thumb|Poêle céramique
Un poêle de masse, poêle à accumulation ou foyer de masse est un appareil de chauffage principal. Ce type de poêle à bois bûche (certains modèles peuvent aussi fonctionner avec des granulés de bois Document Technique d'Application, sur le site du CSTB, voir en particulier le tableau , consulté le 24 mai 2014. Se chauffer au bois, guide ADEME 2012, tableaux .) pèse entre 1 et suivant sa conception. Sa masse constituée de matériaux lourds (pierre, brique ou béton) stocke l'énergie d'une flambée quotidienne unique et intense (entre 1 et 3 h) et restitue longuement la chaleur une fois le feu éteint (jusqu'à plus de ).
Toute la quantité de bois nécessaire (de 6 à suivant la taille du foyer) pour chauffer l'habitat est brûlée en une seule fois, ce qui induit des températures élevées dans le foyer et permet d'obtenir une combustion complète et peu polluante. L'accumulateur est conçu pour absorber une majorité d'énergie issue de la combustion. Quand elles quittent le poêle, les fumées sont donc considérablement refroidiesPoêle à accumulation, le meilleur du chauffage au bois, de Vital Bies et Marie Milesi, aux éditions Terre Vivante, avril 2010.
La chaleur accumulée est diffusée principalement par rayonnement et dans un pourcentage moindre par convection sur une durée allant jusqu'à plus de . Avec un rendement pour la plupart supérieur à 80 %, ces poêles font partie des appareils de chauffage au bois les plus performants.
Description générale des principes de fonctionnement
Le rendement de la combustion détermine la performance de la combustion. Le rendement utile désigne la capacité du poêle à absorber la chaleur. Plus la température des fumées est faible en sortie de circuit, plus le rendement utile sera élevé. Un poêle à bois classique en fonte peut avoir un rendement de combustion très faible et laisser la plupart de la chaleur s'échapper par le conduit de fumée. Pour les poêles de masse, le rendement utile va de 70 à 92 % selon les configurations (70 % est le taux minimum exigé par la loi française pour les appareils neufs).
Un poêle de masse est un appareil de chauffage principal. La plupart des habitations disposant d'un poêle à accumulation n'ont pas besoin d'appareil de chauffage supplémentaire. Mais ce mode de chauffage par rayonnement implique qu'il soit placé au centre de l'habitat. La plupart des poêles de masse actuels sont placés dans la pièce principale ouverte sur le salon, la salle à manger et la cuisine.
Avec un poêle à accumulation, on prévoit pour le lendemain, la quantité de bois nécessaire en fonction des températures extérieures prévues. Sa masse lui confère une inertie thermique propice à atténuer la courbe de températures de l’intérieur d'un bâtiment (ce qui vaut à ces poêles d'être aussi nommé "poêles à inertie"). Le poêle est généralement dimensionné afin d'obtenir en une flambée, une température de confort agréable durant , ce qui permet de ne faire qu'une flambée par jour.
La flambée
Ce n'est pas une combustion lente comme dans un insert. C'est une flambée rapide et intense. (un poêle standard ou un insert consomme 1 à de bois à l'heure contre 8 à plus de de bois brûlé à l'heure pour un poêle ou une cuisinière de masse).
Grossièrement, on peut dire que le bois est composé à 20 % de masse sèche et à 80 % de gaz. lors de la pyrolyse du bois, ces gaz vont être libérés, et l'enjeu d'une bonne combustion sera de brûler ces gaz qui représentent 60 % de l'énergie contenue dans le bois. Le fait de brûler ces gaz est connu sous le nom de combustion secondaire.
Pour brûler ces gaz, il faut plusieurs conditions réunies : températures dans le foyer entre 650 et — si la température est supérieure à , on assiste alors à la formation d'oxydes d'azote qui sont des polluants de l'atmosphère, apport d'air suffisant mais pas trop grand ; les fabricants conçoivent leurs appareils avec un excès d'air compris entre et 3 fois l'apport d'air idéal — dit stœchiométrique, un foyer qui permet un bon mélange des gaz et de l'air, un tirage maîtrisé afin de ne pas assister à des variations de l'apport d 'air et de la vitesse de mélange dans le foyer.
Contrairement à une idée répandue, il n'y a pas forcément besoin de foyer secondaire pour avoir une combustion secondaire. Les poêles offrant les meilleures performances de combustion n'ont pas de tels foyers secondaires, comme les poêles Grundofen, poêles autrichiens et suisses.
L'accumulation de chaleur
L'accumulateur est ce qui constitue la masse du poêle à proprement parler. La chaleur est stockée dans l'accumulateur, qui fait office de conduits de fumée. Les fumées partent du foyer et passent dans l'accumulateur où elles lui cèdent la chaleur (en d'autres termes, l'accumulateur capte l'énergie sous forme de chaleur). La chaleur des fumées est donc récupérée avant son évacuation par le conduit.
La restitution de chaleur par rayonnement
La chaleur est restituée par rayonnement sous forme de chaleur douce. En effet les parois externes du poêle ont des températures de surface maximales de l'ordre de 50 à 70°C. Le rayonnement infrarouge chauffe les corps solides. On dit que le poêle de masse chauffe "tout ce qu'il voit", un peu comme le soleil. Ce qui est dans l'ombre du poêle de masse sera donc chauffé par convection et par rayonnement des cloisons préalablement chauffées par le poêle mais avec un déphasage important. Pour cette raison, un poêle de masse est de préférence construit au centre de l'habitation dans une pièce commune assez grande. Le chauffage par rayonnement permet aussi une bonne régulation de l'hygrométrie intérieure de l'habitation (le taux d'humidité relative de l'air d'une habitation doit être comprise entre 40 et 60 %).
En période de grand froid, si la capacité maximale du poêle ne permet pas d'atteindre des températures de confort voulues avec des flambées espacées de , il peut être nécessaire de faire des flambées espacées de , soit deux flambées par jour.
Caractéristiques
Générales
Un poêle de masse se caractérise par son poids total. Son poids caractérise sa capacité à stocker l'énergie. Suivant la nature des matériaux le composant, la rapidité d'accumulation de la chaleur et la capacité maximale de stockage vont légèrement varier. La taille de son foyer est déterminée en fonction de la quantité de bois nécessaire pour chauffer l'habitat durant . La gestion de la post-combustion peut être très différente suivant la conception et le type de foyer. L'emploi de matériaux réfractaires aux points les plus chauds du poêle est indispensable à sa durabilité.
Le foyer
Le foyer, c'est l'espace où a lieu le chargement et la combustion du bois. Il est dimensionné en fonction de la quantité de bois nécessaire pour chauffer l'habitat durant .
Les matériaux
On distingue plusieurs types de matériaux traditionnels : Les Kacheln, ce sont des carreaux ( d'épaisseur) en céramique réfractaire faïencée. Ils servent à la fois d'éléments de montage et de décors. La brique de terre cuite pour les poêles finlandais, suédois, danois La chamotte, l'argile les pierres (grès, calcaires, stéatite, etc.)
Historique thumb | Poêle en céramique, , Vilnius
Le poêle de masse ou foyer de masse est originaire de l'espace frontalier du Rhin-supérieur (Alsace, Bade-Wurtemberg et Nord de la Suisse). Il y est appelé « Kachelofen » qui traduit littéralement signifie « poêle recouvert de carreaux ». Des fouilles archéologiques réalisées en 1990 à Strasbourg (Place des Bateliers) ont permis de découvrir des Kacheln (carreaux en céramique réfractaire, émaillé sur un côté) datant du . Ce sont les Kacheln les plus anciens trouvés en Europe.
Il n’y a pas à proprement parler un « poêle de masse » mais plusieurs types de poêle de masse développés depuis plusieurs siècles. Il existe différentes conceptions qui influent directement sur la forme finale du poêle et qui correspondent à des origines géographiques différentes. le poêle de masse de type germanique : ces poêles sont le fruit d'une longue tradition artisanale (avec notamment la première école au monde créée en Suisse en 1889), et sont basés sur une technique qui a su s'adapter aux nécessités de notre époque. Aussi, aujourd'hui, il est possible, grâce aux efforts des corporations suisses et autrichiennes, de concevoir des poêles sur mesure (industriels ou artisanaux) avec une garantie de performances équivalentes aux 7 étoiles du label français flamme verte. Ces poêles sont construits à partir de matériaux réfractaires. En allemand, ces poêles sont appelés « Grundofen » si l'habillage est réalisé en briques ou est enduit, ou encore « Kachelofen » si l'habillage est réalisé en carreaux de faïence. Le terme Kachelofe se retrouve également en alsacien.
Le poêle finlandais à contre-courant : invention de H. Taivannen à la fin des années 1970, ce poêle a été en France le plus connu jusqu'à peu grâce aux efforts de communication de grands fabricants finlandais. Composé d'un foyer principal, d'un goulet d'étranglement donnant sur une seconde chambre de combustion/détente, les gaz sont d'abord mis sous pression et, butant sur la dalle de fermeture du haut, sont forcés de redescendre dans les canaux de fumée jusqu'en bas du poêle. Ce faisant, les gaz perdent petit à petit leur chaleur qui est transmise aux murs latéraux. Cette circulation anormale des gaz vers le bas a donné le nom de poêle de masse à contre courant (contraflow). Leur architecture est assez cadrée et permet peu de variations. C'est un modèle en quelque sorte standard. Pour un bon fonctionnement de ces poêles, il faut adapter le conduit de fumée, afin que ce dernier ait un tirage adapté au bon fonctionnement du poêle. Ce modèle est très prisé des auto-constructeurs, même si la majorité des modèles n'apportent souvent pas de garantie sur la qualité de la combustion. Le Kakelugn suédois : En forme de colonne ou d'une apparence parfois similaire au finlandais et d'une conception assez proche de celui-ci, seuls les canaux de fumée interne varient, il est composé de plusieurs chicanes verticales forçant les gaz à descendre et à monter. Les petchka : Europe de l'Est, Russie. Généralement assez massif, les chicanes sont plutôt horizontales. Ces poêles sont développés notamment par Alex Chernov et Kuznetsov.
Évolutions
Comme dit précédemment, les techniques développés par les artisans-poêliers suisses et autrichiens ont permis de concevoir des poêles avec des performances garanties, que ce soit au niveau du rendement, des émissions de CO, de NOx ou encore de particules fines. Ces différentes techniques ont été validées par les travaux de recherche effectués en partenariat avec des universités ou d'autres organismes et font l'objet d'études scientifiques poussées dans plusieurs pays, participant ainsi à l'amélioration des normes en vigueur.
Des artisans et des industriels conçoivent et fabriquent ces poêles dans tout l'hémisphère Nord, en Europe, au Canada, au Québec, aux États-Unis et en Russie. Il en existe certainement en Asie.
Plusieurs écoles ont donc aujourd’hui développé leur système, mais le principe reste le même.
Les matériaux
Les matériaux d'un poêle à accumulation varie selon leur usage dans le poêle. Dans les parties les plus exposées, on trouve du béton réfractaire ou de la brique réfractaire, car leur résistance mécanique aux fortes températures et leur capacité à absorber les chocs thermiques est gage de durabilité et de performance. Les parties moins exposées (l'habillage ou le parement) peuvent quant à elles recevoir une palette plus large de matériaux comme la brique de terre cuite, la brique de terre crue compressée (communément nommée BTC), du béton, de la pierre.