8.1 Modèles existants de fours métalliques transportables
8.2 Fours de carbonisation faits à partir de vieux fûts métalliques
8.3 Avantages et inconvénients des fours métalliques transportables
8.4 Fabrication du four métallique modale TPI
8.5 Transport et mise en place des fours
8.6 Choix et préparation de l'emplacement
8.7 Conditionnement du bois
8.8 Fonctionnement du four TPI
8.9 Autre manière d'opérer
8.10 Plan de travail pour une opération commerciale
8.11 Les erreurs les plus courantes dans la conduite de la carbonisation
8.12 Rendements en charbon de bois
8.13 Durée de vie d'un four métallique transportable
L'emploi de fours de carbonisation métalliques transportables de forme cylindrique s'est répandu en Europe à partir des années trente. Durant la deuxième guerre mondiale la technique en a été perfectionnée par le Laboratoire de recherches sur les produits forestiers de Grande-Bretagne et diverses versions du modèle original ont été utilisées dans ce pays. Cette technique s'est transmise vers la fin des années soixante aux pays en développement, notamment grâce à l'action entreprise par le Service forestier ougandais. Pour plus d'information, voir aussi les références 7, 8, 9, 10, 17, 18, 25, 34.
L'Institut des produits tropicaux (Tropical Products Institute), unité scientifique de l'administration britannique du développement outre-mer, a acquis une grande expérience en matière d'utilisation de fours métalliques transportables tant en Grande-Bretagne que dans de nombreux pays en développement. Il a mis au point un modèle de four qui est considéré comme optimal du point de vue de l'économie de construction, de la robustesse et de la durabilité, de la facilité d'emploi et du rendement dans les conditions que l'on rencontre dans les pays en développement.
Les principales caractéristiques du four TPI sont les suivantes:
- Fabrication en tôle d'acier de 3 mm pour la section inférieure, 2 mm pour la section supérieure et le couvercle.- Les deux sections principales du four sont cylindriques.
- Deux retords en fer cornière de 50 mm, servant à supporter la section supérieure et le couvercle, sont soudés au sommet intérieur des deux sections cylindriques.
- Les huit conduits d'entrée d'air et de sortie des gaz sur lesquels repose la section inférieure du four ont une base ouverte. Un collet soudé sur le trou percé à la face supérieure de chaque conduit permet d'y emboîter une cheminée lorsque le four fonctionne.
- Quatre orifices symétriques sont percés dans le couvercle du four pour laisser échapper la vapeur.
Ces caractéristiques peuvent varier dans les différentes versions de fours métalliques transportables existantes. Certains fabricants emploient des tôles plus minces que celles recommandées dans le modèle TPI. Pour assurer une durée de vie maxima, surtout si le four est manié sans ménagement, l'épaisseur et la qualité de tôle utilisées dans la construction sont d'importance primordiale. La section inférieure est soumise à la chaleur la plus intense, et doit être faite en tôle d'acier de 3 mm, tandis que pour la section supérieure et le couvercle une épaisseur de 2 mm est suffisante. L'emploi d'acier Corten A au lieu d'acier doux accroîtra encore la durabilité du four. Cet alliage spécial a des propriétés de résistance à la chaleur et à l'oxydation. Son prix de base est d'environ 10% supérieur à celui de l'acier doux, mais la différence peut être plus grande s'il faut des arrangements spéciaux pour se le procurer.
Un modèle de four très utilisé dans les forêts de Grande-Bretagne a une section supérieure tronconique, de sorte que le couvercle a un diamètre nettement inférieur à celui de la section inférieure, ce qui réduit son poids, rend l'assemblage du four plus aisé et accroît la rigidité de l'ensemble de la section supérieure sans modifier les performances du four. Cette caractéristique n'est toutefois pas utilisée dans le modèle TPI, parce qu'une section tronconique serait plus difficile à réaliser dans les petits ateliers de construction métallique que l'on trouve dans les pays en développement, et serait plus malaisée à déplacer en forêt en la roulant sur le sol.
Les joints entre les sections ont une importance capitale. Sur un modèle de four métallique, on emploie des rainures au lieu de retords plats pour supporter la section supérieure et le couvercle. Ces rainures sont soudées à l'intérieur du bord supérieur des deux sections; lors de l'assemblage du four on les remplit de sable pour former un joint étanche lorsqu'on y emboîte la section supérieure et le couvercle. Toutefois, ces rainures recueillent le goudron de bois qui se condense sur les parois du four, et les températures élevées atteintes lors des dernières phases de la carbonisation cuisent le mélange de goudron et de sable en une masse compacte qui demande des heures d'efforts pour en nettoyer les rainures après chaque opération. En outre, les sections se soudent souvent ensemble après le refroidissement' et les joints risquent d'être endommagés lorsqu'on emploie des leviers métalliques pour les séparer. Un autre défaut de conception sérieux consiste à avoir entre la section supérieure et le couvercle un joint à recouvrement, dont l'étanchéité est assurée par une jupe verticale soudée à la partie inférieure du couvercle. Si l'on constate une fuite dans le joint une fois le four allumé, il est extrêmement difficile d'y remédier, prace que le recouvrement du couvercle ne permet pas de colmater le joint avec de la terre ou du sable. Ces difficultés ne se présentent pas avec le modèle TPI, parce que les fers cornière qui supportent la section supérieure et le couvercle ne ramassent pas le goudron, et par ailleurs la position du couvercle à l'intérieur du bord supérieur de la section supérieure permet d'ajouter du sable ou de la terre sur le joint pour l'étancher lorsque c'est nécessaire.
Sur certains fours on utilise comme conduits des tuyaux de section carrée. En pratique, les conduits ouverts par le bas du modèle TPI se sont avérés plus commodes d'emploi. La raison en est que le goudron qui se condense dans les cheminées lors de la carbonisation s'écoule dans les conduits, où la chaleur le transforme en poix compacte. Avec des conduits à base ouverte, la plus grande partie du goudron est absorbée par le sol, et le reste peut être facilement enlevé en raison du libre accès à l'intérieur du conduit. Par ailleurs, après un usage prolongé, l'extrémité des conduits qui rentre dans le four se déforme sous l'effet de la chaleur localisée intense engendrée dans cette zone par l'air entrant en contact avec la charge. Lorsqu'on utilise un conduit de section carrée, les faces supérieure et inférieure se déforment vers l'intérieur, ce qui rétrécit sérieusement le passage de l'air et des gaz brûlés. Il est malaisé de redonner au conduit sa forme initiale, parce que ses surfaces intérieures sont inaccessibles. Avec un conduit ouvert, au contraire, on peut facilement le reformer en le retournant et en le redressant à l'aide d'un marteau.
Sur certains modèles les cheminées sont reliées au conduit par emboîtement dans un trou percé sur la face supérieure de celui-ci. La base de la cheminée est découpée sur une petite section pour permettre le passage de la fumée venant du conduit. Cette méthode risque de restreindre la sortie des gaz si la cheminée est accidentellement tournée, et les conduits ne peuvent être nettoyés facilement durant le fonctionnement du four.
Tous les fours métalliques transportables comportent des dispositifs de renfort pour les protéger lors des manipulations. Un renforcement excessif peut toutefois créer des problèmes, car un four aussi robuste soit-il risque toujours d'être endommagé s'il est déchargé sans soin d'un camion. Un four fortement renforcé demandera alors un effort considérable pour lui rendre sa forme primitive. On peut parfois y arriver en utilisant un cric entre deux morceaux de bois disposés suivant le diamètre de la section endommagée. Le renforcement le plus important à recommander consiste en un cercle de fer cornière soudé sur tout le pourtour du bord inférieur de la section de base, ce qui donne une double épaisseur de métal là où la chaleur est la plus intense, et forme une surface plane qui répartit mieux le poids du four sur les conduits d'admission d'air et de sortie des gaz. Les fers cornière de support soudés intérieurement au bord supérieur des deux sections du four contribuent au renforcement, que complète un fer plat soudé intérieurement au bord inférieur de la section supérieure et du couvercle.
Tous les fours ne comportent pas des trous de sortie de vapeur dans le couvercle. Or, après l'allumage du four, l'abondante vapeur d'eau qui se dégage lors de la première phase de l'opération doit pouvoir s'échapper. S'il n'y a pas de trous de sortie de vapeur, le couvercle doit être calé en position ouverte avant l'allumage, et mis en place une fois que la charge de bois est bien enflammée. On peut aussi surcharger le four, et le temps que la charge met à s'affaisser permet à la vapeur de s'échapper avant que le couvercle se pose sur son retord d'appui. Les risques évidents que comportent ces deux méthodes provoquent quelque inquiétude chez les apprentis charbonniers lors des stages de formation. Les orifices de sortie de vapeur s'avèrent préférables lorsqu'il s'agit d'introduire les fours métalliques dans une nouvelle région du tiers monde. Ils présentent un autre avantage lorsqu'on carbonise des matières premières de faible dimension telles que broussailles ou coques de noix de coco. Pour maintenir un flux de gaz suffisant à travers la charge au cours de la carbonisation, il est recommandé dans ce cas d'allumer le four au sommet par les trous de sortie de vapeur du couvercle.
Enfin, certains des fours disponibles dans le commerce sont équipés de volets avec charnière et de bouchons métalliques qui servent à couper l'entrée d'air par les conduits lorsqu'on ferme le four. Ses accessoires, qui augmentent le prix de revient du four, s'avèrent à l'usage totalement inutiles. Les volets deviennent inutilisables au bout de quelques jours à cause de la rouille. L'étanchéité du four peut être réalisée plus efficacement en utilisant de la terre ou du sable. Sur certains modèles de fours des poignées sont fixées sur la surface extérieure des sections cylindriques. Des poignées sont nécessaires sur le couvercle, mais sur les sections cylindriques elles sont gênantes lorsqu'on veut les déplacer en les roulant. Il s'avère que le four peut être aisément manipulé sans leur aide.
On peut confectionner des fours de carbonisation à partir de vieux fûts à gazole courants de 200 litres. Cette méthode a été employée avec succès pour carboniser des matières premières brûlant rapidement, telles que troncs de cocotier, coques de noix de coco et broussailles, mais avec des bois feuillus denses il est difficile d'obtenir une carbonisation complète' et le charbon produit risque d'avoir une teneur élevée en matières volatiles. Même avec une matière première de faible densité cette teneur est assez élevée, ce qui à vrai dire n'est pas un inconvénient pour un usage domestique local, mais si le charbon est destiné à être exporté seul l'emploi de fours métalliques appropriés permettra d'obtenir la haute qualité exigée par les acheteurs.
Un homme peut conduire jusqu'à une dizaine de ces petits fours. L'opération comporte une phase de carbonisation de 2 à 3 heures, suivie d'une phase de refroidissement d'environ 3 heures. Un ouvrier expérimenté peut faire deux cycles par jour avec 10 fûts produisant chacun jusqu'à 30 kg de charbon par jour. Autrement dit, un seul homme utilisant 10 fûts peut produire 
tonne de charbon par semaine de 5 jours, s'il dispose d'un approvisionnement suffisant en bois préparé.
Par comparaison avec les méthodes traditionnelles de carbonisation, les fours faits de fûts métalliques ont un coefficient de conversion relativement élevé' avec des rendements qui atteindraient 23% (par rapport au poids de bois sec) (8). Le principal inconvénient de la méthode est que le bois à carboniser doit être débité en morceaux de moins de 30 cm de long et d'un diamètre maximum de 5 cm pour obtenir des résultats satisfaisants. Cela implique un travail considérable de préparation de la matière première. Par ailleurs il est parfois difficile et coûteux de se procurer des fûts métalliques, et ils se brûlent assez rapidement en raison de la faible épaisseur du métal, et doivent être fréquemment remplacés.
Par comparaison avec les charbonnières traditionnelles en meule ou en fosse, les fours métalliques transportables présentent les avantages suivants:
- La matière première est placée dans une enceinte étanche, ce qui permet de contrôler au maximum l'entrée d'air et la circulation des gaz au cours de la carbonisation.- Un personnel même peu formé peut apprendre rapidement à utiliser ces fours.
- Il faut moins de surveillance que pour les charbonnières traditionnelles, qui exigent une présence constante.
- On peut obtenir de manière régulière des rendements de conversion moyens de 24%, y compris le poussier (par rapport au bois sec), alors que les charbonnières traditionnelles donnent des rendements capricieux, souvent inférieurs.
- Tout le charbon produit peut être récupéré, alors que dans les fosses et meules traditionnelles une partie se perd dans le sol' et le charbon récupéré contient souvent des impuretés, terre et pierres.
- Les fours métalliques transportables, s'ils sont conçus de manière que l'eau puisse s'écouler du couvercle, peuvent, à la condition que le sol soit bien drainé, être utilisés dans des régions de forte pluviométrie où les méthodes traditionnelles de carbonisation sont difficiles à employer.
- Ayant un maximum de maîtrise du processus, on peut carboniser une plus large gamme de matières premières, telles que bois de conifères, broussailles, troncs de cocotier, coques de noix de coco.
- Le cycle de carbonisation avec les fours métalliques ne dure au total que deux ou trois jours.
Les inconvénients des fours métalliques, par comparaison avec les charbonnières en terre traditionnelles, sont les suivants:
- Il faut disposer au départ d'un financement destiné à couvrir le coût de fabrication des fours. Il faut un minimum de personnel et d'équipement pour le travail du métal, et l'acier utilisé dans la construction des fours doit souvent être importé.- Pour un empilage facile et un maximum de rendement, il faut apporter un certain soin à la préparation de la matière première. Le bois doit être tronçonné et éventuellement revendu aux dimensions voulues, et ensuite séché pendant au moins trois semaines.
- Les fours métalliques peuvent s'avérer difficiles à déplacer en terrain très accidenté; des pentes modérées peuvent cependant être aisément franchies.
- La durée de vie d'un four métallique n'est que de ceux à trois ans.
Les avantages des fours métalliques transportables par comparaison avec les installations fixes, y compris les fours construits en briques, sont les suivants:
- Ils peuvent être facilement et fréquemment démontés, et déplacés en les roulant sur le sol, de façon à suivre les coupes de bois d'oeuvre, les éclaircies dans les peuplements artificiels ou les opérations de défrichement. On évite ainsi un transport laborieux et coûteux du bois jusqu'à un chantier de carbonisation centralisé.- Le cycle total de production de ces installations fixes est de l'ordre d'une semaine, au lieu de deux ou trois jours pour les fours transportables.
Les inconvénients des fours métalliques par rapport aux fours construits en briques faites localement sont les suivants:
- Le coût de fabrication d'un four métallique transportable est généralement plus élevé que le coût de construction d'un four en briques de rendement comparable, ce qui est dû principalement au coût de la matière première. Il faut des devises étrangères dans le cas où l'acier doit être importé. La fabrication et l'entretien des fours métalliques nécessitent un atelier de tôlerie, et une main-d'oeuvre sachant travailler le métal.- En raison de la meilleure isolation thermique offerte par les murs des fours en briques, il faut brûler une portion moindre de la charge de bois dans le processus de carbonisation, et le rendement de la conversion est en général légèrement plus élevé que celui obtenu avec les fours métalliques transportables. Les fours en briques permettent de carboniser des bois de gros diamètre, et exigent moins de travail de tronçonnage et de fendage.
- La récupération des sous-produits n'est pas possible avec les fours métalliques transportables, tandis qu'avec les fours en briques on peut avoir la possibilité de récupérer des goudrons condensables.
- La supervision et l'appui logistique sont plus aisés dans une unité de carbonisation centralisée utilisant des batteries de fours en briques fixes.
Photo 26. Four métallique transportable. Photo TPI.
Le four se compose de deux sections cylindriques s'emboîtant entre elles, et d'un couvercle conique. Ce dernier est pourvu de quatre orifices d'échappement de vapeur régulièrement espacés, pouvant être obturés avec des tapes lorsque c'est nécessaire. Le four est posé sur hui conduits de tirage, disposés radialement autour de la base. Lors de la carbonisation, un conduit sur deux est muni d'une cheminée, soit en tout quatre cheminées.
La construction de ce four peut se faire localement, dans un atelier simple de tôlerie. Si l'on peut s'en procurer, on utilisera de la tôle d'acier Corten A de 3 mm d'épaisseur de préférence à l'acier doux, ses propriétés de résistance à la chaleur et à la rouille assurant une plus longue durée de vie utile du four.
Les fours peuvent être facilement transportés avec un camion à plateau. Pour transporter un four à l'arrière d'un véhicule pick-up, on peut emboîter les deux sections cylindriques l'une dans l'autre, en faisant entrer la section supérieure par la base de la section inférieure, et les charger en les roulant sur une rampe en bois. Le couvercle conique peut être placé à l'intérieur des cylindres, et le tout doit être solidement calé et arrimé.
Le déchargement des sections cylindriques doit se faire avec soin. Si on les laisse tomber du véhicule sur leur côté, elles ont des chances d'être déformées, et on éprouvera des difficultés à les assembler pour l'emploi. Une légère déformation peut être tolérée, mais si elle est plus accentuée il faudra y remédier en utilisant un cric de voiture entre deux morceaux de bois disposés suivant le diamètre de la section endommagée.
Pour économiser la main-d'oeuvre, il est recommandé d'avoir en service un groupe de deux ou plusieurs fours à distance assez faible l'un de l'autre pour permettre aux ouvriers de décharger et recharger un four pendant que les autres sont au stade de la carbonisation ou du refroidissement.
Pour éviter un transport inutile de bois, les fours doivent être fréquemment déplacés pour suivre la progression de la coupe. Les sections peuvent être roulées une par une par deux ou trois hommes, le plus souvent deux hommes poussant par derrière et un troisième devant pour guider. Pour placer les sections sur le côté avant de les rouler, il est recommandé d'utiliser des leviers en bois. Il est bien plus facile de rouler les sections que de les traîner horizontalement, même s'il ne s'agit que des déplacements d'un ou deux mètres. La manipulation de ces fours en forêt devient bien plus aisée avec l'expérience.
On choisira un emplacement bien drainé, approximativement de niveau, d'environ trois mètres de diamètre' à proximité de la coupe. Il faut éviter les souches et grosses racines, éliminer les broussailles trop abondantes, et tasser le sol avec les pieds. On doit disposer à proximité de terre meuble ou de sable, pour boucher les entrées d'air du four pendant le fonctionnement. Une terre sableuse ou limoneuse est préférable; à défaut, on extraira du sable dans un cours d'eau voisin pour les premières opérations. Ce matériau pourra être réutilisé, et son volume s'accroîtra bientôt par incorporation de poussière de charbon et de cendre de bois produits lors des fournées successives.
Le bois doit être abattu, tronçonné et empilé au moins trois semaines avant d'être carbonisé, si l'on veut obtenir un rendement maximum en charbon de bois. Un bois sec nécessite un temps de carbonisation moins long, et donne un taux de conversion plus élevé. Les dimensions les plus convenables sont de 45 à 60 cm de long, et jusqu'à 20 cm de diamètre. On peut mettre des branches jusqu'à 90 cm de long, à condition que leur diamètre n'excède pas 13 cm, et que la densité d'empilage dans le four ne soit pas trop fortement diminuée. On peut utiliser des billes d'un diamètre voisin de 30 cm, à condition de les couper à une longueur maxima de 30 cm. Les bois de plus de 30 cm de diamètre doivent être retendus.
Il ne faut pas mélanger dans une même charge des branches de moins de 4 cm de diamètre avec des bois de très gros diamètre, mais les mettre avec des bois de petit et moyen diamètre. Il faut environ 7 stères de bois pour emplir le four.
Photo 27. Préparation du bois à carboniser. Noter la faible longueur des morceaux. Photo TPI.
8.8.1 Outils nécessaires pour travailler à 2 - 3 hommes
8.8.2 Assemblage et chargement du four
8.8.3 Allumage du four
8.8.4 Réduction du tirage
8.8.5 Contrôle de la carbonisation
8.8.6 Déchargement du four
8.8.7 Ensachage du charbon
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Scie à chaîne ou passe-partout |
Perche ou madrier |
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Pelles ou bêches (2) |
Crible |
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Machette |
Sacs |
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Hache |
Aiguille et ficelle |
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Coins (2) |
Gants isolants |
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Masse |
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(a) La section inférieure du four est roulée jusqu'à l'emplacement préparé, et couchée en position de travail. En utilisant une perche en bois comme levier, on introduit en dessous les huit conduits d'air, côté ouvert vers le bas, radialement à intervalles équidistants ce qui se fait facilement en plaçant les quatre premiers à intervalle de 90, et les quatre autres entre. Les conduits doivent pénétrer d'au moins 25 cm à l'intérieur du four pour éviter une surchauffe de la paroi.
Photo 28. Assemblage du four métallique. Photo TPI.
Le collet situé sur le dessus du conduit ne doit pas être incliné vers la paroi du four, sinon il sera difficile d'y emboîter la cheminée une fois le four assemblé. Lorsque les conduits sont en place, il faut vérifier que leur ouverture est bien dégagée.(b) On commence à charger le fond du four en s'assurant que les extrémités des conduits et les espaces entre eux ne sont pas obstrués par les bois. Pour cela, on fait reposer la charge sur des longerons, qui sont des rondins de diamètre moyen (15 cm) disposés radialement comme les rayons d'une roue.
Photo 29. Rondins disposés radialement pour servir de soubassement à la charge. Photo TPI.
(c) Suivant quatre rayons de la base on place entre les longerons, depuis la périphérie jusqu'au centre, du petit bois d'allumage bien sec ainsi que des déchets inflammables (papier, huile de vidange, etc.)
(d) Par-dessus ces matériaux d'allumage, on pose en croix sur les longerons des bois de petit et moyen diamètre et des fumerons (bois incomplètement carbonisés provenant d'une fournée précédente). Cette première couche est complétée par d'autres bois de petit et moyen diamètre couvrant tous les longerons visibles.Les canaux formés par l'espace entre les longerons sur lesquels repose la charge permettant au feu de se propager plus rapidement vers le centre du four.
Photo 31. Chargement du bois dans le four. Photo TPI.
(e) La section inférieure du four est chargée avec des couches successives de bois, en garnissant le plus possible les vides et en plaçant les plus gros bois vers le centre. Lorsque cette section est pleine, on nettoie bien les surfaces de jonction, et on roule la section supérieure contre la section inférieure, puis on la soulève en la poussant en position sur son retord d'appui.(f) On continue le chargement du four jusqu'à ce que les bois forment un cône aplati au-dessus du bord de la section supérieure, tout en permettant d'y poser le couvercle sans obstacle. On roule alors le couvercle contre le four, et on le soulève et le pousse sur son retord d'appui. Deux hommes expérimentés peuvent charger le four en deux heures environ.
(a) Après s'être assure que les quatre orifices de sortie de vapeur du couvercle sont bien ouverts, on allume le feu aux quatre points d'allumage. Lorsqu'il y a du vent, la partie du four située au vent brûlera plus rapidement. On en tiendra compte en n'allumant du côté au vent que lorsque le côté du four sous le vent sera bien allumé.
Photo 32. Allumage du four. Photo TPI.
(b) On laisse le four brûler librement pendant une trentaine de minutes, jusqu'à ce que la paroi de la section inférieure soit chaude au point qu'il devienne pénible de rester près du four. Pendant cette phase il se dégage une vapeur abondante par les quatre orifices du couvercle. On remplit pendant ce temps les joints entre les sections du four avec du sable ou de la terre, et on emboîte les quatre cheminées en position sur les embases d'un conduit sur deux.
Au fur et à mesure que les différents secteurs du four atteignent la température requise, on remplit les espaces entre les conduits avec du sable ou de la terre. Lorsqu'ils sont tous bouchés, on obture l'extrémité des quatre conduits supportant les cheminées. Les orifices de sortie de vapeur sont alors fermés, de telle sorte que la fumée soit aspirée par les quatre cheminées en passant par la base du four. Lorsque le tirage a été ainsi réduit' l'air ne pénètre plus dans le four que par les conduits d'admission, et de là il monte en passant par le centre de la charge. Les gaz de combustion, aspirés par le tirage, descendent le long de la paroi extérieure du four, et s'échappent par les cheminées. L'air et les gaz brûlés circulant dans des directions opposées, le tirage est dit inversé.
Photo 34. Circulation de l'air et des gaz chauds dans le four. Photo TPI.
(a) Toutes les cheminées doivent émettre une colonne de fumée blanche épaisse 15 à 30 minutes après qu'on ait établi le tirage inversé. Pendant toute la durée de la carbonisation il est recommandé de s'assurer que la température reste égale sur toute la circonférence du four. Le contrôle est plus aisé lorsque les fours sont situés dans un lieu abrité. S'il y a un fort vent, les températures d'un côté à l'autre du four peuvent devenir inégales, et il faudra alors obturer partiellement ou complètement un ou deux conduits d'entrée d'air du côté au vent. Lorsqu'on opère par temps de pluie, ou avec du bois vert par fort vent, il sera plus difficile d'arriver à équilibrer la combustion dans le four au début de la phase de carbonisation. Dans ces conditions de grandes quantités d'eau s'évaporeront du sol et du bois du côté le plus chaud, et se condenseront dans les parties les moins chaudes du four. Cette eau risque d'éteindre le feu pouvant subsister aux points d'allumage, et d'abaisser encore plus la température dans ces zones.Pour y remédier, on doit boucher temporairement les entrées d'air sur le côté chaud du four, et dégager les espaces entre les conduits du côté le plus froid, afin d'y augmenter l'admission d'air. Cela attirera le feu vers le côté le moins chaud du four et, une fois que la température y aura suffisamment monté, on pourra retoucher l'espace entre les conduits, après quoi on pourra reprendre la méthode normale de contrôle de l'admission d'air.
Il importe de ne jamais laisser un four allumé sans surveillance lorsque les espaces entre les conduits d'entrée et de sortie sont dégagés, ce qui pourrait avoir pour conséquence de sérieux dégâts au four.
Lorsqu'on utilise du bois humide, ou que l'on travaille par temps de pluie, la phase de carbonisation risque de se prolonger jusqu'à 48 heures. En raison de la quantité supplémentaire de bois qu'il faut brûler pour éliminer l'eau en excès, on doit alors s'attendre à des rendements en charbon moins élevés.
(b) Au cours de la carbonisation une certaine quantité de goudron se dépose dans les conduits de sortie et les cheminées, et les obstrue. Lorsqu'on note une diminution importante de la quantité de fumée qui sort d'une cheminée, il faut la déboucher, en la sortant de son support avec l'aide de gants isolants ou d'un vieux sac. En même temps on introduira un long bâton à travers le conduit jusqu'au centre du four, pour s'assurer qu'il n'y a aucune obstruction interne.
A un certain moment de la phase de carbonisation (en général 8-10 heures après l'allumage)' les cheminées doivent être transférées sur les quatre conduits adjacents, de telle sorte que les conduits d'entrée d'air deviennent des conduits de sortie de fumée, et vice versa. Cela assure une carbonisation plus uniforme, et diminue la formation de cendres dans les zones où l'air pénètre dans le four.
(c) La carbonisation est terminée lorsque la couleur de la fumée de toutes les cheminées prend une teinte bleutée et devient presque limpide, ce qui se produit normalement 16 à 24 heures après l'allumage. A ce stade toute la surface du four doit être très chaude (150 - 200 C), de telle sorte que de l'eau jetée sur la paroi s'évapora immédiatement en grésillant. On ferme alors complètement le four en vue du refroidissement.
Pour cela on enlève les cheminées, et on bouche totalement les conduits avec de la terre ou du sable. Si nécessaire, on rajoute de la terre ou du sable sur les joints des sections du four et sur les orifices de sortie de vapeur, pour assurer une étanchéité totale et éviter toute entrée d'air. On laisse refroidir le four entre 16 et 24 heures avant de l'ouvrir et le décharger. Le refroidissement sera grandement accéléré s'il pleut.
(a) Le four ne doit être ouvert que lorsque son contenu est refroidi, et que sa surface externe est froide au toucher. Un ensoleillement direct peut masquer ce refroidissement, et on appréciera alors mieux la température interne du four en tâtant la surface de la section inférieure en un point situé à l'ombre. Il faut ensuite apprécier la température du reste de la section inférieure pour s'assurer qu'il n'y a pas de "points chauds". Si le contenu du four est encore chaud après une période de refroidissement de 24 heures, c'est que l'étanchéité n'a pas été réalisée de façon parfaite, et il faut s'efforcer d'y remédier. Par ailleurs, si en ouvrant le four on constate qu'une partie du charbon est encore enflammée, il faut le refermer pour une nouvelle période de refroidissement.Le charbon doit être sorti immédiatement dès que le four n'est plus fermé hermétiquement, même si son contenu parait complètement refroidi. Tout retard pourrait avoir pour conséquence une réinflammation localisée du charbon et, outre une perte de charbon, des dégâts sérieux au four.
(b) Au cours de la carbonisation, le volume du bois diminue de la moitié environ de sa valeur initiale, et on pourra alors enlever le couvercle et la section supérieure du four une fois qu'il sera refroidi, laissant le charbon dans la section inférieure.
Le couvercle peut être enlevé avec un minimum d'effort en le soulevant d'un côté et en introduisant par dessous l'extrémité d'une longue branche ou d'un madrier, que l'on pourra utiliser comme une rampe sur laquelle on laissera doucement glisser le couvercle jusqu'au sol. La même méthode sera employée pour enlever la section supérieure du four.
(c) Pour enlever la section inférieure, on commence par enlever les conduits d'un côté du four, en s'aidant d'un levier. En appliquant ensuite le levier de l'autre côté, on pourra basculer la section inférieure sur la tranche, ce qui dégagera le charbon. Il faut, lorsqu'on décharge le four, avoir sous la main un seau d'eau, ou bien du sable ou de la terre, pour éteindre tout petit feu éventuel.
Pour accélérer cette opération il faut utiliser un crible incliné pour séparer les gros morceaux de charbon des débris et du poussier. La figure 11 montre comment confectionner ce crible.
Il est recommandé de placer la section inférieure du four du côté sous le vent du charbon et d'y poser le crible, ce qui non seulement accroîtra la stabilité de celui-ci mais encore protégera l'ouvrier du poussier.
On peut aussi au besoin utiliser un crible incliné monté sur des pieds. Deux hommes peuvent cribler le charbon d'une fournée et remplir les sacs en une heure environ.
Fig. 11. Crible pour ensacher le charbon de bois
L'allumage du four à partir du sommet est une méthode particulièrement indiquée pour carboniser du petit bois ou des coques de noix de coco, du fait qu'elle assure une bonne circulation des gaz à travers la charge.
Le four est chargé comme décrit précédemment, mais sans mettre de bois d'allumage entre les rondins de la base. On le place dans une cavité de 25 cm de profondeur au sommet de la charge, et on recouvre avec une dernière couche de bois.
Lorsqu'on carbonise des coques de noix de coco il n'est pas nécessaire d'utiliser de rondins comme longerons. Il faut veiller à ce que l'orifice intérieur des conduits ne soit pas obstrué par les coques. A cet effet, on place au-dessus un morceau de bois plat, ou un tronçon de nervure de palme, avant de couvrir avec des coques.
On met le feu à la charge par l'un des quatre orifices de sortie de vapeur, et on la laisse brûler en permettant un libre accès de l'air à la base du four. La fumée sort par les quatre orifices du couvercle. On laisse ainsi brûler pendant deux heures environ, jusqu'à ce que la totalité de la section supérieure soit trop chaude pour la toucher avec la main.
Lorsque la section supérieure du four est suffisamment chaude, on bouche les espaces entre les conduits avec du sable ou de la terre, on place les cheminées en position, et on obture les orifices de sortie de vapeur. Le tirage inversé et le contrôle de l'admission d'air dans le four sont obtenus comme dans la méthode normale décrite ci-dessus.
Deux hommes expérimentés peuvent servir deux fours métalliques transportables produisant 2-3 tonnes de charbon de bois par semaine. Suivant les conditions locales et les moyens disponibles, une assistance peut être nécessaire pour couper le bois et déplacer les fours, et dans certains cas la présence dans l'équipe d'un troisième homme, de préférence un abatteur à la scie à chaîne, peut être nécessaire.
L'expérience montre que les entreprises de carbonisation utilisant des fours métalliques transportables les plus prospères sont celles qui offrent à leur personnel un maximum d'incitations. On peut citer comme exemple une coopérative dont les membres sont propriétaires de leurs fours, et reçoivent la plus grande partie du produit des ventes de charbon.
Un programme hebdomadaire de 5 jours de travail est esquissé ci-dessous. On peut y apporter des modifications pour tenir compte d'horaires journaliers différents, et d'une semaine de travail de 6 jours. En outre, si un arrangement peut être fait avec quelqu'un habitant près de la zone de production, pour boucher les fours pendant les fins de semaine moyennant une demi-heure de travail léger, on pourra faire des fournées supplémentaires.
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Lundi |
08.00-10.00 |
Four 1 |
et Four 2 |
Décharger les 2 fours. |
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10.00-12.00 |
Four 1 |
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Charger le four. |
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12.00-13.00 |
Four 1 |
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Allumer le four et réduire le tirage. |
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13.00-17.00 |
Four 1 |
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Contrôler la carbonisation. |
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Changer et nettoyer les cheminées à 16.30. |
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Four 2 |
Charger le four. |
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Mardi |
08.00-08.30 |
Four 1 |
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Changer et nettoyer les cheminées. |
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08.30-11.00 |
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Préparer les bois pour les prochaines fournées. |
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11.00-12.00 |
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Four 2 |
Allumer le four et réduire le tirage. |
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12.00-17.00 |
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Four 2 |
Contrôler la carbonisation. |
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Changer et nettoyer les cheminées à 16.30. |
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Four 1 |
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Fermer le four lorsque la carbonisation est achevée. |
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Préparer le bois pour les prochaines fournées. |
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Mercredi |
08.00-08.30 |
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Four 2 |
Changer et nettoyer les cheminées. |
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08.30-14.00 |
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Préparer le bois pour les prochaines fournées. |
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14.00-15.00 |
Four 1 |
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Défourner le charbon. |
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15.00-17.00 |
Four 1 |
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Commencer à charger le four. |
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Four 2 |
Fermer le four lorsque la carbonisation est achevée. |
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Jeudi |
08.00-10.00 |
Four 1 |
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Finir de charger le four |
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10.00-11.00 |
Four 1 |
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Allumer le four et réduire le tirages |
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11.00-13.00 |
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Four 2 |
Défourner le charbon. |
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Four 1 |
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Contrôler la carbonisation. |
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13.00-15.00 |
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Four 2 |
Charger le four. |
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Four 1 |
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Contrôler la carbonisation. |
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15.00-16.00 |
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Four 2 |
Allumer le four et réduire le tirage. |
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16.00-17.00 |
Four 1 |
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Changer et nettoyer les cheminées. |
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Four 2 |
Contrôler la carbonisation. |
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Vendredi |
08.00-09.00 |
Four 1 |
et Four 2 |
Changer et nettoyer les cheminées. |
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09.0013.00 |
Four 1 |
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Fermer le four lorsque la carbonisation est achevée. |
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Préparer le bois pour les prochaines fournées. |
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Four 2. |
Changer et nettoyer les cheminées à 12.30 |
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13.00-17.00 |
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Préparer le bois pour les prochaines fournées. |
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Four 2. |
Fermer le four lorsque la carbonisation est achevée |
(a) Ne pas introduire les conduits assez profondément sous le bord de la section inférieure lors de l'assemblage du four. Les températures élevées qui se produisent à l'orifice intérieur du conduit d'entrée d'air occasionnent de sérieux dégâts à la paroi du four s'il n'est pas maintenu une distance suffisante entre la zone chaude et la paroi.(b) Flux gazeux insuffisant à l'intérieur du four, du fait que l'on a négligé de nettoyer les dépôts de goudron dans les conduits et les cheminées. Il en résulte une température trop basse du four, et un allongement du temps de carbonisation.
(c) Durée excessive de la période de refroidissement, ce qui réduit le nombre de fournées possible dans la semaine de travail.
(d) Répugnance à déplacer le four pour le rapprocher des coupes, d'où gaspillage de temps et d'efforts pour amener le bois jusqu'au four.
(e) Provision de bois insuffisante auprès du four pour le recharger immédiatement dès que l'opération précédente est terminée.
(f) Laisser un feu intense se propager contre la paroi du four lors de l'allumage, ce qui restreint en général le flux d'air sous le four et empêche le feu de s'étendre rapidement vers le centre de la charge, et peut aussi endommager sérieusement la paroi du four. Une fois que le bois d'allumage a été enflammé à l'intérieur du four, un flux maximum d'air est tout ce qui est normalement nécessaire.
(g) Ensachage long et laborieux à la main, morceau par morceau, au lieu d'utiliser des pelles et un crible. Un temps de déchargement trop long entraîne un retard au rechargement du four et au démarrage de la fournée suivante.
Le poids de charbon produit à chaque fournée avec un four métallique transportable est en relation avec différents facteurs physiques. Les principaux facteurs qui contribuent à un rendement maximum sont les suivants:
- densité du bois élevée;- faible teneur en humidité du bois;
- travail par temps sec, avec un four placé sur un terrain sec bien drainé;
- bon coefficient de remplissage de la charge, grâce à une taille et une forme régulière des bois.
En pratique, il est rare que toutes ces conditions puissent être réunies' et en conséquence les rendements indiqués varient dans une large mesure (7, 10, 18, 31).
Dans des programmes de formation organisés dans sept pays par le Tropical Products Institute, on a obtenu un rendement moyen en charbon, poussier compris, de 26% par rapport au poils de bois sec. Le poids maximum de charbon obtenu en une seule fournée a été observé en Guyane, où 1083 Kg de charbon de bois ont été produits à partir de 3852 kg (poids sec) de rondins de taille uniforme de bois feuillu dense. La teneur en humidité du bois utilisé était d'environ 25% (par rapport au poids humide). Cela correspond à un rendement de conversion (par rapport au poids sec) de 28, 12%. Les rendements les plus élevés ont été obtenus dans la région côtière aride d'Equateur, où on a observé un taux de conversion de 31, 40%.
A l'inverse, le poids de charbon le plus faible dans une fournée a été obtenu au Soudan, à partir de déchets de dosées de résineux. 297 kg de charbon seulement ont été produits à partir d'un poids estimé de 1568 kg de bois sec, soit un rendement à la carbonisation de 18,94%. La teneur en humidité du bois, consistant en dosées fraîchement sciées était d'environ 57% (par rapport au poids humide).
La longévité d'un four dépend dans une large mesure du soin et de la compétence des utilisateurs. Lorsqu'un four n'est pas utilisé par son propriétaire, mais par des travailleurs occasionnels ceux-ci seront peu incités à éviter les dégâts en cours d'opération. De même, une formation insuffisante des ouvriers risque de nuire à la longévité des fours.
L'expérience a montré jusqu'à présent qu'on pouvait attendre de ces fours une durée de vie de trois ans en travail continu. Après ce temps, le cylindre inférieur doit en général être remplacé, ou nécessite des réparations importantes. La section supérieure et le couvercle sont soumis à une action moins violente de la chaleur, et à condition d'en prendre soin lors du transport et de l'assemblage ils devraient avoir une durée d'utilisation plus longue. En Afrique Occidentale, un four de modèle TPI en utilisation continue ne montrait au bout de deux ans que de faibles déformations dans le bas de la section inférieure, tandis que la section supérieure et le couvercle étaient encore en parfait état.
Les éléments du four qui souffrent le plus sont les huit conduits d'entrée d'air et de sortie de fumée. Les températures élevées subies par l'extrémité intérieure du conduit déforment localement le métal. Les conduits doivent être redressés périodiquement, et il sera certainement nécessaire de les remplacer après trois années d'usage continu.
