Karamö, le prof virtuelLeçon 16 sur 17
Un appareil au charbon de bois
Je sais comment on fabrique le charbon de bois, je sais décrire un fourneau à charbon et expliquer son fonctionnement (arrivée d'air, grille, tirage), et je connais les règles pour l'utiliser sans danger.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Expliquer la fabrication du charbon de bois par carbonisation
- Décrire les propriétés du charbon de bois
- Nommer les parties d'un fourneau à charbon et expliquer le rôle de chacune
- Écrire le bilan de la combustion du charbon et calculer des masses
- Connaître l'intérêt des foyers améliorés et les dangers du monoxyde de carbone
Avant de commencer : Les leçons « Étude générale des combustions dans l'air » (combustion complète et incomplète, conservation de la masse) et « Les combustibles usuels » (pouvoir calorifique).
1Je découvre
Chaque matin, à Mamou, Mariama aide sa mère à allumer le fourneau pour préparer la bouillie. Le fourneau est en tôle, avec en bas une petite porte ouverte et, au milieu, une plaque percée de trous sur laquelle on pose le charbon. Sa mère glisse un peu de papier et quelques brindilles sous le charbon, allume, puis évente l'ouverture avec un carton : les morceaux noirs rougissent peu à peu, sans flamme. Quand la bouillie doit mijoter doucement, elle ferme à moitié la petite porte.
Sur la route de Dalaba, Mariama a vu des sacs de charbon de bois empilés au bord de la route et, un peu plus loin, un tas de terre qui fumait dans la brousse. Son père lui a dit : « C'est une meule : on y fabrique le charbon avec du bois. »
Comment fabrique-t-on le charbon de bois, et comment fonctionne un fourneau à charbon ?
2Je comprends
1. La fabrication du charbon de bois : la carbonisation
Le charbon de bois n'existe pas tel quel dans la nature : on le fabrique à partir du bois. On chauffe le bois avec très peu d'air : il ne peut pas brûler complètement. Il perd son eau, puis des gaz et des vapeurs (qui s'échappent en fumée), et il reste un solide noir, riche en carbone : le charbon de bois. Cette transformation s'appelle la carbonisation.
En Guinée, on la réalise souvent dans une meule traditionnelle :
- 1On empile des morceaux de bois en tas serré.
- 2On recouvre le tas de feuilles, d'herbes et de terre, en laissant quelques petites ouvertures.
- 3On allume le bois par une ouverture : il commence à brûler.
- 4On règle et on réduit les ouvertures : le bois chauffe avec très peu d'air et se carbonise lentement, pendant plusieurs jours.
- 5On bouche tout pour étouffer la meule, on laisse refroidir, puis on récupère le charbon.
La carbonisation est une transformation chimique : le bois disparaît, et de nouvelles substances apparaissent (charbon, gaz, goudrons, vapeur d'eau). Dans une meule traditionnelle, il faut plusieurs kilogrammes de bois pour obtenir 1 kg de charbon : une grande partie de la matière du bois part en fumée. C'est pourquoi la production de charbon consomme énormément d'arbres.
2. Les propriétés du charbon de bois
- C'est un solide noir, léger, poreux (plein de petits trous) et cassant, qui tache les doigts.
- Il est composé en grande partie de carbone.
- Il brûle sans flamme (ou avec une très petite flamme bleue), en rougeoyant : c'est une combustion par incandescence.
- Il dégage peu de fumée, car les gaz et vapeurs du bois ont été chassés pendant la carbonisation.
- Son pouvoir calorifique est environ deux fois plus élevé que celui du bois sec : pour une même masse, il chauffe environ deux fois plus.
3. Le fourneau à charbon de bois
Le fourneau (on l'appelle aussi réchaud à charbon) est l'appareil le plus courant pour cuisiner au charbon en Guinée. Les couturiers utilisent aussi un fer à repasser à charbon, qui fonctionne sur le même principe.
| Partie | Rôle |
|---|---|
| Corps (en tôle, en terre cuite ou en ciment) | Il contient le foyer et supporte la marmite. |
| Foyer (chambre de combustion) | C'est là qu'on place le charbon, qui brûle. |
| Grille (plaque percée de trous) | Elle porte le charbon, laisse passer l'air par-dessous et laisse tomber les cendres. |
| Cendrier (partie basse) | Il recueille les cendres. |
| Porte ou ouverture d'aération | Elle laisse entrer l'air ; en l'ouvrant plus ou moins, on règle l'arrivée d'air, donc la force du feu. |
| Supports de marmite | Ils tiennent la marmite au-dessus du charbon en laissant sortir les gaz chauds. |
4. Le fonctionnement du fourneau
- L'air frais entre par l'ouverture du bas, passe sous la grille puis à travers le charbon.
- Le dioxygène de cet air réagit avec le carbone du charbon : c'est la combustion.
- Les gaz chauds produits sont plus légers que l'air froid : ils montent et chauffent la marmite, puis s'échappent autour d'elle. En montant, ils aspirent de l'air frais par le bas : c'est le tirage.
- Les cendres tombent à travers la grille dans le cendrier : elles ne bouchent pas le passage de l'air.
Régler le feu. Porte ouverte ou éventée : beaucoup d'air, combustion vive, forte chaleur (pour faire bouillir). Porte presque fermée : peu d'air, combustion lente, chaleur douce (pour mijoter). Porte fermée et foyer couvert : le feu s'étouffe.
On retrouve le triangle du feu : combustible = charbon de bois ; comburant = dioxygène de l'air entrant par le bas ; source de chaleur = papier et brindilles enflammés à l'allumage, puis les braises elles-mêmes.
5. La combustion du charbon de bois
Quand l'air arrive bien, la combustion est complète :
carbone + dioxygène → dioxyde de carbone
Quand l'air manque (fourneau dans une pièce fermée, porte fermée, trop de charbon tassé), la combustion devient incomplète et produit du monoxyde de carbone, gaz incolore, inodore et mortel.
On a vu que 12 g de carbone brûlent avec 32 g de dioxygène pour donner 44 g de dioxyde de carbone. Le charbon de bois étant surtout du carbone, on peut utiliser ces proportions pour faire des estimations.
Méthode
Pour calculer des masses dans la combustion du charbon (considéré comme du carbone pur) :
- J'écris le bilan : carbone + dioxygène → dioxyde de carbone.
- J'utilise la proportion : 12 g de carbone + 32 g de dioxygène → 44 g de dioxyde de carbone.
- Je cherche par combien il faut multiplier 12 g pour obtenir la masse de charbon donnée.
- Je multiplie 32 g et 44 g par ce même nombre.
- Je vérifie avec la conservation de la masse (addition) et j'écris les unités.
Exemple
Une famille brûle 3 kg de charbon de bois (considéré comme du carbone pur) pour la cuisine d'une journée. Quelle masse de dioxygène est consommée ? Quelle masse de dioxyde de carbone est rejetée ?
3 kg = 3 000 g, et 3 000 ÷ 12 = 250 : la masse de charbon est 250 fois 12 g.
Dioxygène : 32 × 250 = 8 000 g = 8 kg.
Dioxyde de carbone : 44 × 250 = 11 000 g = 11 kg.
Vérification : 3 + 8 = 11 kg. La combustion rejette plus de trois fois la masse de charbon en dioxyde de carbone.
Exemple
Pourquoi faut-il ouvrir la porte du fourneau et éventer au moment de l'allumage ?
Au début, le charbon est froid : il faut beaucoup de dioxygène et de chaleur pour que la combustion démarre et s'étende.
En ouvrant la porte et en éventant, on apporte de l'air frais sous la grille : la combustion devient plus vive et les braises rougissent plus vite.
6. Les foyers améliorés
Un foyer amélioré est un fourneau conçu pour perdre moins de chaleur : son foyer est entouré d'une couche isolante (terre cuite, argile, céramique), la marmite est bien ajustée et l'arrivée d'air est mieux réglée. Avec le même repas, il consomme moins de charbon qu'un fourneau simple en tôle. Résultat : la famille dépense moins, et l'on coupe moins d'arbres. C'est un moyen important de lutter contre la déforestation en Guinée.
7. Les règles de sécurité
- Toujours utiliser le fourneau dehors ou dans un endroit très aéré ; jamais dans une chambre ou une pièce fermée, surtout la nuit (monoxyde de carbone).
- Allumer avec du papier et des brindilles, jamais avec de l'essence.
- Poser le fourneau sur un sol stable, loin des enfants, des nattes, des tissus et des murs en paille.
- Laisser refroidir complètement les cendres avant de les jeter : des braises cachées peuvent déclencher un incendie.
3Je retiens
Je retiens
Le charbon de bois est fabriqué par carbonisation : on chauffe le bois avec très peu d'air (meule). Il faut plusieurs kilogrammes de bois pour 1 kg de charbon.
Le charbon de bois est surtout du carbone : solide noir, léger, poreux, qui brûle sans flamme (incandescence) et fume peu.
Fourneau : foyer, grille (porte le charbon, laisse passer l'air et tomber les cendres), cendrier, ouverture d'aération (règle l'air), supports de marmite.
L'air entre par le bas, traverse la grille et le charbon ; les gaz chauds montent : c'est le tirage.
Combustion complète : carbone + dioxygène → dioxyde de carbone (12 g + 32 g → 44 g).
Air insuffisant : monoxyde de carbone, mortel ; jamais de fourneau dans une pièce fermée.
Le foyer amélioré économise le charbon et protège la forêt.
4Erreurs fréquentes
- Croire que le charbon de bois se trouve dans le sol : il est fabriqué à partir du bois (à ne pas confondre avec le charbon minéral, qui est fossile).
- Penser que la grille sert seulement à poser le charbon : elle laisse aussi passer l'air par-dessous et tomber les cendres.
- Croire qu'un fourneau qui ne fume pas ne présente aucun danger : le monoxyde de carbone est invisible et sans odeur.
- Penser que la masse de dioxyde de carbone rejetée est plus petite que la masse de charbon : elle est plus grande, car le carbone s'unit au dioxygène.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Recopie et complète : « Le charbon de bois est obtenu en chauffant du bois avec très peu d'… : c'est la …. Il est surtout composé de …. Dans le fourneau, il brûle sans … en rougeoyant. »
Voir le corrigéCacher le corrigé
« Le charbon de bois est obtenu en chauffant du bois avec très peu d'air : c'est la carbonisation. Il est surtout composé de carbone. Dans le fourneau, il brûle sans flamme en rougeoyant. »
2Exercice 2
Donne le rôle : a) de la grille ; b) de l'ouverture d'aération ; c) du cendrier.
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a) La grille porte le charbon, laisse passer l'air par-dessous et laisse tomber les cendres dans le cendrier.
b) L'ouverture d'aération laisse entrer l'air ; en l'ouvrant plus ou moins, on règle la force du feu.
c) Le cendrier recueille les cendres pour qu'elles ne bouchent pas le passage de l'air.
3Exercice 3
Explique ce qu'est le tirage d'un fourneau. Comment la mère de Mariama peut-elle obtenir une chaleur douce pour faire mijoter la bouillie ?
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Les gaz chauds produits par la combustion montent, car ils sont plus légers que l'air froid ; en montant, ils aspirent de l'air frais par l'ouverture du bas, à travers la grille et le charbon : c'est le tirage. Pour une chaleur douce, elle ferme à moitié l'ouverture d'aération : moins d'air entre, la combustion est plus lente.
4Exercice 4
On brûle complètement 600 g de charbon de bois (considéré comme du carbone pur).
a) Écris le bilan de la combustion.
b) Calcule la masse de dioxygène consommée et la masse de dioxyde de carbone formée.
c) Vérifie ton résultat avec la conservation de la masse.
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a) carbone + dioxygène → dioxyde de carbone.
b) 600 ÷ 12 = 50. Dioxygène : 32 × 50 = 1 600 g, soit 1,6 kg. Dioxyde de carbone : 44 × 50 = 2 200 g, soit 2,2 kg.
c) 600 + 1 600 = 2 200 g : la masse des réactifs est égale à la masse du produit.
5Exercice 5
Lis le texte : « Dans certaines régions de Guinée, la demande de charbon de bois des villes est très forte. Des charbonniers coupent les arbres en brousse et les transforment dans des meules. Pour réduire la consommation, des associations diffusent des foyers améliorés. »
a) Pourquoi la fabrication du charbon consomme-t-elle beaucoup d'arbres ?
b) Qu'est-ce qu'un foyer amélioré ? Donne deux avantages.
c) Une famille utilisait 3 kg de charbon par jour avec un fourneau simple. Avec un foyer amélioré, elle économise un tiers de cette quantité. Quelle masse de charbon économise-t-elle en une semaine (7 jours) ? (Données prises pour l'exercice.)
d) Donne deux règles de sécurité pour l'utilisation d'un fourneau à charbon.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Parce qu'il faut plusieurs kilogrammes de bois pour obtenir 1 kg de charbon : une grande partie de la matière du bois part en fumée pendant la carbonisation.
b) C'est un fourneau conçu pour perdre moins de chaleur (foyer isolé, marmite bien ajustée, air mieux réglé). Avantages : il consomme moins de charbon, donc la famille dépense moins, et on coupe moins d'arbres.
c) Économie par jour : 3 ÷ 3 = 1 kg. En une semaine : 1 × 7 = 7 kg de charbon.
d) Utiliser le fourneau dehors ou dans un lieu très aéré, jamais dans une chambre fermée ; ne jamais l'allumer avec de l'essence ; le tenir loin des enfants et des matières inflammables ; laisser refroidir les cendres avant de les jeter (deux suffisent).
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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