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Four à pain

Four à pain

Ce four à pain « à soles tournantes » est très apprécié des petits producteurs pour sa légèreté, son faible encombrement et parce qu’il est pratique et rapide à utiliser. Contrairement aux fours en terre traditionnels, il n’a aucune inertie et nécessite donc d’être alimenté en bois pendant toute la cuisson du pain.

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Les débuts :

A l’origine de ce projet, Jean-Phillipe, un producteur du Trièves (maraîchage et brebis allaitantes) souhaitait diversifier son activité en y ajoutant un atelier pain. Il s’est donc inspiré de ces fours en acier qu’on trouve dans le commerce, et a reproduis, chez lui, avec le matériel qu’il avait à disposition, une version simplifiée et peu coûteuse.

Un an plus tard, un groupe de producteurs installés sur la ZAD de Bure contacte l’Atelier Paysan et soumet l’idée de reproduire et améliorer ce four lors d’une formation prototypage. Se met alors en branle toute la dynamique R&D collaborative entre le groupe de producteurs de Bure, le maraîcher du Trièves et l’Atelier Paysan qui aboutira, fin 2016, à la réalisation de plans et à la programmation d’une première formation à l’autoconstruction d’un four à pain en acier.

Le modèle V1

La réalisation de la première version du four a permet d’en définir le principe de fonctionnement :

Le pain est disposé sur deux soles superposées (c’est-à-dire sur deux étages) reliées à un axe pivotant au centre d’une chambre de cuisson circulaire (en tôle roulée). Cette chambre de cuisson est elle-même enveloppée par une cloison circulaire isolée. Le feu se fait dans un foyer sous la chambre de cuisson. Un espace de 35mm entre la chambre de cuisson et la cloison isolée permet de faire circuler la fumée et la chaleur toute autour de la chambre de cuisson (c’est finalement un système d’échangeur très simple).

Jean-Philippe a installé son four à pain à l’arrière de la roulotte avec laquelle sa compagne, Sophie, va faire les marchés pour vendre le pain et les légumes. Ce modèle de four en acier est parfaitement adapté à cette application puisqu’il prend très peu de place et qu’il est relativement léger.

A l’avant du four, Jean-Philippe a imaginé un système de portes battantes qui se referment toutes seules grâce aux contrepoids (des engrenages de « récup’ ») agissant directement sur les axes de rotation des portes. Ainsi il suffit de pousser sur la porte avec la pelle pour enfourner le pain et de retirer la pelle pour fermer la porte.

A gauche de la porte une petite boîte en aluminium de laquelle part un tuyau de cuivre qui traverse la cloison isolée et la chambre de cuisson permet d’alimenter le four en eau pour créer de l’humidité pendant la cuisson du pain. Une petite vanne a été installée entre la boîte en alu et le tuyau en cuivre pour ouvrir ou fermer ce circuit d’eau et donc faciliter la gestion de l’humidité dans le four. L’eau arrive directement dans la chambre de cuisson sous la sole du bas. A cet endroit, la tôle ne fait que 3mm d’épaisseur et les chocs thermiques de l’eau froide arrivant dans un four chaud sont mauvais pour l’acier. Aussi il est fortement recommandé de disposer une tôle épaisse (ou un plat épais allant au four) dans le fond de la chambre de cuisson pour recevoir l’eau.

Le feu se fait dans un foyer sous le four, réalisé avec une bouteille de gaz découpée en deux (il est important de bien vider la bouteille du gaz en la remplissant avec de l’eau avant de commencer à la découper). Ce foyer est sur glissière pour pouvoir allumer facilement le feu et éventuellement régler le tirage ou la puissance. La bouteille de gaz est percée en bas pour créer un appel d’air dans le foyer. Il donc est conseillé d’installer un bac de récupération des cendres sous le foyer (ici, une gamelle en alu).

L’évacuation des fumées, réalisée en tuyau de poêle du commerce, doit comporter un coude à 90° et un té pour éviter que la suie ne retombe directement dans le four. Le té permet justement de purger la suie et facilite grandement le ramonage.

La réalisation

• Estimation en temps : 4 à 5 jours pour une personne : La partie la plus compliquée est le roulage des tôles. Un petit tutoriel (à télécharger en bas de page) a été réalisé pour expliquer comment faire avec un minimum d’équipement.

• Estimation du coût de matière première : 500 € de ferraille. Le matériel consommable lié aux découpes et aux soudures est à ajouter au prix final

• Les outils nécessaires à la réalisation : meuleuse, post à souder à l’arc, sangles a cliquet, serre joints, matériel de mesure et traçage...

• Caractéristique du four :

  • Dimensions globales :
    Ø extérieur : 124cm
    Hauteur sans les pieds ni les conduits d’évacuation : 75cm
    Ø soles : 100 cm
    Hauteur de la chambre de cuisson : environ 50 cm
  • Nombre de kilo de pain par fournée : 20kg
  • Lieux d’installation possible : le four peut être mis sur pied (auto construits en acier) ou simplement être posé sur un poste à hauteur de travail...

La découpe des tôles est longue et minutieuse parce qu’il faut réussir à meuler doit sur des très grandes longueurs. Pour s’aider, on peut pointer un fer plat sur la tôle et l’utiliser pour guider le disque de la meuleuse. Il peut être intéressant de se rapprocher d’un chaudronnier /serrurier pour avoir des découpes faites a la guillotine pour ces coupes droites.

Les limites du four :

• Sa capacité (jusqu’à 23 kg de pain non moulé). Jean-Philippe souhaiterait fabriquer un nouveau four plus grand (Ø des soles : 120cm).
• L’absence d’inertie impose de contrôler et alimenter le feu régulièrement pendant la cuisson du pain. Il est certainement plus difficile d’obtenir une température stable qu’avec un four en terre traditionnel. Il est possible d’ajouter du sable au fond du four pour augmenter l’inertie et limiter la chauffe par le dessous du four.

Le modèle V2

La première étape de réalisation du modèle V2 était de modéliser et tracer les plans du four en prenant en compte toutes les améliorations qui avaient pu être identifiées grâce au retour d’expérience de Jean-Philippe après un an d’utilisation hebdomadaire. D’autres utilisateurs de ce type de four à pain (notamment Mickaël, maraîcher à Notre-Dame-Des-Landes) ont aussi apporté leur contribution et participé à l’élaboration de ces plans.

Voici les principales modifications par rapport au modèle V1 :

L’isolation
L’isolation, selon Jean-Philippe, était trop faible et il nous a recommandé de passer de 60mm à 100mm d’épaisseur de laine de roche tout autour de la chambre de cuisson. Le diamètre extérieur du four est donc passé de 124cm à 132cm et la hauteur de 72cm à 76cm.

La trappe d’accès au foyer
Dans le contexte de Jean-Philippe, c’est-à-dire pour faire du pain dans sa roulotte, il fallait accéder au foyer par l’arrière du four. Dans le cas d’une utilisation classique, il est préférable d’accéder au foyer par l’avant du four pour gérer le feu et la cuisson du pain en même temps. Il a alors fallu modifier le système d’ouverture de la trappe pour éviter les interférences avec la porte du four. Une charnière et un loquet ont donc été installés sur la trappe.

L’étanchéité au fumée de la chambre de cuisson
La présence de fumée dans la chambre de cuisson donne un goût aux aliments cuits. Il peut être intéressant de supprimer les fuites, grâce à de la tresse d’étanchéité et à du mastic réfractaire.

Les portes du four
A l’utilisation, Sophie et Jean-Philippe, se sont rendu compte que les portes du four n’étaient pas suffisamment étanches à cause du jeu fonctionnel de l’ouverture. Des petites bavettes en fer plat 20 x 3 ont été rajoutées pour faire plaquer le pourtour des portes et éviter ainsi que la chaleur et la fumée s’évacuent par là.

Le déflecteur
Sous la chambre de cuisson, au-dessus du foyer une tôle épaisse joue le rôle de déflecteur pour répartir la chaleur. Ainsi la tôle du fond de la chambre de cuisson n’est pas chauffée trop fort localement et les déformations liées à la chaleur restent limitées. Sur le modèle V1, la tôle était trop fine et donc se déformait beaucoup. De plus cette tôle était directement soudée sur le châssis de la chambre de cuisson. Les contraintes engendrées par la déformation du déflecteur avaient alors tendance à faire sauter les points de soudure.

La solution retenue pour le modèle V2 consiste à suspendre le déflecteur par des vis qui viennent se visser dans des écrous soudés sur le châssis de la chambre de cuisson.

Ici, le déflecteur a été dessiné en fers plats 100 x 10 juxtaposés et soudés ensemble pour limiter la diversité de sections des profilés à approvisionner, mais il pourrait aussi très bien être réalisé en tôle d’épaisseur 8mm découpée au laser. Pour éviter que les contraintes de déformation se propagent, il faut percer le trou plus grand dans le déflecteur (Ø12 pour une vis M10) et ne pas serrer la vis.

Pieds démontables
Dans le cas ou ce four est amené a être déplacé (événementiel, retour de stage de fabrication...) il est intéressant d’avoir des pieds démontables pour réduire son encombrement. Cette modif rajoute un peu de travail et de matériaux. Le soudeur devra faire un choix au moment de la construction du châssis. Il est aussi envisageable de poser le four sur deux tréteaux métalliques solides.

L’épaisseur des tôles
Comme on le voit sur le modèle V1, les tôles du fond sont de relativement faible épaisseur (2mm) et donc gondolent beaucoup. Dans le modèle V2, les tôles du fond de la chambre de cuisson et de l’enveloppe extérieure ont été passées en épaisseur 3mm afin de limiter les déformations.

Le système de pivot
Pour le modèle V1, Jean-Philippe avait imaginé un système d’empilement de butées à roulements disposé au fond de la chambre de cuisson et qui soutenait et guidait en rotation l’axe des soles tournantes. L’inconvénient de ce système est qu’il n’était pas adapté à des températures très hautes. Les roulements, à force de chauffer et refroidir, se déformaient ; le lubrifiant avait très vite brûlé et finalement les soles commençaient à tourner avec beaucoup de difficulté…

La vue en coupe ci-dessous présente le nouveau système de rotation des soles :

Inspiré du mécanisme « pivot d’horloger », ce système simple est fiable et robuste : un axe Ø 30 guidé en rotation à ses deux extrémités par des platines en fer pat 100 x 10 percées en Ø 32. Il est surtout important d’anticiper la dilatation de l’arbre et de son logement pour être sûr que le mécanisme ne bloquera pas une fois le four chauffé.

Le bout de l’arbre repose sur une autre platine en fer plat de 100 x 10 et est usiné en demi-boule à la meuleuse pour obtenir un contact ponctuel et ainsi limiter les efforts résistant à la rotation (contact ponctuel)

Le dallage des soles
Jean-Philippe a choisi de confier la fabrication de ses dalles à une artisan-potière. Il a réalisé un dallage en quartiers, comme on peut le voir sur la photo ci-dessous :

Pour la version économique et reproductible du four à pain nous avons choisi de faire un dallage carré avec des dalles réfractaires du commerce (400 x 200 x 2 mm). L’expérience de Jean-Philippe nous a permis de savoir que 2cm d’épaisseur suffisait (contre 3cm pour le modèle V1). La découpe des dalles est prévue pour optimiser les chutes et réduire le coût de ce poste de dépense non négligeable.

Réflexions sur les modifications à apporter pour les futures versions :

Un système de rotation des soles accessible depuis l’extérieur sans ouvrir la porte serait intéressant pour augmenter l’ergonomie.

Pour les prochains modèles, il serait intéressant de commander toutes les tôles déjà découpées (laser pour les disques, guillotine pour les bandes) pour gagner du temps sur la fabrication du four. La découpe des disques est une opération fastidieuse a la meuleuse (scie sauteuse ?). Le budget sera un peu augmenté, mais le travail sera plus rapide et moins pénible.


Ces travaux bénéficient du soutien financier de l’Europe et du Réseau Rural National, par le biais de la Mobilisation Collective pour le Développement Rural coordonnée par l’Atelier Paysan sur "L’innovation par les Usages, un moteur pour l’agroécologie et les dynamiques rurales" (2015-2018), dont la FNCUMA, la FADEAR, l’InterAFOCG, AgroParisTech et le CIRAD sont partenaires. Leur contenu sera régulièrement mis à jour tout au long du projet.

Lien vers la page "nos partenaires" : http://www.latelierpaysan.org/Nos-partenaires

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