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APPAREILS DE CHAUFFAGE TELS QUE CHAUDIERES.
La présente invention a pour objet des appareils de chauffage, notamment des chaudières, agencés afin de pouvoir brûler des combustibles inférieurs.
Le problème de l'utilisation directe, en chaudière industrielle ou de chauffage central, des fines, poussières de coke, et, en général, des combustibles inférieurs, n'était, jusqu'alors, pratiquement pas résolu. Tout au plus, leur utilisation, par mélange, d'une faible proportion à des combustibles de bonne qualité était-elle possible.
Cependant, il en résultait presque inévitablement une baisse de rendement ainsi qu'une diminution de puissance des chaudières. Les conséquences en étaient souvent désastreuses, et allaient à l'encontre du but à atteindre, justifiant par là le rejet à priori de l'emploi généralisé de ces combustibles parce que pratiquement inutilisables.
Des recherches nombreuses, faisant l'objet de brevets, attestent de l'importance du problème.
Certaines des inventions aboutirent à des résultats partiels, pour des combustibles ayant des caractéristiques bien déterminées. Dans la majorité des cas les inventions se révèlèrent pratiquement irréalisables, compliquées, ou de conception telle que leur réalisation eut été incapable de résister aux températures du foyer; aucune ne permit l'utilisation pratique et rationnelle des combustibles inférieurs dans les installations courantes.
Le problème essentiel à résoudre n'est pas tant celui de l'évacuation des scories de la chambre de combustion, lequel fut souvent étudié par les chercheurs ; difficulté, inhérente à l'utilisation de la plu- part des combustibles inférieurs, est facilement résolue par une main d'oeuvre qualifiée.
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Le véritable problème est celui de pouvoir enflammer le combustible sur la totalité de la grille avec maintien d'une allure de combustion en rapport avec la puissance de la chaudière.
Dans les différents systèmes de grilles soufflées connus actuellement, l'air sous pression est généralement libre en cendrier clos. Sa répartition ne peut alors se faire de fagon satisfaisante, qu'au cas où le combustible sur grille est homogène, régulièrement réparti, et d'un calibre suffisant pour permettre son passage.
Dans le cas d'utilisation de fines, poussier ou sciure, malgré une répartition du combustible aussi régulière que possible, les filets d'air prennent massivement les chemins offrant la moindre résistance. Des foyers indépendants se forment, alternant avec des surfaces non enflammées, des trous se forment au-dessus de la grille, facilitant de plus en plus le passage de l'air.
Alors, l'allure de la combustion diminue graduellement ; ren- dement de la chaudière est très faible,les excès d'air étant anormaux; enfin, la pression tombe provoquant, lorsqu'il s'agit de chaudières industrielles, l'arrêt des machines.
Dans les scories, le pourcentage d'imbrûlés est considérable, ajoutant à la perte par arrêt des machines, celle du prix d'un combustible non utilisé.
Le problème à résoudre, techniquement, consiste donc à répartir de façon uniforme la distribution de l'air au plan de grille et d'assurer son passage effectif au travers de la totalité de la masse de combustible.
Pratiquement, l'installation nécessaire à cet effet, doit être simple, robuste, résistante aux températures du foyer.
Ce problème est entièrement résolu au moyen de la présente invention.
Elle concerne, dans ce but, des appareils de chauffage, caractérisés par ce que leur grille est constituée d'éléments creux parcourus intérieurement par de l'air soufflé ressortant par des orifices ménagés à la partie supérieure desdits éléments.
Cette grille permet d'obtenir les résultats recherchés indiqués plus haut, c'est-à-dire d'obtenir une répartition uniforme de la distribution d'air au plan de grille et d'assurer une diffusion régulière de cet air au sein de la masse de combustibles d'où la possibilité d'utiliser des combustibles inférieurs, tels que poussiers, fines, sciures, etc... avec d'excellents rendements.
Suivant une autre caractéristique de l'invention,, les éléments creux de la grille diffusant l'air dans le combustible sont reliés à un ou plusieurs éléments distributeurs alimentés en air soufflé par un ventilateur ou dispositif analogue, ces distributeurs répartissant cet air régulièrement dans tous les éléments -creux de la grille.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, les barreaux . creux recevant l'air du distributeur sont reliés à d'autres barreaux de fa- çon à leur transmettre une partie de l'air qu'ils reçoivent du distributeur, l'autre partie étant..diffusée .immédiatement ¯dans la combustible.
L'invention concerne encore d'autres caractéristiques qui seront décrites ci-après. Elle s'étend à ces caractéristiques prises en elles-mêmes, ainsi qu'à leurs diverses combinaisons possibles.
Des appareils de chauffage et des grilles conformes à la présente invention sont représentés, à titre d'exemples non limitatifs, sur les dessins ci-joints dans lesquels : - Là figure 1 est une vue d'ensemble en perspective d'une chaudière, de forme générale parallélipipédique.
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- La figure 2 est une vue en perspective d'une forme de réalisation d'une grille creuse pour chaudières du fenre de celle de la figure 1.
- Les figures 2, 4 et ¯5 sont des vues en perspective donnant le détail du distributeur.
- La figure 6 est une vue en coupe transversale de ce distributeur.
- Les figures 7 et 8 montrent le détail du barreau creux de la grille.
- Les figures .2 et 10 sont des vues en coupe transversale dudit barreau.
- La figure 11 montre en perspective une variante du distributeur.
- La figure 12 est une vue d'ensemble en perspective d'une chaudière de forme générale cylindrique.
- La figure 13 est une vue en coupe verticale de la partie centrale de la grille de la figure 12.
- La figure 14 est une vue en plan du distributeur de la grille précédente.
- Les figures 15, 16, 17 et 18 montrent le détail des barreaux du premier tour de la grille.
- Les figures 19, 20 et 21 montrent en détail un barreau du deuxième tour de la grille.
- La figure 22 est une vue en plan coupe d'une variante du distributeur central de la grille circulaire.
Conformément à l'invention, la chaudière de la figure 1, de forme générale parallélipipédique comporte une grille rectangulaire qui comprend essentiellement ;
1 ) Un distributeur central 1 en forme de boite prismatique allongée, recevant de l'air soufflé par un ventilateur 2 et distribuant ensuite cet air à l'ensemble de la grille.
2 ) Des barreaux creux 3 disposés de part et d'autre du distribu- teur 1, et assemblés perpendiculairement à ce distributeur ; barreaux sont jointifs et ils forment un plan de grille continu. Des orifices de distribution d'air sont ménagés à leur partie supérieure, et ils constituent le principal répartiteur d'air de la grille.
Les barreaux 3 reposent à leur extrémité sur des sommiers latéraux 4, reposant eux-même soit sur les rebords intérieurs en maçonnerie de la chaudière, soit sur de petits murs construits à cet effet.
A l'ensemble ci-dessus, suffisant pour chaudières à grilles amovibles, vient s'ajouter de préférence pour chaudière de chauffage central à grille fixe un caisson de tôle 5, magasin-récepteur de l'air fourni par le ventilateur, et transmetteur au caisson distributeur.
Ce caisson de tôle 5 peut reposer sur un socle de maçonnerie 6 ménagé au centre de la chaudière, et il est relié au ventilateur 2 par une conduite souterraine 7.
DISTRIBUTEUR 1 DE LA GRILLE RECTANGULAIRE.
Le distributeur 1 fabriqué en fonte se présente sous la forme d'une boite de section rectangulaire ou pentagonale, dont la longueur varie selon la longueur du foyer. Cette pièce vient se placer, généralement dans l'axe de la chaudière.
De chaque côté, sur les parois latérales de cette pièce, sont disposés des orifices 8 destinés à recevoir les taurillons 9 dont les bar-
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reaux 3 sont munis à leur extrémité.
Le distributeur comporte sur le plan supérieur une règle 10 formant couvercle (fig. 4 et 5).
Le bord crénelé de ce couvercle 10 forme deux lignes d'orifices 11 par lesquels sort une partie de l'air soufflé.
Pour sortir par ces orifices 11, l'air doit parcourir un trajet en chicane dont le but est d'éviter l'obstruction du caisson par les cendres, obstruction qui se produirait facilement, si le parcours de l'air venant de l'intérieur du distributeur, vers les orifices d'évacuation se faisait selon une ligne droiteo
Ce parcours en chicane est obtenu de la manière suivante : - Le couvercle 10 repose sur des rebords intérieurs 12 du distributeur par des rebords 13 présentant les créneaux 14 qui se trouvent en quinconces par rapport aux créneaux 11 du bord supérieur du couvercle (voir figure 5) où le couvercle 10 est représenté à l'envers. Ces rebords 13 surélèvent le couvercle par rapport aux rebords intérieurs 12 et ménagent un espace où l'air peut circuler.
Pour parvenir aux orifices 11, l'air doit donc contourner les rebords 13 par ces créneaux 14, et contourner ensuite les parties saillantes du bord supérieur crénelé du couvercle, pour s'échapper enfin par les orifices Il. De cette façon, la cendre qui pourrait s'introduire à l'arrêt, par les orifices 11, se trouverait de toute façon arrêtée sur le rebord 12 du distributeur. A la mise en marche du ventilateur 3, cette cendre est facilement expulsée vers le haut par l'air soufflé.
Le raccordement du distributeur 1 au ventilateur 2 se fait par sa partie inférieure. Ce raccordement peut être opéré directement sur le conduit 7 s'il s'agit d'équiper une chaudière à grille amovible.
Mais, dans l'exemple représenté où il s'agit d'une chaudière de chauffage central à grille fixe, ce raccordement au ventilateur se fait, de préférence, par l'intermédiaire du deuxième caisson fabriqué en tôle, ce caisson 5 vient se placer, en cendrier immédiatement sous la grille de la chaudière.
Il a également la forme d'une boîte, de la longueur de la chaudière à équiper, de section pentagonale, dont les deux côtés formant l'angle supérieur ne se rejoignent pas, mais se prolongent en formant deux plans parallèles 5 qui viennent se raccorder au distributeur 1 par la lumière 11 conçue à cet effet.
L'air canalisé dans cet étroit couloir (51) se trouve laminé, étalé en longueur, et en définitive réparti uniformément dans le distributeur central 1.
BARREAUX CREUX .
Fabriqués en fonte, ces barreaux 3 se présentent sous la forme d'une boite à section carrée ou rectangulaire de longueur variable selon la dimension du foyer.
Cette sorte de boite est en deux parties 15, 16 ayant chacune une section en forme de L assemblées l'une dans l'autre. La partie 15 comporte, à une extrémité, un tourillon creux 9 venant s'engager dans les orifices latéraux 8 du distributeur 1, et, à l'autre extrémité, un talon 151 venant prendre appui sur les sommiers latéraux 4.
La partie 16 s'emboîte dans la partie 15 en formant un joint hermétique sur le plan inférieur. Cette partie 16 comporte également un bord crénelé ménageant des orifices 17 par lesquels est distribué au combustible l'air soufflé par le ventilateur.
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Ces orifices 17 communiquent eux aussi avec l'intérieur du barreau creux par un trajet en chicane, afin d'éviter l'introduction des cendres à l'intérieur de ces barreaux. Ce trajet en chicane est obtenu de manière analogue à celui qui a été indiqué pour le distributeur; l'aile horizontale de la partie 16 repose sur un rebord intérieur 18 de la partie 15, par l'intermédiaire de dents ou saillies 19 ménagées en face des créneaux 17. Ces dents surélèvent ainsi la partie 16 au niveau supérieur de la partie 15, mais l'air doit les contourner, et contourner ensuite les parties saillantes du bord crénelé pour sortir enfin par les orifices résultant des créneaux 17.
Le rebord 18 des barreaux de la grille, rebord sur lequel prend appui la partie 16 formant couvercle, est avancé en direction de ce couvercle, de manière à ne laisser qu'un espace très étroit 181 (figures 9 et 10).
Dans cet espace, l'air qui se dirige vers les orifices 17 trouve une résistance et a ainsi tendance à s'étaler sur toute la longueur du barreau pour franchir le passage sous la forme d'une lame d'épaisseur régulière et de débit constant. On obtient ainsi une meilleure distribution de l'air aux orifices 17.
Enfin, dans les barreaux de la grille décrite, on prévoit un système d'accrochage des couvercles permettant de les maintenir fermement en position fermée. Ce système comprend des tenons 161 ménagés sur les fa- ces internes des couvercles, aux deux extrémités. Ces tenons viennent s'engager dans des évidements correspondants réalisés sur le corps 15 des barreaux.
Dans le cas d'équipement de chaudière de chauffage central à grille fixe, la grille ci-dessus décrite se superpose à celle-ci.
Dans le cas d'équipement de chaudière à grille amovible, elle se substitue à celle d'origine.
Au cours du fonctionnement de cette grille, l'air fourni par le ventilateur passe au caisson distributeur 1, soit directement, soit par l'intermédiaire du caisson récepteur 5, et de là aux barreaux creux.
La répartition effective de l'air se fait dans le caisson distributeur 1. Dans cette chambre, aux formes géométriques, l'air se trouve comprimé dans un volume très restreint. La résistance à l'évacuation se trouvant être partout sensiblement égale, l'air ne peut que se trouver réparti de façon égale à chacun des barreaux 3 par le canal des tourillons 90
Cette répartition uniforme d'air, à chacun des barreaux composant la grille, implique donc automatiquement un foyer à chacun de ceux-ci.
Le fait supposé d'un manque de combustible sur l'un d'eux (d'un trou sur la grille) n'entraîne donc pas automatiquement de diminution très sensible de la puissance de l'installation, mais seulement une diminution proportionnelle au nombre de barreaux composant la grille.
Ainsi donc débouchant des orifices des barreaux, s'établit un matelas d'air sur toute la surface de la grille creuse. La combustion se trouve alors assurée dans son ensemble quelle que soit l'homogénéité du combustible, sa répartition, son calibre ou sa difficulté d'allumage.
Par ailleurs, la bonne répartition de l'air au sein de la masse de combustible contribue à l'élévation du rendement.
La figure 11 montre une variante d'un distributeur pour une grille rectangulaire du genre de celle qui vient d'être décrite.
Dans ce cas,le distributeur 1 est divisé intérieurement par une série de cloisons transversales ± formant dans ce distributeur des chambres isolées les unes des autres. A chaque chambre ainsi formée correspondent un nombre restreint de barreaux de la grille.
Dans l'exemple représenté, les cloisons ± sont situées dans les intervalles ménagés entre les orifices 8 assurant la communication entre le
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distributeur 1 et les barreaux 3, de manière que chaque chambre formée corresponde en réalité à une paire de barreaux 3.
Ce cloisonnage intérieur du distributeur 1 a pour effet d'amélio- rer la distribution d'air dans toute la masse du combustible, et notamment lorsque ce combustible est irrégulièrement réparti, ou lorsque la perméabilité du combustible n'est pas homogène. Dans de tels cas, en effet, l'air sortant par les orifices des barreaux les plus chargés de combustible, rencontre une résistance plus élevée que Pair sortant par les orifices situés dans les zones moins chargées de la grille. Cette différence de résistance pourrait dans certains cas s'opposer à ce que la répartition de l'air soit assurée d'une manière uniforme en tous les points de la grille.
Le cloisonnage du distributeur s'oppose à tout déréglage de ce genre, en empêchant à l'air situé dans le distributeur 1 de voyager suivant la longueur de ce distributeur. L'air qui parvient au distributeur, après avoir été étalé par le passage étroit 51 est, au contraire, divisé par les cloisons ± et contraint de poursuivre son chemin dans les barreaux 3 correspondant aux chambres dans lesquelles il s'est introduite On est ainsi assuré d'une distribution d'air parfaitement régulière et uniforme, dans tous les points de la grille; même dans les conditions de fonctionnement les plus sévères.
L'invention s'étend aussi aux appareils de chauffage cylindriques du genre de celui représenté sur la figure 12.
Cet appareil est une chaudière dont la grille circulaire comprend essentiellement :
1 Un caisson central 22 en fonte, par exemple recevant par sa partie inférieure de l'air soufflé par un ventilateur 23 et distribuant ensuite cet air à l'ensemble de la grille. Ce caisson distributeur est suppor- té par une colonne verticale creuse 24 reliée au ventilateur par un conduit 25.
2 ) Deux séries de barreaux creux 26 et 27 également en fonte, disposés suivant deux tours concentriques au distributeur 22. Ces barreaux sont jointifs comme ceux de la grille précédente et ils forment un plan de grille continu. Des orifices de distribution d'air ménagés à leur partie'eupérieure en font le principal répartiteur d'air de la grille.
DISTRIBUTEUR POUR LA GRILLE CIRCULAIRE (figures 13 & 14)
Le caisson central de distribution, ou distributeur 22, est une sorte de boîte de forme polygonale à 16 pans, dont chacun d'eux comporte dans son axe un orifice circulaire 28 destiné à recevoir le tourillon 29 situé à l'extrémité des barreaux 26 du premier tour.
La partie supérieure de ce distributeur comporte un orifice d'accès fermé par un couvercle 30 dont le bord crénelé ménage une couronne d'orifices 31 par lesquels sort une partie de l'air soufflé (fig. 14).Pour sortir par ces orifices 31 l'air parcourt encore un trajet en chicane, afin d'éviter l'obstruction du caisson par les cendres.
Ce parcours en chicane est obtenu d'une manière analogue à celles qui ont été décrites; le couvercle 30 repose sur un rebord intérieur 32 du distributeur par des saillies ou dents 33 qui surélèvent le couvercle par rapport au rebord 32 en laissant entre elles une série d'espaces 34 (fig.13).
Lorsque l'air a franchi cet espace 34, il doit encore contourner les parties saillantes du bord crénelé du couvercle afin de sortir par les orifices de distribution 31.
Le couvercle 30 est verrouillé au moyen d'une barre diamétrale 36 qui s'engage sous le rebord 32 lequel comporte deux encoches opposées 36 pour le passage des extrémités de cette barre.
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A sa base le distributeur est muni d'une collerette 37, pour son raccordement par boulonnage sur la colonne support 24.
BARREAUX DE PREMIER TOUR DE GRILLE CIRCULAIRE - (fig. 15, 16 et 17).
Ces barreaux 26 sont des boites de fonte, munies d'un couvercle 37 ; ils sont d'une forme telle, qu'étant mis en place autour du distributeur central, ils forment un polygone à 32 pans.
Ces barreaux reçoivent l'air du distributeur par l'intermédiaire d'un tourillon creux 29 engagé dans les orifices 28 du distributeur 22 (fig.
13).
A l'intérieur du barreau se trouve un cloisonnement en forme de T comprenant une cloison horizontale 38 et une cloison verticale 39 qui divisent l'intérieur du barreau en trois parties dans le sens longitudinal. L'air arrivant par le tourillon 29 se divise sur ce cloisonnement et prend trois directions : a) L'air passant à la partie supérieure, au-dessus de la cloison 38 s'échappe par les orifices 40 ménagés entre le bord supérieur crénelé du couvercle 37 et le bord supérieur du barreau. Cet air est distribué immédia- tement dans le foyer. b) L'air passant à la partie inférieure est divisé par la cloison 39 en deux courants qui se dirigent vers les orifices 411, 412 pour alimenter les barreaux du deuxième tour.
BARREAUX DE 2ème TOUR - (fig. 19 et 20).
Ces barreaux 27 ont la même forme générale que les précédents, et mis en place autour de la première rangée, ils forment un nouveau poly- gone qui a 64 pans : qui se rapproche de la forme circulaire du foyer des chaudières pour lesquelles ces grilles ont été conçues.
Ces barreaux sont assemblés avec ceux du premier tour par un tourillon creux 42 engagé dans l'un ou l'autre des orifices 411, 412' des barreaux du premier tour. L'air qu'ils reçoivent par les tourillons 42 est distribué intégralement au foyer par les orifices ménagés par le couvercle 43.
L'extrémité de ces barreaux se termine par un talon 44 qui vient reposer sur le cercle support de grille 45 de la chaudière. Ce talon comporte une saignée transversale 46 destinée à recevoir une plaquette de fonte 47 formant une base sur laquelle l'ouvrier monteur pourra faire le joint avec la paroi du foyer au moyen de coulis réfractaire.
Dans les barreaux du 1er et 2ème tour qui viennent d'être décrits, l'évacuation de l'air par les orifices des couvercles 37 et 43 se fait selon le même procédé que pour le couvercle du distributeur central, c'est-à-dire que l'air suit ainsi un parcours en chicane en vue d'éviter l'introduction de cendre dans les barreaux. A cet effet, les couvercles 37 et 43 représentés, vu par dessous respectivement sur les figures 18 et 21 comportent des dents en saillies 48,49 surélèvant ces couvercles du rebord intérieur des barreaux sur lesquels ils reposento Ces dents étant ménagées en regard des parties vides des créneaux, l'air est obligé de contourner successivement ces dents et les parties pleines du bord crénelé des couvercles.
Afin d'éviter, lors des décrassages, les possibilités d'enlèvement du couvercle de son siège, par le travail du chauffeur avec son ringard, un système de blocage a été prévu. Il consiste d'une part, en une saillie 50, située à une extrémité du couvercle, saillie qui vient s'encastrer dans un
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logement 51 ménagé dans le corps du barreau. L'autre extrémité se termine en biseau 52 de 80 environ, qui correspond à un angle équivalent situé dans la portée où il vient reposer.
La mise en place du couvercle sur le barreau se fait en introduisant, en premier lieu, la saillie 50 dans son logement 51. L'autre extrémité 52 peut alors venir sur son siège. Le couvercle étant en place sur le barreau, l'espace libre à son extrémité 52 sera vite comblé par du poussier de combustible ou des cendres, formant ainsi un blocage suffisante pour éviter toute levée accidentelle au cours des décrassages.
Le fonctionnement de la grille creuse de la chaudière ci-dessus décrite se comprend aisément: l'air soufflé par le ventilateur 23 est envoyé tout d'abord dans le distributeur 22 qui assure sa répartition dans tous les barreaux du premier tour 26 qui en utilisent directement une partie tout en envoyant une autre partie aux barreaux du second tour 27. L'air de combustion est maîtrisé dans son parcours, canalisé et réparti de façon uniforme à chacun des barreaux, provoquant automatiquement un foyer de combustion sur ceuxci.
Ainsi donc, débouchant de tous les orifices, l'air se répand sur toute la surface de la grille traversant la totalité de la masse de combustibleo
La combustion se trouve alors assurée de façon uniforme, quelle que soit l'homogénéité du combustible, sa répartition, son calibre, ou sa difficulté d'allumageo
Les avantages techniques de l'invention ressortent clairement de l'exposé ci-dessus:
en premier lieu, il convient de noter la possibilité d'utilisation des combustibles inférieurs, à prix d'achat peu élevé (poussier de houille ou de coke, fines, sciures, etc ... ) sans diminuer le rendement thermique des appareils. Au contraire, la bonne répartition de l'air dans le combustible permet généralement d'ajouter à l'économie réalisée sur le combustible celle résultant d'une élévation de rendement de la chaudière.
Enfin les possibilités d'accélération ou de modération du feu, permettent d'atteindre rapidement l'allure désirée.
L'invention n'est cependant pas limitée strictement aux exemples de réalisation ci-dessus décrits qui pourront encore recevoir des modifications.
Ainsi la figure 22 montre en coupe une variante du distributeur central 22. Dans ce cas, le distributeur est divisé intérieurement par des cloisons radiales verticales 53 canalisant l'air vers les orifices 28 dans lesquels sont engagés les barreaux du premier tour. Le couvercle 30 de ce distributeur peut également comporter sur sa face inférieur des nervures radiales 54 ayant le même effet que les cloisons 53 qu'elles prolongent.
REVENDICATIONS.
1 ) Appareil de chauffage caractérisé par ce que sa grille est constituée d'éléments creux (3-26-27) parcourus intérieurement par de l'air soufflé ressortant par des orifices (ils 17, 31, 40) ménagés à la partie supérieure desdits éléments, cette grille creuse permettant d'obtenir une répartition uniforme de la distribution d'air au plan de grille et d'assurer une diffusion régulière de cet air au sein de la masse de combustibles, d'où la possibilité d'utiliser des combustibles inférieurs tels que poussiers, fines, sciures etc... avec d'excellents rendements.