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Chapitre 6 - Charbonnières en meule


6.1 Types de meules
6.2 Confection d'une meule type
6.3 La charbonnière type Casamance
6.4 Récupération des goudrons avec la charbonnière Casamance
6.5 Prix de revient du charbon de bois produit avec la charbonnière Casamance (d'après l'expérience sénégalaise)
6.6 La charbonnière suédoise en meule avec cheminée

Au lieu de creuser une fosse, on peut empiler le bois en meule sur le sol, et le couvrir de terre. Cette méthode est également très ancienne, et est largement usitée dans de nombreux pays, avec de nombreuses variantes. On a fait des études dans certains pays pour y apporter des perfectionnements; il faut noter à cet égard le travail réalisé il y a quelques années en Suède. Le principe de base de la carbonisation en meules est le même que celui de la charbonnière en fosse, à savoir que le bois à carboniser est enfermé dans un espace clos dont l'étanchéité est assurée par de la terre, matériau disponible partout où l'on trouve du bois. La charbonnière en meule est préférée à la fosse lorsque le sol est rocheux, induré ou superficiel, ou que la nappe phréatique est trop proche de la surface; à l'inverse la charbonnière en fosse est idéale lorsque le sol est bien drainé, profond, limoneux. La meule est également plus pratique dans les zones agricoles où les ressources ligneuses peuvent être disséminées, et où il est souhaitable de faire le charbon de bois près d'un village ou autre installation permanente. Un emplacement de charbonnière en meule peut être réutilisé indéfiniment tandis que les fosses sont plutôt utilisées pour un petit nombre de fournées, et on en recreuse d'autres plus loin pour suivre la progression des coupes. Par ailleurs, si la nappe est proche de la surface du sol ou que celui-ci est mal drainé, la charbonnière en fosse est peu pratique. Le creusement répété des fosses est aussi une gêne pour l'agriculture ou le pâturage. Enfin le bois à carboniser en meule peut être récolté petit à petit au fil des mois, empilé en place, et laissé à sécher complètement avant d'être couvert et carbonisé. Cela s'accorde bien avec le mode de vie du petit paysan qui peut ainsi ramasser des déchets de bois, des branches, des grumes, et les empiler soigneusement en meule. Après quelques mois, en fonction de la saison, du prix du charbon de bois, etc., il couvre la meule de terre et fait son charbon. Il se procure ainsi un petit revenu en argent qui ne nécessite aucun détours initial.

6.1 Types de meules

La charbonnière en meule constitue un système très adaptable. Elle convient aussi bien à la fabrication occasionnelle de charbon de bois à petite échelle qu'à une production à grande échelle. La sidérurgie à base de charbon de bois en Suède, aujourd'hui disparue, produisait en 1940 plus de 80 pour cent de son charbon de cette façon. La charbonnière en meule a été améliorée en Suède grâce à la recherche, les progrès les plus importants étant le perfectionnement du système d'évacuation de la fumée, et l'emploi d'une cheminée extérieure pour améliorer la circulation des gaz (2).

Un système hybride, comportant des éléments de la meule et de la fosse, est en usage dans certaines régions d'Afrique. Une pile rectangulaire de rondins tronçonnés à longueur régulière est montée sur un lit de grumes disposées à angle droit pour permettre la circulation des gaz. Le volume de cette pile est habituellement de 5 à 8 mètres cubes. Lorsqu'elle est terminée, on l'enferme avec des murs en terre confectionnés en tassant de la terre entre la pile couverte de feuillage et un coffrage fait de gaules ou de planches retenues par des pieux. Le sommet de la pile est couvert de feuillage et de terre comme pour la charbonnière en fosse. Une ouverture est ménagée dans le mur latéral pour l'allumage, et une fois que le feu a bien pris on l'obture de la même façon avec de la terre et des planches. Des évents sont percés à la base de la pile, et servent à régler la combustion.

On a tenté d'utiliser ce système à plus grande échelle, sous une forme modifiée, en employant des engins de terrassement. Les grosses grumes sont roulées dans une excavation peu profonde, et le reste est poussé et empilé par-dessus à l'aide d'un bulldozer. On étale ensuite des feuillages sur le dessus, et on recouvre le tout avec de la terre poussée au bulldozer. On allume le bois en un ou plusieurs points, et lorsqu'il brûle bien on obture les entrées d'air avec de la terre. Ce système est efficace lorsqu'il ne se produit pas d'entrées d'air dans la couverture de terre. En pratique, on a souvent un rendement médiocre en charbon de bois, parce qu'il est difficile en roulant les grumes d'obtenir une pile bien rangée, et que la circulation des gaz se fait de manière anarchique, d'où une forte proportion de bois incomplètement carbonisé. L'étanchéité est difficile à obtenir, et il est parfois dangereux pour l'opérateur de chercher à la rétablir. Il en résulte des entrées d'air incontrôlées, et le charbon est réduit en cendres en certains points de la pile avant que le reste ait été convenablement carbonisé. Un autre problème est que, à moins que le travail aux engins de terrassement lourds ne soit bien organisé, avec un bon entretien et des pièces de rechange en quantité suffisante, les coûts tendent à échapper à tout contrôle et à compromettre la rentabilité de toute l'opération. En règle générale, il est difficile de combiner un équipement coûteux avec un système de carbonisation techniquement primitif et d'espérer une bonne rentabilité de l'ensemble, à moins que les opérations ne soient dirigées de manière parfaite.

La difficulté que l'on éprouve à obtenir et maintenir pendant toute la durée de la carbonisation une étanchéité effective et une bonne circulation de l'air est le principal facteur limitant la taille des charbonnières en fosse et en meule. Il est malaisé de détecter les fuites dans la couverture, et dans les très grandes charbonnières difficile de les réparer.

Photo 10. Charbonnière en meule en cours d'empilage, montrant le point d'allumage. Ghana. Photo Le jeune.

6.2 Confection d'une meule type

La meule de carbonisation villageoise type a environ 4 mètres de diamètre à la base sur 1 m - 1,50 m de hauteur, et a plus ou moins la forme d'un hémisphère aplati. De six à dix entrées d'air sont ménagées à la base, et un trou d'environ 20 cm de diamètre ouvert au sommet permet à la fumée de s'échapper lors de la carbonisation. Toutes les ouvertures doivent être obturées avec de la terre lorsque la carbonisation est achevée, et on laisse alors la meule se refroidir.

Pour monter la meule, on défriche un espace d'environ 6 mètres de diamètre, et on en nivelle et tasse le sol, qui doit être bien drainé. Un pieu d'environ 2 mètres de haut est parfois dressé au centre de la future meule pour aider à l'empilage du bois, donner de la stabilité à la meule, et fournir un point d'appui à l'opérateur au moment de couvrir la meule de terre et de faire le trou de fumée au sommet, et ensuite lors de l'allumage. Ce pieu est généralement enlevé avant l'allumage, de façon à former une cheminée centrale dans la meule.

Une claie formée de rondins entrecroisés d'une dizaine de centimètres de diamètre est tout d'abord disposée sur le sol pour former un cercle d'environ 4 mètres de diamètre. Le bois à carboniser est ensuite empile serré sur cette plateforme, dont le rôle est de permettre une bonne propagation du feu et une bonne circulation des gaz. Les morceaux de bois les plus longs (jusqu'à 2 mètres) sont empilés verticalement, appuyés contre le poteau central, et les morceaux plus petits sont dressés à la périphérie de façon à obtenir un profil plus ou moins régulier. Les vides entre les billes sont remplis avec des petits bois, pour avoir une pile aussi dense que possible. La surface de la pile est couverte d'une couche de petit bois, pour avoir un profil aussi uni que possible et fournir un bon support à la couverture de terre. Il est bon de laisser le bois empilé sécher pendant aussi longtemps que possible, et de couvrir la meule par temps sec. Pour cela on étale d'abord sur la meule une couche de paille, de feuillage, d'herbes grossières, etc., que l'on recouvre ensuite de terre ou de sable. Un sol sableux ou limoneux, ayant un faible retrait au séchage, est préférable; les argiles très plastiques, ayant une tendance marquée à se rétracter et fendre au séchage et à la chaleur, doivent être évitées. Du poussier de charbon peut être mélangé à la terre. L'épaisseur de la couverture variera en fonction de l'égalité de la surface de la meule, mais elle est habituellement de 10 à 20 cm. Il faut l'inspecter pour retoucher toutes les fentes, et vérifier que les évents à la base de la meule restent bien ouverts.

Photo 11. Charbonnière en meule en construction. Noter les bois de gros diamètre placés à la base de la meule. Ghana. Photo Le jeune.

Si nécessaire, on laisse sécher la couverture de terre pendant une journée, et on peut alors procéder à l'allumage. Une pelletée de bois et de charbon enflammés est placée dans le trou au sommet de la moule, ce qui met le feu au bois d'allumage qui recouvre la pile. Une fumée blanche épaisse sort du sommet, indiquant que le feu a pris. Après quelques jours la fumée prend une teinte bleutée, et finalement devient presque limpide. Le temps nécessaire pour accomplir la carbonisation dépend de la teneur en humidité du bois et de la régularité de la circulation des gaz à l'intérieur de la meule. L'opérateur doit tâter la paroi pour déceler les points chauds ou froids, et fermer ou ouvrir les évents situés au-dessous. A aucun moment on ne doit voir à travers les évents une chaleur rougeoyante; si cela se produisait, il faudrait les boucher. Les fentes qui peuvent se former dans la couverture doivent être obturées avec de la terre meuble sableuse. Lorsque la carbonisation est jugée complète, l'ouverture au sommet et tous les évents à la base de la meule doivent être soigneusement bouchés avec des briques ou des pierres colmatées avec de l'argile. La meule se refroidira en deux ou trois jours, si elle est de petite taille.

Lorsque la meule est refroidie, on peut l'ouvrir Il faut avoir une centaine de litres d'eau sous la main pour éteindre le feu qui pourrait s'allumer. Etant donné qu'on ne recherche normalement pas un rendement intensif avec les charbonnières en meule, on peut généralement les laisser refroidir pendant suffisamment de temps avant de les ouvrir.

Les morceaux de charbon bien carbonisés sont séparés du poussier et des fumerons, et mis dans des sacs ou des paniers pour être vendus. La terre brûlée provenant de la meule peut être mise de côté et réutilisée une fois qu'elle aura été désagrégée par la pluie.

Les rendements en charbon varient selon l'habileté de l'opérateur, la siccité du bois, et l'étanchéité à l'air de la meule. Un rendement de 1 tonne de charbon pour 4 tonnes de bois sec à l'air représente un bon résultat. Des rendements de 1 tonne pour 6 tonnes de bois sont plus courants.

Ce type de meule a été modifié par addition d'une cheminée faite de vieux fûts métalliques soudés ensemble. Des essais effectués au Sénégal avec ce système modifié ont montré de bons résultats. La cheminée améliore la circulation des gaz, ce qui réduit la proportion de fumerons et accélère la carbonisation. Du fait qu'il y a moins de fumerons, le rendement en charbon est amélioré.

Cette charbonnière modifiée, dite "charbonnière Casamance", est illustrée fig. 3, et décrite dans la section di-dessous.

6.3 La charbonnière type Casamance

La base de la meule est faite de deux couches de bois de petite et moyenne dimension (16). Pour la première couche, les bois sont disposés régulièrement, radialement autour du centre de la base, et pour la deuxième couche ils sont rangés tangentiellement, perpendiculaires à ceux de la première couche. Cette base joue un rôle important, car elle assure l'écoulement de l'air dans la meule.

Les couches composées de grosses billes (40 cm de diamètre) sont disposées à partir du centre jusqu'à 50 cm de la périphérie de la base. Elles sont entourées par des billes de moyen diamètre (20-40 cm), qui donnent de la solidité à la meule, et qui couvrent presque entièrement le reste de la base.

Le dernier anneau est composé essentiellement de bois courts, de 20 à 40 cm de diamètre, disposés sur le pourtour de la base. Le diamètre de celle-ci varie en fonction du volume de la meule:

Pour

une

meule

de

30 m3

il

faut

une

base

d'au

moins

3 m

de

rayon

"

"

"

"

60m3

"

"

"

"

"

"

4 m

"

"

"

"

"

"

100m3

"

"

"

"

"

"

5 m

"

"

La meule est couverte avec de l'herbe et des broussailles, puis du sable ou de la terre limoneuse. La cheminée est placée sur le pourtour, comme le montre le schéma' l'ouverture à la partie inférieure étant en communication avec la base de la meule.

L'emplacement de la meule doit être nettoyé au râteau, et débarrassé des racines et des souches.

Fig. 3 Charbonnière Casamance 100 stères

Règles pour la carbonisation

Une fois que le feu est allumé il faut une surveillance constante (3) jusqu'à ce que la carbonisation soit achevée. La meule est mise à feu en jetant des braises ardentes par le trou central. Une fois que leu feu a pris (après 15 à 20 minutes), ce trou doit être obturé, et des évents ouverts tous les 3 ou 4 mètres sur le pourtour de la base. Il ne faut jamais faire d'ouverture près de la cheminée, car cela ne ferait que diminuer le tirage dans le reste de la meule. S'il ne sort pas de fumée par la cheminée, il faudra y allumer un petit feu pour amorcer le tirage.

Au fur et à mesure que la carbonisation progresse, la meule s'affaisse peu à peu, et il peut apparaître des crevasses, qui devront être immédiatement obturées avec de l'herbe et du sable. La cheminée sera enlevée si le côté sur lequel elle se trouve semble être complètement carbonisé.

Les différentes phases de la carbonisation sont les suivantes:

- Chauffage, de la température ambiante à 100° C;

- Déshydratation, entre 100° et 120°C;

- Réaction exothermique commençant à 270° C, pour atteindre 500° à 700° C lorsque la carbonisation est complète;
- Refroidissement, au cours duquel la cheminée est enlevée et la meule maintenue hermétiquement couverte.

Après s'être refroidie, la meule est ouverte à l'aide de rateaux, en commençant par la base. L'ouverture doit être refermée après qu'une partie du charbon a été enlevée, et cette manière de procéder sera poursuivie jusqu'à ce que l'opération soit achevée.

Le charbon qui vient d'être sorti de la meule doit être couvert de sable pour prévenir son inflammation. Cela évite une perte de qualité lorsqu'on l'éteint avec de l'eau. Seul le charbon en morceaux doit être ensaché, les fumerons et le poussier étant écartés. Les sacs seront fermés avec une ficelle, à laquelle on attachera une étiquette de contrôle indiquant le poids du sac et le numéro de la charbonnière.

Les fumerons seront carbonisés dans une nouvelle charbonnière. La carbonisation est terminée lorsque la fumée commence à diminuer et devient bleue. A partir de ce moment c'est le charbon lui-même qui brûle, d'où la nécessité d'enlever la cheminée et de fermer hermétiquement la meule. Au cours de la phase de décomposition exothermique les sous-produits se condensent à la base de la cheminée, où ils sont recueillis; ce condensat est un mélange de goudron de bois et d'acide pyroligneux (voir section 4). La meule Casamance est basée sur le principe du tirage inversé, c'est-à-dire que l'air entre par les évents de la base et que les gaz chauds, au lieu de s'échapper par le sommet, redescendent et passent par la cheminée, qui est reliée à la base de la meule.

Au cours de la phase de refroidissements les charbonniers commenceront à bâtir la meule suivante, en commençant par l'assemblage de la base.

6.4 Récupération des goudrons avec la charbonnière Casamance

La récupération du condensat à la base de la cheminée dans la charbonnière type Casamance pose certains problèmes qu'il convient de ne pas perdre de vue. Le volume théorique qui peut se condenser est considérable, et se compose principalement d'eau sans valeur. A partir de 100 stères de bois - soit une meule Casamance de grande taille - on peut obtenir environ 21 tonnes de condensat, qui demanderaient une centaine de fûts de 200 litres pour les contenir. Ce condensat est formé essentiellement d'eau, qui est corrosive et contamine l'environnement en raison de sa teneur en acide acétique et autres acides voisins. On peut recueillir en outre environ 2 tonnes de goudron, remplissant une dizaine de fûts, en supposant qu'il n'en soit pas brûlé une partie avant d'arriver à la cheminée. En pratique il est indispensable de permettre à toute l'eau et aux substances acides de s'échapper normalement par la cheminée sous forme de vapeur; leur dilution dans l'atmosphère diminue leurs effets polluants et irritants. On y parvient en maintenant la cheminée chaude, et en évitant les vents froids. On perd ainsi une partie du goudron, mais c'est inévitable avec un tel système simple, sinon le puisard de récupération déborderait, et la zone serait sérieusement contaminée par le condensat Lorsqu'on opère par temps froid, entraînant une condensation d'eau excessive, il faut isoler la partie inférieure de la cheminée, ou construire une cheminée en briques. En maintenant la cheminée chaude, c'est-à-dire aux environs de 100 C, on assure un tirage continu qui permet une circulation convenable des gaz dans la charbonnière, avec une bonne carbonisation, et on aura encore une condensation de goudron. Pour plus d'information sur la récupération et le traitement du condensat provenant de la carbonisation du bois, voir chapitre 12.

Photo 12. Déchargement et ensachage du chardon de bois fait en meule. Noter le râteau utilisé pour séparer le charbon marchand de la terre de couverture lors de l'ouverture de la meule. Ghana. Photo Le jeune.

6.5 Prix de revient du charbon de bois produit avec la charbonnière Casamance (d'après l'expérience sénégalaise)

Les données ci-dessous se rapportent à une meule de 100 m3:
Les prix sont en francs CFA (en 1978 1 $US = 310 F CFA).
1 stère de bois donne 120 kg de charbon.
Main-d'oeuvre: 3 charbonniers par meule.

Coûts de production pour 12000 kg de charbon de bois



% du total

100 stères de bois à 550 FCFA/st

55000

28,0 -

Main-d'oeuvre, y compris ensachage

77040

39,2

Chargement des camions à la charbonnière à 250 F CFA/tonne

3000

1,5

Transport au dépôt principal

10449

5, 3

Déchargement au dépôt principal

2200

1, 1

Sacs

15000

7,6

Taxe à 1,50 F CFA/kg

18000

9,2


180689

91,9

plus divers et imprévus 10% du coût hors taxe

16000

8,1

Coût du charbon de bois rendu au dépôt

196689

100%


= 16,40 F CFA/kg


Transport vers les principaux marches:

a) à Ziguinchor (1,81 F CFA/kg)

18,21 F CFA/kg

b) à Dakar (8,00 F CFA/kg)

24,40 F CFA/kg

Bénéfice ou perte en vendant à:

a) Ziguinchor: prix du marché 20 F CFA/kg Bénéfice = + 1,79 F CFA/kg

b) Dakar: prix du marché 22,50F CFA/kg Perte = - 1,90 F CFA/kg

6.6 La charbonnière suédoise en meule avec cheminée

La sidérurgie au charbon de bois de Suède (2, 23) a porté la conception et l'utilisation des charbonnières en meule de grande taille à un degré élevé de perfection. Les principales améliorations ont été l'emploi d'une cheminée extérieure reliée à un conduit de fumée ménagé sous la meule, et l'adoption pour celle-ci d'un plan circulaire réduisant les pertes de chaleur au cours de la carbonisation et améliorant la circulation des gaz.

Fig. 4 Charbonnière suédoise

Ces charbonnières produisaient autrefois de grandes quantités de charbon de bois pour l'industrie sidérurgique' mais elles ont été supplantées par les fours en briques tels qu'en usage au Brésil, en Argentine et dans le Sud-Est asiatique.

La charbonnière est construite de la manière suivante:

Le fond est garni de billes formant un soubassement à claire-voie, sur lequel le bois sera empilé verticalement. Il forme entre le sol et la charge de bois un espace libre dans lequel passe l'air nécessaire pour la carbonisation. Le bois empilé est couvert de feuillage et d'herbe, puis de terre sur une vingtaine de centimètres d'épaisseur.

Une cheminée extérieure, faite avec de vieux fûts métalliques, est reliée à la meule par un conduit creusé dans le sol, qui passe sous la pile de bois et est couvert avec des bois ronds. Un certain nombre d'évents sont ouverts sur le pourtour de la base circulaire.

La carbonisation est mise en route en introduisant une torche enflammée dans le conduit d'allumage situé à l'opposé de la cheminée. Ce type de meule est réputé facile à employer produisant un charbon de bois de bonne qualité avec un rendement en volume charbon/bois de 55%. Le volume de la meule varie entre 100 et 250 m de bois. Le cycle entier dure 24 jours: 4 jours pour le chargement, 6 jours pour la carbonisation, 10 jours pour le refroidissement, et 4 jours pour le déchargement. En raison de la température de carbonisation élevée (environ 550°C), et de la lenteur du processus, le charbon produit dans les meules suédoises a une proportion élevée de carbone pur et faible de matières volatiles, et il a par suite une faible densité apparente, 130 à 160 kg/m3 pour le charbon fait à partir de bois de conifères. En raison de sa basse teneur en matières volatiles il n'a qu'une très faible tendance à s'enflammer spontanément. Cependant, l'emploi de charbonnières en terre pour la production à grande échelle de charbon de bois métallurgique n'est plus considéré comme praticable, pour les raisons suivantes. La charbonnière doit être entièrement reconstruite après chaque cycle. Le cycle de production de 24 jours est trop long. La conduite de la charbonnière, bien que simple dans son principe, exige beaucoup de savoir-faire et d'expérience, et même un certain art. Partout où l'on recherche la simplicité de construction et de fonctionnement, la souplesse et la mobilité, les fours simples en briques donnent de bons rendements tout en étant rapides et simples à utiliser.


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