Charbon de bois - Définition

Charbon de bois en cours de combustion, dit incandescent.

Le charbon de bois est obtenu en carbonisant du bois de manière contrôlée en l'absence d'oxygène. Le procédé permet de retirer du bois, son humidité et toute matière végétale volatile afin de ne laisser que le carbone. Dans certains ouvrages anciens, il est comparé au charbon de terre qui est la houille.

Méthode de production

Meule

Illustration accompagnant l'article sur le charbon de bois dans le précis illustré de mécanique de 1894, représentant une meule en coupe

Historiquement, la carbonisation était réalisée par des charbonniers directement dans la forêt. Les endroits où s'établissait cette activité était appelés charbonnières, et après abandon places à charbon. La méthode la plus fréquente était de constituer des meules en empilant des bûches que l'on recouvrait de terre avant la mise à feu. Parfois, à la place d'une meule on effectuait la combustion dans une fosse.

La fabrication en est décrite dans le Précis illustré de mécanique en 1894 de la manière suivante :

" Le charbon de bois provient de la carbonisation du bois, brûlé sans air pendant un certain temps.

Cette opération se fait à l’emplacement même où on le coupe, c’est-à-dire dans la forêt, et voici comment :

Les morceaux étant de longueur de 0^m à 1 mètre environ, on les met debout et inclinés, entassés les uns sur les autres en formant une circonférence dans le plan horizontal de 3 à 6 mètres environ de diamètre, et une demie dans le sens vertical de 2^m50 à 3 mètres de haut environ, en laissant un trou de toute la hauteur dans le centre pour y mettre le feu, qui consiste en charbon de bois allumé, puis on le referme totalement et on met une couche de terre ou de gazon sur toute la surface pour éviter les courants d’air. Il brûle dans cette position pendant quinze jours ou trois semaines suivant la qualité du bois, et lorsqu’il est suffisamment brûlé on remet une nouvelle couche de terre sur toute la surface pour l’étouffer complétement et on le laisse refroidir, puis on démonte le tout. Le bois étant assemblé et le feu y étant, il prend le nom de fourneau et demande à être surveillé nuit et jour. "[DEJ1894].

Fabrication de charbon de bois en Forêt-Noire en Allemagne vers 1900
Constitution de la cheminée centrale	Empilage des morceaux de bois	La meule avant d'être recouverte de terre
La combustion	Le demontage de la meule	Le chargement du charbon de bois

Le procédé en meule permet d'obtenir entre 17 et 28% du poids initial de bois. Le rendement en volume est de 60% [LED1895-1]. Ce procédé ne permet aucune récupération d'autres produits comme les goudrons.

Par le procédé en meule, on peut également carboniser de la tourbe.

four

Fours à charbon de bois en Pologne

Au cours du XIX^e siècle, il apparaîtra des enceintes métalliques de divers formes. Ces fours sont d'un usage plus facile que les meules , il ne fonctionnent pas en vase clos mais par le meme principe que les meules . Certains sont amovibles afin d'être utilisés sur place en forêt. Ils permettent également la récupération des sous produits comme le goudron ou les gaz.

Les systèmes sont nombreux : appareil Dromart, Moreau, Pierce etc.

L'appareil Moreau a été mis au point aux environs de 1875 : " il se compose d'une cage en forme de dôme composé de plaques de fortes tôles montées sur un bâti en fonte. La partie supérieure se termine par une cheminée munie d'un couvercle mobile ; la partie inférieure est ouverte et la cage se pose simplement sur une aire préparée comme pour une meule ordinaire " [COR03-2].

Fours à charbon de bois en Grande-Bretagne

pyrolyse

C'est le procédé en vase clos qui était utilisé à l'époque ou la distillation du bois produisait l'acide acétique appelé alors acide pyroligneux , le méthanol appelé aussi esprit de bois et divers produits chimiques . Le charbon de bois n'était pas le but premier de l'opération mais plutôt un sous produit . Le mot pyrolyse n'était pas inventé on disait plutôt distillation sèche

Le procédé Pierce permet de chauffer le four en utilisant les gaz produits lors d'une précédente carbonisation " dès que la vapeur a cessé de se dégager, on met en marche l'aspirateur et envoie les gaz dans le condenseur, d'où ils reviennent chauffer un four voisin. " [LED1895-1] .

La carbonisation de 100 kg de bois dans ce type de four permettent d'obtenir :

• 25 kg de charbon de bois
• 0,75 kg d 'alcool méthylique
• 1 kg d'acide acétique
• 4 kg de goudron de bois
• 45,95 kg d'eau
• 23 kg de gaz combustible. [LED1895-1] .

Les résultats obtenus sont fortement dépendants des espèces de bois utilisées et des conditions de transformation. En 1875, l'ingénieur métallurgiste Grüner notait : " Lorsqu'il a été préparé vers 350 à 400°C et par calcination lente, il est d'un beau noir pur, sonore, dur tachant peu les doigts. Préparé a une température inférieure, il est plus ou moins brun, peu sonore et tendre, mais plus tenace que le charbon noir ; c'est une sorte de charbon roux, que les ouvriers désignent sous le nom de fumerons ou de brûlot, parce qu'il brûle avec fumée et flamme plus ou moins éclatante. Un charbon trop cuit, ou plutôt partiellement brûlé par l'action de l'air passe à l'état de braise ; il est alors fendillé, tendre, friable, tachant les doigts, d'un noir ferme dans les cassures fraîches. " [Gru1878]

Production industrielle moderne

La production industrielle est effectuée dans des fours. Un des enjeux de la production actuelle est d'éviter les rejets dans le milieu naturel.

Utilisations

Métallurgie

Le bois sans préparation par la carbonisation est impropre pour le fonctionnement des bas fourneaux et pour les divers affinages effectués dans les forges. Le charbon de bois chauffe beaucoup plus fort que le bois car toute l'energie est produite dans le charbon au lieu d'etre dispersé dans des longues flammes ; on peut augmenter la puissance tant que l'on veut en augmentant le vent alors qu'avec le bois un vent trop fort eteind le feu . Le charbon de bois a été extrêmement utilisé dans les bas fourneaux puis dans les haut fourneaux. Cet usage remonte à l'antiquité[COR03-1]. Le carbone contenu dans le charbon de bois permettait la réduction des oxydes de fer contenus dans le minerai pour donner de l'acier.

L'usage intensif du charbon de bois dans les forges a provoqué des déforestations très importantes. Ainsi en 1339, une ordonnance obligea la destruction des forges dans un rayon de trois lieues autour de Grenoble afin de stopper la déforestation provoquée par l'usage intensif du charbon de bois pour la fabrication du fer. Dans le Bourbonnais, la forêt de Tronçais fut également fortement dégradée à la suite de l'ouverture en 1788 de la Forge de Tronçais. C'est la découverte de Abraham Darby en 1709 qui réussit à utiliser du coke dans un haut fourneau qui mit fin à l'usage intensif par l'industrie sidérurgique du charbon de bois.

L'utilisation du coke mettra cependant du temps à se généraliser. Ainsi en France en 1860, un tiers de la fonte est produite dans des hauts fourneaux au charbon de bois. Le dernier haut fourneau français au charbon de bois a fonctionné jusqu'en 1930.[COR03-1]

Comme composant

Poudre à canon

Le charbon de bois est un des trois composants de la poudre à canon avec le soufre et le salpêtre. Comme le soufre, c'est un combustible alors que le salpêtre est un oxydant. La qualité de la poudre était déterminée par l'essence forestière utilisée pour sa fabrication ainsi que sa proportion dans le mélange.

Matériau réfractaire

Finement broyé et mélangé à volumes égaux avec de l'argile en poudre ainsi qu'à un peu de sable, il donne un produit réfractaire (appelé brasque) permettant de faire des enduits de grande résistance thermique, en particulier dans la construction de petites forges individuelles.

Autres usages comme combustible

Pendant la Seconde Guerre mondiale et les quelques années qui suivirent, le charbon de bois fut utilisé comme combustible dans les gazogènes.

Bibliographie

• Eugène Dejonc, Précis illustré de mécanique - La mécanique pratique - Guide mécanicien, J.Rotschild Éditeur, troisième édition 1894

• [DEJ1894] : page 63 à 64

• Jacques Corbion – Le savoir...fer: glossaire du haut fourneau – tome IV – 4ième édition – 11/2003 – édité par l'association Le savoir...fer (ISBN 2-9520787-0-X)

• [COR03-1] : page 678

• [COR03-2] : page 240
• A. Ledebur (traduit de l'allemand par Barbary de Langlade revu et annoté par F.Valton) - Manuel théorique et pratique de la métallurgie du fer – Tome 1 - Librairie polytechnique Baudry et Cie, éditeur - 1895.

• [LED1895-1] : page 71.
• [LED1895-2] : page 74.

• M.L. Grüner : Traité de métallurgie, tome premier, agent et appareils métallurgiques, principe de la combustion. 1875, Dunod Editeur

• [Gru1878]: pages 131 §62 Charbon de bois