JDCS : Pourquoi tant d’excès d’air dans le mélange air comburant/combustible ?
Johannès Haep : L’excès d’air est indispensable car les conditions d’une combustion optimale sont rarement réunies. Elles varient d’un site à l’autre et aussi sur le même site en fonction des fluctuations de pression atmosphérique, de température... En gaz, l’excès d’air adopté est généralement de l’ordre de 10 % ; en fioul, de 30 %. Ces 10 ou 30 % s’ajoutent à l’air nécessaire à une combustion optimale théorique. Effectivement, le fioul implique un excès d’air beaucoup plus important qu’en gaz. Cela s’explique par le fait que le mélange fioul/air est beaucoup plus difficile à réaliser que le mélange gaz/air car le fioul est liquide et doit être vaporisé en fines gouttelettes alors que le gaz est par définition déjà gazeux ce qui facilite son mélange avec cet autre gaz qu’est l’air.
Il reste que, en ajoutant un peu d’air à la combustion optimale théorique, on évite les mauvaises combustions génératrices de monoxyde de carbone dont les émanations sont mortelles. En contrepartie, le rendement de la chaudière se trouve diminué à cause de cet excès d’air. Pour éviter le danger, on consent donc à une perte de rendement. Le problème est que, aujourd’hui, les réglementations européennes ont tendance à imposer des taux d’excès d’air de plus en plus faibles, justement pour ne pas perdre en rendement et donc économiser l’énergie. Il s’ensuit que les réglages sont de plus en plus fins et difficiles à réaliser. Il faut d’autant mieux mélanger l’air avec le combustible, en ayant toujours à l’esprit les aspects de sécurité et d’écologie.
Que penser des brûleurs à prémélange total ?
Dans une combustion classique, le mélange combustible/air s’effectue en sortie du brûleur alors que le prémélange consiste à préparer d’avance le mélange pour que la combustion soit optimale. Cette préparation ne peut exister pratiquement qu’en gaz car on n’a aucune chance de prémélanger du fioul liquide avec l’air. Il faudrait le vaporiser préalablement, ce qui compliquerait singulièrement le problème. Le prémélange permet donc d’obtenir une meilleure combustion, c’est-à-dire des émissions avec moins de polluants. La flamme très courte « tapisse » le brûleur ce qui permet à celui-ci d’être compact, donc de faible encombrement. Cependant, l’excès d’air doit être dans ce cas plus important, ce qui conduit à une légère perte de rendement qui ampute un peu le bénéfice réalisé par la combustion propre. Mais cette perte est aussitôt contrebalancée par la récupération de chaleur sur les fumées selon le principe de la condensation. Si bien que le bilan est positif. C’est pourquoi pratiquement toutes les chaudières murales à condensation sont à prémélange total ou, si l’on préfère, toutes les chaudières à pré-mélange total sont à condensation.
Pourquoi une flamme bleue ?
Le bleu est une couleur dite « froide », qui inspire la propreté, rappelle agréablement la couleur du ciel... Cette expression fait surtout partie du vocabulaire des agents commerciaux des marques de brûleurs et chaudières, mais il existe quand même une réalité technique : la couleur bleue provient d’un abaissement de la température de la flamme, ce qui est la preuve d’un taux d’oxyde d’azote très bas. En gaz, le fait de disposer d’un brûleur dit « bas NOx » ne change pas fondamentalement la couleur de la flamme qui est bleue d’origine et reste donc bleue après un abaissement de température. En fioul au contraire, l’abaissement provoqué de la température fait passer d’une flamme jaune vif très intense à une flamme presque bleue, disons jaune/bleue. En fait, à ces niveaux de température, ce n’est pas la température de flamme qui est déterminante en elle-même, mais bien celle des gaz de combustion, traduisant ainsi l’efficacité du corps de chauffe à récupérer et transmettre les calories. C’est même avec des flammes basse température que les meilleurs rendements sont atteints. Tout moyen qui concourt à la réduction de température de flamme est efficace pour réduire les NOx : l’injection d’eau – l’énergie de vaporisation des gouttelettes d’eau est puisée par la flamme, réduisant ainsi sa température –, ou bien la ré-injection des gaz de combustion ; le fait d’être localement en défaut d’air fait que la combustion est moins intense, donc la flamme est moins chaude.
L’association brûleur/chaudière est-elle meilleure s’il s’agit du même fabricant ?
Le fabricant aura évidemment toute facilité pour régler les brûleurs en fonction des caractéristiques de la chaudière si ces deux éléments sont associés sur la chaîne de fabrication. Cela dit, un préréglage d’usine ne supprime pas le réglage final sur site qui doit être effectué dans la recherche de la combustion optimale. Il faut en effet affiner le préréglage en fonction de l’altitude du site, des caractéristiques du conduit de fumée... Si bien qu’il n’y a guère de différence, en temps passé pour le réglage, entre une chaudière dotée de son brûleur prémonté et une chaudière à équiper sur site de son brûleur. D’autant plus que les brûleurs vendus séparément sont le plus souvent préréglés en usine.
Il reste que, s’attacher au rendement du seul brûleur est totalement insuffisant si l’on souhaite parler correctement d’efficacité énergétique. Il faut en effet considérer la « machine chaudière » dans son ensemble et non de manière parcellaire : brûleur bien sûr, mais aussi corps de chauffe, régulation, récupérateur de condensats, coupe-tirage...
