Faits nouveaux concernant la technologie de production du charbon de boisH.E. Stassen Hubert E. Stassen est consultant auprès de la Stassen Consultants, Enschede (Pays-Bas). Les êtres humains ont produit et utilisé le charbon de bois comme combustible pour la cuisson et les grillades depuis l’âge de la pierre et pour la fabrication d’ustensiles en métal depuis l’âge du bronze. Dans les pays en développement, le charbon de bois est encore largement consommé par les populations urbaines et rurales comme combustible domestique servant à cuire et griller les mets sans production de fumée et avec un pouvoir calorique élevé. Dans les pays développés, la demande de charbon de bois comme combustible pour les barbecues va en s’accroissant. De grandes quantités de charbon de bois sont utilisées dans la production de cuivre et de zinc ainsi que de métaux précieux. Le chauffage du bois dans un milieu dépourvu d’air donne lieu à la production de charbon de bois, de goudrons volatiles et d’un mélange de gaz. Les quantités relatives de ces trois types de produits dépendent du matériel utilisé et des caractéristiques du bois originel. La teneur en humidité est un paramètre particulièrement important. Le bois sec produit davantage de charbon de bois que le bois humide. Dans les applications domestiques ou les barbecues, la teneur en goudron résiduel (ou volatile) est importante. Plus la teneur en carbone fixé est élevée, moins il y aura de goudron et de fumée pendant la combustion. En métallurgie, la teneur en cendres et la taille et la résistance à l’écrasement du charbon de bois revêtent également de l’importance.
Jusqu’au début du XXe siècle, la quasi-totalité du charbon de bois était produite par les méthodes traditionnelles. Le bois était déposé dans des fosse creusées dans le sol, allumé et recouvert de terre. La combustion d'une partie du bois produisait suffisamment de chaleur pour carboniser le reste. Dans d’autres cas, des piles de bois étaient recouvertes de terre et de mottes de gazon, et on allumait le feu à travers des évents pratiqués dans la couverture en terre (meules). Ces évents pouvaient être selon les besoins ouverts ou fermés, et de nouveaux évents pouvaient être percés pour contrôler la circulation de l’air. Cette méthode consentait d’exercer davantage de contrôle sur la combustion et la carbonisation que la méthode des fosses. Ces deux techniques subsistent à ce jour dans de nombreux pays en développement, notamment en raison de la faiblesse de leur coût. Cependant, elles donnent souvent de bas rendements (normalement 1 kg de charbon de bois avec 8 à 12 kg ou plus de bois), leur qualité est inégale (car il est difficile de maintenir une carbonisation uniforme), et elles polluent l’atmosphère par la libération de goudrons et de gaz toxiques.
Dans les années 70 et 80, beaucoup d’efforts ont été déployés pour améliorer la carbonisation traditionnelle en équipant les meules de cheminées fabriquées à l’aide de barils de pétrole (four de la Casamance) et en introduisant de petits fours en acier ou en brique. Ces méthodes se fondent toutes sur la combustion partielle du bois qui fournit la chaleur nécessaire à la carbonisation; c’est pourquoi les rendements dépendent dans une large mesure de la teneur en humidité du bois. Avec de bonnes pratiques, on peut obtenir des rendements de 1 kg de charbon avec seuls 4 ou 5 kg de bois sec à l’air. Des rendements de 1 kg avec 6à 8 kg de bois sont plus communs. L’avantage des processus utilisant une couverture solide (métal, brique ou béton) vient de la fermeture hermétique ainsi obtenue, qui réduit au minimum les effets nocifs d’une mauvaise surveillance et donne des résultats plus réguliers. Les fours en acier ou en brique sont moins exigeants en main-d’oeuvre que les meules (améliorées). Toutefois, ils pourraient se révéler moins abordables pour les petits producteurs de charbon de bois traditionnels en raison de leur coût plus élevé. Les méthodes traditionnelles améliorées devraient être encouragées dans la plupart des cas.
La demande industrielle de charbon de bois au XXe siècle a exigé la mise au point de nouvelles technologies à grande échelle visant en particulier l’amélioration du rendement et de la qualité. Différents types de fours en brique ou en métal à opération discontinue ou de cornues à opération continue ont été conçus. Ils ont accru considérablement les rendements (normalement 1 kg de charbon de bois avec 5 à 7 kg de bois) et produit du charbon beaucoup plus uniforme avec une teneur plus élevée en carbone fixé. De nombreuses usines de ce type sont encore en opération aujourd’hui en Europe ainsi qu’en Amérique du Nord et du Sud. Toutefois, persiste le problème de la pollution. Les usines de charbon de bois émettent de grandes quantités de fumée, suie et particules goudronnées et produisent une odeur désagréable; en outre, il est estimé qu’elles sont dangeureuses pour la santé.
Les systèmes actuels de production de charbon de bois visent à améliorer les effets du matériel sur l’environnement tout en maintenant et/ou améliorant le rendement et la qualité du charbon de bois. Des récipients ou cornues en acier sont remplis de bois préséché et déposés dans des fours en céramique revêtus de brique chauffés jusqu’à 900 °C. Les goudrons et les gaz produits à mesure que le bois chauffe sont acheminés vers une chambre de combustion à haute température séparée. Les gaz de fumée émis par cette chambre de combustion servent à chauffer le four de carbonisation, et la chaleur résiduelle du four est utilisée pour le préséchage du bois. La très bonne gestion de la chaleur de ces fours permet de produire 1 kg de charbon de bois avec seuls 3 ou 4 kg de bois. En raison de la très haute température de la chambre de combustion, les particules, les goudrons et les gaz sont entièrement brûlés. Aux Pays-Bas, le matériel de ce type a été certifié pour respecter les normes d’émission strictes s’appliquant aux installations de combustion. La production de goudrons, d’oxyde de carbone et d’oxyde d’azote, ainsi que les composantes de l’odeur, est bien en dessous des limites légales. Les nouvelles usines de charbon de bois à haut rendement et faibles émissions ont des coûts d’investissement supérieurs à ceux des anciens fours ou cornues en acier ou en brique. Cependant, dans de nombreux cas, le rendement accru compense largement le plus haut coût de l’investissement, si bien que l’amélioration des émissions est un avantage gratuit. De ce fait, cette technologie relativement nouvelle s’est répandue dans les deux dernières années, non seulement dans les pays respectueux de l’environnement de l’Union européenne (France, Pays-Bas) mais aussi dans ceux de l’Europe de l’Est (Estonie) et dans les pays en développement (Chine, Ghana, Afrique du Sud). Une usine de carbonisation est en cours de construction à Singapour pour la production de charbon de bois à partir des déchets municipaux de bois.
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