EN PRATIQUE

QUATRIÈME

I - Bois et environnement : bois fossile
Pour l'élève : document
Le bois fossile, outre l'intérêt esthétique qu'il présente, a un grand intérêt scientifique.
Les bois fossiles se rencontrent à l'état remanié ou enclavés dans des roches. Le bois fossile est un bois, qui lors de sa sédimentation a subi une minéralisation qui peut s'effectuer de deux façons, soit par incrustation de carbonate de chaux si le milieu est riche en cet élément ou soit par silification, ce processus se faisant par enfouissement dans un milieu siliceux ou en liaison avec des phénomènes volcaniques tardifs sous l'action de vapeur d'eau minéralisée.

La minéralisation par incrustation de carbonate de chaux entraîne la pétrification,
telle celle que l'on observe dans la forêt d'Aurus (Sud-Ouest africain)
© P. JAMAIN, Jacana

Les cernes de croissance de ces arbres sont fossilisés et donnent des indications précieuses sur la croissance de ces arbres, croissance qui dépend des conditions climatiques et des saisons.
La variabilité dans l'existence de ces cernes constitue de plus un élément de datation absolue ou relative.

Silicification d'un gros tronc de Conifère triasique provenant de la forêt pétrifiée d'Arizona (États-Unis)
© C. BEVILACQUA

Pour l'élève : questions
1 - Rappelez brièvement l'origine des vaisseaux du bois.
2 - Pourquoi dans les régions tempérées, les cernes du bois forment-ils des anneaux concentriques bien différenciés ?
3 - Pourquoi les arbres de la forêt tropicale montrent-ils des anneaux de croissance assez obscurs où aucune structure périodique n'est reconnaissable ?
4 - Unger fut le premier géologue en 1847 a constaté que les bois fossiles de certaines périodes de l'ère primaire ne présentaient pas d'anneaux de croissance. Quelle interprétation pouvez-vous donner ?
5 - Dans le Yellowstone National Park aux Etats-Unis, nous découvrons de magnifiques troncs en améthyste restés en place et dressés les uns contre les autres. Comment peut-on expliquer cette présence sachant que ce parc est situé dans une zone où les volcans sont nombreux ?

Pour l'enseignant : réponses
1 - Les cellules se chargent de lignine et les cloisons de leurs extrémités disparaissent. Des conduits se constituent alors : les vaisseaux conducteurs de la sève.
2 - Elles traduisent le caractère saisonnier du climat.
3 - C'est en raison de l'absence de saisons.
4 - Le climat ne devait pas présenter de saisons bien marquées.
5 - Ils ont été ensevelis lors des éruptions volcaniques (cendres) et silicifiés par les vapeurs d'eau minéralisée.

II - La fabrication du charbon de bois aux XVIIIe et XIXe siècles

La fabrication du charbon de bois au XVIIIe siècle
Pour l'élèves : document

La technique des meules
© Encyclopédie de Diderot et de D'Alembert

La technique des meules
© Encyclopédie de Diderot et de D'Alembert

Pour l'élève : questions
1 - D'après les informations fournies par le texte ci-dessus, nommer les phases de l'élaboration du charbon de bois indiquées sur les dessins par les numéros de 1 à 7.
     1 =
     2 =
     3 =
     4 =
     5 =
     6 =
     7 =
2 - Quels sont les avantages du charbon de bois ?
3 - Comment est-il conditionné avant livraison ?

Pour l'enseignant : réponses
1 - Les phases de l'élaboration du charbon de bois :
     1 = construction de la meule
     2 = meule construite
     3 = mise en place de la couverture de terre et de mousse
     4 = mise à feu par la cheminée
     5 = combustion de la meule
     6 = mise à nu des rondins
     7 = ramassage du charbon de bois
2 - Le charbon de bois est léger. Il s'enflamme facilement et possède un pouvoir calorifique important car il est riche en carbone.
3 - Il est conditionné en sac pour la livraison aux particuliers. Il est livré en vrac aux usines.

La fabrication du charbon de bois au XIXe siècle
Pour l'élèves : document
"Le procédé des meules ayant l'inconvénient de donner un rendement très variable suivant les circonstances extérieures et en moyenne assez faible, certains constructeurs ont cherché à établir des appareils permettant d'opérer la carbonisation en forêt dans de meilleures conditions. On connaît, du nom de leurs inventeurs, les appareils Moreau et Dromart. (...)
L'appareil Moreau se compose d'un vase en tôle ayant la forme d'un prisme droit octogonal ; sa hauteur est de 2,50 m et chacun des huit côtés a 1 m de largeur. Des cheminées et des buses disposées sur le pourtour et au sommet de ce récipient servent au dégagement des gaz et des liquides produits par la carbonisation. Des prises d'air, ouvertes dans le bas, permettent d'allumer facilement le bois qu'on dispose dans l'intérieur. Au moyen d'une disposition fort ingénieuse, toutes ces ouvertures se ferment d'elles-mêmes, automatiquement, quand la combustion devient trop active. L'appareil est construit de façon à pouvoir se démonter et se transporter facilement et il permet de carboniser, en trente heures, environ 10 stères de bois. Au dire de l'inventeur, le charbon produit serait excellent et le rendement en poids s'élèverait à 23 et 24 %.
L'appareil Dromart se compose d'une cage en forme de dôme, composé de plaques de forte tôle montées sur un bâti en fonte. La partie supérieure se termine par une cheminée munie d'un couvercle mobile ; la partie inférieure est ouverte et la cage se pose simplement sur une aire préparée comme pour une meule ordinaire. Dans cette aire, on établit d'ailleurs préalablement, en maçonnerie de brique et d'argile, un foyer qui, sans communiquer avec l'intérieur de la cage, y fait pénétrer la chaleur par une série de conduits convenablement disposés à la surface du sol et dont quelques uns sont recouverts de plaques de fonte. La cage s'emplit de bois au moyen d'une porte ménagée sur le côté ; on allume le foyer et la carbonisation ne tarde pas à se produire. Lorsque des vapeurs de couleur rouge commencent à se dégager, on éteint le feu, on ferme la cheminée et on laisse refroidir le tout. Le four de M. Dromart, tel que cet ingénieur le construit aujourd'hui, contient 20 stères et a 4 m de diamètre à la base. Le poids et les dimensions des diverses pièces entrant dans la construction ont été calculés de façon que le transport en soit facile. Il a été employé pendant plusieurs années dans les Landes et il résulte de diverses expériences, notamment de celle faite en 1870 par M. Roux, garde général des forêts, que le rendement en charbon est au moins de 25 % du poids du bois employé.
Cet appareil, pas plus que celui de M. Moreau, ne s'est encore répandu dans la pratique. Nous doutons même que les fours de ce genre arrivent jamais à être d'un usage général car ils entraînent une mise de fonds et des frais qui compensent en grande partie la plus value réalisée sur la production du charbon. Ils pourraient toutefois trouver un emploi fort utile dans certaines circonstances, notamment pour la carbonisation des brindilles et des menus arbrisseaux que les marchands de bois et les propriétaires des forêts ne savent trop souvent comment utiliser. Ainsi, la Compagnie des Forges d'Audincourt (...) a-t-elle, après divers essais, continué à suivre le procédé des meules pour la carbonisation des bois de grosseur ordinaire tout en adoptant un four d'une forme rappelant celle de l'appareil Moreau, pour confectionner avec les bourrées un charbon dont elle tire bon parti. Dans les contrées comme les Landes et la région des Maures et de l'Estérel, ou se trouve des quantités immenses de bruyères et de mort-bois, qu'on est parfois obligé de détruire à grands frais, des appareils de ce genre pourraient rendre des services incontestables."

M. Larzillière, Sous-Inspecteur des Forêts,
Notice sur le débit des bois de feu, leur mode de vente et les procédés de carbonisation usités en France,
Exposition universelle de 1878,
Ministère de l'Agriculture et du Commerce, Administration des Forêts, Paris,
Imprimerie Nationale, 1878.

Pour l'élève : questions
1 - Quels progrès les fours apportent-ils à la carbonisation ?
2 - Pourquoi l'auteur du texte ne croit-il pas en leur avenir ?
3 - À quel usage destine-t-il les fours ?

Pour l'enseignant : réponses
1 - Les fours permettent d'automatiser la conduite du feu par les prises d'air dont ils sont équipés. Facilement démontables, ils sont aisément transportables en différents points de la forêt.
2 - L'auteur du texte estime que leur achat et leur entretien est trop coûteux par rapport à la valeur marchande du charbon de bois. Leur emploi risque d'amenuiser le bénéfice des charbonniers.
3 - L'auteur pense que les fours seraient appropriés pour la carbonisation des brindilles et arbrisseaux dont les charbonniers et propriétaires forestiers ne savent généralement que faire.

III - Charbon de bois, houille et métallurgie au XIXe siècle
Pour l'élèves : document
"En 1789, la crise du combustible végétal - paroxysme des prix et menace de disette - semble contraindre la sidérurgie française à passer au combustible minéral, à l'exemple de l'Angleterre". En 1785, "la création de la Fonderie du Creusot avait marqué l'entrée dans cette nouvelle ère. Or la sidérurgie au bois parviendra à son plus haut niveau historique en 1856, ayant progressé dans l'intervalle de 375 % pour la fonte et de 160 % pour le fer. À l'intérieur du système technique classique, il restait une belle marge de croissance ! La chronique d'un déclin annoncé anticipait l'événement de près d'un siècle. La mutation annoncée est devenue transition lente : la substitution finale d'un combustible à l'autre ne s'est imposée qu'après une longue phase de coexistence.

Sur le versant du combustible végétal, une chaîne d'inventions ou d'améliorations cumulées a fait reculer de façon inespérée la consommation unitaire. Ce mouvement prolonge un effort d'économie déjà notable au XVIIIe siècle, mais que la hausse du prix du bois, jusqu'en 1835 environ, rend impératif. Toutes les étapes de la fabrication sont visées" : amélioration de la carbonisation du bois, remplacement du débitage à la hache par le sciage, généralisation du procédé comtois d'affinage du fer et de la section circulaire pour les hauts fourneaux, soufflage à l'air chaud. "Si l'on additionne les effets de toutes ces mesures, le succès de l'entreprise est évident : pour une production de fonte au bois qui a plus que doublé entre 1809 et 1856 (celle du fer au bois restant étale), la consommation de bois de feu, autrement dit le prélèvement sidérurgique sur la forêt, n'aurait augmenté que d'un tiers.

Faire usage du charbon de terre, c'était à proprement parler, révolutionner la sidérurgie. (...) Cela entraîne à changer presque tout dans les hauts fourneaux, les affineries, les mécaniques, les ateliers", exige "d'être placé près des houillères donnant le charbon convenable, d'avoir le minerai à portée du combustible et de former des ouvriers à ce nouveau genre de travail". De plus, "coke ou houille brute, le minéral affrontait en France la prévention durable de la clientèle... La fonte au coke était jugée bonne pour le moulage, mais cassante à l'affinage (...). Les fers à la houille n'avaient pas, disait-on, la qualité des fers au bois. (...) Il fallait donc une incitation puissante, en termes de marché, pour aventurer des capitaux dans pareille entreprise. Dans les années 1820, le calcul des coûts comparés plaide, à l'évidence, pour le nouveau combustible, si l'on peut installer des usines sur les bassins houillers. (...) Dans le rayon d'influence d'un bassin houiller, seules des usines à bois qui produisent des fers de très haute gamme peuvent subsister. Au-delà le prix du transport handicape le charbon. (...) Quand le chemin de fer le permettra, disent les entrepreneurs en 1828, ces dépenses diminueront des deux tiers. (...) À cette date, une dizaine de hauts fourneaux au coke fournissaient 10 % de la production totale de fonte. La voie anglaise n'avait pas fait entièrement ses preuves.

La demande globale se déplace visiblement d'un combustible à l'autre dans le deuxième tiers du siècle. (...) Le prix du bois, qui n'a cessé de monter jusqu'en 1835, explique largement l'évolution. En retour, le comportement nouveau des consommateurs a stabilisé ce prix par la suite. La sidérurgie en profite et évolue selon la ligne générale : le combustible le plus cher va à son usage le plus pertinent. La fonte au bois, le fer à la houille sera le binôme dominant. Plus les forges à l'anglaise se multiplient, plus la demande de fonte suscite la création de hauts fourneaux au bois. (...) Si, jusqu'en 1830, les autorisations d'usines restent conditionnées par un examen rigoureux des ressources forestières locales, il n'est plus ensuite question, pour les autorités, de ralentir le flux des demandes, tant les hauts fourneaux paraissent s'intégrer à une politique de modernisation progressive. (...) De fait, le passage d'un système productif à l'autre s'est opéré progressivement : la production de fer à la houille l'emporte dès 1837 sur celle du fer au bois, alors que la fonte au coke ne s'impose qu'en 1853. À partir de 1860, on ne peut plus parler de coexistence, de division du travail, mais de déclin accéléré. La mise en exploitation du bassin du Pas-de-Calais, la croissance générale de la production et des importations houillères transformaient les données de l'approvisionnement. La révolution des transports - chemins de fer et canaux - cassait les prix et créait de nouvelles solidarités. La cokéification avait bénéficié, dans les vingt années précédentes, d'un mouvement accentué d'inventions. Le nombre des hauts fourneaux au bois s'effondre après avoir atteint à la mi-XIXe siècle son plus haut niveau (...). La production de fonte au coke triple dans l'intervalle".

Denis Woronoff,
Histoire de l'industrie en France du XVIe siècle à nos jours,
Paris, Éd. du Seuil, 1994, Coll. Points Histoire.

Pour l'élève : questions
1 - Pourquoi l'usage métallurgique du charbon de bois se maintient-il longtemps ?
2 - Pourquoi l'usage du charbon minéral est-il long à se répandre ?
3 - Pourquoi s'impose-t-il après 1860 ?

Pour l'élève : réponses
1 - L'usage du charbon de bois en métallurgie se maintient longtemps car ses utilisateurs l'économisent du fait de son prix. Ces économies concernent l'élaboration du charbon de bois et son utilisation dans les hauts fourneaux. Elles permettent de produire plus de fonte en consommant moins de bois.
2 - L'usage du charbon minéral est long à se répandre car il nécessite de transformer les installations existantes, ce qui est coûteux. Par ailleurs, la clientèle préfère les fontes et fers au bois. Enfin, le coût du transport pénalise l'usage de la houille lorsque l'usine métallurgique est située loin d'un gisement.
3 - Le charbon minéral s'impose après 1860 car sa production devient massive. Dans le même temps, la révolution des transports permet son acheminement à des prix compétitifs. De plus, l'utilisation du charbon dans les hauts fourneaux s'améliore.