Charbon de bois

Lecharbon de boisest uncombustibleobtenu encarbonisantduboisen atmosphère contrôlée parpyrolyse(en l'absence d'oxygène).
Lacharbonnetteest un bois, de faible dimension, destiné à cette carbonisation.
Le procédé permet d'éliminer, par élévation de la température, lesfractionsliquéfiables (acide pyroligneux) etgazéifiablesdu bois : sonhumiditéet toute matière végétale ou organique volatile, afin de ne laisser que lecarboneet lesminéraux.
Le charbon de bois a été historiquement utilisé comme combustible pour le chauffage et la cuisson des aliments. Il a été largement utilisé enmétallurgieavant d'être remplacé par lecharbon. Il entre également dans la composition de lapoudre à canon.
Le charbon de bois a unpouvoir calorifiqueplus élevé que le bois et il se consume plus lentement. La densité calorifique massique du charbon de bois est de l'ordre de 28 à 33MJ/kg contre 18 MJ/kg pour le bois sec. Le charbon de bois se consume par «incandescence» en émettant peu de flammes.
Ce gain de densité se fait néanmoins au prix d'une perte de 80 % de la capacité calorifique initiale du bois. L'utilisation du charbon de bois pour le chauffage ou la cuisson représente donc un gaspillage énorme de bois.
« Durant des siècles, toute une civilisation s'est développée sur une économie du bois. Les villes, gourmandes en bois d'eau comme en bois de construction, se sont jointes aux fours, forges etfourneauxdévoreurs de bois-bûches et de charbon de bois, ainsi qu'aux chantiers navals, avec leurs bois de marine, aux vignerons avec leurs échalas et leur merrain à tonneaux, pour solliciter intensément le monde de la forêt. Durant des siècles, lapénurie en boiss'est faite sans cesse plus pressante. C'est qu'il fallait fournir à la fois des quantités gigantesques et des produits de mieux en mieux calibrés, de plus en plus normalisés».
Si les forêts de beaucoup de pays européens passent d'une phase de reconquête à une pénurie en bois très relative à la veille de larévolution industrielle, l'impact des pressions industrielles doit être nuancé. Les espaces forestiers demeurent inégalement exploités et dégradés. Les forges, fours à chaux, verreries, briqueteries et tuileries qui se fixent au cœur des massifs forestiers pour s'approvisionner en charbon de boissurexploitentleur espace forestier mais de nombreux massifs conservent de vastes forêts. S'il existe des pénuries de bois localisées ou dans les provinces moins boisées, le passage de la futaie au taillis permet de consommer progressivement une partie de la réserve existante d'arbres sur pied. De plus, les agents de l'administration des Eaux et Forêtsveillent à ce que les prélèvements en bois n'excèdent pas les capacités de renouvellement des massifs forestiers. Ces éléments n'empêchent pas la dégradation du couvert forestier. La surface boisée en France s'effondre pour atteindre un minimum dans les années 1830 avec une couverture forestière estimée entre 8,9 et 9,5 millions d'hectares en 1830 (entre 16 et 17 % du territoire métropolitain), ce qui incite l'État à reprendre le contrôle de l'exploitation des forêts, avec un effort de reboisement important qui s'appuie sur lecode forestierpromulgué en 1827. L'abandon progressif du charbon de bois au profit du charbon minier au cours duXIXsiècle et l'exode ruralmassif du début duXXsiècle contribuent au reboisement des massif forestiers.
Au début duXXIsiècle, le recours au charbon de bois pour le chauffage et la cuisson est en partie responsable de ladéforestationdans lespays en développement.
Dès l'Antiquité, lescharbonniersobtenaient le charbon en empilant du bois en un tas recouvert d'une couche de terre (d'argile), que l'on enflammait. Une partie du bois était consumée en consommant tout l'oxygène, et la chaleur produite transformait 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 descharbonniers(ou carboniers), directement enforêtau plus près de la ressource en bois. Les lieux où s'établissaient cette activité étaient appeléscharbonnièresoucarbonnerieset après abandonplaces à charbonouaires de faulde(dans le nord de la France).
La fabrication est décrite dans lePrécis illustré de mécaniqueen1894de la manière suivante :
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 latourbe.
Au cours duXIXsiècleapparaissent des enceintes métalliques de diverses formes. Ces fours sont d'un usage plus aisé 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 :
C'est le procédé en vase clos qui était utilisé à l'époque où la distillation du bois produisait l'acide pyroligneux, composé d'acide acétique(Quelquefois la définition de l'acide pyroligneux se confond avec celle de l'acide acétique, ici levinaigre de bois), deméthanol, appelé aussi «esprit de bois» et divers autresproduits chimiques. Le charbon de bois n'était pas le but premier de l'opération mais plutôt unsous-produit. Avant d'inventer le mot «pyrolyse», on parlait de «distillation sèche» ou de «carbonisation». De 1886 jusqu'à sa fermeture en 2002, l'usineLambiottede Prémery (Nièvre) a été l'un des principaux sites européens producteur de charbon de bois.
Leprocédé Piercepermet de chauffer le four en utilisant les gaz produits lors d'une précédente carbonisation :
La carbonisation de 100kgde bois dans ce type de four permet d'obtenir :
Les résultats obtenus sont fortement dépendants des espèces de bois utilisées et des conditions de transformation. En1875, l'ingénieur métallurgisteGrünernotait :
La production industrielle est de plus en plus effectuée dans des fours. Un des enjeux contemporains est de limiter les rejets dans le milieu naturel et d'utiliser d'autres sources de matières organiques que le bois pour limiter la pression sur les forêts, tropicales et primaires notamment.
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 bien plus que le bois, car l'énergie est essentiellement produite dans les pores du charbon au lieu d'être dispersée dans de longues flammes ; on peut augmenter la puissance tant que l'on veut en augmentant le« vent »alors que, avec le bois, un «vent» trop fort éteint le feu. Le charbon de bois a été très utilisé dans lesbas-fourneauxpuis dans leshauts-fourneaux, et ce depuis l'Antiquité. Lecarbonecontenu dans le charbon de bois permettait la réduction desoxydesdefercontenus dans lemineraipour donner de la fonte.
L'usage intensif du charbon de bois dans les forges a provoqué desdéforestationsqui ont touché la Chine antique puis l'Europe romaine et médiévale. Ainsi, en France,une ordonnance de1339obligea la destruction des forges dans un rayon de trois lieues autour deGrenobleafin de stopper la déforestation provoquée par l'usage intensif du charbon de bois pour la fabrication de l'acier. Dans leBourbonnais, laforêt de Tronçaisfut également fortement dégradée à la suite de l'ouverture en1788de la Forge deTronçais. La découverte parAbraham Darbyen1709de la possibilité d'utiliser ducokedans les hauts-fourneaux a mis fin à l'usage intensif par l'industriesidérurgiquedu charbon de bois.
L'usage du coke ne se généralisera toutefois que lentement. Ainsi en France en1860, un tiers de lafonteétait encore produite dans des hauts-fourneaux au charbon de bois. Le dernier haut-fourneau français au charbon de bois a fonctionné jusqu'en 1930.
Le charbon de bois est un des trois composants de lapoudre à canonavec lesoufreet lesalpêtre. Comme le soufre, c'est uncombustiblealors que le salpêtre est unoxydant. La qualité de la poudre était déterminée par l'essence forestièreutilisée pour sa fabrication ainsi que sa proportion dans le mélange. Le charbon d'aulneétait notamment apprécié des poudreries françaises. En fabrication artisanale la Bourdaine était très appréciée.
Finement broyé et mélangé à volumes égaux avec de l'argileen poudre ainsi qu'à un peu de sable, il donne un produit isolant et réfractaire (appelébrasque) permettant de faire des enduits de grande résistance thermique, en particulier dans la construction de petitesforgesindividuelles.
L'apport de charbon de bois (vendu notamment sous les noms commerciaux debiochar,agrocharouagrocharbon) est unamendementqui permet d'accroître lafertilitédes sols et les rendements agricoles. Le charbon permettrait notamment de favoriser lesmicrobesetchampignonsutiles en conservant l'humidité (surtout efficace dans les sols macroporeux), et en conservant mieux les éléments nutritifs du sol. C'est ainsi que lesAmérindiensd'Amazonieont créé laterra pretaet on a récemment redécouvert cette technique, qui présente aussi un intérêt contre leréchauffement climatique.
Sa structuremicroporeuse(renforcée dans lecharbon activé) lui permet de capter et fixer de nombreuses molécules toxiques (métaux lourds notamment) issues de fumées ou dans l'eau.
Il peut aussi abriter une vie microbienne capable de contribuer à la dépollution de l'eau. C'est pourquoi de nombreuxfiltresdemasques à gaz, filtres à air ou à eau (ex : filtres d'aquariums) contiennent du charbon de bois activé.
Le charbon a été utilisé pour laconservation de la viandeet pour celle desœufs.
Le charbon de bois et lapyrolyse du boispeuvent être utilisé comme combustible dans les moteursgazogènepour alimenter des voitures et des camions.
Les Japonais utilisent traditionnellement le charbon de bois, notamment lebinchōtanissu de la combustion d'une variété de chêne, pour griller des viandes. Ceci est décrit très précisément par Shigeyasu Takeno dans son manga "Le Conte du charbonnier" qui se déroule en 1957.
De nos jours en Occident, le charbon de bois est surtout utilisé pour les cuissons aubarbecue, mais son usage est très répandu dans les pays pauvres pour les cuissons quotidiennes : un contenant de cuisson (poêle, casserole, faitout) sert alors d'interface entre lesbraiseset les aliments. C'est principalement dans les villes des pays du sud que cet usage est très développé. En effet il est possible de cuisiner ainsi sans cheminée sur un simple creuset. En ville, le charbon de bois, léger, est facilement transportable et sa combustion, facile à maîtriser, ne produit pas de fumées salissantes ni trop incommodantes.
Les habitants des campagnes ne l'utilisent pas, car ils disposent de la place nécessaire pour produire les braises. celles-ci sont extraites du foyer pour les cuissons (en faisant un feu de bois, soit directement dehors au sol, soit dans un poêle, soit dans un âtre muni d'unecheminée). La plupart des Occidentaux ont dans la tête les techniques de cuisson au-dessus du feu (chaudron, crémaillère, trépied), mais leurs ancêtres, avant l'ère industrielle, cuisinaient surtout sur la braise (pas dans la cheminée). La technique s'appelait la cuisine aupotager. Cette technique employant des braises pour les mijotages, les confitures,etc., ne salit pas l'extérieur des casseroles.