Charbon de bois - Définition et Explications

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Charbon de bois en cours de combustion, dit incandescent.
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 (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance...) et toute matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) végétale volatile afin de ne laisser que le carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...). Dans certains ouvrages anciens, il est comparé au charbon de terre qui est la houille (La houille (mot francisé venant du wallon hoye), est une roche carbonée. C'est...).

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
Illustration accompagnant l'article sur le charbon de bois (Le charbon de bois est obtenu en carbonisant du bois en atmosphère contrôlée (en...) dans le précis illustré de mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) de 1894, représentant une meule en coupe

Historiquement, la carbonisation était réalisée par des charbonniers directement dans la forêt (Une forêt ou un massif forestier est une étendue boisée, relativement dense,...). Les endroits où s'établissait cette activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) 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 (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation...). Parfois, à la place d'une meule on effectuait la combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la...) 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 (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...).

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 0m à 1 mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du...) environ, on les met debout et inclinés, entassés les uns sur les autres en formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de...) une circonférence dans le plan horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à la...) de 3 à 6 mètres environ de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...), et une demie dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en...) de 2m50 à 3 mètres de haut environ, en laissant un trou de toute la hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) 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 (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) 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 tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...). Le bois étant assemblé et le feu y étant, il prend le nom de fourneau et demande à être surveillé nuit et jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...). "[DEJ1894].

Fabrication de charbon de bois en Forêt-Noire en Allemagne vers 1900
Constitution de la cheminée centrale
Constitution de la cheminée (Une cheminée (lat. caminus) est un conduit vertical aménagé dans un bâtiment,...) centrale
Empilage des morceaux de bois
Empilage des morceaux de bois
La meule avant d'être recouverte de terre
La meule avant d'être recouverte de terre
La combustion
La combustion
Le demontage de la meule
Le demontage de la meule
Le chargement du charbon de bois
Le chargement (Le mot chargement peut désigner l'action de charger ou son résultat :) du charbon de bois

Le procédé en meule permet d'obtenir entre 17 et 28% du poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...) initial de bois. Le rendement en volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) 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 (La tourbe est le produit de la fossilisation de débris végétaux sur 1000 à 2500 ans dans des...).

four (Un four est une enceinte maçonnée ou un appareil, muni d'un système de chauffage...)

Fours à charbon de bois en Pologne
Fours à charbon de bois en Pologne

Au cours du XIXe siècle, il apparaîtra des enceintes métalliques de divers formes. Ces fours sont d'un usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) 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 (Les goudrons (de l'arabeقَطْران —...) ou les gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...).

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

L'appareil Moreau a été mis au point (Graphie) 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
Fours à charbon de bois en Grande-Bretagne (La Grande-Bretagne (en anglais Great Britain) est une île bordant la côte nord-ouest de...)

pyrolyse

C'est le procédé en vase clos qui était utilisé à l'époque ou la distillation (La distillation est un procédé de séparation de substances, mélangées sous forme liquide. Elle...) du bois produisait l'acide acétique (L'acide acétique (du latin acetum) ou acide éthanoïque est un acide carboxylique de...) appelé alors acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions...) pyroligneux , le méthanol (Le méthanol, également connu sous le nom d’alcool méthylique, de carbinol,...) 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 (La marche (le pléonasme marche à pied est également souvent utilisé) est un...) 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 (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...)
  • 23 kg de gaz combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se...). [LED1895-1] .

Les résultats obtenus sont fortement dépendants des espèces de bois utilisées et des conditions de transformation. En 1875, l'ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature...) 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 (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) 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 (La fumée, parfois appelée boucane en Amérique du Nord, est un nuage de particules...) 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 (La métallurgie est la science des matériaux qui étudie les métaux, leurs...)

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 (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) tant que l'on veut en augmentant le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...) 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 (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...) contenus dans le minerai pour donner de l'acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction...).

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 (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) 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 (Un haut fourneau est un four à combustion interne, destiné à la fabrication de la...) 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 (La poudre est un état fractionné de la matière. Il s'agit d'un solide présent...) à canon

Le charbon de bois est un des trois composants de la poudre à canon avec le soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de...) et le salpêtre (Le salpêtre (du latin médiéval salpetrae, littéralement : sel de pierre)...). 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 (Dans le jargon des forestiers, une essence forestière désigne généralement une espèce d'arbre,...) utilisée pour sa fabrication ainsi que sa proportion dans le mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...).

Matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) réfractaire

Finement broyé et mélangé à volumes égaux avec de l'argile (L'argile (nom féminin) est une roche sédimentaire, composée pour une large part de...) en poudre ainsi qu'à un peu de sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites...), il donne un produit réfractaire (appelé brasque) permettant de faire des enduits de grande résistance thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...), en particulier dans la construction de petites forges individuelles.

Autres usages comme combustible

Pendant la Seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) 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
  • 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)
  • [COR03-2] : 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.
  • 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
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