Charbon de bois

Le charbon de bois est du bois chauffé avec si peu d'air qu'il se carbonise au lieu de brûler, laissant un combustible noir et léger, fait surtout de carbone. Employé par les métallurgistes depuis au moins le Ve millénaire av. J.-C., puis produit en meules couvertes de terre et en fosses, il leur a donné la chaleur et le gaz réducteur nécessaires pour tirer le cuivre puis le fer de leurs minerais.

Ce que c’est

Le même bois avant et après : le charbon rétrécit et se fendille, mais garde le dessin de l’arbre.

Le charbon de bois est ce qui reste d’un bois chauffé avec trop peu d’air pour brûler. L’eau et la plupart des matières volatiles partent en fumée, et il reste un solide noir, cassant et léger, composé en grande partie de carbone.

À poids égal, il fournit à peu près deux fois plus de chaleur que le bois séché à l’air. Il brûle presque sans flamme ni fumée et, attisé par un soufflet, atteint des températures qu’un feu de bois tient difficilement. Dans un four, il forme aussi du monoxyde de carbone, le gaz qui arrache l’oxygène aux minerais. Pendant quelque six mille ans, il a été le combustible du cuivre, du bronze et du fer.

La planche montre la meule couverte de terre que les charbonniers dressaient dans les forêts d’Europe jusqu’au XXe siècle : un dôme de bois empilé autour d’une cheminée centrale, enveloppé de feuilles et de terre, qu’on laisse couver pendant des jours.

Comment ça marche

Chauffé, le bois sèche d’abord à 100 °C ou un peu moins, puis monte vers 280 °C. Ces deux étapes consomment de l’énergie, fournie par la combustion d’une petite partie de la charge. Au-delà de 280 °C environ, le bois se décompose de lui-même et dégage de la chaleur. L’eau, des acides, des goudrons et des gaz combustibles s’échappent, et le charbon reste.

La fosse fonctionne de la même façon : le bois se carbonise dans un trou, sous des feuilles et de la terre.

Sans apport extérieur, la réaction plafonne vers 400 °C et le charbon garde environ 30 % de matières goudronneuses. Poussé à 500 °C, il atteint environ 86 % de carbone fixe, mais la chaleur se paie en rendement : rapporté au bois anhydre, on obtient environ 42 % de charbon à 300 °C et 33 % à 500 °C, sans compter le bois brûlé pour chauffer.

La couverture de terre joue le rôle de la paroi d’un four. Elle ne laisse entrer que l’air admis par le charbonnier, à travers des évents au pied de la meule. Un peu de bois brûle, consomme cet oxygène, et sa chaleur cuit le reste. Le feu est allumé dans la cheminée centrale et gagne lentement le tas vers l’extérieur, jusqu’au pied. La fumée renseigne sur l’avancement : épaisse et blanche tant que le bois sèche, bleutée ensuite, presque transparente quand une zone est cuite. En se carbonisant, le bois se tasse, la meule s’affaisse et la couverture se fend. Chaque fente doit être bouchée aussitôt, sinon le charbon se consume en cendre.

Comment s’y prendre

Voici les grandes lignes d’une petite meule. Il faut quelques mètres cubes de feuillus bien secs, chêne, hêtre ou noisetier, refendus pour qu’aucune pièce ne dépasse environ 20 cm d’épaisseur, de la paille ou des feuilles, une terre sableuse ou limoneuse, une pelle, un râteau et une centaine de litres d’eau.

Préparer la place. Dégagez jusqu’à la terre nue un cercle plat et bien drainé d’environ 6 m de diamètre, loin des branches basses et des bâtiments.

Dresser le bois autour de la cheminée. Plantez trois ou quatre perches au centre pour former un conduit. Posez au sol un quadrillage de petits rondins pour que les gaz circulent sous le tas. Dressez les bûches debout contre le conduit, légèrement inclinées vers lui, bien serrées, et comblez les vides avec du menu bois. Une meule de village mesure en général environ 4 m de diamètre et 1 à 1,5 m de haut.

Couvrir. Étalez des feuilles, de la paille ou des mottes de gazon sur le bois, puis 10 à 20 cm de terre, mêlée de poussier de charbon si vous en avez. Évitez l’argile collante, qui se fend en séchant. Ménagez six à dix évents tout autour du pied.

Allumer et surveiller. Jetez dans la cheminée une pelletée de braises et nourrissez-les de petit bois sec jusqu’à ce que le cœur du tas prenne. Quand une fumée blanche et épaisse monte régulièrement, fermez en partie le sommet. Dès lors, quelqu’un veille sur la meule jour et nuit : on bouche les fentes avec de la terre humide, on ferme tout évent qui rougeoie et on en ouvre de nouveaux du côté qui traîne. Une petite meule peut finir en un ou deux jours ; les meules traditionnelles de taille moyenne demandaient douze à quatorze jours.

Étouffer, refroidir, défourner. Quand la fumée devient fine et bleue, fermez tous les trous et rechargez de la terre. Attendez que la meule soit froide jusqu’au cœur, ce qui demande deux ou trois jours pour une petite, puis ouvrez-la par secteurs, tirez le charbon au râteau et étouffez tout morceau qui rougeoie ou qui fume avec du sable ou un peu d’eau. Le charbon chaud peut se rallumer à l’air libre : restez vigilant.

Sécurité. Une meule peut déclencher un feu de forêt : renseignez-vous sur la réglementation des feux en plein air, gardez la place nue et ayez de l’eau, du sable et une pelle à portée. La fumée est chargée de monoxyde de carbone, inodore et mortel. Restez au vent, ne vous penchez jamais au-dessus d’un évent ou de la cheminée, et ne carbonisez, ne refroidissez ni ne stockez jamais du charbon chaud dans un lieu clos. Ne montez jamais sur la meule : en se tassant, le bois peut laisser la couverture céder sur une cavité incandescente et provoquer de graves brûlures. Portez des gants et des chaussures en cuir, et tenez les enfants à l’écart.

Histoire et évolutions

Le charbon de bois est aussi ancien que l’usage du feu : chaque foyer préhistorique en laisse, et les archéologues s’en servent pour le dater. Dans la grotte Chauvet, en Ardèche, des peintres ont dessiné des animaux au charbon de pin il y a environ 37 000 à 34 000 ans.

Le métal a créé la première grande demande, même si l’on ignore quand on a commencé à le fabriquer exprès. Au Ve millénaire av. J.-C., au Levant méridional et sur le plateau iranien, on réduisait le minerai de cuivre avec du charbon dans des creusets et de petits fours. À Horvat Beter, près de Beer-Sheva, le minerai venait du Wadi Faynan, à plus de 100 km. Une estimation publiée en 1982, tirée d’archives plus tardives et d’expériences, compte 20 à 40 kg de charbon par kilo de cuivre. Avec 100 kg de charbon pour une fonte de 5 kg, et sept parts de bois pour une de charbon, cela fait quelque 700 kg de bois. En Chine, les plus anciens fours à charbon connus, à Xiwubi dans le Shanxi, voisinaient avec des vestiges de réduction du cuivre de la période d’Erlitou, vers 1900 à 1600 av. J.-C.

Les charbonniers vivaient près de leurs meules dans des huttes de perches et de mottes, pour les surveiller jour et nuit.

Selon la même estimation, le fer ne demandait pas plus de 10 kg de charbon par kilo, forgeage compris, mais on en produisait bien davantage, et le charbonnage devint un métier de la forêt. Dans le Weald anglais comme dans la vallée de Carranza, au Pays basque, les charbonniers ont alimenté forges et ferronneries pendant des siècles, travaillant du printemps à l’automne et logeant en famille dans des huttes près des meules.

Au XVIIIe siècle, un haut fourneau anglais consommait environ huit tonnes de bois, transformées en deux tonnes de charbon, pour chaque tonne de fonte. En 1709, Abraham Darby réduisit le fer au coke, tiré de la houille, à Coalbrookdale, et le coke s’imposa peu à peu. Le charbon de bois a survécu ailleurs : en 2011, il produisait encore environ 30 % de la fonte brésilienne, contre moins de 1 % dans le monde, à partir de plantations d’eucalyptus mais aussi de forêt naturelle. Il reste aussi le combustible du barbecue, le fusain de saule de l’artiste et, une fois activé, le carbone des filtres.