Den 14. januar 1887 utnevnte pave Leo XIII Charbonnier til apostolisk vikar av Tanganyika, og til titulærbiskop av Utica. Han ble bispeviet den 24. august 1887 i Kipalapala av sin venn Léon-Antoine-Augustin-Siméon Livinhac av Nyanza, og ble med dette den første biskop å bli bispeviet i det ekvatornære Afrika.