Histoire du charbon de bois

L'histoire du charbon de bois est intimement liée à la maîtrise du feu...
C'est dire si bien avant son exploitation par le procédé des meules forestières, ses utilisations ne datent pas d'hier !

Définition
Le charbon de bois est un résidu formé de carbone presque pur, résultant de la combustion partielle du bois dans un milieu où la quantité d'oxygène est contrôlée. C'est un excellent combustible domestique, léger, qui fournit aussi des gaz combustibles et des liquides utilisables en industrie. Contrairement aux méthodes anciennes, les techniques modernes permettent la récupération des sous-produits de la carbonisation. Florissante à l'origine avec l'industrie de la métallurgie, l'industrie de charbon de bois recommence à se développer aujourd'hui.


Charbon de bois, un produit très ancien...
Sans feu, l'humanité n'aurait sans doute pas connu le destin qui à été le sien. Sans le charbon de bois, l'homme ne serait probablement pas sorti de l'âge de pierre. Il a ainsi pu faire « couler » du métal et produire de multiples objets et outils métalliques qui ont progressivement modifié son environnement.

Pour réussir cette prouesse, il fallait pouvoir simultanément réduire le minerai oxydé et porter le tout à une température suffisamment élevée. Il parvint en mélangeant du minerai broyé avec du charbon de bois dans des « bas fourneaux » d'un mètre et demi de hauteur.

histoire de la fabrication du charbon de bois

C'est ainsi que l'on produit le fer jusqu'au XVéme siècle.

Puis jusqu'à la fin du XVIIIème siècle, les progrès successifs de la technique augmentent les productions et de créer de nouveaux matériaux. En effet, le développement des « hauts fourneaux » de 4 à 5 mètres de haut permettent de couler de la fonte à partir du même minerai.

Le XIXème siècle est une période de perte de vitesse pour la production de charbon de bois car l'utilisation du charbon minéral, moins coûteux remplace petit à petit le charbon de bois dans la fabrication de la fonte. Ce n'est que vers la fin du siècle, avec le développement de la chimie, que la production de charbon de bois connaît un nouvel essor : La chimie du bois (dérivés) qui consiste en un traitement par distillation de la condensation des fumées de carbonisation (jus pyroligneux). Les produits obtenus sont très variés mais on peut citer les plus connus : acide acétique, éthanol, méthanol, acétone.

Le charbon de bois devient alors un sous produit de la carbonisation, un déchet peu valorisé.

La progression de cette activité est de courte durée, car à partir de 1924 l'avènement de la pétrochimie permet le développement à grande échelle et à moindre frais de produits chimiques de synthèse.

On pense alors à une toute autre utilisation du charbon de bois, bien pratique durant la seconde Guerre Mondiale : le gazogène.
C'est un combustible réalisé à partir de charbon de bois et d'eau. Il sert de carburant pour les voitures. On comprend alors tout l'intérêt de ce produit, vu la pénurie de pétrole.

affiche gazogène fours et concasseurs à charbon de bois

Mais son développement fût de courte durée. Plus cher et bien moins pratique que l'utilisation du pétrole il a été rapidement oublié. Entièrement biologique, non polluant, renouvelable, le gazogène est peut être aussi produit d'avenir.

Depuis la fin de la deuxième guerre mondiale notre société de loisirs a donné un nouveau souffle au charbon de bois : le barbecue.

On trouve encore dans nos forêts, des "places charbonnières" aménagées pour obtenir une surface horizontale sur les pentes des bois, sortes de grossières terrasses arrondies de 7 à 8 m de diamètre, retenues par une murette de pierres sèches. Ces places étaient reliées les unes aux autres par un réseau de petits sentiers dont il subsiste de nombreux tronçons qui disparaissent peu à peu sous les broussailles, derniers vestiges d'une activité séculaire.


La métallurgie et les Maîtres de Forge
L'exploitation des meules s'est développée parallèlement à celle des mines car la métallurgie du fer n'a été possible qu'avec le charbon de bois.
Une des préoccupations majeure des Maîtres de Forges était l'exploitation rationnelle de la forêt, car les établissements métallurgiques s'installaient dans les massifs forestiers où, en général, il leur était attribué d'importantes concessions d'exploitation du bois.
Le charbon de bois, excellent réducteur, a joué un rôle essentiel dans le traitement des minerais métalliques. La métallurgie du fer repose essentiellement sur la réduction, au rouge, de l'oxyde de fer par l'oxyde de carbone.

Le volume des meules est très variable et dans certains pays de montagnes, il ne comprend que 2 ou 3 stères (pour 300 ailleurs). On distingue trois types principaux de meules :
- les petites, contenant en moyenne 8 à 15 stères,
presque exclusivement employées dans les forêts du bassin de Paris : elles ont même, quelquefois, reçu le nom de fourneaux de Paris. Elles donnent un charbon bien cuit et parfaitement approprié aux usages domestiques ; aussi leur emploi tend à se généraliser depuis que l'industrie métallurgique consomme une moins grande quantité de charbon de bois.

- les meules de capacité moyenne, contenant de 35 à 60 stères,
Les meules de capacité moyenne sont surtout en usage dans les départements de l'Est. On s'en sert principalement pour la fabrication du charbon destiné aux forges. Souvent, d'ailleurs, dans une même localité, on emploie l'un ou l'autre des deux procédés, suivant la destination que doit recevoir le charbon.

- les grandes, dont le volume dépasse 100 stères.
Les grandes meules sont peu usitées. Les Landes, le Doubs et le Jura sont les seules régions où l'on en fasse emploi, encore sont-elles d'introduction toute récente dans le Jura. On n'y comprend pas au-delà de 300 stères.


Perfectionnements des procédés
Les meules présentaient l'inconvénient d'aboutir à un rendement très variable suivant les circonstances extérieures et en moyenne assez faible. Certains constructeurs ont donc cherché à inventer des appareils permettant d'opérer la carbonisation en forêt dans de meilleures conditions. On connaît surtout les appareils Moreau et Dromart (du nom de leurs inventeurs).
Dès le XIXeme siècle, on a amélioré le procédé des meules par l'invention d'appareils ou fours mobiles à charbonner : en 1840, l'appareil Vartel composé de panneaux métalliques assemblés, repris sous diverses formes vers la fin du XIXe siècle, avec par exemple l'appareil Moreau (1874), qui était un four polygone démontable, comportant sur le pourtour des buses et des cheminées. Le but recherché étant « d'automatiser » la conduite du feu, à cet effet des évents à la base du four se fermant d'eux-mêmes. Divers autres appareils ou fours mobiles : Delhommeau, Malboy, Laurent, Barbier-Aubé, Trihan, Frey, Magnein.


Différents types de fours
Depuis l'age du fer, début de l'utilisation du charbon de bois, une majeure partie des civilisations a produit du charbon de bois. Ceci explique la grande diversité de matériaux et de technologies utilisées pour l'élaboration des fours.
Nous pouvons cependant les séparer en 3 grandes catégories :
- Les fours à combustion partielle
- Les cornues,
- Les fours à contact direct de gaz chauds.

Les fours à combustion partielle
Ces fours remontent à l'origine de la production du charbon de bois. Leur principe est de brûler une partie du bois contenu dans le four pour lancer et maintenir la carbonisation.

La toute première génération de ces fours est la meule ; elles ont quasiment disparu de nos régions entre les deux guerres mondiale mais sont encore très utilisés dans les pays en voie de développement. Les meules ne sont construite qu'avec le bois à carboniser et de la terre.

Il en existe 2 types : la meule verticale et la meule horizontale

Meules
meule verticale de charbon de bois
Meule française verticale

meule horizontale de charbon de bois
Meule horizontale

 coupe de meule verticale de charbon de bois
Coupe de meule horizontale

côté d'une meule horizontale de charbon de bois
Côté d'une meule horizontale


AVANTAGES INCONVENIENTS
Pas d'investissement matériel Main d'oeuvre très importante
Pas de coût de transport de bois (production sur le lieu de découpe). Surveillance constante
Très faible production
Longue durée de carbonisation
Rendement matière catastrophique
Carbonisation très irrégulière.

Une première évolution technologique à transformé le quotidien des charbonniers en remplaçant la terre par une structure métallique légère appelée cloche. Ce premier pas a permis principalement de réduire considérablement le temps de surveillance.

Fours cloche
fours cloche pour charbon de bois

déplacement d'un four cloche à charbon de bois

four magnien à charbon de bois
AVANTAGES INCONVENIENTS
Faible investissement matériel. Main d'oeuvre importante
Surveillance réduite faible production
Pas de coût de transport de bois (production sur le lieu de découpe). Longue durée de carbonisation
Rendement matière faible
Carbonisation irrégulière

Avec l'avènement des transports, et l'augmentation des capacités de production, les lieux de production se sont figés et la taille des fours a grossi. Ils sont alors devenus le reflet cultuel et technique de la région dans laquelle ils sont issus.

four ougandais à charbon de bois
Four Ougandais

four tôle américain à charbon de bois
Fours utilisé aux USA

four en briques au Kenia pour charbon de bois
Four en briques au Kenya


Fosse chinoise pour la fabrication du charbon de bois
Fosse chinoise
AVANTAGES INCONVENIENTS
Surveillance réduite Rendement matière faible
Main d'oeuvre modérée Coût de transport de bois important
Production relativement importante
Carbonisation assez régulière


Les fours en vase clos ou « cornue »
Dans le principe on enferme le bois dans un réservoir, en ne laissant sortir que la fumée. La chaleur nécessaire à la carbonisation est fournie par un chauffage à l'extérieur du réservoir. Cette chaleur est obtenue essentiellement en brûlant une partie des fumées de dégagement.

Les premiers écrits sur ce principe datent de 1798, la première utilisation industrielle date de 1804.

A cette époque la chimie se développe, et on a décelé de nombreuses applications provenant des jus obtenus après condensation des fumées de carbonisation « jus pyroligneux ».

Ces fours répondent à cette demande en permettant une plus grande production de jus pyroligneux. De plus ils ont un meilleur rendement matière car on ne brûle plus de bois pour entretenir la carbonisation.

Fours en vase clos vertical
cornue verticale à charbon de bois
Cornue verticale

four horizontal à charbon de bois


Fours en vase clos horizontal
Four à vase clos horizontal pour le charbon de bois

AVANTAGES INCONVENIENTS
Rendement matière élevé Main d'oeuvre élevée
Production relativement importante Coût de transport de bois important
Carbonisation assez régulière Surveillance élevée
Possibilité de fabriquer du jus pyroligneux Durée de carbonisation élevée

Le gros inconvénient des cornues est que l'échange de chaleur se fait par la paroi du four, le bois cuit difficilement au milieu de la charge, ce qui impose d'avoir de petites tailles de four. Ainsi augmente les manutentions, c'est pourquoi, après l'avènement des ventillateurs haute température, une nouvelle race de four est apparue : Les fours à contact direct de gaz chauds.


les fours à gaz chauds
Le premier brevet remonte à 1838. Leur principe est de récupérer des gaz chauds provenant soit d'une autre installation (haut fourneaux), d'un foyer ou l'on brûle des déchets de bois. Ce procédé, difficile à mettre en application et nécessitant un combustible complémentaire ne sera que très peu mis en application.

Cependant il sera à l'origine des fours à gaz chauds en continu ayant de loin les plus grosses capacités de production, toujours en activité aujourd'hui.

Leur principe : le bois arrive en haut du four dans les fumées de carbonisation et commence son séchage il descend doucement vers la zone de carbonisation. Là il est carbonisé par un gaz chaud injecté dans le four. Le charbon continu à descendre et est alors refroidi, soit par injection d'un gaz froid, soit par la présence à la surface du four d'eau ou d'air froid. Puis il est vidangé. Toutes ces opérations s'effectuent simultanément.

Four continu vertical pour le charbon de bois
Coupes d'un four continu vertical

Four continu vertical Lambiotte pour le charbon de bois
Four continu vertical Lambiotte
AVANTAGES INCONVENIENTS
Rendement matière élevé Grand savoir faire
Production très importante Suivi constant du process
Carbonisation très régulière Grosse inertie du système
Possibilité de fabriquer du jus pyroligneux Coût de transport de bois très important
Coût d'installation très élevé
Contraintes environnementales strictes


Appareil Moreau
L'appareil Moreau se compose d'un vase en tôle ayant la forme d'un prisme droit octogonal ; sa hauteur est de 2,50 m et chacun des huit côtés a 1 mètre de largeur. Des cheminées et des buses disposées sur le pourtour et au sommet de ce récipient servent au dégagement des gaz et des liquides produits par la carbonisation. Des prises d'air, ouvertes dans le bas, permettent d'allumer facilement le bois qu'on dispose dans l'intérieur.
Au moyen d'une disposition fort ingénieuse, toutes ces ouvertures se ferment d'elles-mêmes, automatiquement, quand la combustion devient trop active.
L'appareil est construit de façon à pouvoir se démonter et se transporter facilement et il permet de carboniser, en trente heures, environ 10 stères de bois. Au dire de l'inventeur, le charbon produit serait excellent et le rendement en poids, s'élèverait à 23 et 24 %.


L'appareil Dromart
Il se compose d'une cage en forme de dôme, composé de plaques de fortes tôle 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. Dans cette aire, on établit d'ailleurs préalablement, en maçonnerie de brique et d'argile, un foyer qui, sans communiquer avec l'intérieur de la cage, y fait pénètrer la chaleur par une série de conduits convenablement disposés à la surface du sol et dont quelques uns sont recouverts de plaques de fonte.
La cage s'emplit de bois au moyen d'une porte ménagée sur le côté ; on allume le foyer et la carbonisation ne tarde pas à se produire.
Lorsque des vapeurs de couleurs rouge commencent à se dégager, on éteint le feu, on ferme la cheminée et on laisse refroidir le tout.
Le four de M. Dromart, tel que cet ingénieur le construit aujourd'hui, contient 20 stères et à 4 m de diamètre à la base.
Le poids et les dimensions des diverses pièces entrant dans la construction, ont été calculés de façon que le transport en soit facile.
Il a été employé pendant plusieurs années dans les Landes et il résulte de diverses expériences, notamment de celle faite en 1870 par M. Roux, garde général des forêts, que le rendement en charbon est au moins de 25 % du poids du bois employé.
(en 1925 l'usage des fourneaux était fort répandu), car ils entraînent une mise de fonds et des frais qui compensent en grande partie la plus value réalisée sur la production du charbon. Ils pourraient toutefois trouver un emploi fort utile dans certaines circonstance, notamment pour la carbonisation des brindilles et des menus arbrisseaux que les marchands de bois et les propriétaires des forêts ne savent trop souvent comment utiliser.

La Braisette
Fabriquée à partir de "bourrées" (un petit charbon qui sert à alimenter les chaufferettes dont se servent les fumeurs), la braisette se fait, tantôt en enflammant simplement les ramilles empilées et en recouvrant la braise de gazon et de feuilles humides dès que la combustion est terminée, tantôt en disposant les "bourrées" en tas réguliers et en les recouvrant de terre avant d'y mettre le feu, ce qui permet d'obtenir un rendement bien meilleur.


Intérêt économique
Le charbon de bois et le charbonnage ont longtemps constitué une ressource importante pour les populations voisines des forêts et des établissements métallurgiques.
De même pour les muletiers chargés du transport du minerai et du charbon de bois, tout comme les bateliers des différents fleuves pour le transport du minerai et du métal produit.


Les fours de pays

En Basses-Pyrénées
On y fait parfois usage de petits fourneaux ayant la forme des meules ordinaires, mais qui, au lieu d'être construits à la surface du sol, le sont dans une fosse circulaire creusée à une profondeur de 50 à 60 cm. Ces fourneaux contiennent 3 à 4 stères.

Fours pour la carbonisation du pin d'Alep
Dans le département de Vaucluse, on emploie, pour le pin d'Alep, un procédé particulier. La carbonisation se fait sous terre, dans des fours de forme cylindrique de 50 cm de diamètre sur 2 mètres de haut. On creuse simplement ces fours dans le sol, en laissant sur la partie supérieure une épaisse couche de terre destinée à le boucher et dans laquelle on réserve une petite ouverture de 8 cm de diamètre. Les bois sont disposés dans la fosse par assises verticales et le charbonnier y met le feu par en haut. Il dirige ensuite la carbonisation en bouchant plus ou moins cette ouverture, pour diminuer ou activer la combustion.