Une chaudière traditionnelle (que ce soit à buches,
à
fioul, à pellet, etc.) est constituée de nombreuses
pièces
détachées ayant chacune des fonctions bien distinctes.
Principalement on trouve un brûleur, un échangeur de
chaleur,
parfois un ballon de stockage, un circuit de distribution et des
régulateurs
qui gèrent les relations entre tous ces éléments.
Une chaudière n’a pas forcément besoin d’un ballon de stockage, du fait que le brûleur peut s’arrêter ou démarrer à volonté … de cette façon, la réserve de chaleur est sous forme de combustible non encore utilisé (fioul, pellets, etc.)
Un poêle de masse devrait être capable de faire le même travail que n’importe quelle chaudière, et donc toutes les fonctions d’une chaudière (production de chaleur, stockage, distribution et régulation de cette chaleur) doivent être pensées lors de la conception.
De plus, le fait que je réalise mes poêles artisanalement et sur-mesure me permet de concevoir le poêle pour qu'il corresponde à une maison réelle habitée par une famille réelle qui nécessite cette chaleur...
Un poêle de masse consiste en un foyer
efficace, un
accumulateur pour stocker la chaleur, et un régulateur principal
pour contrôler la transmission de la chaleur.
La spécificité de la chaleur douce émise par
un
poêle de masse étant qu’elle est distribuée
en grande
partie (60%) sous forme de rayonnements infrarouges qui baigneront
chaleureusement
tous les éléments de la maison qui se voient depuis le
poêle
(les ondes infrarouges sont réputées pour avoir de
nombreuses vertus, notamment d’attirer les gens et les chats
près
du poêle, le poêle de masse est comme un petit soleil dans
la maison) et en moindre partie (40%) sous forme de convection
douce
qui permettra de transporter la chaleur dans toute la maison (en
fonction bien sur des ouvertures, et de l’architecture de la
maison)..
À la différence d’une chaudière conventionnelle, les différentes fonctions du système ne sont pas séparées dans un poêle de masse…la plupart des éléments du poêle ont des fonctions multiples (par exemple, les briques de la facade, servent d'accumulateurs, de régulateurs de la transmission de chaleur, et ont aussi une fonction esthétique),
Toutes ces interactions vont être définies pendant la phase de conception du poêle, en jouant sur l’architecture du poêle, ainsi que sur les matériaux utilisés…
Le principal régulateur de puissance du poêle, va être défini par le concepteur du poêle, en fonction de ses choix concernant la conductivité thermique de l’enveloppe externe du poêle. Si l’enveloppe extérieure est composée de plus d’un mur de brique, alors la puissance de chauffe efficace du poêle sera diminuée de façon importante… et ainsi on risque de se retrouver avec un poêle contenant une grande quantité d’énergie, mais ne pouvant distribuer cette énergie rapidement…
Pour calculer la résistance thermique de l’enveloppe externe, nous utilisons les formules de transfert thermique en tenant compte des résistances rencontrées successivement par la chaleur pour pénétrer chaque couche de l’enveloppe, puis pour traverser chaque couche et ensuite pour sortir de chaque couche..
Effectuer de tels calculs devrait être un exercice quotidien pour chaque constructeur de poêle, et devrait être inclus dans sa formation… mais ce n’est hélas pas souvent le cas, ce qui explique que l’on peut voir nombre de poêles de masse énormes, mais qui ne peuvent pas suffire à chauffer la maison… une anecdote à ce sujet, des personnes visitant une maison avec un de mes poêles déclarèrent que mes poêles n’étaient pas des vrais poêles de masse, mon client leur demanda pourquoi ils disaient cela, et ils me répondirent qu’un poêle de masse selon leur expérience est un poêle qui ne peut pas chauffer une maison, et que le poêle qu’ils avaient sous les yeux chauffait vraiment toute la maison, et que donc ça ne pouvait pas être un poêle de masse…. Sic…
Mais au delà d’un régulateur principal défini par le constructeur par le choix des matériaux et leur agencement, il y a aussi un régulateur de précision, en la personne de l’utilisateur, qui peut faire varier les quantités de bois, le nombre de flambées quotidiennes, ainsi que leur durée.
Avec un poêle de masse, vous ne faites pas un feu pour
avoir chaud
aujourd’hui, mais pour ne pas avoir froid demain…
!!!
L’ “Art” dans la conception et la construction de poêles de masse, est donc de faire un poêle qui procure le montant de chaleur nécessaire pour maintenir une atmosphère confortable à ses habitants pour au moins 24 heures , avec un feu quotidien qui ne prend pas plus de temps que ce que les utilisateurs peuvent lui accorder…
Cette configuration d’un feu quotidien de deux heures est
la configuration
la plus courante demandée par mes clients, du fait que la
majorité
des personnes ont un travail ou des activités qui font
qu’ils ne
souhaitent pas faire plus d’un feu par jour…
Mais il est tout à fait possible de concevoir des
poêles
qui nécessitent deux feux quotidiens ou alors un long feu de 4
heures
pour une soirée confortable au coin du feu, pour les personnes
passant
plus de temps dans la maison…il suffit pour cela de modifier
l’architecture
interne du poêle…
Bref tout est possible, du moment que le concepteur maitrise son
art…
De plus, il est possible de faire des poêles
s’adaptant à
différents diamètres de cheminées…
Notamment les poêles pouvant permettre de faire de longs feux
pendant des soirées entières peuvent être
connectés
à des cheminées de petit diamètre…
Norbert Senf, le président de l’Association des
constructeurs
de poêles de masse états-uniens (Masonry Heater
Association
of North America) exprime cela à sa façon :
« Plus l’épaisseur des murs du poêle
augmente, plus
la température de surface diminue, et plus la durée
de stockage de la chaleur, ainsi que le déphasage augmentent.
Une conception idéale nécessite de parvenir à
un équilibre correct entre ces forces s’opposant.
Les durées de stockage de la chaleur dépassant les 18
à 24 heures ne sont pas souhaitables, du fait qu’il y aura
un délai
de déphasage trop important entre le moment de la flambée
et le moment où le poêle exprimera sa puissance de chauffe
maximale, ce qui nécessitera d’être capable de
prévoir
la météo du lendemain. »
Voici les propos originaux de Norbert Senf :
”As heater walls get thicker, the surface temperature drops,
and the
storage time and the thermal lag time increase.
An optimum design needs to strike the correct balance between these
opposing forces. Storage times in excess of 18-24 hours are not
desirable,
since there will be to much time lag between firing the heater and
reaching
maximum output, in effect requiring you to predict tomorrows
weather.”
A propos des matériaux utilises pour construire un poêle de masse :
Il y a de nombreux matériaux plus ou moins résistants aux hautes températures ainsi qu’aux chocs thermiques qui peuvent utiliser pour construire des poêles de masse.
De la nature, nous avons la pierre ollaire (ou stéatite), qui est un excellent matériau, mais hélas relativement onéreux.
Toujours comme matériau naturel, nous avons l’argile, qui est probablement le matériau avec le meilleur rapport « qualité/prix ». En plus de son impact écologique certain…
L’argile crue (Briques de Terre Compressée non cuites) ou cuite (briques de parement) convient parfaitement pour l’enveloppe externe du poêle. Et il serait difficile et dommage de faire sans elle.
Il existe aussi des argiles réfractaires (chamotte) qui
une fois
travaillées (cuisson, concassage, ajout d’alumine, etc.)
par les
mains expertes des briquetiers nous fournissent des briques
réfractaires
qui nous permettent de concevoir des foyers de combustion
résistant
aux fortes contraintes thermiques du feu… (Hautes
températures et
refroidissement entre chaque flambée)
De plus on veut que ces briques réfractaires puissent
transférer
rapidement la chaleur vers l’extérieur du poêle afin
de diminuer
le stress mécanique…
Aussi je sélectionne mes briques pour qu’elles
puissent répondre
à toutes ces contraintes…
Les bétons et autres mortiers réfractaires
(utilisés
pour préfabriqués des éléments tells que
les
voutes des chambres de combustion par exemple) sont disponibles en
grand
nombre et grandes variétés, mais pour autant, je ne peux
les recommander, car leur mise en œuvre requiert une grande
attention et
doit être réservée à des spécialistes
si on veut obtenir une durabilité équivalente aux briques
réfractaires à base de chamotte…
pour mon activité, un autre grand désavantage de ce
matériau (éléments
préfabriqués en mortier réfractaire) est
que, vous
devez attendre plusieurs semaines après leur fabrication avant
de pouvoir soumettre au feu de tels éléments…
alors
qu’un poêle de masse fait de briques réfractaires
peut être
mis en chauffe avant même qu’il soit terminé.
Pour toutes les parties du poêle qui ne sont pas exposées à des températures supérieures à 572°C (environ 1000°F) , j’utilise des briques ordinaires (briques de terre crues type BTC ou briques de terre cuite) jointées avec un mortier à l’argile (dans mon cas, j’utilise un mélange comportant un volume d’argile pour 5 volumes de sable de carrière, avec des grains anguleux) c’est la solution la plus appropriée pour atteindre une bonne durabilité , ainsi que des réparations aisées si c’était nécessaire … sachant que sur les 500 poêles que j’ai réalisé dans ma carrière, j’ai du intervenir une fois pour une réparation,…. Ce pour changer la porte de la chambre de combustion, car son utilisateur avait chargé au maximum le poêle une à deux fois par jour pendant 14 ans (il aimait avoir 25°C de température de confort dans une maison non isolée) , jusqu’au jour où finalement la porte en fonte a fini par rendre l’âme … c’est la seule intervention majeure que j’ai du faire à ce jour… je remercie ce client d’avoir autant malmené son poêle, car lors du remplacement de la porte, j’ai pu inspecté l’ensemble du poêle est constaté que les briques étaient en parfait état, malgré l’usage abusif… et je peux dormir maintenant encore mieux qu’avant grâce à ce test grandeur nature qu’aucun laboratoire n’aurait pu faire…
Il est possible aussi d’enduire les poêles à
l’argile,
mais la conductivité thermique du mélange et ainsi
que
l’épaisseur de l’enduit doivent être prises
sérieusement
en considération afin de ne pas diminuer la puissance efficace
du
poêle.
Ainsi la bauge (un mélange d’argile, sable et paille)
est merveilleuse
pour réaliser des formes magnifiques, mais sa
conductivité
thermique est relativement faible (du fait de la présence de
paille,
qui est un très bon isolant), aussi soyez très vigilant
(ou
alors faites vous plaisir en réalisant une sculpture dans un
autre
coin de la maison, ou alors en utilisant ce matériau pour de
magnifiques
enduits terre sur vos murs)
Calculez par vous-même, ici se
trouve une
aide !
J’ai conçu une feuille de calcul Excel, avec laquelle
vous pouvez
“tester” la puissance de chauffe de votre poêle
(réel
ou envisagé) en fonction de différents matériaux,
différentes épaisseurs, différents nombres de
couches
constituant la paroi externe du poêle séparant le
cœur de
la pièce à vivre, différentes températures
du cœur…
Vous
pouvez
télécharger cette aide ici ….
Éléments de fonte et maçonnerie :
Les connections entre ces différents matériaux sont
très
importantes, du fait qu’ils ne réagissent pas de la
même manière
à la chaleur… il nous faut veiller à se
qu’ils soient néanmoins
bien connectés, tout en leur permettant de pouvoir bouger
indépendamment.
.
Le clapet de cheminée (appelé aussi la
clé de
cheminée)
Cet élément est essentiel, afin de pouvoir isoler le
poêle de la cheminée, et il doit être relativement
étanche.
S’il ne l’ai pas, alors après la flambée,
la chaleur
accumulée dans le poêle va s’échapper
naturellement
par la cheminée… un peu comme si vous aviez un ballon
d’eau chaude
non isolé, vous perdez ainsi la moitié de votre
énergie…
des calculs effectués en collaboration avec l’Institut
Technologique
du Danemark (équivalent de CSTB français) sur deux de mes
poêles ont montré que l’absence de clé de
cheminée
étanche faisait chuter le rendement de moitié.... bref
cet
élément n’est pas un simple détail…