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Foyer de Masse: Origines et Fonctionnement

Fonctionnement

Foyers de masse. Utilisés à travers les pays du nord-est de l'Europe, les foyers de masses sont connus sous divers noms: poêles de masse, foyers russes, foyers de tuile et foyers finlandais.

Même s'ils utilisent tous le même principe d'accumulation de chaleur dans leur masse, plusieurs variations locales se sont développées, répondant ainsi aux exigences de disponibilité des ressources et de l'architecture traditionnelle de chaque région.

Au début du 18ième siècle, l'Europe de l'Est et le Scandinavie connaissaient une pénurie de bois. Les foyers à pierres empilées firent alors leur apparition. Ceux-ci maximisaient l'utilisation du bois qui devenait de plus en plus cher.


Une fin du XVIIIe siècle suédois Kachelung. Smalland 1993

La plupart des pays nord-européens développèrent des foyers de masse relativement efficaces, mais ce furent les Suédois qui découvrirent le principe du système de courants d'air à contresens.

Aujourd'hui, la plupart des foyers artisanaux et des foyers préfabriqués sont construits d'après un principe finlandais qui découle de la technique suédoise. Des foyers de masse russes, allemands ou suédois peuvent aussi être contruits.

Objectifs du foyer de masse

Il faut mentionner que les foyers de masse nord-européens sont d'abord et avant tout fonctionnels et que les considérations d'ordre esthétique demeurent secondaires.

Le foyer de masse remplit trois fonctions principales:

Structure interne du foyer de masse

Pour atteindre une température suffisante à la combustion complète du bois [ 600 C / 1112 F ] un feu vif et ardent est nécessaire. La boîte à feu est remplie de bûches de moins de 4 ou 5 pouces ( 101 -127 cm ) de diamètre, car des bûches plus grosses brûleraient trop lentement.

De l'air provenant d'une première source entre par la soupape d'admission, située dans la boîte à cendres et passe à travers la grille du foyer sur laquelle se trouve le bois qui alimente la combustion. Grâce aux dimensions internes et au plafond entonnoir en pente de la boîte à feu, la chaleur est réfléchie des murs vers le coeur du feu, élevant ainsi la température de combustion.

CIRCULATION

Side Elevation
(cross section)

Front Elevation
(cross section)

Ces coupes laterale et frontale de l'intereur d'un foyer de masse permettent du comprendre en partie le functionment d'un tel foyer. Une fois le bois place danss la boite a feu (A), les flammes sont d'abord allmentees par l'air provenant de la soupape d'admission (B) de la boite a cendres (C). Une deuxieme source d'air situee dans la port de chargement (D) de la boite a feu entraine la flamme et les gasz non brules vers un passage etroit (E) qui aboutit dans la chambre de combustion seccondaire (F) ou ils se melangent et brulent . La chaleur descend ensuite dans les conduits lateraux (G), s'accumulant un passsage dans les parois de brique. La chaleur entre ensuite dans la chininee (H) a la base du foyer. Les lignes piontillees monterent de quelle maniere la chaleur se reflete sur les murs inclines de la boite a feu, contribuant ainsi a amplifier la combustion du bois.

Coupe Axonometrique de foyer de masse de style Finlandais


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  • a) Air de combustion premiere.
  • b) Boîte a feu.
  • c) Flammes, gaz et air, empruntant un passage étroit , puis pénétrant la chambre de combustion secondaire.
  • d) Gaz culbutant pendant la combustion secondaire.
  • e) Gaz chauds, descendant par les deux conduits latéraux.
  • f) Gaz chauds, empruntant les conduits latéraux du canal arrière. Les conduits du canal arrière relient les conduits de chaleur droit et gauche de la cheminée.
  • g) Air chaud et gaz montant dans la cheminée.
  • h) Portes d'accès pour le nettoyage des conduits de chaleur latéraux.
  • i) Boîte à cendres.
  • j) Façade de briques d'argile du mur extérieur
  • k) Coeur et murs intérieurs en briques réfractaires.
  • l) Dalle de couverture en ciment réfractaire.

Alimentation d'air inférieur

Ce qui suit explique comment faire du feu en utilisant la méthode d'alimentation d'air inférieur.

La flamme, les gaz non-brulés et de l'air provenant d'une deuxième source, via une soupage d'admission placée dans la porte de chargement de bois, se précipitent à travers un passage étroit dans la deuxième chambre de combustion.

Grâce au plafond en forme d'entonnoir en pente, la flamme, les gaz et l'air sont légèrement pressurisés. En traversant ce conduit, ils tournoient et se mélangent, permettant une deuxième combustion, et des températures avoisinant les 900 C / 1652 F.

Le gaz chaud passe ensuite par dessus les murs de la chambre de combustion secondaire pour descendre par des conduits latéraux adjacents au coeur du foyer, réchauffant ainsi les murs de maçonnerie extérieure. Cette aspiration vers le bas est dûe à l'entraînement de gaz vers la cheminée dont la base est située à la base du foyer.

Le respect des dimensions des conduits dans ce système de courant d'air à contre-sens est d'une grande importance. Pour obtenir un bon transfert de chaleur, les conduits doivent être assez longs pour permettre un maximum de contact entre l'air chaud et le mur extérieur, mais assez court pour permettre un bon tirage par la cheminée assurant ainsi une combustion vive et ardente.

Les avantages du foyer de masse

Mentionnons d'abord que ce style de foyer est sécuritaire et bénéfique pour l'environnement. Les foyers de masse chauffent de façon imperceptible. La structure du foyer est chaude au toucher, mais jamais brûlante.

Le foyer émet de la chaleur jour et nuit. Il est allumé deux fois par jour pour des périodes d'environ une heure et demie, période qui permet la combustion complète des bûches. Cette méthode permet d'éliminer les dangers de brûlures et de chute de tisons, un problème courant des foyers conventionnels.

Fait à remarquer : bien que le foyer émet de la chaleur à une température constante 24 heures par jour , on ne trouve une flamme vive à l'intérieur du système que pour 1 heure et demie, deux fois par jour.

Dû à la forte température de combustion, presque tout le bois utilisé est brûlé. Les dangers de feu de cheminée sont ainsi éliminés, car il n'y a pas de dépots de créosote dans la cheminée et les conduits. De la fumée est générée pendant les trois à cinq minutes qui suivent l'allumage du feu. Toute la créosote déposée dans les conduits au cours de ces premières minutes est complètement brûlée lorsque la température du feu devient suffisamment élevée. Avec les foyers de masse, la pollution de l'environnement est réduite au minimum.

Puisque le foyer n'est allumé que deux fois par jour, peu de bois est utilisé. Le bois employé doit être de petites dimensions, environ trois pouces ou huit centimètres, l'approvisionnement étant de ce fait facilité. La demande énergitique pour satisfaire aux besoins de ce type de chauffage reste minime, tout comme son impact sur l'environnement.

Un environnement sain

Les foyers de masse chauffent par radiation et par convection passive. Une fois réchauffée, la maçonnerie du foyer émettra une chaleur contante pendant une période pouvant aller jusqu'à huit heures. La chaleur irradie vers le plancher, les murs, les plafonds et les meubles de la maison. Ainsi à l'intérieur de la maison, on trouve une grande surface chauffée mais peu d'air chaud. Cette particularité distingue les foyers de masse des systèmes conventionnels de chauffage.

Comment cela fonctionne-t-il

Les pointillés montrent le chemin qu'emprunte la chaleur irradiant de l'âtre et de la cheminée. Les lignes pleines indiquent les courants de convection passive. L'air réchauffé au contact des surfaces du foyer s'élève et voyage jusqu'aux extrémités du foyer, avant de se rafraîchir, en descendant, pour finalement traverser la pièce le long du plancher pour aller rejoindre la base du foyer. Le foyer et la cheminée, sis au centre de la maison chauffent par radiation ( pointillé ) et par convection passive ( lignes solides ).

La chaleur radiante est émise directemenf des surfaces du foyer et de la cheminée, autant au rez de chaussée qu'aux étages supérieurs. Puis, la convection passive se produit lorsque l'air sis près de la surface du foyer devient chaud, et commence à remonter la surface du foyer, tout en se réchauffant. Ces courants de convection passifs remonte jusqu'au plafond, se déplacent jusqu'aux extrémités de la maison avant de se refroidir quelque peu, pour ensuite descendre le long des murs extérieurs pour finalement rejoindre le foyer en empruntant le plancher. Lorsqu'il y a des ouvertures dans la maison, comme une cage d'escalier, les courants remontent jusqu'à l'étage, et le processus y est répété.

Les foyers de masse chauffent quelque peu l'air ambiant mais ceci n'entraîne qu'une circulation de convection passive alors que l'air chaud circule lentement le long des parois de la structure du foyer. Les murs de maçonnerie ne deviennent jamais brûlants et les particules de poussières qui s'y déposent ne se dessèchent pas. Les poêles de métal traditionnels, eux, deviennent tellement chauds qu'ils brûlent la poussière et augmentent les chances d'irritations respiratoires. L'air soufflé, utilisé avec la plupart des systèmes de chauffage, transporte des moisissures et de la poussière, un vecteur supplémentaire d'irritation respiratoire. Les foyers de massse, quant à eux, chauffent par convection et par radiation.

La chaleur par radiation ne réduit pas l'humidité de la maison et, de plus, ne cause qu'un déséquilibre minime de l'ionisation de l'air, au contraire des systèmes de chauffage traditionnels qui provoquent un tel déséquilibre.

La cheminée

Le foyer de masse possède une cheminée qui peut être jouxtée ou adossée à celui-ci. Elle est construite avec un coeur de tuiles en terre cuite mesurant 8 è 12 pouces (20 sur 30 centimètres) et entourée d'un mur extérieur de briques. Des tuiles rondes de 8 sur 8 pouces ( 20 sur 20 centimètres) peuvent aussi être utilisées. La cuisinière et le foyer partagent les mêmes conduitsou alors peuvent avoir des conduits et des chemineées différentes.

À noter : les cheminées préfabriquées ne sont pas habituellement acceptables pour fins d'assurance, lorsque connectées au premier segment de 7 à 8 pieds d'une cheminée de maçonnerie, adjointe d'un foyer.

Le foyer artisanal

Depuis leur introduction en Amérique du Nord il y a vingt ans, la plupart des foyers de masse ont été construits de façon artisanale par un petit groupe de maçons spécialisés.

La construction d'un foyer de masse est un travail de longue haleine. Il faut d'abord en construire le coeur qui contiendra près de 550 briques réfractaires. Suivra le mur extérieur qui peut être en différents matériaux mais qui le plus souvent est fait de briques ordinaires. La construction du foyer de masse est un métier en soi qui demande un degré maximum de précision et une bonne connaissance des matériaux.

Les foyers modulaires

Les pièces modulaires d'un foyer préfabriqué sont livrées sur le site de construction. L'assemblage, fait par un personnel qualifié, prend beaucoup moins de temps que pour la construction d'un foyer de masse standard.

La compagnie finlandaise Tulikivi produit une vaste gamme de foyers et cuisinières modulaires en pierre à savon. Cronpiscen, d'Emmaboda en Suède, se spécialise dans une version modulaire moderne du foyer traditionnel ou "kagelugn". La compagnie BioFire d'Allemagne fabrique un foyer modulaire de style germanique ou "Kachelogen". Tous ces produits sont distribués en Amérique du Nord.

Il existe aussi des compagnies nord-américaines qui produisent des foyers modulaires. Norbert Senf a conçu son propre foyer modulaire, " The Heat Kit". Maine Wood Heat inc. produit un kit partiel, "the Albi Core". Ce dernier permet à une personne inexpérimentée de réduire le temps de construction de la boîte à feu, pièce maîtressse dont la construction est habituellement fort compliquée. La compagnie ontarienne Tempcast produit un coeur réfractaire préfabriqué basé sur le concept finlandais traditionel, en un kit de 35 pièces à assembler. La compagnie Environtech, située dans l'état de Washington aux Etats Unis, fabrique des foyers préfabriqués de style germanique ou "Kachelogen".

Une construction plus rapide et un chambardement minimal de la maison sont les deux raisons principales qui justifient le choix d'un foyer modulaire.

Les anciens foyers de masse

Les trois seuls matériaux utilisés pour construire le foyer de masse traditionels de style européen sont l'argile, le sable, et l'eau. À l'époque les murs extérieurs du foyer étaient faits de tuiles de céramique manufacturées, les murs intérieurs de briques et de mortier d'argile.

À tous les vingts ou trente ans, le kagelugn, par exemple les modèles suédois, devait être désassemblé pour remplacer les briques d'argile, de piètre qualité, et le mortier d'argile. Le mortier d'argile élastique ne se solidifiait pas, contrairement au mortier à base de ciment, ce qui en facilitait le désassemblage. Avec la popularité du chauffage au mazout, dès les années soixante et soixante-dix, les "kagelugn" devinrent obsolètes et la plupart de ceux-ci furent détruits ou abandonnés.


A la fin du XIXe siècle Kachelung rassemblés dans une maison moderne suédois.

Cet exemple est valide pour tous les pays du nord de l'Europe, sauf ceux de l'ancien bloc communiste, où le plus lent rythme de développement a paradoxalement permis le maintien, jusqu'à nos jours, de la tradition du foyer de maçonnerie,

Un certain nombre de ces foyers furent quand même désassemblés, leurs tuiles de céramique numérotés et entreposés dans des caisses. Il est ainsi aujoud'hui possible d'acheter les tuiles de céramique d'anciens Kagelugn. Ce sont surtout des Suédois qui les achètent, pour les placer dans des immeuble restaurés, et parfois, ce seront d'enthousiastes acheteurs qui considèrent que leur valeur artistique compense leur manque d'efficacité.



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Dernière mise à jour: 11 Septembre 2017