Contexte

Le charbon de bois est un combustible souhaitable car il produit un feu chaud, durable et pratiquement sans fumée. Combiné avec d’autres matériaux et formé en morceaux uniformes appelés briquettes, il est populairement utilisé pour la cuisson en plein air aux États-Unis. Selon la barbecue Industry Association, les Américains ont acheté 883 748 tonnes de briquettes de charbon de bois en 1997.

Le charbon de bois de base est produit en brûlant un matériau riche en carbone, comme le bois, dans une atmosphère pauvre en oxygène. Ce processus chasse l’humidité et les gaz volatils qui étaient présents dans le combustible d’origine. Le matériau carbonisé qui en résulte brûle non seulement plus longtemps et plus régulièrement que le bois entier, mais il est aussi beaucoup plus léger (un cinquième à un tiers de son poids d’origine).

Historique

Le charbon de bois est fabriqué depuis la préhistoire. Il y a environ 5 300 ans, un infortuné voyageur a péri dans les Alpes tyroliennes. Récemment, lorsque son corps a été retrouvé sur un glacier, les scientifiques ont découvert qu’il avait transporté une petite boîte contenant des morceaux de bois carbonisé enveloppés dans des feuilles d’érable. L’homme n’avait pas d’outils d’allumage du feu tels que des silex avec lui, il semble donc qu’il ait pu transporter du charbon de bois fumant à la place.

Il y a encore 6 000 ans, le charbon de bois était le combustible préféré pour fondre le cuivre. Après l’invention du haut fourneau vers 1400 après JC , le charbon de bois a été largement utilisé dans toute l’Europe pour la fusion du fer. Au XVIIIe siècle, l’épuisement des forêts a conduit à préférer le coke (une forme de charbon de bois à base de charbon) comme combustible de substitution.

L’abondance des forêts dans l’est des États-Unis a fait du charbon de bois un combustible populaire, notamment pour la forge. Il a également été utilisé dans l’ouest des États-Unis jusqu’à la fin des années 1800 pour l’extraction de l’argent du minerai, pour le ravitaillement des chemins de fer et pour le chauffage résidentiel et commercial.

La transition du charbon de bois d’un combustible de chauffage et industriel à un matériau de cuisson récréatif a eu lieu vers 1920 lorsque Henry Ford a inventé la briquette de charbon de bois. Non seulement Ford a réussi à rentabiliser l’utilisation de la sciure et des déchets de bois générés par son usine automobile, mais son activité secondaire a également encouragé l’utilisation récréative des voitures pour les sorties pique-nique. Les grils de barbecue et le charbon de bois Ford étaient vendus chez les concessionnaires automobiles de l’entreprise, dont certains consacraient la moitié de leur espace au commerce des fournitures de cuisine.

Historiquement, le charbon de bois était produit en empilant du bois dans un monticule en forme de cône et en le recouvrant de terre, de gazon ou de cendres, en laissant des trous d’admission d’air autour du bas du tas et un orifice de cheminée au sommet. On mettait le feu au bois et on le laissait brûler lentement, puis on couvrait les trous d’aération pour que le tas refroidisse lentement. À une époque plus moderne, la charbonnière à usage unique a été remplacée par un four en pierre, en brique ou en béton pouvant contenir de 25 à 75 cordes de bois (1 corde = 4 pieds x 4 pieds x 8 pieds). Un grand lot pouvait brûler pendant trois à quatre semaines et prendre sept à dix jours pour refroidir.

Cette méthode de production de charbon de bois génère une quantité importante de fumée. En fait, les changements de couleur de la fumée signalent les transitions vers les différentes étapes du processus. Au départ, sa teinte blanchâtre indique la présence de vapeur, car les vapeurs d’eau sont chassées du bois. Comme d’autres composants du bois tels que

Le charbon de bois de base est produit en brûlant un matériau riche en carbone tel que le bois dans une atmosphère pauvre en oxygène. Ce processus chasse l’humidité et les gaz volatils qui étaient présents dans le combustible d’origine. Le matériau carbonisé qui en résulte brûle non seulement plus longtemps et plus régulièrement que le bois entier, mais il est aussi beaucoup plus léger (un cinquième à un tiers de son poids d’origine).

les résines et les sucres brûlent, la fumée devient jaunâtre. Enfin, la fumée passe à un bleu vaporeux, indiquant que la carbonisation est terminée ; c’est le moment approprié pour étouffer le feu et laisser refroidir le contenu du four.

Une autre méthode de production de charbon de bois a été développée au début des années 1900 par Orin Stafford, qui a ensuite aidé Henry Ford à établir son entreprise de briquettes. Appelée méthode de la cornue, elle consiste à faire passer le bois dans une série de foyers ou de fours. Il s’agit d’un processus continu dans lequel le bois entre constamment à une extrémité d’un four et le matériau carbonisé sort à l’autre ; en revanche, le processus traditionnel du four brûle le bois par lots distincts. Pratiquement aucune fumée visible n’est émise par une cornue, car le niveau constant de sortie peut être traité efficacement avec des dispositifs de contrôle des émissions tels que des post-brûleurs.

Matières premières

Les briquettes de charbon de bois sont composées de deux ingrédients primaires (comprenant environ 90% du produit final) et de plusieurs ingrédients mineurs. L’un des ingrédients primaires, appelé charbon de bois, est essentiellement le charbon de bois traditionnel, tel que décrit ci-dessus. Il est responsable de la capacité de la briquette à s’allumer facilement et à produire la saveur désirée de fumée de bois. La matière première la plus souhaitable pour ce composant est le bois dur comme le hêtre, le bouleau, l’érable dur, le caryer et le chêne. Certains fabricants utilisent également des bois tendres comme le pin, ou d’autres matières organiques comme les noyaux de fruits et les coquilles de noix.

L’autre ingrédient principal, utilisé pour produire un feu à haute température et de longue durée, est le charbon. Divers types de charbon peuvent être utilisés, allant du lignite subbitumineux à l’anthracite.

Les ingrédients mineurs comprennent un agent liant (généralement de l’amidon fabriqué à partir de maïs, de milo ou de blé), un accélérateur (tel que le nitrate) et un agent de blanchiment des cendres (tel que la chaux) pour faire savoir au barbecutier de fond de cour quand les briquettes sont prêtes à cuire.

Le processus de fabrication

La première étape du processus de fabrication consiste à carboniser le bois. Certains fabricants utilisent la méthode du four (par lots), tandis que d’autres utilisent la méthode de la cornue (en continu).

Diagramme schématique illustrant les procédés de fabrication nécessaires à la création de briquettes de charbon de bois.

Carbonisation du bois

• 1 (Processus discontinu) Il faut un jour ou deux pour charger un four à béton de taille typique avec environ 50 cordes de bois. Lorsque le feu est allumé, les orifices d’admission d’air et les évents d’évacuation sont complètement ouverts pour aspirer suffisamment d’oxygène pour produire un feu chaud. Pendant la période de combustion d’une semaine, les orifices et les bouches d’aération sont ajustés pour maintenir une température comprise entre 450 et 510 °C (840-950 °F). À la fin de la période de combustion souhaitée, les orifices d’admission d’air sont fermés ; les orifices d’évacuation sont scellés une heure ou deux plus tard, après l’arrêt du fumage, pour éviter l’accumulation de pression dans le four. Après une période de refroidissement de deux semaines, le four est vidé, et le bois carbonisé(char) est pulvérisé.
• 2 (Procédé continu) Le bois est calibré (brisé en morceaux de la bonne dimension) dans un broyeur à marteaux. Une taille de particule d’environ 0,1 in (3 mm) est courante, bien que la taille exacte dépende du type de bois utilisé (par exemple, écorce, sciure sèche, bois humide). Le bois passe ensuite dans un grand séchoir à tambour qui réduit sa teneur en humidité de moitié environ (à environ 25 %). Ensuite, il est introduit dans la partie supérieure du four à plusieurs foyers (cornue).

  Extérieurement, la cornue ressemble à un silo en acier, de 40-50 pieds (12,2-15,2 m) de haut et de 20-30 pieds (6,1-9,14 m) de diamètre. À l’intérieur, elle contient une pile de foyers (de trois à six, selon la capacité de production souhaitée). La chambre supérieure est le foyer à la température la plus basse, de l’ordre de 525° F (275° C), tandis que la chambre inférieure brûle à environ 1 200° F (650° C). La chaleur externe, provenant de brûleurs à huile ou à gaz, n’est nécessaire qu’au début et à la fin du fourneau ; aux niveaux intermédiaires, les gaz de bois en évolution brûlent et fournissent suffisamment de chaleur pour maintenir les niveaux de température désirés.

  A l’intérieur de chaque chambre, le bois est remué par des bras en forme de râteau s’étendant à partir d’un arbre central qui traverse verticalement toute la cornue. Ce processus de brassage lent (1 à 2 tr/min) assure une combustion uniforme et déplace le matériau dans l’autoclave. À chaque niveau, les bras poussent le bois brûlant vers un trou autour de l’arbre central ou vers des ouvertures autour du bord extérieur du plancher afin que le matériau puisse tomber au niveau inférieur suivant. À la sortie de la dernière chambre, le bois fumant est éteint par un jet d’eau froide. Il peut ensuite être utilisé immédiatement, ou être stocké dans un silo jusqu’à ce qu’il soit nécessaire.

  Une cornue typique peut produire environ 5 500 lb (2,5 tonnes métriques) de charbon par heure.

Carbonisation du charbon

• 3 Les catégories inférieures de charbon peuvent également être carbonisées pour être utilisées dans le charbon de bois. Le charbon broyé est d’abord séché, puis chauffé à environ 1 100° F (590° C) pour chasser les composants volatils. Après avoir été refroidi à l’air, il est stocké jusqu’à son utilisation.

Briquetage

• 4 Le charbon, et les ingrédients mineurs tels que le liant d’amidon sont introduits dans les proportions appropriées dans un mélangeur à palettes, où ils sont soigneusement mélangés. A ce stade, le matériau a une teneur en humidité d’environ 35%, ce qui lui donne une consistance semblable à celle de la terre végétale humide.
• 5 Le matériau mélangé est lâché dans une presse constituée de deux rouleaux opposés contenant des indentations de la taille d’une briquette. En raison de la teneur en humidité, du liant, de la température(environ 105° F ou 40° C), et de la pression des rouleaux, les briquettes conservent leur forme lorsqu’elles tombent au fond de la presse.
• 6 Les briquettes tombent sur un convoyeur, qui les transporte à travers un séchoir à passage unique qui les chauffe à environ 275° F (135° C) pendant trois à quatre heures, réduisant leur teneur en humidité à environ 5%. Les briquettes peuvent être produites à un taux de 1 à 9 tonnes métriques par heure. Les briquettes sont soit ensachées immédiatement, soit stockées dans des silos en attendant le prochain cycle d’emballage prévu.

Ensachage

• 7 Si des briquettes « instant-light » sont produites, un solvant hydrocarbure est atomisé et pulvérisé sur les briquettes avant l’ensachage.
• 8 Les briquettes de charbon de bois sont emballées dans une variété de tailles de sacs, allant de 4 à 24 lb. Certains petits emballages pratiques sont fabriqués de façon à ce que le consommateur puisse simplement allumer le feu à tout le sac sans retirer les briquettes au préalable.

Sous-produits/déchets

À la fin du dix-neuvième siècle et au début du vingtième siècle, la récupération de l’acide acétique et du méthanol comme sous-produits du processus de déchiquetage du bois est devenue si importante que le charbon de bois lui-même est essentiellement devenu le sous-produit. Après le développement de techniques plus efficaces et moins coûteuses pour synthétiser l’acide acétique et le méthanol, la production de charbon de bois a diminué de manière significative jusqu’à ce qu’elle soit revitalisée par le développement de briquettes pour la cuisson récréative.

Le processus discontinu de carbonisation du bois produit des quantités importantes de fumée chargée de particules. L’équipement des conduits d’évacuation avec des post-brûleurs peut réduire les émissions jusqu’à 85%, mais en raison du coût relativement élevé du traitement, il n’est pas couramment utilisé.

Non seulement le niveau de fonctionnement plus constant des cornues facilite le contrôle de leurs émissions avec des post-brûleurs, mais il permet une utilisation productive des effluents gazeux combustibles. Par exemple, ces gaz peuvent être utilisés pour alimenter des séchoirs à bois et des séchoirs à briquettes, ou pour produire de la vapeur et de l’électricité.

La production de briquettes de charbon de bois est écologique d’une autre manière : le plus grand fabricant de briquettes des États-Unis n’utilise que des déchets pour son approvisionnement en bois. Les copeaux de bois, la sciure et l’écorce des fabricants de palettes, des fabricants de revêtements de sol et des scieries sont transformés à partir de piles de déchets en briquettes utiles.

L’avenir

Les méthodes de production de charbon de bois et de briquettes ont peu évolué au cours des dernières décennies. L’innovation la plus importante de ces dernières années a été le développement de briquettes « instant-light ». Une nouvelle version introduite en 1998 sera prête à cuire sur environ 10 minutes.