Charbon de bois - Définition et Explications

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Introduction

Le charbon de bois est obtenu en carbonisant du bois en atmosphère contrôlée (en l'absence d'oxygène). Le procédé permet de retirer du bois, son humidité et toute matière végétale ou organique volatile, afin de ne laisser que le carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) et quelques minéraux. La structure micro et nanoporeuse de ce « charbon » lui confère des qualités particulières.

Charbon de bois (Le charbon de bois est obtenu en carbonisant du bois en atmosphère contrôlée (en...) en cours de combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la...), dit incandescent.
Le charbon de bois est utilisé depuis la préhistoire pour dessiner. Le charbon de fusain est particulièrement apprécié des artistes

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 (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) de 1894, représentant une meule en coupe

Dès l'antiquité, le charbonnier savait qu'il faut chauffer le bois à une certaine température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) (pas trop élevée), et en évitant de l'enflammer, car sinon on obtient des cendres ou un mauvais charbon de bois. Ceci s'obtenait en empilant du bois en un tas recouvert d'une couche d'argile (L'argile (nom féminin) est une roche sédimentaire, composée pour une large part de...), que l'on enflammait. Une partie du bois étant consumée en consommant tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...), la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) produite transformant le reste du bois en charbon. Parfois, à la place d'une meule on effectuait la combustion dans une fosse.

Historiquement, en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...), la carbonisation était réalisée par des charbonniers (ou carboniers), directement en forêt (Une forêt ou un massif forestier est une étendue boisée, relativement dense,...) au plus près de la ressource en bois. Les lieux où s'établissaient cette activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) étaient appelés charbonnières ou carbonneries et après abandon places à charbon.

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 3m 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 (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation...), 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 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...). ».
Fabrication de charbon de bois en Forêt-Noire en Allemagne vers 1900
Constitution de la cheminée (Une cheminée (lat. caminus) est un conduit vertical aménagé dans un bâtiment,...) centrale
Empilage des morceaux de bois
La meule avant d'être recouverte de terre
La combustion
Le démontage de la meule
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%. 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

Au cours du XIXe siècle apparaîtront des enceintes métalliques de diverses formes. Ces fours sont d'un usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) plus facile que les meules. Ils ne fonctionnent pas en vase clos mais sur le même 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 ».

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 où la distillation (La distillation est un procédé de séparation de mélange de substances liquides...) 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. Avant d'inventer le mot « pyrolyse », on parlait de « 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. ».

La carbonisation de 100 kg de bois dans ce type de four permet 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...).

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 à 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 (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. »

Production industrielle moderne

Fabrique de charbon de bois à Coulombiers (Vienne, France)

La production industrielle est de plus en plus effectuée dans des fours. Un des enjeux contemporains est d'en limiter ou éviter les rejets dans le milieu naturel et d'utiliser des matières organiques qui n'augmentent pas la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) sur les forêts, tropicales et primaires notamment.

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