Improved solid biofuel stoves/fr

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Cette page concerne les poêles à combustible, généralement solide. Pour les versions solaires, voir Cuisson solaire

Les poêles à biocombustibles solides améliorés , également appelés poêles sans fumée ou poêles à économie de bois, sont conçus pour consommer au moins 10 % de combustible en moins que les poêles à biocombustibles solides classiques ou pour réduire les problèmes de santé liés à la cuisson traditionnelle au feu. Largement utilisés dans les pays en développement, ils sont souvent de conception très simple. Lorsqu'ils fonctionnent correctement, ces poêles ne produisent pas de fumées nocives (grâce à une combustion plus efficace et à une cheminée ou un système d'évacuation des fumées) et consomment moins de combustible. Différents modèles ont été développés en fonction des matériaux disponibles localement, des conditions environnementales et des besoins de la communauté.

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  fig. 1 : Une sélection de cuisinières améliorées
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  fig. 1a : Fourneau de cuisson à feu ouvert
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  fig. 1b : Fourneau amélioré de Patsari, construit en briques et mortier et rempli de gravats
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  fig c : Fourneau de cuisine Lorena en terre crue compactée
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  Fig. d : Les femmes peuvent concevoir et fabriquer des cuisinières améliorées. ©Simon Ekless/Practical Action

Poêle de cuisson efficace alimenté au fumier de vache

La cuisson et le chauffage au moyen de combustibles solides tels que le bois, la bouse, le charbon ou les résidus de récolte, sur des feux ouverts ou dans des poêles sans cheminée, peuvent entraîner une pollution de l'air intérieur . Cette fumée intérieure contient du monoxyde de carbone, des benzènes, des aldéhydes, de fines particules de suie et de poussière, ainsi que d'autres polluants nocifs pour la santé. Selon une évaluation de l'OMS, la pollution de l'air intérieur est le 8e facteur de risque le plus important de maladies. Elle constitue un facteur de risque particulièrement important pour les infections aiguës des voies respiratoires (IAR), notamment la bronchite et la pneumonie. Chaque année, la pollution de l'air intérieur est impliquée dans le décès de 1,6 million de personnes (un décès toutes les 20 secondes). Les femmes et les enfants, qui passent le plus de temps près du foyer, sont particulièrement vulnérables. ^{[ 1 ]}

L’utilisation de combustibles plus propres, l’accès à des poêles améliorés et/ou des changements de comportement pourraient réduire considérablement l’exposition à la fumée intérieure et aux maladies associées. ^{[ 2 ]}

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  Figure 2a : Feu ouvert ou fogon en fonctionnement, tandis que le fourneau amélioré reste inutilisé à l’arrière-plan. Cela peut s’expliquer par une préférence gustative ou une tradition liée au feu ouvert, ou encore par le fait que les différents cuisiniers du foyer ne savent pas tous utiliser le fourneau amélioré, voire n’en ont pas envie.
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  Fig. 2b : Toit noirci par des années de feu ouvert, même avec de grandes ouvertures pour la circulation de l'air entre le toit et le mur, la fumée monte puis redescend au lieu de s'échapper vers l'extérieur.
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  Figure 2c : Une femme cuisine sans couvercle lors d’un test de cuisson. La cuisson avec couvercle permet de réduire la consommation de combustible de 40 %, un changement qui peut s’avérer plus économique que le passage à des réchauds améliorés. ^{[ 3 ]}
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  Fig. 2d : Cuisinière améliorée en fonctionnement sans comal ^W , de sorte que le plat bénéficie d’une chaleur directe. Le matin, elle produit peu de fumée, mais l’après-midi, celle-ci ne s’échappe plus par la cheminée. Elle monte par l’ouverture du comal et pénètre dans la maison.
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  Figure 2e : Foyer de cuisson amélioré au Kenya ©Neil Cooper/Practical Action

Les forêts du monde se réduisent comme peau de chagrin sous la pression intense des activités agricoles et forestières. Dans certaines régions, la recherche croissante de bois de chauffage, principal combustible de cuisson dans les pays du Sud , contribue fortement à ce problème. La majeure partie de ce bois est brûlée à l'air libre ou dans des poêles peu performants. Lorsque le bois est tout simplement trop cher ou trop éloigné, les déjections animales et les résidus de récolte, autrefois utilisés comme engrais, sont fréquemment brûlés comme combustible. Cette pratique, de plus en plus courante dans de nombreuses régions d' Afrique et d'Asie du Sud , accentue la dégradation de la fertilité des sols. Une fois les arbres et la végétation des flancs de collines disparus, l'érosion des sols s'accélère sous l'effet du ruissellement des eaux de pluie et des inondations , et les terres peuvent se transformer en désert. Les modes de consommation actuels de bois de chauffage à travers le monde constituent donc des facteurs importants de la crise environnementale qui s'aggrave.

Depuis la fin des années 1970, de nombreux travaux ont été consacrés à la conception et à la diffusion de foyers améliorés, simples et peu coûteux. Ces foyers permettent d'économiser jusqu'à 40 % du bois de chauffage habituellement consommé pour les feux ouverts, et 25 à 35 % du combustible consommé par les foyers traditionnels. L'expérience acquise dans ce domaine est décrite dans la revue Burning Issues. Après avoir exploré avec enthousiasme diverses stratégies pour encourager la fabrication artisanale de foyers, les observateurs avertis concluent que la production artisanale de foyers est l'une des voies les plus prometteuses. Cette approche présente plusieurs avantages : un meilleur contrôle de la qualité, et donc une efficacité accrue et une durée de vie plus longue que pour les foyers fabriqués par leurs propriétaires. Coûtant entre 1 et 5 dollars pièce, ces foyers peuvent souvent être amortis en un ou deux mois grâce aux économies de combustible réalisées, à condition d'acheter le combustible. Dans les zones rurales où le combustible est principalement collecté, il est encore possible de vendre des foyers à très bas prix à certaines personnes, mais la distribution s'avère beaucoup plus complexe et il est clair que des stratégies efficaces restent à mettre au point.

L'amélioration des foyers de cuisson semble être la solution la plus économique pour un pays souhaitant investir dans de nouvelles sources d'énergie. Un foyer artisanal typique, économisant 35 % de bois de chauffage, coûte moins de 5 dollars. Trois foyers améliorés ont le même impact sur l'approvisionnement en combustible qu'une installation de biogaz familiale (dont le coût serait 40 à 50 fois supérieur) : dans les deux cas, les besoins en combustible d'une famille supplémentaire peuvent être couverts. L'investissement initial sera plus élevé pour les foyers électriques ou à pétrole, et il faut également prendre en compte le coût de l'augmentation de la capacité de production d'électricité et de l'extension du réseau électrique. Les foyers électriques et à pétrole engendrent tous deux un surcoût quotidien de combustible, qui est nul avec un foyer amélioré (l'amélioration du rendement compensant à elle seule l'intégralité du gain). Les subventions courantes et les exigences en matière de devises étrangères rendent les importations de pétrole onéreuses pour les économies nationales de nombreux pays.

Il est essentiel de comprendre les effets secondaires des systèmes de cuisson existants avant d'envisager des améliorations acceptables. Dans de nombreuses régions, la fumée des feux de cuisson à l'intérieur des habitations contribue significativement aux maladies pulmonaires et oculaires. Pourtant, cette fumée permet également de sécher les récoltes suspendues au-dessus de la zone de cuisson et de protéger les toits de chaume des insectes. Dans les régions montagneuses et autres zones plus froides, il pourrait être nécessaire de prendre en compte la fonction de chauffage des feux de cuisson à l'intérieur des habitations lors de la conception des poêles. La réussite des campagnes de promotion des poêles dépendra probablement de la disponibilité de solutions efficaces pour optimiser ces fonctions secondaires du feu de cuisson.

L'expérience a démontré que, malgré l'impérieuse nécessité de préserver les ressources en bois, l'adoption de poêles améliorés ne peut se faire du jour au lendemain à l'échelle nationale ou régionale. Elle dépendra plutôt de l'implication des populations locales dans un travail rigoureux et systématique, axé sur les essais et les méthodes de cuisson. Les poêles existants et les nouveaux prototypes peuvent être testés avec un minimum de matériel. Les techniques d'essai sont abordées dans plusieurs ouvrages de cette section.

La plupart des experts ont revu à la baisse leurs estimations des économies de combustible possibles avec un nouveau poêle standard. Une économie de 35 % est désormais considérée comme réaliste pour les modèles de poêles les plus performants. De même, la plupart s'accordent à dire que la simple distribution de poêles améliorés n'aura pas d'impact significatif sur le rythme de la déforestation dans la plupart des régions. Néanmoins, les poêles de cuisson améliorés sont désormais considérés comme un élément rentable des programmes de reforestation dans certains pays, et ils contribuent indéniablement à améliorer la qualité de vie en préservant les ressources familiales (argent et temps) et en réduisant la fumée dans la zone de cuisson.

Un grand merci à David Bartecchi de Village Earth pour le contenu initial.

Certaines ou toutes ces caractéristiques de conception contribuent à rendre un poêle plus économe en combustible ou à réduire les problèmes de santé associés aux feux de cuisson traditionnels :

• Longue cheminée ou conduit d'évacuation - pour évacuer la fumée vers l'extérieur et améliorer la circulation de l'air à travers le feu.
• L'arrivée d'air contrôlable – nécessite que le feu soit contenu dans une enceinte avec une entrée réglable – permet de réduire le taux de combustion en fonction des besoins.
• Utilisation d'un matériau aux bonnes propriétés isolantes pour les parois intérieures du poêle – généralement de la céramique.
• Postcombustion - mélange des fumées (gaz d'échappement) avec une petite quantité d'air neuf, pour permettre aux derniers hydrocarbures et au monoxyde de carbone restants de brûler sans flamme.
• Le procédé consiste à envelopper le récipient de cuisson, c'est-à-dire à faire passer les fumées chaudes par un passage étroit entre l'autocuiseur et la casserole. Cela implique que les dimensions de la casserole et de l'autocuiseur doivent être adaptées.
• Utilisation de la chaleur des gaz de combustion pour le chauffage des locaux (en climat froid) et/ou la production d'eau chaude sanitaire. Afin d'éviter les fuites de gaz de combustion dans la pièce, un échangeur de chaleur est nécessaire. Dans un produit haut de gamme, il peut s'agir d'un dispositif complexe en acier inoxydable, ou, dans un pays en développement, d'un simple conduit de fumée métallique. ^{[ Développement nécessaire ]}
• De nombreuses sociétés ne cuisinent que quelques types d'aliments et vous devez concevoir le fourneau en fonction de leurs besoins spécifiques.

• S'ils remuent un aliment épais, il vous faudra une base bien stable pour assurer la stabilité de l'appareil.
• Il existe une distance optimale entre la casserole et le réchaud pour permettre à l'air de s'échapper. Concevez le réchaud en fonction des casseroles et maintenez cette distance.

• Si la quantité de matériau introduite dans le brûleur est trop importante, tous les hydrocarbures ne seront pas consommés. Il est donc conseillé de limiter l'espace disponible pour les matériaux inflammables. Lors de la conception de cette zone de combustion, tenez également compte du type de matériau brûlé localement.
• Dans les zones densément peuplées comme les camps de réfugiés, plusieurs ménages voudront partager les poêles ; il est donc conseillé d’inclure des poignées isolées.
• Comme toujours avec les technologies appropriées, les poêles devraient être fabriqués localement avec des matériaux locaux et selon des techniques locales. Ainsi, vous pourrez encourager l'émergence d'entrepreneurs qui produiront, vendront et répareront ces poêles après votre départ.
• un foyer clos pour conserver la chaleur
• Conception soignée du support de casserole pour optimiser le transfert de chaleur du feu à la casserole
• des chicanes pour créer des turbulences et ainsi améliorer le transfert de chaleur
• des registres pour contrôler et optimiser le flux d'air
• un insert en céramique pour minimiser le taux de perte de chaleur
• une grille permettant l'utilisation de différents combustibles et l'évacuation des cendres
• boîtier métallique pour plus de solidité et de durabilité
• Systèmes multi-récipients pour optimiser l'utilisation de la chaleur et permettre de chauffer plusieurs récipients simultanément.

Une grande partie des travaux de recherche et développement menés sur les technologies de la biomasse pour les zones rurales des pays en développement s'est concentrée sur l'amélioration des foyers traditionnels. Initialement motivée par la menace de la déforestation, cette démarche a également pris en compte les besoins des femmes en réduisant le temps consacré à la collecte du combustible et en améliorant l'environnement de la cuisine grâce à l'élimination des fumées. De nombreuses approches d'amélioration des foyers ont été mises en œuvre, certaines localement et d'autres dans le cadre de programmes plus vastes menés par des organisations internationales. La figure 2 ci-dessous présente différents types de foyers améliorés performants, certains étant de petits foyers portables et d'autres conçus pour être installés de façon permanente dans les habitations.

Améliorer la conception d'un poêle est un processus complexe qui exige une compréhension approfondie de nombreux aspects. L'implication des utilisateurs dans le processus de conception est essentielle pour bien cerner leurs besoins et exigences. Le poêle n'est pas qu'un simple appareil pour chauffer les aliments (comme c'est souvent le cas dans les sociétés occidentales), mais il constitue souvent un lieu de rencontre, un moyen d'éclairage et de chauffage. Le goudron issu du feu peut contribuer à protéger un toit de chaume, et la fumée peut éloigner les insectes et autres nuisibles. Il est important de tenir compte des habitudes culinaires et du mode de vie des utilisateurs. Les petits poêles à charbon utilisés pour la cuisson de la viande et des légumes sont peu adaptés aux personnes consommant des plats traditionnels comme l'ugali, qui nécessitent de grandes marmites et un brassage régulier. Le type de combustible peut varier considérablement ; dans certains pays, la bouse de vache est couramment utilisée, notamment là où le bois est rare. Le coût est également un facteur déterminant pour les ménages à faibles revenus. Négliger ces aspects socio-économiques clés est la garantie de l'échec d'un programme de poêles. La fonction d'un poêle amélioré ne se limite pas à économiser du combustible.

L'un des aspects les plus importants de la conception améliorée des cuisinières réside dans le choix des matériaux.

Points importants à prendre en compte :

• Le matériau doit pouvoir résister aux cycles thermiques.
• Prix ​​: les gens n'achèteront pas un poêle cher.
• Le matériel doit être disponible (évident, mais il est bon de le rappeler).

Matériaux à prendre en considération

• Brique réfractaire (conçue pour isoler et résister aux cycles thermiques)
• Brique d'argile/de terre crue (bon marché)
• Béton réfractaire
• Béton normal
• Tôle (n'oubliez pas qu'un poêle qui ne provoque pas de brûlures est très important)
• Tuile normale
• Tuiles isolantes

Pour les chambres de combustion, n'oubliez pas que le bois peut y être inséré avec une force considérable et que la chambre doit pouvoir résister à une certaine contrainte.

Métaux :

• Le zinc a une température de fusion relativement basse et ne doit pas être utilisé pour des applications à haute température.
• L'acier inoxydable peut convenir aux chambres de combustion.
• La fonte fonctionne très bien, mais elle est très chère.

Depuis 1982, le Kenya Ceramic Jiko (KCJ), un poêle à charbon amélioré destiné au marché urbain, est développé et fabriqué par de nombreux petits producteurs. Le KCJ se compose de deux éléments principaux : du métal et de l’argile cuite. Ces deux parties sont fabriquées par des entrepreneurs ; la partie métallique (le revêtement) est produite par de petites entreprises ou des artisans individuels, tandis que la partie en argile (la doublure) est fabriquée par des entreprises légèrement plus importantes et mieux organisées, ou par des groupements de femmes. Le KCJ est vendu directement par les artisans à leurs clients ou par l’intermédiaire de points de vente commerciaux tels que les commerces de détail et les supermarchés. Le poêle a initialement fait l’objet d’une importante campagne de promotion afin de développer le marché, menée par l’ONG KENGO et le ministère kényan de l’Énergie, à travers les médias, des démonstrations sur les marchés et des foires commerciales. Grâce à cette promotion intensive, on compte aujourd’hui plus de 200 artisans et micro-entreprises qui fabriquent environ 13 600 poêles améliorés par mois. À ce jour, on estime à environ 700 000 le nombre de ces poêles utilisés dans les foyers kényans. Cela représente un taux de pénétration de 16,8 % de tous les ménages au Kenya et de 56 % de tous les ménages urbains du pays. ^{[ 4 ]}

Des groupes comme Vuthisa Technologies de Kobus Venter ^{[ 5 ]} et EWB San Francisco Professionals Chapter ^{[ 6 ]} font des recherches sur l'optimisation de ces poêles, notamment en utilisant des briquettes fabriquées à partir de biomasse résiduelle (par exemple, des déchets agricoles) avec une simple presse à briquettes.

Le combustible utilisé a une incidence importante sur la fumée produite, ainsi que sur l'impact environnemental. Le charbon de bois ^W brûle beaucoup plus proprement que le bois ou la bouse, mais il est généralement fabriqué à partir de bois.

Amy Smith ^W a mené des travaux sur la production de charbon de bois à partir d'autres formes de biomasse. Pour agglomérer la biomasse, un liant est utilisé. (Une autre méthode pour rendre les briquettes plus cohésives consiste à laisser la biomasse tremper dans l'eau pendant quelques jours afin qu'elle se décompose légèrement.) Le choix de la biomasse dépend des ressources disponibles, mais comprend notamment la bagasse ^W (résidus de canne à sucre) liée à une pâte de racine de manioc ^W (également appelée tapioca) ; et la paille de blé ou de riz liée à une petite quantité de bouse, dans les régions où l'on brûle habituellement de la bouse pure. ^{[ 7 ]}

Un programme appelé CFD-GEOM peut être utilisé pour modéliser les conceptions de fourneaux de cuisson .

Le poêle à gazéification de bois est probablement le modèle de poêle le plus efficace qui soit.

• Poêles à fusée Aprovecho, Cottage Grove, Oregon
• Comparaison des cuisinières améliorées Patsari et Lorena de l'université HSU Chiapas au Mexique
• Poêle à plancha HELPS au Guatemala
• Poêle écologique PROLENA au Nicaragua
• Un simple poêle au Honduras
• Poêles ProBec en Afrique du Sud
• Poêles GTZ en Afrique
• Poêle domestique BioLite : un poêle à bois doté également d'un générateur électrique intégré

• Poêle de cuisson efficace alimenté au fumier de vache
• Le maïs comme combustible
• Poêle à sciure
• Cuiseur à riz Usui

• Centre de recherche Aprovecho
• Laboratoire national de Brookhaven, 2023, Rapport de l'atelier sur le défi de conception des poêles à bois, Rapport pour le Département de l'Énergie des États-Unis, Bureau des technologies de la bioénergie, Rapport n° 224406, https://www.energy.gov/eere/bioenergy/articles/just-released-new-wood-heater-design-challenge-workshop-report
• BuildItSolar : Poêles à bois ; le poêle à accumulation RootSimple et les poêles à bois pour le chauffage de l’eau présentent un intérêt particulier.
• Principes de conception des poêles à bois
• Informations sur différents types de cuisinières améliorées
• http://iapstoves.blogspot.com/
• Nombreuses informations sur les cuisinières , y compris un groupe de discussion par courriel actif.
• Wikipédia : Cuisinière