Charbon de bois - Définition
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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 et quelques minéraux. La structure micro et nanoporeuse de ce « charbon » lui confère des qualités particulières.
Dans certains ouvrages anciens, il est comparé au charbon de terre qui est la houille.
Méthode de production
Meule
Dès l'antiquité, le charbonnier savait qu'il faut chauffer le bois à une certaine température (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, que l'on enflammait. Une partie du bois étant consumée en consommant tout l'oxygène, la chaleur 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, la carbonisation était réalisée par des charbonniers (ou carboniers), directement en forêt au plus près de la ressource en bois. Les lieux où s'établissaient cette activité 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.
- 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 environ, on les met debout et inclinés, entassés les uns sur les autres en formant une circonférence dans le plan horizontal de 3m à 6 mètres environ de diamètre, et une demie dans le sens vertical de 2m50 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. ».
| 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 démontage 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%. 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
Au cours du XIXe siècle apparaîtront des enceintes métalliques de diverses formes. Ces fours sont d'un usage 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 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 ».
Pyrolyse
C'est le procédé en vase clos qui était utilisé à l'époque où 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. 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 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 :
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- 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.
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 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 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
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 sur les forêts, tropicales et primaires notamment.
