#Four Charbon

5/17/2018 #Four Charbon

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IBA l~ Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 19971 (2), 113-124

Une evaluation de la technique de la carbonisationen meuleYves Schenkel (1), Paul Bertaux (2), Stephane Vanwijnsberghe (3), Jose Carre (1)(I) Station de Genie rural. Centre de Recherches agronomiques de Gembloux. Chaussee de Namur, 146. B-5030 Gembloux (Belgique).(2) Unite d'Economie et Gestion forestieres. Faculte universitaire des Sciences agronomiques de Gembloux. Passage des Deportes, 2.B-5030 Gembloux (Belgique). (3) Bureau d'Etude AGRER. Rue du Magistrat, 2. B-1040 Bruxelles (Belgique).Recu le 4 juillet 1996, accepte le 8 octobre 1996.

Apres avoir examine les differents types de meule de carbonisation utilises de par le monde ainsi que les points particuliers relatifs aleur construction et a la conduite de la carbonisation en meule, nous analysons les differents indicateurs permettant d' apprecierl'efficacite d'une carbonisation tant sur le plan quantitatif que sur le plan qualitatif : rendement massique, rendement energetique,rendement massique pondere. Ensuite, nous comparons la technique de carbonisation en meule a d'autres techniques de carbonisationameliorees. Cette comparaison montre que la methode de la meule peut donner d'aussi bons resultats que les autres methodes decarbonisation, aussi bien en termes de rendement massique (20-25 % masse anhydre) qu'en termes de teneur en carbone fixe (superieurea 75 % masse anhydre).Mots-des. Carbonisation, rendement massique, rendement energetique, meule, qualite du charbon de bois, pays en developpement,technique amelioree,Assessment of the mound kiln carbonization technique. Inthis paper, we firstly analyse the different kinds of earth kiln carbonizationmethods used around the world, including a brief description of their construction and operational aspects. Then we analyse variousindicators assessing the quantitative and qualitative efficiency of a carbonization: mass yield, energy yield, balanced mass yield. Finallywe compare the earth kiln carbonization technique to other improved carbonization methods. The comparison shows that the earth kilnmethod could be as efficient as improved methods, and is characterized by mass yields ranking from 20 to 30% (dry basis) and by fixedcarbon contents above 75% (dry basis). The key factor of the earth kiln carbonization method is the know-how of the charcoal maker.Keywords. Carbonization, mass yield, energy yield, earth kiln, charcoal quality, developing countries, improved technique.

INTRODUCTIONParmi les methodes de carbonisation traditionnelles, latechnique de la meule est encore aujourd'hui tres large-ment pratiquee dans les pays en developpement, Utili seedepuis des siecles a travers le monde, elle a quasi eteabandonnee en Europe, principalement pour des raisons derentabilite, En effet, l'importance de la main-d'oeuvrenecessaire a la confection et a la conduite d'une meule,rend cette technique totalement depassee dans nos paysindustrialises,

Cependant, la situation est differente dans les pays endeveloppement ou la meule traditionnelle et la meuleamelioree sont encore les precedes de carbonisation lesplus repandus. Au Burundi, par exemple, pres de 99 % ducharbon de bois est produit par la methode traditionnelle(Adam, 1990), ce malgre l'existence de plusieurs projetsformant des charbonniers aux techniques dites "amelio-rees". A I'heure actuelle, la methode de la meule faitI'objet de nombreuses controverses. D'une part, sesdetracteurs lui trouvent des difficultes de mise en oeuvreainsi que de mediocres rendements ; on peut egalement

s'interroger sur l'impact environnemental de cette me-thode. D' autre part, beaucoup pensent que cette techniqueest la seule reellement adaptee aux conditions locales :faible investissement, emploi d'une main-d'oeuvre nom-breuse, mobilite du systeme.

L'objectif de ce document est de contribuer a faire lepoint sur les precedes de carbonisation en meule : lesavantages et inconvenients, les performances ainsi que lesconditions d'utilisation de cette methode seront examines.Nous analyserons egalement la place a reserver a cettetechnique en tant que systeme de production dans les paysen developpement.ASPECTS TECHNIQUESLes meules font partie des systemes de carbonisation acombustion partielle de la charge, au meme titre que lesfours metalliques ou les fosses : une partie de la charge debois doit etre brulee afin de liberer l' energie necessaire ausechage et a la carbonisation de la masse. Nous revien-drons plus loin sur les avantages et inconvenients de ceprecede, mais signalons d'ores et deja deux caracteristi-


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114 Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 19971 (2), 113-124ques de la meule la distinguant des autres systemes decarbonisation : simplicite des materiaux utilises (bran-chage, paille, terre) et main-d'oeuvre exigeant un importantsavoir-faire.Types de meuleClassiquement, on distingue trois types de meule decarbonisation : la meule verticale traditionnelle, la meulehorizontale et la meule amelioree, representee essentielle-ment par la meule casamancaise (Briane, Doat, 1985 ;FAO, 1983 ; Foley, 1986).La meule verticale traditionnelle. De base circulaire,cette meule est constituee de bois disposes verticalementautour d'un pieu central et de petits bois soigneusementranges dans les interstices (Figure 1). La meule realisee, lepieu central est retire afin de menager une cheminee. Lerecouvrement est compose de matiere vegetale (paille,herbe, branchages) surmontee d'une couche de terre, sipossible sableuse ou limoneuse.

Figure 1. Meuleverticale(d'apres Briane,Haberman,1984)-Vertical mound kiln.

L'allumage de la charge s'effectue au centre de lameule en laissant tomber des braises dans la cheminee.Apres que le feu soit monte dans cette cheminee, le frontde carbonisation progresse de haut en bas en eventail. Laconduite de cette meule necessite un grand savoir-faire etune surveillance quasi permanente.Lorsque la carbonisation est terminee, la meule estrecouverte d'une couche de terre supplementaire afin de larendre etanche pendant le refroidissement. La duree de lacarbonisation est de l' ordre de 50 heures pour les petitesmeules (- 10 steres), Quant au refroidissement, ilpeutdurer plusieurs jours.La meule horizontale. Ce type de meule est tres proche duprecedent en ce qui conceme la couverture et la conduite(Photo 1). Sa forme se rapproche d'un demi cylindreaplati. Les deux differences significatives par rapport auprecede precedent sont les suivantes :- le bois est range a l'horizontale (longitudinalement) ;- le front de carbonisation se deplace d'une extremite al'autre de la meule.

Y. Schenkel,P. Bertaux,S. Vanwijnsberghe,J. CarreDans le cas de la meule horizontale, la charge est placeetransversalement sur une serie de rondins mis bout a bout,constituant ainsi une grille de circulation de l' air (Foley,1986 ; Lusadisu, 1989 ; Schenkel, 1991 ; Quivy, 1992),tandis qu'Hibajene (1994) signale en Zambie une disposi-

tion de la charge non plus transversale mais longitudinale.Les petits bois sont utilises pour remplir les intersticeslaisses entre les rondins (Figure 2).L'allumage frontal s'effectue du cote sous le vent. Dansle cas d'une meule de grande dimension, le defournementde la zone deja cuite (cote allumage) peut s'effectuer avant

la fin de la carbonisation complete. Le volume de bois desmeules horizontales peut aller jusqu' a 100 steres, le cyclecomplet de carbonisation durant alors plus de 3 semaines(Schenkel, 1991).

-07-----~Figure 2. Constructionde la base de la meule horizontale-Horizontal mound kiln construction.

Les meules ameliorees. La meule amelioree la pluslargement diffusee est la meule casamancaise (Figure 3).Elle presente plusieurs evolutions destinees a ameliorer, aaccelerer et a faciliter la carbonisation et sa conduite.La construction de cette meule exige une bonnecirculation de l' air (plancher de petits bois et amenagementdevents a l'aide de tuyaux situes a la base de la meule)ainsi qu'un rangement preferentiel des rondins (petits boisa la peripherie et gros bois au centre de la meule). Lacouverture quant a elle ne subit pas de modifications parrapport aux meules traditionnelles.

Cependant, la principale amelioration consiste enl'utilisation d'une cheminee fabriquee a partir de materiauxpeu onereux (vieux futs de 200 L). Elle permet unecarbonisation plus rapide et une conduite plus aisee enforcant la circulation des gaz. De plus, les rendementsseraient ameliores grace au tirage inverse. Une meule de100 steres necessite 3 jours de carbonisation et 4 jours derefroidissement.Un autre type de meule amelioree est utilise en Somalie(Robinson, 1988). Sa caracteristique principale est unrecouvrement simple d'une grande partie de la charge debois par des feuilles de metal (deroulage de vieux futs ahuile). Celles-ci constituent une couverture fiable nenecessitant pas de constants jointoyages et assurent ainsi


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Photo 1. Meule horizontale (d'apresSchenkel, 1991) - Horizontal moundkiln.

une etancheite efficace de la charge en carbonisation. Deplus, grace a ces toles, le charbon n'est pas souille par laterre de couverture necessaire aux autres types de meule.La conduite de cette meule s'effectue en tirage inverseavec allumage au sommet alors que les entrees d'air etsorties de fumees se situent a la base de la meule.Conduire une meule de carbonisationTout l' art de la conduite d'une meule consiste, apres unchargement soigneux, a gerer une bonne circulation desgaz chauds dans la charge pour obtenir un rendement desechage et une avancee du front de carbonisation efficacestout en assurant l'etancheite de la couverture. Quel que soitle type de meule, la conduite de la carbonisation reposeprincipalement sur le jeu des entrees d'air et des chemi-nees. L'observation de la couleur des fumees et de l'affais-sement de la couverture guide l'operateur dans la conduitede la carbonisation.11n'existe pas de facon unique de construire ou deconduire une meule. Les methodes different selon la

Figure 3. Meule casamancaise (d'apres Briane, Haberman, 1984)- Casamance mound kiln.

capacite de la meule, les caracteristiques du bois (essence,humidite, dimension) et les habitudes locales. Les quelquesobservations suivantes ont ete rassemblees par Briane etHaberman (1984) pendant la confection et la conduited'une meule verticale traditionnelle en France. Bien quecelle-ci soit de faible capacite (- 7 steres), elle correspondau type de meule non amelioree utilise a travers le monde.Le mat central est retire de facon a pouvoir introduireau fond de la meule quelques pelletees de braises, desti-nees a allumer le cone de petit bois. La cheminee estensuite comblee avec un sac de fines de charbon (Figure4a). Apres que Ie feu soit monte au sommet de la meule, lacheminee est bouchee et le tirage s'inverse. Les entreesd'air se font uniquement par la non-etancheite de lacouverture a mi-hauteur (Figure 4b).

Quelques ouvertures sont pratiquees a la base de lameule de maniere a faire descendre le front de carbonisa-tion de la partie superieure deja cuite. Celui-ci descend etse visualise par de la fumee bleue s' echappant de plus enplus bas (Figure 4c et 4d). Si le vent se leve, il est neces-saire de proteger le cote au vent de facon a eviter uneprogression asymetrique de la carbonisation. Dans la meulehorizontale, les events sont disposes a la base et sur lepourtour de la meule, de maniere a guider l'avancement dufront de carbonisation.Les interventions sont permanentes pour maintenirl'etancheite de la couverture et pour recouvrir definitive-ment les zones deja carbonisees. La duree de la carbonisa-tion atteint 50 heures tandis que le refroidissement neces-site une quarantaine d'heures.

Observations et commentaires- Confection: elle exige beaucoup de savoir faire pourrealiser un rangement serre et homogene ; la manutentionest importante.


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116 Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 19971 (2), 113-12410 braises

aterre

fumees grises

front de f umees b lancha tr es

b

legeres fumees bleues

couverture de terresupplementaire

Figure 4. Conduite de la carbonisation en meule - Moundkiln carbonization.

- Conduite: le front de carbonisation progresse de hauten bas en eventail, La surveillance est permanente et lesinterventions frequentes. La conduite, basee sur l' observa-tion, necessite une bonne qualification de l'operateur. Le

Y. Schenkel, P. Bertaux, S. Vanwijnsberghe, 1. Carrevent peut s'averer tres genant pour mener une carbonisa-tion homogene ; de meme, pendant la saison des pluies, lapratique de la carbonisation en meule est extremementdifficile.- Defournement : seuls les rondins touch ant le sol sontincuits ; le tas de cendres central provient du cone de boisd'allumage. II est conseille de defoumer le charbon parsecteurs pour eviter une reprise de la meule en cas derefroidissement insuffisant.

Ces informations sont confirmees par de nombreuxauteurs, quel que soit le type de meule (verticale, horizon-tale, casamancaise).

LES RENDEMENTS DE LA CARBONISATIONL' objectif de la carbonisation est bien de produire uncombustible solide - le charbon de bois - a partir d'unematiere premiere - Ie bois - en optimisant l' efficacite del' operation a la fois sur le plan quantitatif - produire unequantite maximale de charbon de bois a partir d'unequantite donnee de bois - que sur le plan qualitatif -produire un charbon de bois con tenant plus ou moins dematieres volatiles, donc un taux de carbone fixe minimum.Cette operation est conditionnee par un certain nombre defacteurs : temperature finale de carbonisation ; gradient detemperature ; temps de traitement ; humidite du bois ;dimensions des pieces de bois; essence; conditions clima-tiques.L'appreciation de l'efficacite de l'operation de carboni-sation est classiquement realisee par la determination durendement massique. Cependant, la maximisation de laquantite de charbon de bois produit et de sa qualiteevoluent de maniere contradictoire, ainsi que l' illustre lafigure 5 : toutes choses etant egales, un charbon de hautequalite (a haute teneur en carbone fixe) ne peut s'obtenirque par une carbonisation a haute temperature qui corres-pond a un rendement en masse faible. II s' agit done biend'optimiser la carbonisation pour produire une quantitemaximale de charbon de bois de la qualite desiree,Rendement massiqueLe rendement massique se calcule par le rapport de lamasse de charbon de bois produit sur la masse de boisutilisee. II peut etre calcule sur base anhydre ou sur basehumide par les rapports

Mr; ca 100M baMRMbh ca 100;

(1)

(2


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Une evaluation de la technique de la carbonisation en meule~100 100~90 90 ~:l 80 80 ~70 ! ! , . . . .a : : 70 ~C D 60 60::J Gl0- 50 50

ciii 0III .cIII 40 40 . . . .E r J- 30 30 cc C DC D 20 2 0 . . . .E ::JC D 10 10 C D"'C CC ~l 0 0II: 2 00 300 400 500 600 700 800 900

Temperature (0C)

O ilR M b a = rendement massique de carbonisation sur base

anhydre (%) ;R M b h = rendement massique de carbonisation sur base

humide (%) ;M e a = masse de charbon de bois anhydre (kg) ;M b a = masse de bois anhydre (kg) ;M b h = masse de bois humide (kg).

Nous conseillons l'utilisation de la premiere expres-sion : c'est a partir de la masse anhydre de bois que lecharbon est produit, et non a partir de l'eau qu'il contient.Une humidite plus elevee du bois empeche la reaction demonter en temperature et necessite une quantite d'energieplus importante pour etre eliminee. La masse anhydre dubois est une con stante quelle que soit son humidite. L'inter-pretation des donnees de rendement necessite, toujours, deconnaitre l'humidite du bois. Malheureusement, cettedonnee est bien sou vent absente ou mal definie.

Rendements combinesLe rendement massique seul ne suffit pas a evaluer le bilancomplet d'une carbonisation car il n'inclut pas les elementsqualitatifs des resultats de la transformation du bois encharbon de bois. D'autres rendements sont alors utilises.Un tel facteur est le rendement energetique de carhonisa-tion, dont la formule s'etablit comme suit (1) :

RE (3)O ilRE = rendement energetique de carbonisation (%) ;M e a = masse de charbon de bois anhydre produite a

partir de M b a (kg) ;

(1) Dans le cas O il une source exterieure est necessaire pouramorcer la carbonisation, il y a lieu d'ajouter la quantite d'ener-gie utilisee au denominateur,

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Figure 5. Evolutions du rendement massique (RMba) decarbonisation et de la teneur en carbone (TC) ducharbon de bois produit en fonction de la temperaturede carbonisation (d'apres Briane, Doat, 1985 ; Hum-phreys, Ironside, 1980) - Evolutions of the mass yield(RMba) of carbonization and the carbon content (TC) ofcharcoal according to carbonization temperature.-0- RMba -x-TC (Briane, Doat)-6- RMba -0- TC (Humphreys, Ironside)

rei; =M b a =ret; =

pouvoir calorifique inferieur anhydre du charbonde bois (MJ . kg') ;masse initiale de bois anhydre (kg) ;pouvoir calorifique inferieur anhydre du bois(MJ kg').

On rencontre egalernent la formule analogue:

REI (3')O ilREf = rendement energetique superieur de carbonisa-

tion(%);PCSe a = pouvoir calorifique superieur du charbon de bois(MJ. kg-l) ;PCSb a = pouvoir calorifique superieur du bois anhydre(MJ kg').

L'utilisation de ces formules necessite la determinationdu pouvoir calorifique a la fois du bois et du charbon debois a partir d'un calorimetre adiabatique. Cet equipementn'est pas toujours disponible, surtout dans les pays endeveloppement, ce qui explique que, malheureusement,cette variable est tres rarement donnee dans la litterature.Un autre facteur pourrait alors etre utilise, defini par Girard(1992), le rendement massique pondere :

( 4 )

O ilR M P g o = rendement massique correspondant a une

teneur en carbone fixe de 80 % ;R M x = rendement massique correspondant a la

teneur en matieres volatiles x (%) ;TCx = teneur en carbone fixe correspondant a la

teneur en matieres volatiles x (%).L' auteur considere que la formule est applicable si lateneur en matieres minerales est inferieure a 5 %. A notresens, ce facteur doit neanmoins etre interprete avec la plus


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118 Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 19971 (2), 113-124grande prudence. En effet, Ie tableau 1 montre que pourune teneur en matieres volatiles donnee, done pour unetemperature de carbonisation donnee, Ie produit durendement massique par la teneur en carbone fixe n'est pasune constante mais bien une valeur decroissante nonlineaire avec I'elevation de la temperature de carbonisa-tion. L'estimation du rendement massique pondere estdone biaisee. Cependant, un indicateur d'evaluation de lacarbonisation, base sur la determination simple du rende-ment massique et de la teneur en carbone fixe, serait unoutil extremement utile aux techniciens et energeticienstravaillant dans ce domaine. Cet indicateur sera developpedans une publication future.PERFORMANCES DE DIVERS TYPES DEMEULE A TRAVERS LE MONDEDe nombreuses experimentations ou mesures ont eterealisees a travers Ie monde afin d'evaluer et de comparerles performances et les conditions d'utilisation des diffe-rents types de meule. Le tableau 2 presente quelquesresultats obtenus a partir de ces essais. II faut noter que cesexperimentations ont ete realisees dans des conditionsextrernement variables: sites d'experimentation, qualifica-tion des operateurs, precision des mesures realisees, etc.

II est bien souvent regrettable de constater un manqued'informations sur les essais realises in situ et ceci aussibien sur les caracteristiques du bois utilise (humidite,dimension des rondins, essence) que sur la qualite ducharbon de bois recolte (teneur en carbone fixe). II est donesouvent tres difficile de comparer entre elles les methodesde carbonisation sur base d'etudes realisees selon desschernas experimentaux differents.

Y. Schenkel,P.Bertaux,S.Vanwijnsberghe,J. CarreAu regard des differentes restrictions que nous venons

d'enoncer, les valeurs obtenues et les comparaisons entrecelles-ci foumissent plutot un ordre de grandeur qu'uneconfrontation rigoureuse.

La premiere constatation qui ressort du tableau 2 estl' extreme variabilite des rendements massiques sensustricto obtenus par les meules traditionnelles et ameliorees,En effet, ceux-ci varient du simple (11 %) au quadruple(40 %). Comme nous l'avons deja dit, les conditions decarbonisation des differents essais ne sont pas comparablesmais de telles differences de performances, quelles qu' ensoient les raisons, peuvent deja expliquer les controverseset l'existence de defenseurs et de detracteurs de ce systemede carbonisation. Dans le meme ordre d'idee, il sembledifficile demettre en evidence une difference de rendemententre les meules traditionnelles et casamancaises, cesdernieres montrant des performances variant du simple audouble. Par contre, un aspect ressort nettement de lacomparaison entre meule traditionnelle et casamancaise :la duree du cycle de carbonisation est largement reduitelors de I'utilisation de cette derniere. Cette caracteristiquede la meule casamancaise est determinante quand on saitqu'un des principaux inconvenients de la meule est sonexigence en main-d'oeuvre et en surveillance.

La variabilite des rendements obtenus peut s' expliqueregalement par l' exigence en qualification de l'operateurqui influence considerablement la conduite et les perfor-mances de la meule.

Ajoutons ici que les chiffres de rendement massique decarbonisation et de teneur en carbone fixe cites par Robin-son (1988) nous apparaissent comme etant tres eleves,voire sujets a caution. Nous ne les retiendrons done pasdans la suite de notre analyse.

Tableau 1. Produit du rendement massique de carbonisationet de la teneur en carbone fixe pour differentes temperatures decarbonisation(d'apres Briane, Doat, 1985 ; Humphreys,Ironside, 1980) - Product of the carbonization mass yield by the carboncontent, for different carbonization temperatures.

Briane et Doat Humphreys et IronsideRM b a TC RM ba TC RM P s o RM b a TC RM ba TC RM P s o(% M b a ) (% M e) (% M b a ) (% M e a )90 55 4950 62 91,8 52,3 4801 60,060 72 4320 54 65,2 70,6 4603 57,550 73 3650 46 51,4 73,2 3762 47,040 84 3360 42 40,6 77,7 3155 39,434 90 3060 38 31,0 89,2 2765 34,632 93 2976 37 29,1 92,2 2683 33,528 94 2632 33 27,8 92,8 2580 32,224 95 2280 29 26,7 95,7 2555 31,924 95 2280 29 26,6 96,1 2556 31,9

RM b a = rendement massiquede carbonisation; TC = teneur en carbonefixe du charbon de bois; M b a = masse initiale de boisanhydre;M ea = masseanhydredu charbondebois; RM P s o = rendementmassiqueponderecorrespondant a une teneuren carbonefixede 80 %, defini par la formule(4).


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Une evaluation de la technique de la carbonisation en meule 119Tableau 2. Resultats d'essais de carbonisation en meule realises dans divers pays - Charcoal production with the mound kiln method:results gained in different countries.

Pays Source Type de meule Volume Humidite du R M b a TC Duree(steres) bois (% M b a ) (% M b a ) (% M e a ) (jours)Za'ire (1) Traditionnelle 15 70,2-118,5 30,3-34,3 4340 59,2-106,5 21,2-29,8 45Casamancaise 15 37,1-50,4 29,3-33,5 940 49,2-75,4 20,9-21,3 14

(2) Traditionnelle 120 25 21,1-25,6 70,9-85,1 30

France (5) 7raditionnelle 29,9-42,9 30,6-32,4 72,6-78,2 2 (+ 2 derefroidissement)

Cuba (7) 8raditionnelle 27,6-54,7 22,5-28,8 82,1-89,1 3 (sansrefroidissement)

M ba = masse initiale de bois anhydre ; RM b a = rendement massique de carbonisation ; TC = teneur en carbone fixe; M ea = masseanhydre de charbon de bois. (*) Rendement massique sur base humide.(1) Lusadisu, 1989. (2) Schenkel, 1991. (3) Rarnilison, 1990. (4) Eimer, Ndamana, 1987. (5) Briane, Haberman, 1984. (6) Robinson,1988. (7) Quivy, 1992. (8) Hibajene, 1994.

A cote des methodes traditionnelles, de nombreuxprojets de developpement, soutenus par les agences decooperation nationales ou intemationales, visent a promou-voir des techniques ameliorees, telles que les fours metalli-ques portables, les fours en briques ou meme les fossesameliorees. Le tableau 3 nous donne un apercu desavantages et inconvenients de ces differentes methodes decarbonisation. Les objectifs essentiels de ces projets sontgeneralement d' ameliorer les conditions de travail descharbonniers, d'augmenter leurs rendements de productionet, en consequence, de mieux utiliser les ressourcesnaturelles, notamment forestieres,

II nous parait interessant de comparer les techniquesameliorees sur ce point du rendement de production, c'est-a-dire de I'efficacite. Nous avons rassemble dans Ietableau 4 des donnees publiees dans la litterature oumesurees par les auteurs, relatives a des methodes decarbonisation ameliorees mais simples et de taille reduite,done susceptibles de remplacer la technique de la meule.

Afin de comparer la technique de carbonisation enmeule aux techniques ameliorees, nous avons applique lamethode du rendement energetique aux donnees destableaux 2 et 4 qui nous perrnettent son estimation : Iepouvoir calorifique superieur des essences utilisees estobtenu dans la litterature tandis que Ie pouvoir calorifique

superieur du charbon de bois est obtenu par I'equationsuivante, etablie a partir de 55 couples de mesures decarbone fixe et de pouvoir calorifique effectuees dans notrelaboratoire :

PCSea = 9,1994 T(!l2828pour r = 0,990o uPCSea = pouvoir calorifique superieur (kJ . kg"") ;TC = teneur en carbone fixe (% M ea ) ;r = coefficient de correlation.Les resultats du rendement energetique des carbonisa-tions en meule ou en technique amelioree sont donnes autableau 5.DISCUSSIONLa technique de carbonisation en meule apparait commeetant archaique, peu perforrnante, difficile a conduire. Ellegarde cependant tres largement les faveurs des charbon-niers des pays en developpement.Parcontre, l'important developpement qu'ont connu lestechniques de carbonisation ameliorees en Amerique latine(les fours en briques argentins ou bresiliens), en Asie et


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120 Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 19971 (2), 113-124 Y. Schenkel, P. Bertaux, S. Vanwijnsberghe, J. CarreTableau 3. Avantages et inconvenients des differents systemes de carbonisation (Carre et al., 1984) - Advantages and disadvantagesof different carbonization methods.

Technique Avantages Inconvenients

Meule Mobilite (tout terrain)Materiaux locauxInvestissement nulCarbonise les gros bois sans refenteCapacite ajustablePas de debardageUtilisation residus biomasse

Exigeant en qualification de I' operateurNecessite beaucoup de main-d'oeuvreCharbon de qualite variable et sali par la

couvertureSensible aux aleas climatiquesRendement energetique faiblePollution importante (fumee)

Fosse Investissement tres faibleMateriaux locauxCarbonise les gros bois sans refenteCapacite ajustableConduite aiseeCharbon relativement propreDebardage sur petit perimetre

Sensible aux aleas climatiquesExige un sol profond et coherentBeaucoup de main d'oeuvreQualification de l'operateurRendement energetique faiblePollution importante (fumee)

Fours en maconnerie Materiaux locauxBonne isolation thermiqueConduite aiseeCharbon homogene et propreLongue duree de viePeu sensible aux aleas climatiques

Construction necessitant un macon competentInstallation fixeFrais de debardageCapacite determineeRefroidissement lentRefente des gros boisPerte biomasse petits boisPollution importante (fumee)

Fours metalliques MobiliteCycle court par refroidissement rapideCharbon homo gene et propreConduite aiseePeu sensible aux intemperiesDebardage sur petit peri metre

Investissement lourd en devisesCapacite determineeRefente des gros boisDuree de vie courte

(suivant operateur et qualite des materiaux)Rendement energetique moyenPollution importante (fumee)

Fours industrielscontinus

Qualite ajustable et homo geneRendement eleveAutomatisationRendement energetique elevePollution faible a nulle

Investissement considerable en devisesTechnicite eleveePerimetre d' approvisionnementTransport du boisRefente et preparation du bois

meme dans les pays industrialises (fours metalliques MarkV, four en brique Missouri), a incite les decideurs de 1'aideau developpement a promouvoir des projets d'implantationde fours ameliores dans les pays en developpement lesmoins avances. Ceci se fonde, nous l'avons dit, sur le tripleobjectif daccroitre l'efficacite de transformation du boisen charbon, d'ameliorer le niveau technologique du monderural et d' augmenter le potentiel economique de ce milieu.Qu'en est-il en pratique?

Ainsi que nous l'avons examine ci-dessus, l'efficacited'une technique se mesure a 1'aide de deux parametresessentiellement : le rendement et la teneur en carbone fixe.La forrnule de rendement la plus communement utili see estIe rendement massique mais il est preferable d'utiliser des

rendements combinant teneur en carbone fixe et rendementmassique, comme le rendement energetique, Malheureuse-ment, les etudes de systemes de carbonisation menees surle terrain, generalement dans les zones isolees, ne donnentbien souvent aucune indication quant a la teneur encarbone fixe. Nous ne pouvons qu'insister une fois encoresur la necessite de prelever des echantillons de charbon debois (et de bois) et d'en realiser l'analyse compositionnelle.

Neanmoins, l'analyse des tableaux 2 et 4 se reveleinstructive. Les rendements massiques constates sur meulede carbonisation varient entre 12 et 35 %, les plus fre-quemment rencontres se situant entre 20 et 30 %. Ceschiffres different de donnees souvent citees, evaluant lerendement massique des meules a 15 % ou moins (FAO,


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Une evaluation de la technique de la carbonisation en meule 121Tableau 4. Resultats d'essais de carbonisation par des techniques ameliorees - Results gained with improved carbonization methods.

Technique Type Pays Source Volume Humidite du RM b a TC Duree(steres) bois (% Mb a ) (% Mb a ) (% Mea ) (heures)Fosse Subri Burundi (1) 6 21,9 48Subri Senegal (2) 2,5 31,3-56,5 29,7-35,8 75,1-77,2 10-16

Subri Ghana (3) 6,5 59 25,7 44,5Fours en briques h.b. Philippines (4) 17 4,0 31 79,5h.b. France (5) 3-4 17,6-19,0 22,3-29,7 58,3-72,8 52-69h.a. Zaire (6) 8 22-25 28-32 90h.a. Zaire (7) 7-8 20-29 13,3 75h.a. Kenya et Somalie (8) 12,5 18 28 48c.c. Zaire (7) 33 25-30 19,6 125Fours metalliques Mark V ZaIre (6) 7 22-25 21-32 50Mark V Royaume-Uni (9) 7 27,6-38,0 20,1-22,2 84,1-88,6 21-34

Mark V France (5) 3-4 18,3-22,0 19,9-29,4 61,8-69,5 20-29Mark V ZaIre (7) 7 20-29 12,2 66,1 48rectang. France (5) 3-4 12,4-28,2 24,6-29,7 64,2-70,4 26-45h.b. = hemispherique bresilien ; h.a. = hemispherique argentin ; C.c.= cylindrique canadien (FAO, 1983) ; rectang. = rectangulaire ;M ba = masse de bois initiale anhydre ; RM b a = rendement massique ; TC = teneur en carbone fixe; M ea = masse anhydre du charbonde bois.(1) Rarnilison, 1990. (2) Bertaux, Vanwijnsberghe, 1990. (3) Lejeune, 1981. (4) Philippines Council for Agriculture and ResourcesResearch and Development, 1985. (5) Briane, Haberman, 1984. (6) Lem'nd Laroo, 1989. (7) Schenkel, 1990. (8) Emrich, 1985. (9)Paddon, Harker, 1970.

1983 ; Foley, 1986, Kimaryo, 1983). De plus, les meulesproduisent des rendements tout a fait comparables a ceuxdes techniques ameliorees rnises en oeuvre dans Ie memecontexte humain et economique :- fosse Subri : de 22 a 36 % ;- fours en briques : de 13 a 32 %, mais pour une majeurepartie, superieur a 25 % ;- fours metalliques : de 12 a 30 %, la moyenne etantcomprise entre 20 et 25 %.

La grande variabilite de resultats montree par lesmeules est a attribuer, selon nous, a la difficulte deconduite de cette technique : Ie classement du bois, laconstitution de Ia couverture de paille et de terre doiventetre realises avec beaucoup d'attention, de maniere aassurer une bonne etancheite au cours du processus decarbonisation ; Ie suivi de la carbonisation, de l'evolutiondu front et de l' etat de Ia couverture doit etre constant etattentif, sinon des coups de feu ou des mauvaises cuissonsprovoquent des pertes importantes. La preparation et laconduite d'une meule de carbonisation sont exigeants enmain-d'oeuvre, quantitativement et qualitativement. Ceciexplique pourquoi la technique a ete abandonnee dans Iespays industrialises, mais aussi pourquoi de tres faiblesrendements massiques peuvent etre observes dans I'utilisa-tion de la meule. La meule de carbonisation pose egale-ment Ie probleme de la taille d'une fournee de bois acarboniser. Generalement, dans les pays en developpe-ment, les meules sont de tres grandes tailles, parfois au-

des sus de 100 steres, Dans le cas ou la carbonisation n' estpas bien suivie, si un coup de feu apparait et n' est pasmaitrise rapidement, une grande partie du bois partira enfumee, ne sera pas convertie en charbon de bois. Ceciconstitue non seulement une perte significative pour Iecharbonnier mais aussi un impact negatif pour l' environne-ment.

Sur Ie plan qualitatif, des doutes ont ete exprimes quantala capacite de la technique de la meule d'atteindre destemperatures finales de carbonisation suffisantes pourproduire un charbon de bois d'une teneur minimaleacceptable en carbone fixe (75 %) (Emrich, 1985).

Remarquons tout d'abord qu'un charbon dont la qualitecorrespond a une teneur en carbone fixe de 75 % n' est pasnecessairement recherche par les consommateurs domesti-ques dans les pays en developpement ; en effet, ceux-cipreferent bien souvent un charbon d'une teneur en matieresvolatiles elevee, afin qu'il s'allume facilement et qu'il soitdense (l'achat se fait au volume). Neanmoins, Ies quelquesresultats donnes au tableau 2 montrent qu'il est tout a faitpossible d' obtenir avec la technique de la meule uncharbon d'une teneur en carbone fixe superieure a 75 %.De plus, ce charbon de bois de qualite est obtenu a desrendements massiques d'un excellent niveau, puisquecompris entre 25 et 30 %.Afin de rnieux nuancer notre comparaison, reprenonsles resultats du tableau 5, ou Ie rendement energetiquecombine qualite du charbon de bois (teneur en carbone fixe


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12 2 Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 19971 (2), 113-124Tableau 5. Rendement energetique pour differentes methodes de carbonisation - Energy yield of different carbonization methods.

Y. Schenkel, P. Bertaux, S. Vanwijnsberghe, J. Carre

Techniques Type Pays Bois utilise R M b a TC PCSb a PCSea R E '(% M b a ) (% Me a ) (kJ. kg') (kJ . kg ") (%)AmelioreesFosse Subri Senegal (1) Eucalyptus 32,8 76,6 19737 (8) 31378 52,15camaldulensisFour en briques h.b. Philippines (2) Melange 31 79,5 18768-20855 (9) 31709 47,13-52,38h.b. France (3) Chene 26,0 65,6 18768 (3) 30032 41,60Four metallique Mark V UK (4) Chene 21,2 86,4 20855 (4) 32464 33,00

Mark V France (3) Chene 24,7 65,7 18768 (3) 30045 39,54Mark V ZaIre (5) Acacia 12,2 66,1 19590 (5) 30096 18,74auriculiformisrectang. France (3) Chene 27,2 67,3 18768 (3) 30250 43,84

Meulestradit. ZaIre (5) Acacia 23,4 78,0 19590 (5) 31539 37,67auriculiformistradit. France (3) Chene 31,5 75,4 18768 (3) 31238 52,43tradit. Cuba (6) Eucalyptus pellita 25,7 86,0 19877 (6) 32422 41,92tradit. Zambie (7) Brachystegia sp. 24,3 68,4 20490 (8) 30389 36,04

Les valeurs de rendement massique et de teneur en carbone fixe sont les moyennes des couples de valeurs donnees aux tableaux 2 et 4.RMba = rendement massique ; Mba = masse de bois initiale anhydre ; TC = teneur en carbone fixe; Mea = masse anhydre du charbonde bois; PCSba = pouvoir calorifique superieur du bois anhydre ; PCSea = pouvoir calorifique superieur du charbon de bois anhydre ;RE' = rendement energetique superieur de carbonisation ; h.b. = hemispherique bresilien,Source: (1) Bertaux, Vanwijnsberghe, 1990. (2) Philippines Council for Agriculture and Resources Research and Development, 1985.(3) Briane, Haberman, 1984. (4) Paddon, Harker, 1979. (5) Schenkel, 1990. (6) Quivy, 1992. (7) Hibajene, 1994. (8) Doat, 1977. (9) LePCS n'etant pas disponible pour cette reference, nous avons repris les deux extremes de la liste des PCS donnes dans ce tableau.

- pouvoir calorifique) et rendement massique de carbo-nisation.Le rendement energetique varie de 18,7 a 43,8 % et de36,0 a 52,4 % pour les techniques ameliorees et pour lesmeules respectivement. Ceci confirrne que la carbonisationen meule peut donner des resultats comparables auxtechniques ameliorees aussi bien sur le plan qualitatif quesur le plan quantitatif, pour autant que le processus soitbien mene et controle. Ceci impose un savoir-faire certaindu charbonnier qui est le facteur-cle du succes d'unecarbonisation en meule.Par leur statisme, les fours en maconnerie exigentsouvent l'achat d'un materiel de manutention qui peutfreiner leur developpement. Les fours metalliques quant aeux necessitent des investissements importants que biensouvent le charbonnier ne peut se permettre, et ont uneduree de vie tres reduite sous les climats tropicaux etequatoriaux. Ces fours sont cependant beaucoup plusfaciles a conduire que les meules ou les fosses. Lesrendements de carbonisation ainsi que la qualite ducharbon de bois obtenu sont done en principe plus aise-ment maximises, pour autant que les charbonniers maitri-sent bien la conduite de ces fours.

Dans les conditions socio-economiques des pays endeveloppement, i1ressort que la technique de la meule, parson faible investissement, sa grande mobilite et sa sou-plesse quant au materiau utilise apparait mieux adaptee auxconditions locales. Le charbonnier des pays en developpe-ment ne dispose que de peu de ressources financieres. Sacapacite d'investissement est done tres limitee ala fois auniveau financier s'il doit acheter la coupe de bois, et plusdeterminant encore, au niveau de I'equipement. Sonactivite est generalement itinerante quand elle l'occupe atemps plein. II doit alors acheter, aux autorites du pays, uneconcession lui permettant l'exploitation du site. Le cas leplus frequent est un temps partage entre son activite decharbonnier et de cultivateur/eleveur.

La confection d'une meule requiert une quantiteimportante de main-d'oeuvre, la surveillance ne necessitepas une presence perrnanente, mais est longue et doit etremenee avec soin. Ce facteur, de par le coflt eleve de lamain-d'oeuvre dans les pays industrialises, s'il y a conduitala disparition de cette technique, prend une autre signifi-cation dans les pays en developpement ou la notion derentabilite est tres differente et ou les problemes de main-d'oeuvre sont moins importants.


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Une evaluation de la technique de la carbonisation en meuleUne carbonisation plus efficace et plus performante ne

pourra etre acquise dans les pays en developpement quegrace a un effort prealable de formation des charbonniers,quelle que soit la technique de carbonisation utili seelocalement. Ensuite, s'il est souhaitable de developper lestechniques ameliorees de carbonisation, il est indispensablede mettre en place des systemes de transfert de technolo-gies mais surtout de soutien financier aux entreprises demaniere a generaliser les quelques projets mis en placedans les pays en developpement.CONCLUSIONLa meule de carbonisation est une technique qui se revelebien adaptee au contexte socio-economique des pays endeveloppement : elle requiert tres peu d'investissement enequipemems, est mobile, ne necessite pas de debardage etest tres flexible quant au volume de bois a carboniser. Deplus, nous avons montre que, mise en oeuvre par descharbonniers experimentes et consciencieux, la meule peutproduire un charbon de qualite (carbone fixe de 71 a 89 %de la masse anhydre) avec des bons rendements en masse(de 20 a 35 % sur base anhydre). Cependant, ces bonsresultats dependent surtout du charbonnier : suivi de lacarbonisation, experience. Ceci explique pourquoi certainstres mauvais resultats ont pu etre observes, tels des rende-ments massiques de carbonisation inferieurs a 10 %. Lameule est egalement exigeante en quantite de main-d'oeuvre, mais ceci n'est certainement pas un inconvenientdans les pays en developpement.

Le principal avantage des techniques ameliorees, telsles fours en briques ou metalliques, est leur facilite d'utilisa-tion : ils sont plus simples a conduire, la carbonisation estplus aisernent maitrisee. Cependant, les resultats relevessur Ie terrain ou dans la litterature montrent que cestechniques ameliorees, utili sees dans Ie meme contextesocio-economique, ne foumissent pas des performances decarbonisation meilleures que les meules : les rendementsmassiques et la qualite du charbon de bois se situent aumeme niveau.

Ceci confirme que des bonnes performances de carbo-nisation sont obtenues par des charbonniers maitrisant bienla technique, quelle qu'elle soit. L'amelioration de laproduction du charbon de bois dans les pays en developpe-ment ne sera obtenue que par une formation aussi large quepossible des charbonniers oeuvrant dans ces pays. Lestechniques ameliorees, de par leur conduite plus facile amaitriser, doivent donner des resultats moins variables, soitun rendement de carbonisation et une qualite de charbonde bois plus constants. Neanmoins, Ie principal inconve-nient des techniques ameliorees - fours metalliques, enbriques, continus - restera encore longtemps leur coutd'investissement prohibitif pour beaucoup de charbonniersdes pays en developpement, Seules des petites entreprises,bien structurees, seront a meme de faire Ie saut technolo-

12 3gique vers les systemes de carbonisation necessitant desinvestissements consequents.

Par consequent, sur Ie plan technique, des ameliorationssimples des methodes traditionneIles, requerant tres peud'investissement, essentiellement en materiaux locaux,sont susceptibles d' apporter un "plus" a la production decharbon de bois par Ie secteur informel (petites equipes decharbonniers) dans les pays en developpement.

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(24 ref.)

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