Production continue de biochar dans les bois à l’aide d’un brûleur à rideau d’air monté sur remorque

Aux États-Unis, le volume de nombreux peuplements forestiers a augmenté en l’absence d’incendies fréquents de faible intensité, historiquement allumés par les peuples autochtones et supprimés à l’époque moderne ^1,2. De cette exclusion du feu, les peuplements surpeuplés qui en résultent posent des défis aux gestionnaires des terres qui s’efforcent d’améliorer la résilience des forêts contre les incendies de forêt, les ravageurs, les maladies et les effets de la sécheresse³. Les pratiques de gestion standard visant à réduire le volume des arbres comprennent le brûlage dirigé, l’éclaircie précommerciale et la récolte des peuplements matures. Ces opérations génèrent des quantités substantielles de biomasse ligneuse de faible valeur ou de valeur nulle, souvent appelée résidus. Par exemple, dans les 15 États de l’ouest des États-Unis, on estime que les opérations de récolte produisent près de 8 millions de tonnes sèches de résidus chaque année⁴. De plus, le service forestier de l’USDA a mis en œuvre un plan de crise contre les incendies de forêt, qui traitera 50 millions d’acres (20 millions d’hectares) supplémentaires sur une période de 10 ans. Cela entraînera la nécessité d’éliminer d’autres matériaux non marchands et nécessitera probablement l’utilisation de diverses options locales. Bien que les cimes, les branches et les arbres non marchands puissent être utilisés pour la bioénergie ou les biocarburants, les débouchés commerciaux limités entraînent souvent l’empilement et la combustion de ces résidus. La construction de tas de rémanents vise à réduire les risques d’incendies de forêt et d’insectes, à créer un espace de croissance pour les plantes du sous-étage et à atteindre d’autres objectifs de gestion des terres.

Le brûlage à ciel ouvert est une méthode peu coûteuse et relativement rapide pour réduire le volume de bois, mais il produit également de la fumée et des polluants atmosphériques, y compris des gaz à effet de serre⁵. De plus, il peut également avoir des effets indésirables sur les propriétés physiques, chimiques et biologiques du sol, entraînant des cicatrices de brûlure qui peuvent persister pendant des décennies⁶. Pour atténuer les effets secondaires néfastes du brûlage à ciel ouvert, d’autres approches sont nécessaires pour réduire les impacts négatifs sur le changement climatique, le risque d’incendie de forêt et la santé des sols⁷.

Ici, nous nous concentrons sur l’utilisation d’une nouvelle méthode de production continue de biochar développée dans le cadre d’un accord de coopération en matière de recherche et de développement (CRADA) entre le ministère américain de l’Agriculture, le Service des forêts, la station de recherche des montagnes Rocheuses et Air Burners, Inc. (Palm City, Floride). La technologie qui en résulte, ci-après dénommée brûleur à rideau d’air producteur de biochar (BACB ; Figure 1), produit en continu du biochar à partir de résidus ligneux tout en limitant les émissions de fumées et de particules. Par rapport à la combustion à ciel ouvert, la fonctionnalité du BACB réduit le risque d’incendie et la propagation de la fumée⁸, créant ainsi des possibilités pour l’extension en toute sécurité des fenêtres de combustion opérationnelles. Contrairement aux méthodes traditionnelles qui laissent des tas de résidus dans le paysage où ils contribuent à l’accumulation de combustible⁹ ou aux méthodes de combustion alternatives qui produisent principalement de la fumée et des cendres, le BACB réduit efficacement les charges de combustible tout en protégeant le sol et en créant du biochar, un charbon de bois constant à haute teneur en carbone, qui peut être utilisé pour la restauration des sols sur ou à proximité du site de traitement. De plus, le BACB est mobile et peut facilement être installé, par exemple, sur un débarcadère en rondins, le long d’une route ou dans un terrain de camping. Il peut également brûler du bois humide ou sec, des types et des tailles de matières premières mixtes, et peut être utilisé par mauvais temps et à des moments où les conditions météorologiques sont trop risquées pour le brûlage à ciel ouvert.

Le biochar produit dans le BACB est généralement composé de 70 à 90 % de carbone, très poreux et dont la distribution granulométrique est constante, ce qui le rend adapté à l’assainissement des sols dégradés, souvent trouvés dans les mines abandonnées, les atterrissages de grumes, les sentiers de débardage, les zones riveraines ou les sites agricoles. Le biochar peut également être utilisé en mélange avec du compost ou dans les parcs d’engraissement du bétail pour adsorber les nutriments et réduire les odeurs. En général, les meilleures utilisations du biochar provenant de résidus ligneux sont de réduire l’érosion et le lessivage des nitrates tout en améliorant la stabilité des agrégats de sol et l’eau disponible dans les sols à texture grossière et à faible teneur en matière organique^10,11.

Figure 1 : Brûleur à rideau d’air mobile producteur de biochar. Le site d’essai montre la configuration générale de la barre oblique et du brûleur à rideau d’air producteur de biochar. Ce chiffre a été modifié au lieu de¹². Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Vue d’ensemble de la conception et de l’exploitation
Bien qu’il existe plusieurs types de brûleurs à rideau d’air, le BACB crée continuellement du biochar. L’unité mesure environ 7 m de long x 2,5 m de large x 2 m de haut. Il dispose d’un collecteur d’air le long du haut de la chambre de combustion qui fournit un rideau d’air constant pour contenir la fumée, les particules et les braises à l’intérieur et favorise l’oxydation complète des émissions. Pour un fonctionnement optimal, la chambre de combustion est chargée à un niveau juste en dessous du collecteur, assurant un flux d’air ininterrompu à travers la chambre de combustion. Le BACB peut être remorqué derrière n’importe quel véhicule doté d’un ensemble d’attelage standard et d’une capacité de remorquage adéquate. Un site plat et lisse est préparé à proximité de la biomasse empilée (également appelée matière première), mais avec suffisamment d’espace autour du site pour permettre à l’équipement et au personnel de se déplacer librement et en toute sécurité. Une fois positionnée, l’unité est sécurisée en abaissant les côtés de la chambre de combustion sur le sol à l’aide du système hydraulique embarqué. Un moteur de ventilateur met sous pression le collecteur de rideau d’air, qui s’étend sur toute la longueur de la chambre de combustion d’un côté. La biomasse est d’abord allumée et brûlée pour établir un lit de charbons dans la chambre de combustion. Ensuite, de la biomasse supplémentaire peut être ajoutée périodiquement tout en maintenant les matériaux entrants sous le rideau d’air. Au fur et à mesure que le matériau brûle, du charbon est produit et tombe à travers une ouverture au fond de la chambre de combustion, où il est évacué de la machine par la bande transporteuse. Un panneau à l’intérieur de la chambre de combustion oscille pour faciliter ce processus. Des cendres ou des matériaux fins tombent à travers le tapis roulant sur le sol en dessous. Les charbons ardents sortent de la machine par une fente au fond de la chambre de combustion et sont déposés dans une casserole remplie d’eau, ce qui arrête la combustion et refroidit le biochar à une température où il peut être manipulé en toute sécurité. Lorsqu’elle est prête à cesser de fonctionner, la chambre de combustion est nettoyée en laissant brûler tout matériau restant. En règle générale, l’appareil refroidit pendant la nuit et peut être déplacé en toute sécurité le lendemain, au besoin. N’essayez pas de déplacer le BACB pendant qu’il brûle du bois ou refroidit, sauf en cas d’urgence. En cas d’urgence, du sable ou de la terre peuvent être utilisés pour éteindre le feu et étouffer les charbons. L’eau ne doit jamais être pulvérisée directement sur les carreaux de céramique de la chambre de combustion.