Équipements de production de charbon de bois

I. Quelles matières premières conviennent à la fabrication de charbon mécanisé ?

Les matières premières pour le charbon mécanisé sont très variées. Tout matériau de biomasse doté d’une structure fibreuse et capable de se lier peut être utilisé. Les critères essentiels sont : une teneur en humidité adaptée et une capacité à se ramollir et à adhérer sous haute température et haute pression.

Matières dures (produisent un charbon dur à fort pouvoir calorifique)

• Bambou : chutes et copeaux de bambou. Le charbon de bambou obtenu présente une densité extrêmement élevée et une durée de combustion très longue.
• Coques et noyaux de fruits : coques de coco, noyaux d’olive, coques de palmier, coques de noix. Ce sont des matières de haute qualité ; après carbonisation, elles fournissent un charbon à très fort pouvoir calorifique, largement utilisé pour les barbecues.
• Déchets de bois dur : sciure, copeaux de bois, branches broyées.

Matières tendres (produisent un charbon un peu plus léger mais très inflammable)

• Pailles et tiges végétales : tiges de maïs, tiges de coton, tiges de haricot, balles de riz.
• Bois tendre : sciure de pin, sciure de sapin (riches en huiles, faciles à mettre en forme).
• Déchets industriels : bagasse de canne à sucre, coques d’arachide, balles de café, substrat usagé de champignons.

II. Processus de production complet (quatre étapes clés)

La fabrication du charbon mécanisé comporte principalement quatre phases : broyage, séchage, briquetage (mise en forme) et carbonisation.

Étape 1 : Broyage des matières premières

Objectif : Réduire les gros morceaux de matière en particules fines pour optimiser le séchage et le moulage par compression.

Déroulé :

Les matières premières (branches, gros morceaux de bois) sont introduites dans un broyeur de bois.

Si l’on utilise déjà de la sciure ou des particules fines, on passe directement à l’étape de tamisage.

Critère de granulométrie : Les particules broyées doivent mesurer généralement entre 3 mm et 8 mm. Des particules trop grosses ne se ramollissent pas suffisamment lors du briquetage, ce qui entraîne l’éclatement des briquettes. À l’inverse, des particules trop fines (comme la poussière) gênent la circulation de l’air à l’intérieur des briquettes formées.

Caractéristique : Cette étape conditionne la facilité du briquetage ultérieur.

Étape 2 : Séchage (étape déterminante)

Objectif : Éliminer l’excès d’humidité des matières premières. C’est une phase cruciale pour la réussite de la fabrication industrielle de charbon.

Contexte : La teneur en humidité naturelle de la sciure ou de la paille varie généralement entre 30 % et 50 %.

Déroulé :

La matière humide broyée est acheminée par convoyeur dans un séchoir à tambour.

Une source de chaleur (généralement de l’air chaud produit par la combustion de déchets de bois, de charbon ou de granulés de biomasse) pénètre dans le tambour et se mélange à la matière.

Sous la rotation du tambour qui brasse le produit, l’humidité s’évapore rapidement.

Critère d’humidité : La teneur en eau de la matière séchée doit être maintenue entre 8 % et 12 %.

Conseil pratique : Une matière trop sèche (moins de 4 %) ne se plastifie pas sous haute pression et a tendance à se désagréger. Une matière trop humide (plus de 15 %) génère une pression de vapeur excessive pendant le briquetage, causant l’éclatement des produits ou le blocage des machines.

Étape 3 : Briquetage (étape centrale)

Objectif : Compresser la poudre en vrac pour former des briquettes combustibles à haute densité (produits semi-finis) sous haute température et haute pression.

Principe : On exploite la propriété de la lignine, qui se ramollit et devient adhésive à haute température (environ 260 °C à 300 °C).

Déroulé :

La matière séchée est introduite dans une extrudeuse à vis sans fin.

La vis mécanique exerce une pression importante (jusqu’à 500 à 800 kg/cm²), et la friction produit une forte chaleur.

La matière se plastifie dans le corps de la machine et est extrudée en continu à travers une filière.

Les bâtons sortent à haute température (environ 200 à 300 °C) et doivent être refroidis pour durcir.

Le produit obtenu est un bâton semi-fini (bâton écologique, bâton de biomasse). Dès cette étape, c’est un combustible dense qui peut être utilisé directement dans des chaudières.

Caractéristiques : Cette étape consomme beaucoup d’électricité et entraîne une usure importante des équipements, notamment de la vis sans fin. Les bâtons finis présentent généralement un trou central, destiné à la ventilation et à réduire les contraintes de dilatation.

Étape 4 : Carbonisation (phase de transformation)

Objectif : Soumettre les bâtons semi-finis (de couleur brune) à une pyrolyse à haute température, dans un environnement pauvre en oxygène, pour obtenir du charbon noir.

Déroulé : Deux procédés principaux sont utilisés aujourd’hui :

1. Carbonisation dans un four en terre ou en brique (procédé traditionnel)

Les briquettes semi-finies sont empilées dans un four hermétique.

Après allumage, la combustion partielle de certaines briquettes élève la température du four (environ 400 °C à 600 °C) et assure la carbonisation du reste du produit.

L’ensemble du processus nécessite une surveillance manuelle de la couleur de la fumée et de la chaleur pour réguler l’apport d’air. Le four est finalement scellé pour refroidir.

Avantages : faible investissement. Inconvénients : cycle de production long (7 à 10 jours), forte pollution par la fumée, qualité irrégulière.

2. Four de carbonisation par pyrolyse (procédé moderne et écologique)

Les bâtons semi-finis sont chargés par levage ou empilés dans une chambre de carbonisation hermétique (généralement un four vertical ou horizontal).

Le processus de carbonisation se décompose en quatre phases : séchage, pré-carbonisation, carbonisation et refroidissement.

Un chauffage externe (ou la combustion des gaz combustibles produits sur place) porte la température de la chambre jusqu’à la valeur définie (environ 600 °C).

Dans un environnement sans oxygène ou pauvre en oxygène, les composés volatils (goudron de bois, vinaigre de bois, gaz combustibles) de la matière se décomposent et s’échappent.

Ces gaz combustibles récupérés sont réinjectés dans la chambre de combustion comme source de chaleur, assurant l’autosuffisance énergétique de l’installation.

Après carbonisation, le produit est refroidi par eau ou par air avant évacuation.

Avantages : haut niveau d’automatisation, cycle de production court (quelques heures seulement), récupération des produits chimiques (goudron et vinaigre de bois), conformité aux normes environnementales.

III. Caractéristiques globales du procédé

• Valorisation des déchets : Transforme des déchets agricoles et forestiers difficilement exploitables (sciure, balles de riz, paille) en combustible industriel et domestique à haute valeur ajoutée.
• Haute densité et pouvoir calorifique : Le charbon mécanisé a une densité 2 à 3 fois supérieure à celle du charbon classique, avec un pouvoir calorifique de 7 000 à 8 000 kcal/kg. Sa durée de combustion est 3 à 5 fois plus longue que celle du charbon traditionnel.
• Propre et écologique : Il brûle sans fumée, sans odeur, sans étincelles ni crépitements, grâce à sa restructuration sous haute pression et sa structure homogène. Les procédés modernes de carbonisation continue suppriment également les émissions de fumées liées à la fabrication traditionnelle du charbon.
• Forme régulière : Les produits se présentent sous forme de prismes carrés ou hexagonaux, facilitant l’emballage, le transport et l’utilisation.

Grâce à ces différentes étapes, les copeaux de bois et la paille sont transformés en blocs de charbon de dimensions régulières, vendus dans le commerce pour les barbecues ou le chauffage.