Le charbon de bois est un terme usuel pour définir un carbonisat de bois et de certains matériaux organiques naturels.

Selon le niveau de carbonisation, la teneur en carbone oscille entre 80 et 95 %. On note la présence d’hydrogène et d’azote (absence de soufre). De rares éléments minéraux persistent et on les retrouve dans les cendres essentiellement (environ 3 % ; composées de carbonates de sodium et de potassium, de silice, de fer). Une élimination des impuretés peut se faire par lavage acide.
Un certain taux d’humidité subsiste (jusqu’à 7 %). Le charbon de bois possède une porosité non négligeable (160 à 400 m².g^-1) qui lui confère quelques applications en tant qu’agent de purification et de décoloration.

Sa densité est de 110 à 180 kg.m^-3.
Le charbon de bois possède un pouvoir calorifique supérieur au bois pour une même masse anhydre (respectivement 4500 kcal.kg^-1 et 7000 kcal.kg^-1).

L’art de fabriquer du charbon de bois est lié au développement de la métallurgie (bas et hauts fourneaux). En effet, le charbon de bois, excellent réducteur, a joué un rôle déterminant dans l’exploitation des minerais métalliques. La métallurgie du fer repose essentiellement sur la réduction de l’oxyde de fer par l’oxyde de carbone.

Procédés de fabrication

Historiquement, la fabrication du charbon de bois en France s’est faite en pleine forêt par le procédé dit « des meules ». Cette méthode consiste à empiler les bûches de bois (charbonnettes) de manière à créer une calotte sphérique. Une fois le tas de bois effectué, de la terre, de la mousse et de l’herbe recouvrent le monticule avant la mise à feu. Cette carbonisation du bois en l’absence d’oxygène permet d’éliminer l’eau et les matières volatiles pour ne garder que le carbone. Le procédé en meule permet de transformer entre 17 et 28 % du poids initial de bois en charbon. Le rendement en volume est de l’ordre de 60 %.

Meule.

Illustration accompagnant l’article sur le charbon de bois dans le précis illustré de mécanique de 1894, représentant une meule en coupe. This image is in the public domain because its copyright has expired.

This applies to the United States, Canada, the European Union and those countries with a copyright term of life of the author plus 70 years.

Selon l’essence de bois, une stère ne donne pas le même rendement de charbon. Ainsi, le chêne conduit à un rendement bien plus élevé que le sapin.

Au cours du XIX^ième, de nouveaux procédés de carbonisation de bois ont été mis en place afin d’améliorer le rendement de l’opération (25 % minimum du poids initial donnant du charbon). Ainsi, des enceintes métalliques, cylindriques le plus souvent, ont été utilisées pour fabriquer du charbon en vase clos. Nous pouvons citer les systèmes Dromart, Moreau et Pierce qui ont fait évolué les appareils en optimisant le procédé (récupération des gaz pour alimenter le chauffage du four, récupération des goudrons et autres effluents).

La production industrielle moderne est réalisée par pyrolyse dans des fours fixes.

La carbonisation se produit selon diverses étapes :
  dès 100°C, il y a séchage de la matière par dégagement de vapeur d’eau. Les composés volatils et le dioxyde de carbone, le monoxyde de carbone et l’acide acétique sont aussi libérés,
  vers 300°C, le bois s’enflamme et dégage des gaz oxygénés et des hydrocarbures (méthane, éthane, éthylène). Parallèlement, se forment des produits comme l’acide acétique, le méthanol et l’acétone, ainsi que des goudrons légers. Le charbon atteint une teneur de 80 % environ de carbone,
  aux alentours de 400-500°C, les hydrocarbures plus lourds s’échappent et le taux de carbone atteint 85 %,
  jusqu’à 700°C, les composés contenant de l’hydrogène s’évaporent, ce qui conduit à une augmentation du pourcentage de carbone du charbon final (90-95 %) .

La température de carbonisation influence le rendement en charbon de bois et sa composition.

Exemples d’utilisation

La production de carburants pour les gazogènes (production de chaleur, d’énergie mécanique ou électrique) emploie du charbon de bois.

Une autre de ses utilisations principales est domestique en tant que combustible pour le chauffage ou la cuisson (barbecue). Un bon charbon de bois à brûler ne doit ni être trop friable (se réduirait en poussières), ni trop dur (brûlerait trop lentement).

Il peut également être utilisé dans des domaines tels que la métallurgie des métaux ferreux (production de coke), la poudre à canon (mélange de charbon de bois, de soufre et de salpêtre) et la peinture (mélange de gypse et de charbon de bois).
Il est également employé dans l’industrie chimique pour adsorber certains composés (eau, polluants) si ses caractéristiques poreuses lui permettent.

Bibliographie

Charbon de bois, charbon de forge, http://moulinafer.free.fr/Charbon-de-bois.html (20/07/2006).

Précis illustré de mécanique - La mécanique pratique - Guide mécanicien, E. Dejonc, J. Rotschild Editeur, troisième édition 1894, http://fr.wikipedia.org/wiki/Charbon_de_bois (20/07/2006).

Energie de la biomasse végétale, http://www.pensifs.com/techniques/energie-biomasse-charbon-de-bois.php (21/07/2006).

Bois tempérés - Utilisations, Informations de marché dans le secteur des produits de base, http://www.unctad.org/infocomm/francais/boistemp/utilisat.htm (21/07/2006).