étant toutefois beaucoup plus efficace et écologique.
En plus de sa grande efficacité, sa forme compacte est facile à fabriquer (et disponible en préfabriqué) avec un plan qui peut être reproduit aisément. 80 à 90% des foyers de masse sont des poêles finlandais.

Poêle russe double-cloche (double bell)

Avant le XXe siècle, il n’y avait que des foyers de masse avec système de canaux (incluant le foyer finlandais qui est aussi un système à canaux, mais de conception fixe). Le foyer double-cloche, toutefois, est le dernier-né des systèmes d’accumulation de chaleur.
Un physicien russe, qui s’est intéressé à la physique des gaz et à leur comportement dans différents types de fournaises, a développé un système qui privilégie leur circulation dans une cloche plutôt que dans un canal. Au lieu d’avoir une cheminée qui tire avec difficulté les gaz à travers des canaux, la double cloche produit des volumes ouverts qui reçoivent les gaz de combustion provenant de la boîte à feu.

Ces gaz chauds qui entrent en continu se retrouvent dans la partie supérieure de la cloche et offrent leur chaleur à la masse, qui la diffuse peu à peu. À mesure qu’ils ont transmis leur énergie, ces gaz sont naturellement poussés vers le bas de la cloche, puis vers un petit canal sur le côté de la boîte à feu qui les amène à une deuxième cloche, et finalement à la cheminée.
C’est un mouvement beaucoup plus passif et qui suit la fonction naturelle des gaz, plutôt que de dépendre uniquement d’un très fort tirage de la cheminée.
C’est un système d’une plus grande simplicité que le système de canaux : pas besoin d’un programme de calcul! De plus, il permet aussi de concevoir des foyers de formes diverses. Un grand nombre de concepteurs se tournent aujourd’hui vers cette technique, autant pour la fabrication de foyers de masse que de foyers de masse Rocket (ou Rocket Stoves).

Le fonctionnement de l’accumulateur de chaleur

Si l’on veut que la chaleur du foyer irradie dans la pièce, on doit permettre son accumulation dans une masse thermique, soit un volume important de maçonnerie. Si le poêle à bois de masse est de trop petite taille, il sera difficile d’avoir assez de surface pour irradier convenablement.
Le savoir-faire du fabricant de foyers de masse tient dans sa capacité à évaluer comment concevoir l’accumulateur dans l’espace disponible. Ceci maximisera la diffusion de la chaleur dans l’habitat le plus efficacement possible, et ce, de façon harmonieuse et esthétique.
La possibilité de créer un volume chauffant, pouvant par exemple servir de banc ergonomique, est une solution intéressante, tout comme l’utilisation de formes organiques et de courbes décoratives. Toutefois, comme la structure de base est constituée de briques, cela demande beaucoup de savoir-faire et de créativité pour générer ces courbes.
Pour un bâtiment existant, cela est un plus grand défi de concevoir un accumulateur qui saura s’adapter à l’espace disponible. Toutefois, cela est tout à fait réalisable par un artisan de métier.
Vous pouvez en apprendre beaucoup plus sur les avantages du foyer de masse, ses multiples usages, ses revêtements extérieurs et son utilisation dans le contexte des maisons solaires passives en vous inscrivant au Certificat en Design de Bâtiment Écologique de Solution ERA.