Woodstove

Introduction

Je voulais par ce document partager mon expérience de fabrication d’un poêle à bois. C’est tout simplement à la télévision que j’ai vu quelqu’un utiliser un petit poêle en acier (certainement fait maison) et j’ai immédiatement flashé. Il m’en fallait un ! Table des matières Introduction

Présentation

Il existe toutes sortes de façons de faire du feu (pour cuire et/ou chauffer). Avant d’opter pour tel poêle, boîte à feu, chaud, four ou barbecue, il s’agit de bien déterminer ses besoins. Dans mon cas, je me suis dit qu’un chauffage d’appoint pour rester un moment dehors en hivers serait sympa. Je ne voulais pas me lancer dans une construction d’intérieur et courir un risque d’intoxication si je me plantais. Celui que j’avais vu était utilisé dans une tente canadienne à armature d’un bon volume. Je me suis basé sur cet idée.

N’étant pas très sûr d’où mon projet me mènerait ni même s’il aboutirait, je n’ai pas voulu me lancer dans une construction trop ambitieuse. Étant féru d’informatique et de nature, je me suis dit que partir d’une tour PC me faciliterait grandement la tâche (ce n’était pas tout à fait vrai). J’ai donc recyclé mon vieux serveur PentiumPro en poêle à bois! Retour table des matières

Deux mots sur le fonctionnement d’un foyer

La combustion comprend trois phases. Dans la première l’eau contenue dans le bois va s’évaporer. Pour rappel, l’eau bout à 100C° mais a la particularité de ne pas dépasser cette température. Autrement dit la vapeur d’eau même dans un foyer très chaud reste à 100C° et refroidit le foyer (100C° est beaucoup plus froid que 700C° ou 800C°). C’est pour cette raison que le bois vert (humide) brûle mal, tant que la vapeur d’eau n’est pas évacuée (avec les fumées) la deuxième phase est ralentie. Dans cette deuxième phase, le combustible dégage des gaz hautement inflammables qui, eux, vont libérer beaucoup d’énergie (dont une partie va servir à assécher le combustible encore humide). Les problèmes qui se rencontrent dans cette seconde phase sont simplement de fournir assez d’oxygène à ces gaz pour qu’ils brûlent complètement et ne pas les évacuer avant que cette combustion ait eut lieu. Dans la troisième phase, seul le charbon de bois est encore présent, il s’agit des braises.

Bien évidement, ces trois phases ne sont pas distincte et l’idéal serait un apport de combustible qui ne refroidirait qu’un tout petit peu le foyer (un apport massif de bois va absorber toute l’énergie tant qu’il n’est pas réchauffé), ceci afin que la température ne descende jamais au dessous d’un seuil critique. Seuil ou la température n’est plus suffisante pour enflammer les gaz (absence de flammes) ou même vaporiser le bois (le feu meurt). Il n’est bien sûr pas possible de garder un équilibre entre apport de comburant carburent et température (on y arrive dans de très bonne chaudière) dans un feu vif. Chaque charge de bois va freiner la combustion, au moins localement et peu même faire chuter la température du poêle si aucun matériaux réfractaire ne vient rendre la chaleur qu’il a accumulé. Retour table des matières

Mon approche technique

Je me suis documenté sur Internet pour me faire une idée avant de me lancer. La plupart des poêles que j’ai trouvé fonctionnent sur le même principe. Une porte doublée amène de l’aire frais par l’avant (l’aire froid coule dans l’épaisseur de la porte qui possède une fente en bas) et s’évacue par la cheminée à l’arrière. Une circulation d’aire se forme de l’avant bas vers l’arrière haut.

Dans mes recherches sur la combustion, plusieurs éléments mon donné l’idée d’utiliser un fonctionnement légèrement différent.

J’ai décidé de rallonger le chemin de l’aire et des fumée. Plutôt qu’avoir un apport d’aire à l’avant. J’ai opter pour un double fond . L’aire circule sous le foyer, se réchauffe (accessoirement refroidit la tôle supportant le feu car j’avais peur qu’une tôle d’1mm ne suffise pas) et est injecté par le fond. Les fumées et la chaleur se dirigent vers la porte ( une tôle sert de déflecteur et limite la fumée quand on ouvre la porte) et finissent leur parcourt vers la cheminée d’évacuation à l’arrière par un double plafond. Cette circulation en “S” à de multiples avantages:

Les fumées en circulant, chauffent le dessus du poêle pour cuisiner. Le feu se propage dans le sens de la circulation, de l’arrière vers l’avant et la charge se fait par l’avant. Si la tôle supportant le feu venait à lâcher, le fond reste intacte (il suffit de remettre une tôle et c’est réparé). La chaleur qu’irradie le fond est utilisée pour chauffer l’aire frais et le fond reste froid. La chicane formée par le double plafond limite les tisons.

mais aussi quelques inconvénients:

Perte d’espace utile.

L’arrivée d’air frais doit rester libre malgré l’accumulation de cendres (j’ai rehaussé l’arrivée et pausé une grille). La construction et le montage sont plus compliqués.

Le rendement n’était pour moi pas capital même si j’étais très intrigué par l’aspect technique. Avoir la meilleure combustion possible, récupérer un maximum de chaleur des fumées, bien choisir la circulation oxygène-gaz-fumées, “conduire” la chaleur à certain endroit, optimiser la radiation et créer des réservoirs de chaleur (en matériaux réfractaire) pour augmenter l’inertie. Tenir compte de tout ces points est un challenge passionnant, néanmoins mon étude se résume à un brassage d’idées et un tâtonnement empirique. A noter que tirer un maximum d’énergie de la combustion n’est possible que dans un environnement très contrôlé, incompatible avec : “balancer une bûche dans l’foyer!” Un poêle de la meilleur conception du monde sera de toutes façons inutile si mal utilisé quand une simple boîte et un coups de main expérimenté aura finalement un bien meilleur rendement. En résumé, un bonne compréhension du fonctionnement d’un foyer permet d’affiner son coup de main et une réflexion sur la conception d’un poêle permet d’en connaître ses spécificités et de s’y adapter (beaucoup de gens le font de manière instinctive et arrivent au même résultat). Retour table des matières

Réalisation

Comme je ne voulais pas mettre trop d’argent, le choix des matériaux à été conditionné en grande partie par le hasard de ce qui me passait sous la main au moment où j’en avais besoin! (pied de chaise, tuyau de descente d’eau de pluie, chute de tôle,…) Évidement vu les températures, l’acier reste le meilleur choix pour la plupart des parties en contacte avec le foyer. Son point de fusion (~1500C°) est bien plus élevé que l’alu ou le laiton. En contre partie, son poids est relativement élevé (7.85kgdm-3), presque 3 fois celui de l’alu (2.7kgdm-3) et sa dureté le rend difficile à usiner avec un outillage maison (dans mon cas: perceuse, cisaille, limes et scie. Tout à la main…respect.)

Détourné un objet de son utilité première est une bonne chose mais il ne faut pas oublier qu’il n’a pas été conçu pour sa nouvelle fonction. Vu la robustesse de la tour dont je suis parti, j’étais relativement sûr que je pourrais en tirer une solide structure. En commençant à chercher quelles parties garder intactes et lesquelles sacrifier, je me suis aperçut que la dilatation me poserait trop de problème (et même en faisant attention). Finalement, je n’ai garder que la tôle que j’ai renforcé dans la longueur avec du profilé 20x20mm ép.1.5. Je n’ai réutilisé que 2-3 plis qui m’ont imposés une largeur que je n’aurais pas choisi et dû batailler avec les trous existant, partie soudées, nervures et autres difficultés. Par exemple des nervures mon contraint à une hauteur totale de 230mm. Afin de garder un volume maximum, j’ai limité les passages d’aire à ~20mm (la perte de hauteur est de 20mm fond + 20mm plafond, autrement dit augmenter le passage d’un mm fait perdre 2mm à la hauteur du foyer) ce qui a déterminé toutes les dimensions de la circulation aire-fumée – 20mm par 210mm apporte 4200mm² d’aire, j’ai donc dimensionné les tuyaux d’évacuation en rapport; 2*(4200/Pi)1/2 tuyau d’env. 73mm, j’ai donc mis du Ø80mm alors même que la majorité poêle que j’ai vu sur Internet utilise 4 à 5” (100 à 125mm). J’ai donc très certainement sous dimensionné les tuyaux d’évacuations (le calcule que j’ai fais est juste mais je ne suis pas sûr que le raisonnement l’était). J’ai également fait ce choix parce que j’ai trouvé un réducteur 125-79mm qu’il me paraissait facile d’adapter (photo int. – photo ext.).

Faire des pieds a été une réussite totale quand on sait de quoi je suis parti. Le fond du serveur avait 4 trous (pour des pieds?) que je devais boucher. Ils étaient trop rapproché pour que le poêle soit stable, j’ai donc joué sur les angles pour que les pieds s’écartent une fois ouvert. Plié, ils sont placé côte à côte. Une solution élégante, seuls les plis étaient pointus à ajusté. L’angle est déterminé par une butée que j’ai également ajusté au montage.

La cheminée est un tuyau de collecte d’eau de pluie. Je savais depuis le début qu’une solution en 4 parties emboîtées allait être compliqué à faire à la main. J’ai coupé un tube droit dont j’ai mâter les bords en étoile. Combiné au guide utilisé pour monter ces tuyaux, le montage en force est “acceptable”. Retour table des matières

Spécifications techniques

H/L/P poêle

23cm (~9”)/ 21cm (~8”¼) / 48cm (~19”)

Hauteur tot.

de 90cm (1 éléments) à 225cm (4 éléments).

Poids

8kg (vide), 10kg (cheminée), 15kg (complet + briquettes)

Cheminée

4 éléments de 44cm (17”) emboîtables (rangé dans le corps). Tube Ø 80 (~4”¾) (1mm galva) soupape sur le 1er éléments capuchon amovible avec grille

Support

4 pieds escamotables

Isolation

6 briquettes de 10x21x2cm 4 au fond 2 sur un des côtés. Moulé en mortier réfractaire corps peint en noire (peinture H.T.)

Méthodes de liaison

Vis 6 pc. tête bombée M4x10, rondelle, rondelles frein, écrou Vis à tôle 3,9

Bilan Je suis finalement arrivé à mes fins. Avec un résultat allant bien au delà de mes attentes. Je regrette de n’être pas parti de zero ce qui m’aurais permis de concevoir un poêle étanche plutôt qu’une passoire rafistolée. Les dimentions du serveur m’ont contraints à limiter la hauteur des passages aire-fumées.


Written by sinux in Divers on Thu 18 August 2011. Tags: hacking, mechanics, rechaud,