cheminée (suite)

Les chaufferies importantes brûlent généralement des combustibles à bon marché, et souvent du charbon pulvérisé. De très hautes cheminées et un choix convenable des emplacements permettent de répartir les poussières sur une grande étendue, autant que possible extérieure aux zones urbaines. Mais cela ne ferait qu’atténuer le mal si l’on ne réduisait pas considérablement le débit de poussière par dépoussiérage des fumées avant émission, ce qui est d’ailleurs plus facile à l’échelle des grandes chaufferies.

Dépoussiérage des fumées

On dispose de deux types généraux d’appareils : les dépoussiéreurs mécaniques, qui agissent surtout par centrifugation (cyclones), et les dépoussiéreurs électrostatiques, dans lesquels les poussières ionisées par un champ électrique se précipitent sur des plaques de polarité opposée.

Mise en circulation des gaz et des fumées

La circulation de l’air et des gaz ou des fumées, depuis l’accès de l’air comburant jusqu’au point d’évacuation, implique une dépense d’énergie mécanique d’autant plus grande que le circuit est plus résistant. Cette énergie peut être fournie par le tirage naturel ou par un appareil de tirage forcé.

Tirage naturel. On considère séparément la cheminée, élément vertical et final du circuit des gaz, et le circuit amont, qui comprend le foyer, les appareils d’échange et les conduits de raccordement. Pour faire circuler l’air et les gaz dans le circuit amont, il faut une pression plus élevée à l’entrée qu’à la sortie. Dans le cas du tirage naturel, l’air est pris à la pression atmosphérique ; il doit donc régner à la base de la cheminée une dépression par rapport à l’atmosphère au même niveau : cette dépression définit le tirage de la cheminée. En première approximation, une cheminée donne un tirage proportionnel au produit de sa hauteur par la différence de densité entre l’air extérieur et les gaz chauds. Mais, du moment que ces gaz y circulent, le tirage se trouve diminué de la différence de pression nécessaire pour compenser les pertes par frottement dans la cheminée et pour porter la vitesse à sa valeur de sortie. Cela impose, pour une section et un débit donnés, un complément de hauteur. En définitive, les débits réels d’air et de gaz correspondent à un équilibre entre les pertes de pression en amont et le tirage effectif. Pour régler la combustion, on ajuste cet équilibre en manœuvrant un registre ou en agissant sur l’admission d’air au foyer. Le tirage des cheminées de faible hauteur est sensible à l’action des vents sur leur orifice de sortie. On cherche à l’améliorer en coiffant ces cheminées de chapeaux orientables ou d’« aspirateurs statiques », utilisant la dépression due au vent ; leur principal intérêt est de faire obstacle au refoulement par les vents plongeants.

Tirage forcé. Quand on ne peut donner à la cheminée la hauteur nécessaire (locomotives) ou quand le circuit est très résistant (notamment chaudières, de centrales électriques), on recourt à un tirage forcé, qui peut être aspiré, induit ou — par extension de sens du mot tirage — soufflé ou mixte. À l’heure actuelle, on met souvent le foyer et la chaudière sous pression, ce qui implique des parois étanches et dispense d’aspirer les fumées en aval.

Détermination des caractéristiques de hauteur et de section des cheminées

En construction civile, la détermination des caractéristiques d’une cheminée est soumise à un ensemble de données et de sujétions. Sa hauteur minimale dépend en premier lieu du tirage nécessaire au bon fonctionnement des appareils de combustion et d’échange de chaleur, et, avant tout, à une combustion complète en toute période ; une combustion incomplète ou mal réglée donne généralement des produits beaucoup plus nocifs que ceux d’une bonne combustion. D’autre part, cette hauteur doit être suffisante pour que les gaz et les fumées n’incommodent pas les voisins ; dans les villes, elle est soumise à une réglementation, dont l’observation ne peut suffire à éviter tout risque de gêne au voisinage et ne dispense d’aucune mesure éventuellement nécessaire pour limiter l’émission de gaz nocifs, de fumées ou de poussières. La section doit être, en principe, calculée en fonction des débits prévus ; toutefois, des valeurs minimales sont imposées pour les conduits de fumée des immeubles.

Dans les installations industrielles (centrales thermiques, cimenteries, industries diverses produisant des gaz nocifs), les études aboutissent à la construction de cheminées de grande hauteur, en vue d’une large dispersion des gaz et des particules diverses. Une vitesse de sortie élevée favorise cette dispersion ; il n’est pas rare que les vitesses de sortie des fumées, à plein débit, dépassent 30 m/s.

Cheminées de grande hauteur

Dès 1950, on a assisté, pour la construction des cheminées de grande hauteur, à une généralisation de l’emploi du béton armé et à un abandon corrélatif de la maçonnerie de briques hourdées à joints fins. Les briques étaient surtout appréciées en raison de leur résistance à l’attaque des fumées acides et aux effets nocifs des températures élevées. Mais, dès que la hauteur de la cheminée atteint 70 m ou davantage, la résistance qu’elle doit opposer aux efforts de compression et aux effets du vent oblige à adopter des épaisseurs de parois très importantes ; d’où la nécessité de fondations massives, épaisses et à large empattement, donc très coûteuses. Dans les centrales thermiques modernes, la puissance des groupes évaporatoires nécessite le rejet des fumées à très grande hauteur. On a eu alors recours au béton armé, ce qui a été rendu possible grâce aux progrès réalisés dans les méthodes de coffrage et d’échafaudage, dans la fabrication de ciments très résistants aux fumées acides et aux effets de hautes températures, ainsi qu’à l’élaboration de méthodes de calcul adaptées à ce type d’ouvrage.

Les cheminées en béton armé sont soit cylindriques, soit légèrement tronconiques, les génératrices extérieures étant inclinées à 2 p. 100 environ, parfois un peu plus pour les parties basses.