Auto construction d’un chauffe-eau rocket

V 3.0 à venir: Nous désirons aujourd’hui faire évoluer le système et faire circuler les fumées autour du ballon d’eau chaude… si quelqu’un est compétent est motivé, votre aide sera la bienvenue, c’est plutôt le temps qui nous manque!

V2.0 SUCCES:
Les terre-pailleux ont maintenant adapté une chambre de combustion de Batch-box sur le chauffe-eau ballon. L’amélioration est considérable car nous passons de 15° à 70° en moins de 2h30 et avec peu de manutention: on charge le batch-box avec des bûches, on ferme et on s’en va.
Un gros progrès!!

Sans oublier de dire que le chauffe-eau se trouve maintenant dans la nouvelle véranda, il se refroidit moins vite et permet de réchauffer la véranda juste ce qu’il faut pour nos agrumes et autres plantes tropicales!

Cet hiver, les terre-pailleux ont décidé de s’équiper d’un chauffe-eau pour améliorer le confort des douches et des vaisselles. Bien sûr, l’idée d’un chauffe-eau solaire nous a traversé l’esprit. Mais cette option est chère et nous n’avons pas trouvé de solution (peu chère) pour assurer l’appoint avec notre poêle à bois.
En revanche, nous avions déjà une bonne expérience de l’usage et de la fabrication du rocket stove portatif pour cuisiner. Alors pourquoi pas un rocket-chauffe-eau !
Par ailleurs, nous avons trouvé une vidéo sur le site de Benjamin Broustey (professeur/designer de permaculture) qui en avait construit un, alors nous avons eu envie de nous lancer aussi.
Cette vidéo et un manuel (voir le lien plus bas ) sont nos deux principales sources d’information pour cette expérimentation. Le manuel est gratuit et téléchargeable sur internet.

Besoins

La première question à se poser dans un tel cas est : « Quel est notre besoin ? ». En effet, la quantité d’eau chaude consommée chaque jour est un paramètre déterminant dans le dimensionnement de votre chauffe-eau.
A Terre, Paille et Compagnie, nous sommes actuellement 6 personnes, notre choix s’est donc porté vers un ballon de 150 litres au moins. De plus il y a deux maisons à alimenter, donc nous avons trouver un emplacement stratégique pour réduire les longueurs de tuyau et les pertes thermiques.

Principe du chauffe-eau Rocket :

Le Rocket chauffe-eau est divisé en 2 parties :

 Un corps en brique réfractaire comprenant un conduit d’alimentation (1), un cendrier (2) et un conduit de combustion (3). Ce dernier est isolé avec 10 cm de vermiculite maintenue par des briques creuses.

 un ballon spécifique appelé « accu gaz ». Ce type de ballon est équipé d’un conduit de fumée en son centre. Il est donc conçu pour chauffer l’eau avec une flamme. Le conduit central (4) joue le rôle d’élévateur de chaleur.
On retrouve donc la forme typique en J des rocket stove de masse destiné au chauffage. Cette forme permet un fort tirage et une combustion très efficace du bois.

Pour suivre la chauffe de l’eau, nous avons équipé l’accu gaz d’une sonde de température avec un afficheur digital.

Une partie des matériaux dont nous avons besoin peut être récupérée. C’est le cas de l’accu gaz, des briques creuses, de l’isolant et de quelques pièces de plomberie.

Comme précisé ci-dessus, l’accu gaz est un modèle de ballon particulier. L’accu-gaz:
Entrée des flammesSortie des fumées (presque inexistante avec la combustion rocket)…

Dimensionnement

La section et la longueur des conduits d’alimentation, de combustion et de l’élévateur de chaleur sont très importantes dans la réussite du chauffe-eau. C’est pourquoi, avant de dimensionner le corps en brique, il faut avoir récupéré ou acheté l’accu gaz. En effet, les caractéristiques du ballon ne sont pas modifiable et le corps en brique sera dimensionné en fonction de celles-ci.

Des informations très précises sur les proportions à respecter sont données dans le manuel « Racket_Mass_Heaters-Superefficient_Woodstoves_YOU_Can_Build ». La section de passage de l’air ne doit pas trop varier le long de son parcourt dans le rocket. De plus, une portion rectangulaire n’est pas équivalente à une portion circulaire de même section.
Dans notre expérimentation, nous avions un conduit de fumée de 83 mm de diamètre et de 1 m de hauteur. Nos choix ont donc été les suivants :
Conduit d’alimentation de section 9.5 cm x 8 cm et le plus court possible
Conduit de combustion de section 8 cm x 7.5 cm et de 35 cm de long . Cette portion doit être légèrement plus étroite que le reste et plus large que haute.
Cendrier de même section que le conduit d’alimentation et de profondeur 5 cm

Achat de matériaux

Une fois que le rocket est dimensionné la liste des matériaux peut être établie :

 Sonde de température

 Vermiculite ou laine de roche

 Conduit de fumée flexible

 Terre-paille

 Sable 0-2mm

 Argile fine ou barbotine tamisée

 Briques réfractaires

 Briques creuses

 Soupape de sécurité

 Vannes, nourrice, tés selon le nombre de point de puisage
tube, filasse, pâte à joint …

Pour ce chauffe-eau notre budget global a été de l’ordre de 300 € (y compris l’accu gaz).

Fabrication

Le montage à sec

La première phase importante est le montage à sec du rocket-chauffe-eau. Ceci permet de se familiariser avec la forme du corps en brique, de définir les coupes à réaliser et surtout de voir si le tirage se fait bien.

Pour que les essais soient plus concluant, il ne faut pas hésiter à jointoyer les briques réfractaires avec de la boue. Cela rend le montage plus étanche.
A ce stade, il ne faut pas s’attendre à un fonctionnement parfait puisque le conduit de combustion n’est pas isolé et puisqu’il y a toujours quelques fuites. Toutefois, c’est l’occasion d’optimiser la forme du rocket, à savoir les sections et les longueurs des différents conduits.

Lors des découpes des briques réfractaires, pensez bien à prendre en compte l’épaisseur du mortier. Cet oubli peut augmenter de 1cm les dimensions que vous aviez prévues pour le conduit d’alimentation et de combustion.

Le montage réel

Fabrication du mortier pour le jointoiement des briques réfractaires :
Nous avons utilisé un volume de barbotine fine pour 3 volumes de sable 0-2.
La bonne quantité de sable dépend de nombreux paramètres (humidité du sable et de la barbotine, teneur en argile de la barbotine…).
Pour obtenir un bon mélange, nous avons ajouté le sable petit à petit et contrôlé régulièrement la texture. Le mélange final doit être collant mais pas trop !

Réalisation de la base servant de support pour l’isolation.

La partie avant correspond au cendrier.
La partie arrière sera remplie d’isolant et située sous le conduit de combustion.
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Les jointoiement doivent être aussi fins que possible.

Réalisation du conduit de combustion et du cendrier .

Une première rangée de briques posées à plat vient fermer l’espace prévu pour l’isolation et sert de base au conduit de combustion.
De chaque côté, des briques taillées à la hauteur appropriée sont posées. Dans le corps du rocket, la rugosité des parois joue un rôle négatif sur le tirage. On cherchera donc à lisser au mieux les joints et même à adoucir les angles.

Réalisation du conduit d’alimentation et fermeture du conduit de combustion.

A la base du conduit d’alimentation, nous avons laissé une brique amovible pour faciliter l’allumage et le nettoyage.
A la jonction entre les briques et l’accu gaz, il y a un agrandissement de section quasi inévitable. Nous avons donc taillé les briques pour adoucir le changement de section et ainsi réduire les turbulences à cet endroit là.

Montage des briques creuses autour du rocket.

Nous avons laissé 10 cm de vide entre le corps en brique réfractaire et les briques creuses.
Nous avons également rempli les alvéoles avec de la vermiculite pour augmenter l’isolation du conduit de combustion.
La vermiculite est maintenue dans les alvéoles par des bouchons en terre paille.

Réalisation du socle pour l’accu gaz.

Nous avons posé un cerclage métallique (inclus dans l’accu gaz récupéré) sur les briques et nous l’avons jointoyé avec un mélange de barbotine et de laine de roche. La laine de roche sert de fibre incombustible pour éviter la fissuration.

Pose de l’accu gaz et de l’isolation

Nous avons posé l’accu gaz sur le cerclage métallique et jointoyé avec le mélange barbotine-laine de roche. La jonction doit être soigneusement réalisée car c’est ici que le risque de fuite est le plus élevé.
L’espace entre les briques réfractaires et les briques creuses est rempli de vermiculite.

Isolation

Une deuxième rangée de briques creuses est montée. Nous les avons taillées pour qu’elles puissent supporter l’accu gaz sur les côtés.
A ce stade l’isolation peut être terminée autour du corps en briques du rocket et sous l’accu gaz.
Ne pas oublier de glisser la sonde de température dans son emplacement sous le ballon.

Finition du corps du Rocket-ballon

Nous avons réalisé une première finition avec du terre paille comme la photo ci-contre le montre.

Nous avons ensuite taillé la brique réfractaire amovible à la bonne dimension pour pouvoir fermer correctement le conduit d’alimentation tout en ayant facilement accès au cendrier.

Raccordement de l’accu gaz

A droite, la soupape de sécurité sert à évacuer les surpressions s’il y a lieu
A gauche, la nourrice sert à alimenter en eau chaude les 2 maisons. Sur chaque circuit, il est préférable de prévoir une vanne et une purge pour faciliter les opérations de maintenance.

Essai de fonctionnement

Les premiers essais de fonctionnement n’ont pas été les plus simples. Il faut du temps pour apprivoiser le rocket !

L’allumage se fait en 3 phases :
D’abord, il faut faire brûler un peu de papier dans le conduit de combustion. Cela le réchauffe et active le tirage.
Ensuite, il faut faire brûler un peu de papier dans le conduit d’alimentation en ajoutant petit à petit du tout petit bois très sec (cagette, gros copeaux, branchette …). La flamme est aspirée dans le conduit de combustion et, à moins que le bois ne soit pas bien sec, on ne voit plus de fumée sortir du conduit. La combustion se fait avec un rendement élevé.
Enfin, lorsque le petit bois a pris, il faut alimenter en bois long et fin en remplissant bien le conduit d’alimentation.

L’entretien du feu :
Pendant le temps de chauffe du ballon, il faut surveiller régulièrement le feu. Tant donné que le bois a plutôt tendance à tomber plutôt qu’à glisser gentille ment vers le foyer, nous contrôlons tous les quarts d’heure que le feu est bien alimenté.
Dans notre cas où le rocket-chauffe-eau se situe à l’extérieur, la météo a une influence notable sur le tirage et donc sur la progression de la chauffe. En moyenne, il nous faut 4 heures 30 min pour augmenter la température des 150 litres d’eau de 50°C (de 15 à 65°C). La consommation en bois est de l’ordre de 3 à 4 kg.

Les paramètres qui influent sur la rapidité de chauffe sont les suivants :

 la position du conduit de fumée selon le vent

 la météo

 la présence ou non du ralentisseur de tirage dans le conduit élévateur de chaleur. Il réduit le tirage (donc le rendement de combustion) mais il augmente l’échange de chaleur avec l’eau dans le conduit élévateur de chaleur.

 la qualité de séchage du bois utilisé

 la constance de la personne chargée de surveiller le feu

La clôture de la chauffe :
Une fois que la température atteinte est satisfaisante (entre 60 et 70°C), le chauffe est « bouché » a ses deux extrémités. Les braises restent à l’intérieur et permettent de gagner encore quelques degrés.

L’eau reste suffisamment chaude pendant 48h ce qui permet de prendre des bonnes douches.

Retour d’expérience et amélioration possible

Retours d’expérience positifs :

 la combustion est bonne, il n’y a pas de fumée sauf au démarrage

 on obtient de l’eau bien chaude avec 100 % d’énergie renouvelable

Retours d’expérience mitigés :

 le temps de chauffe est long

 l’eau reste chaude pendant 48h mais comme la chauffe est longue, on aimerait qu’elle reste chaude plus longtemps. Nous allons isoler le chauffe-eau et le local.

Améliorations possibles :

 Créer un local abrité du vent pour le rocket-chauffe-eau (nous sommes en train de le faire)

 Sur-isoler l’accu-gaz. L’isolation incluse autour du volume d’eau n’est pas suffisante

 Essayer d’augmenter la section des conduits d’alimentation et de combustion pour avoir plus de puissance et réduire le temps de chauffe.

 Essayer de faire passer la chaleur dans le conduit central de l’accu-gaz ET autour du volume d’eau. Cela implique de démonter l’isolation de l’accu-gaz et de construire un conduit autour de lui pour faire revenir les fumée chaudes autour du ballon.

Si vous avez expérimenté chez vous, n’hésitez pas à nous transmettre vos retours pour qu’ils soient publiés et qu’ils profitent à tous !

A vos truelles ! Plus on sera nombreux à essayer, plus l’efficacité progressera.

Les Terres Pailleux de la Courdémière

Nous venons de construire notre premier Batch Box Rocket Stove pour ce que ça intérèsse, une évolution du rocket stove de masse:
https://www.youtube.com/results?search_query=batch+box+rocket+stove

Sources :

 site de Benjamin Broustey : www.permaculturedesign.fr

 lien de téléchargement du manuel « Rocket_Mass_Heaters-Superefficient_Woodstoves_YOU_Can_Build »