Gazogène
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Le gazogène, inventé au XIXe siècle, est un appareil permettant de produire un gaz par pyrolyse de matières solides et combustibles : bois (gaz de bois), charbon de bois, coke, anthracite, etc., et permettant d'alimenter des moteurs dits « à gaz pauvres », des moteurs à explosion classiques ou bien des chaudières[1].
Histoire
[modifier | modifier le code]La gazéification était une technologie importante et courante au XIXe siècle et au début du XXe siècle. Le gaz de ville produit à partir du charbon était largement utilisé, principalement pour l'éclairage public. Lorsque les moteurs à explosion fixes basés sur le cycle Otto sont devenus disponibles dans les années 1870, ils ont commencé à remplacer les moteurs à vapeur en tant que moteurs principaux dans de nombreux travaux nécessitant une force motrice stationnaire. L'adoption s'est accélérée après l'expiration du brevet du moteur Otto en 1886. L'applicabilité potentielle et pratique de la gazéification aux moteurs à combustion interne a été bien comprise dès les premiers jours de leur développement.
En 1873, Thaddeus S. C. Lowe a développé et breveté le procédé de gaz à l'eau par lequel de grandes quantités d'hydrogène gazeux pouvaient être générées pour une utilisation résidentielle et commerciale dans le chauffage et l'éclairage. Contrairement au gaz de houille commun ou au gaz de coke qui était utilisé dans le service municipal, ce gaz fournissait un combustible de chauffage plus efficace. À la fin du XIXe siècle, les moteurs à combustion interne étaient généralement alimentés au gaz de ville, et, au début du XXe siècle, de nombreux moteurs fixes sont passés à l'utilisation de gaz de production créé à partir de coke, qui était nettement moins cher que le gaz de ville qui était basé sur la distillation (pyrolyse) du charbon plus cher. La production de gaz de ville à base de charbon a été généralement supplantée par le gaz à base de pétrole et le gaz naturel. Cependant, la Grande-Bretagne a continué à utiliser le gaz de ville à base de charbon jusqu'aux découvertes de gaz naturel en mer du Nord dans les années 1960 et 1970.
Pendant la Seconde Guerre mondiale, l'essence était rationnée et rare. En raison du manque d'essence à partir du pétrole, des productions de gaz à base de bois et charbon ont été réalisées, ainsi qu'une conversion des moteurs à combustion interne pour qu'ils fonctionnent grâce à ce gaz. En Grande-Bretagne, en France, aux États-Unis et en Allemagne, un grand nombre de générateurs de ce type ont été construits ou improvisés pour convertir le bois et le charbon en carburant pour les véhicules. Des générateurs commerciaux étaient en production avant et après la guerre pour être utilisés dans des circonstances particulières ou dans des économies en difficulté. Certains générateurs de gaz de bois de la Seconde Guerre mondiale étaient du type à courant descendant sous la forme mise au point par Georges Imbert en 1920. Ce système fut utilisé en Europe pour pallier l'absence de carburant automobile pendant la Seconde Guerre mondiale[2]. C'est en effet un appareil simple à fabriquer, ne demandant que des matériaux faciles à se procurer.
Fonctionnement du gazogène
[modifier | modifier le code]Principe
[modifier | modifier le code]Le principe du gazogène est de provoquer une combustion incomplète du bois ou du charbon (carbone C) en contrôlant l'alimentation en air du foyer de manière à produire des gaz combustibles tels que le monoxyde de carbone (CO), le dihydrogène (H2) et le méthane (CH4) :
- CO2 + C ⇌ 2 CO - 38 kcal/mol
- 2 C + O2 ⇌ 2 CO + 58 kcal/mol
Cette combustion incomplète permet d'obtenir le gaz combustible CO, de la chaleur et du CO2, qui doit lui-même être converti en CO grâce à du charbon incandescent[3].
La combustion du CO dans le moteur permet ensuite le fonctionnement de celui-ci :
- 2 CO + O2 ⇌ 2 CO2 + 136 kcal/mol
Production de gaz hydrogéné
[modifier | modifier le code]Dans certains cas, on injecte en pulvérisation de faibles quantités d'eau dans l'air de combustion pour qu'elle soit craquée à plus de 850 à 900 °C et produise de plus grandes quantités d'hydrogène (obtention de gaz mixte), suivant les formules :
- C + H2O ⇌ CO + H2 - 28 kcal/mol
- C + 2 H2O ⇌ CO2 + 2 H2 - 18 kcal/mol
- CO + H2O ⇌ CO2 + H2 + 9,4 kcal/mol
On obtient la production des combustibles CO et H2 et d'un peu de chaleur. Le CO2 doit être évacué le plus vite possible et est converti en CO grâce à du charbon incandescent.
Gazogène à bois
[modifier | modifier le code]Le gazogène à bois doit réunir dans un seul et même appareil une zone de carbonisation et une zone de gazéification. Le type le plus courant est le gazogène à diabolo[4]. Le diabolo est un rétrécissement par lequel tous les gaz sont obligés de passer en traversant une zone incandescente, craquant ainsi la majeure partie des goudrons et acides qui abîmeraient le moteur. Le diabolo, par sa disposition, doit résister à de très fortes températures.
Gazogènes à charbon
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Il existe trois familles de gazogènes suivant le sens de la combustion, le choix dépend du combustible utilisé.
Dans un gazogène à tirage par le haut, le courant d'air et de gaz circule dans le sens inverse du combustible. Cette famille est intéressante au niveau thermique mais nécessite des combustibles contenant peu de matière volatile pour éviter les goudrons à la sortie. Elle convient aux charbons de bois très purs pour éviter l'encombrement de la grille par les scories.
Dans un gazogène à tirage par le bas, le gaz et l'air circulent dans le même sens que le combustible, les gaz traversent la zone incandescente, les éventuels goudrons sont donc craqués. Ce dispositif limite aussi les poussières à la sortie.
Dans un gazogène à tuyère, ou gazogène à tirage transversal, l'air est admis horizontalement par une tuyère au cœur de la zone de combustion, ce qui nécessite une tuyère en bronze massif ou un refroidissement très puissant pour éviter la fusion. On peut y brûler du charbon de bois, du coke, de l'anthracite ou un mélange, ce qui permet de filtrer les impuretés des combustibles fossiles par le charbon de bois. Le principal intérêt de cette disposition est la simplicité de construction, une fois résolu le problème de la tuyère.
Dispositifs annexes
[modifier | modifier le code]Dans le cas des gazogènes alimentant un moteur, un refroidissement des gaz peut être utile avant leur admission afin d'augmenter leur densité et pallier les problèmes de rendement. Il s'effectue en général par contact et par détente, dans des caissons en tôle avec des chicanes, ou par des faisceaux de tubes. L'eau de condensation récupérée peut servir à faire un barbotage du gaz, ce qui le débarrasse de certaines impuretés mais nécessite de traiter les gaz pour retirer le maximum d'humidité et fait baisser le rendement.
Les gaz peuvent être épurés à sec en passant dans du charbon de bois pulvérisé, de liège ou de coke. L'épurateur sec est surtout utilisé derrière les gazogènes à charbon.
L'épurateur humide sert à laver les gaz par barbotage dans l'eau, de manière à retirer une bonne partie des impuretés. Un filtre de liège retient ensuite l'humidité et les impuretés résiduelles.
La carburation des gaz est effectuée par un mélangeur à gaz pour introduire la bonne quantité d'air nécessaire à la combustion.
Utilisation d'un véhicule à gazogène
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Mise en marche
[modifier | modifier le code]La mise en marche au ventilateur consiste à créer un tirage pour permettre l'allumage de la charge de combustible. Le gazogène est alors isolé de l'admission moteur par une vanne. On enflamme les gaz à la sortie du ventilateur pour vérifier leur qualité ; lorsqu'elle est satisfaisante, que les gaz brûlent bien, on coupe le ventilateur, on ouvre la vanne d'isolement, on règle la richesse du mélangeur au maximum, et on actionne le démarreur. Tout ceci doit être effectué rapidement pour ne pas étouffer le gazogène. Une fois le moteur démarré, il faut constamment régler la richesse, parfois l'avance à l'allumage, et le ralenti.
Dans une mise en marche au carburant de départ, le moteur doit être équipé pour fonctionner avec un autre carburant (essence, alcool…), sur lequel on fait démarrer le moteur. On ouvre la vanne du mélangeur pour créer la dépression nécessaire à l'allumage du gazogène lorsque le moteur tourne.
Entretien du véhicule
[modifier | modifier le code]Entretien quotidien :
- remplissage de la trémie de combustible ;
- nettoyage du foyer et cendrier ;
- vidange des refroidisseurs et épurateurs (gazogène à bois) ;
- nettoyage de la tuyère et du foyer pour retirer le laitier et les scories (gazogène à charbon).
Entretien hebdomadaire :
- vidange et nettoyage des filtres secs et humides, des cendriers d'épurateur ;
- vérification de l'étanchéité de l'ensemble.
Évolutions réglementaires en France
[modifier | modifier le code]En 1940, les pouvoirs publics se penchent sur le problème des gazogènes et créent un service des gazogènes. Ce service dépend de la direction des industries mécaniques et électriques du secrétariat d'État à la production industrielle. Cette organisation est complétée par la création le d'une commission technique des gazogènes.
La fabrication et l'utilisation du gazogène qui, jusque-là, n'avaient pas été réglementées, le sont désormais par la loi du portant réglementation de la circulation automobile (JO du ) et par l'arrêté du , rectifié par celui du , réglementant les conditions de mise en circulation et équipement des véhicules automobiles à gazogène (JO des et ).
Notes et références
[modifier | modifier le code]- ↑ Informations lexicographiques et étymologiques de « Gazogène » (sens II) dans le Trésor de la langue française informatisé, sur le site du Centre national de ressources textuelles et lexicales.
- ↑ (en) Kris De Decker, « Wood gas vehicles: firewood in the fuel tank », sur Low-Tech Magazine (consulté le ).
- ↑ Fonctionnement d’un gazogène Imbert, sur econologie.com, (consulté le ).
- ↑ Voir en milieu de page, sur chevrolet-gazogene-imbert.e-monsite.com (consulté le ).
Voir aussi
[modifier | modifier le code]Bibliographie
[modifier | modifier le code]- A. Lepoivre et G. Septembre, Le gaz des forêts, carburants forestiers, gazogènes, Société nationale d'encouragement à l'utilisation des carburants forestiers, 1938.
Liens externes
[modifier | modifier le code]- Description et histoire du gazogène, sur gazogenes.free.fr.
- Description et histoire du gazogène, sur econologie.com.
- Makhonine : carburant par liquéfaction du charbon, sur econologie.com.
- (en) FAO, Wood gas as engine fuel, 1986, sur fao.org.
