La plateforme expérimentale

Tous les essais furent réalisés sur la même plateforme expérimentale. Cette plateforme schématisée en Figure 2-5 respecte les recommandations des normes de test de ce type d’appareils (EN NF 13 229 [48] [49] [50], NF EN 13 240 [51] [52] et EN NF 14785 [53]). Les différents appareils de chauffage domestique testés étaient placés sur une balance. Un joint à eau permettait de séparer l’appareil du conduit de cheminée. Cela permettait un suivi de la consommation de bois de l’appareil. Toute la tuyauterie utilisée était isolée et à simple flux. Après un premier coude à 90° se trouvait un extracteur de fumées. Cet élément pouvait être activé ou non (tirage forcé à 12 Pa, tirage naturel). Ensuite, après avoir traversé le mur et

91 un second coude à 90° (dû à un T), le conduit menait à la cheminée. Un thermocouple placé dans la salle expérimentale permettait un suivi de la température intérieure.

Figure 2-5 : Schéma de la plateforme d’essai

Un ventilateur placé à l’extérieur permettait de pulser de l’air dans le conduit via le T placé à la sortie du mur. Les fumées pouvaient donc être diluées environ onze fois si le ventilateur était en marche. Cette installation comportait trois points de mesures :

- Point de mesure « chambre » : placé juste après la chambre de combustion, dans le

corps même de l’appareil de chauffage (uniquement sur l’appareil à bûche prototype) ;

- Point de mesure « référence » : à une distance précise de l’évacuation de l’appareil

(1,78 m) et respectait la norme NF EN 13229 [48] ;

- Point de mesure « sortie » : avant l’évacuation des fumées dans l’air ambiant.

Pour chaque campagne d’essai, des prélèvements étaient réalisés au point de mesure « référence ». Les autres points de prélèvements n’ont été utilisés que lors de campagnes spécifiques (décrites en 2.5.6). Différents prélèvements/analyses pouvaient être réalisés sur chacun de ces points de mesures :

- Mesure de la température du milieu gazeux ;

- Analyse des gaz classiques de combustion (O2, CO, NOx, … ; décrit en 2.2.1) ;

- Mesure de la concentration en COV (décrit en 2.2.2) ;

- Prélèvements des TSP et des HAP (décrit en 2.3.2) ;

- Mesure de la granulométrie des particules (décrit en 2.3.3) ;

- Prélèvement des particules pour analyser leur composition en OC/EC (décrit en 2.4.2);

92 Les mesures directes des émissions de gaz

2.2

L’objectif de cette partie est de décrire de manière exhaustive les différents systèmes d’analyses des émissions gazeuses mis en place pour réaliser ce travail.

2.2.1 O2, CO, NOx, ….

Les gaz classiques de combustion étaient analysés en continu à l’aide de deux appareils de mesures. Cela permettait d’obtenir une robustesse des résultats mais aussi d’éviter une erreur de mesure systématique. Ces deux appareils mettaient en œuvre différentes technologies

d’analyses. Le TESTO 350XL analyse la composition des fumées (O2, CO, NOx, SOx) via des

cellules photochimiques. Le CO2 n’est pas mesuré, mais calculé à partir de la valeur d’O2 et

de la nature du combustible. Pour ce qui est du PG350 de chez HORIBA, différentes méthodes de quantification étaient appliquées selon les gaz analysés :

- O2 : détecteur paramagnétique ;

- NO : détecteur basé sur le principe de chimiluminescence ;

- CO, CO2 et SOx : infra-rouge non dispersif.

Pour le TESTO, le prélèvement était réalisé directement dans le conduit de fumées via une

ligne non-chauffée. Une cartouche de dessiccant permettait de protéger plus efficacement l’appareil de l’humidité, ainsi qu’un système Peltier. Les fumées étaient diluées 10 fois pour les appareils à granulés et 20 fois pour les appareils à bûches. Cette dilution permettait d’éviter une saturation des cellules, et donc une perte en précision de mesure.

Le circuit de prélèvement pour le second analyseur était plus complexe. Une buse de prélèvement (PSP 4000) munie d’une cartouche limitant le passage des résidus solides de combustion (fibre de quartz) était placée sur le conduit et régulée en température à 160°C. Ensuite une ligne chauffée, régulée elle aussi à 160°C, conduisait les gaz à une station d’épuration. Cette station d’épuration (PSS 5) était équipée d’un système Peltier pour sécher les fumées puis d’un élément filtrant les derniers résidus solides. Ensuite, une fois les fumées sèches et propres, elles étaient conduites à l’analyseur sans aucune dilution. Ainsi, l’appareil permettait d’obtenir une grande précision de mesure. La Figure 2-6 présente la courbe

d’évolution du CO et de l’O2 selon les deux systèmes d’analyses effectués sur un essai de

vérification des systèmes de mesure sur un appareil à granulés. Le PG 350 présente des pics

plus importants de CO que le TESTO 350XL pour les concentrations basses (inférieur à

2000ppm), et inversement pour les concentrations plus élevées (supérieur à 2000ppm).

Néanmoins, les moyennes sur l’essai sont similaires (442,9 et 443,7ppm pour le TESTO

350XL et le PG 350) et les courbes se suivent parfaitement. Pour ce qui est de l’O2, le TESTO

350XL semble avoir un temps de réponse légèrement plus rapide. Les valeurs restent néanmoins très proches, conduisant les moyennes sur l’essai à des niveaux semblables (13,48 et 13,46% pour le TESTO 350XL et le PG 350). La comparaison entre les résultats d’analyses

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Figure 2-6 : Suivi de l’évolution de la concentration en CO et en O2 dans les fumées par les deux appareils d’analyses sur un essai de calibrage

En ce qui concerne le NO, les deux appareils présentent des résultats légèrement différents. La Figure 2-7 présente les résultats de suivi du NO. Le TESTO 350XL a tendance à surestimer la concentration de NO dans les fumées, mais les deux courbes suivent les mêmes évolutions.

La mesure de l’analyseur PG 350 sera considérée comme la plus juste à la vue des

technologies utilisées. Ainsi, pour connaître la concentration de NO en un point, celle du PG

350 sera gardée. En revanche, pour effectuer une comparaison cohérente entre deux points de mesures, les concentrations données par les deux TESTO 350XL (calibrés et vérifiés avant la mesure) seront observées.

Figure 2-7 : Suivi de l’évolution de la concentration en NO dans les fumées par les deux appareils d’analyses sur un essai de calibrage

Lors de campagne d’essais avec différents points de mesure en simultanée, l’analyseur PG

350 était toujours placé au point de référence. Deux TESTO 350XL étaient alors utilisés. Un

premier était placé au point de référence et un second à un autre point de mesure (dépendant du but de la campagne d’essai). Ainsi, la comparaison entre les valeurs de chacun des TESTO permettait de mettre en évidence l’évolution des composés gazeux présents dans les fumées, et le PG 350 apportait une robustesse des mesures au point de référence.

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