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Le biocharbon : une formation pratique

Par  Darlyn Wendlandt et Kelpie Wilson

Traduction par Maria Romero

La réduction de l’empreinte de carbone constitue un objectif essentiel pour notre avenir, et différentes stratégies existent pour inciter nos élèves, nos familles et notre entourage à aller dans ce sens. Mais, outre la réduction des émissions de carbone, une société verte fera aussi usage de nouvelles technologies susceptibles de réduire le dioxyde de carbone de l’atmosphère. Le secteur émergent de la production de biocharbon offre la possibilité de capter le CO2 et de l’emmagasiner pendant des milliers d’années, et ce, tout en enrichissant le sol et en favorisant la croissance des plantes.

Très sommairement, le biocharbon constitue un charbon de bois pur et sécuritaire utilisé comme amendement. La combustion du bois et d’autres matières végétales libèrent un gaz inflammable qui dégage de l’énergie. Ainsi, en chauffant la biomasse sans oxygène, on évite que le biocharbon s’enflamme et se consume. Bien que la science moderne étudie toujours les conséquences de l’utilisation de biocharbon, l’idée d’ajouter du charbon de bois au sol ne date pas d’hier : elle provient de très anciennes traditions. Par exemple, les sols de terre noire — du portugais Terra Preta — qu’on trouve dans le bassin de l’Amazone ont été constitués et utilisés par des peuples autochtones pendant des milliers d’années pour faire pousser diverses cultures et nourrir des millions de personnes1.

Les scientifiques s’intéressent au biocharbon pour deux raisons principales: sa valeur en tant qu’amendement et son habileté à emprisonner à long terme le carbone dans le sol. En absorbant et en gardant les nutriments et l’eau pour faciliter leur acheminement aux racines, le biocharbon agit comme un additif végétal qui procure au sol une structure stable de carbone. Le charbon de bois se dégrade difficilement et peut demeurer dans le sol durant des milliers d’années. Cette propriété lui permet d’agir comme engrais durable et efficace et favorise la gestion, voire la réduction des émissions de CO2.

Lorsque la biomasse est brûlée, le processus est considéré carboneutre parce que le CO2 libéré par la combustion équivaut au carbone de l’atmosphère absorbé d’abord par les plantes. Emprisonner le CO2 en enfouissant le charbon de bois permet ainsi de réduire de manière efficace la concentration de dioxyde de carbone de l’atmosphère. Les chercheurs estiment d’ailleurs que le biocharbon — pourrait emprisonner jusqu’à 12 % de la totalité des émissions de gaz à effet de serre chaque année.

Par l’étude du biocharbon, les enseignants réalisent avec leurs élèves une activité simple qui fait prendre conscience qu’il est possible de réduire l’émission de carbone, voire de l’enfouir de nouveau dans le sol. C’est une chance exceptionnelle pour les élèves du préscolaire au secondaire de participer à des projets de recherche scientifique qui permettent de découvrir et d’inventer de nouveaux procédés utiles à tous. L’amélioration du sol par le biocharbon s’inscrit dans un domaine jusqu’à présent très peu exploité qui offre des possibilités innombrables de découvertes pour les élèves et les enseignants.

Les élèves peuvent aussi fabriquer leur propre biocharbon, procédé qui peut s’avérer très simple ou très complexe. Il est par exemple possible d’en produire à l’aide d’un four chauffé de l’extérieur (dans lequel, donc, les produits de la combustion ne pénètrent pas), puis de récupérer les gaz pour d’autres usages. Une autre méthode consiste à brûler une partie de la biomasse pour la chauffer en entier et ainsi créer une réaction auto-entretenue.

Une classe multiniveaux (1re à 5e année) de l’Oregon et une école secondaire de l’État de Washington préconisant l’enseignement en équipes dirigées par un enseignant chevronné ont récemment pu explorer les nombreuses propriétés du biocharbon et le cycle du carbone. Les deux groupes se sont concentrés sur des activités pratiques de production et d’utilisation du biocharbon ayant pour but de trouver des moyens concrets pour l’intégrer à la gestion des services alimentaires, de l’énergie et des déchets. Dans cet article, nous présenterons quelques-unes des activités que chacune de nous avons entreprises. Nous espérons qu’elles en inspireront d’autres à étudier cette matière passionnante qu’est le biocharbon.

L’utilisation du biocharbon dans une école primaire

En Oregon, le biocharbon a récemment été le sujet d’un programme éducatif complet au Dome School de Cave Junction, une école privée en milieu rural de 25 élèves âgés de 6 à 10 ans. En commençant par étudier les éléments et les molécules, les élèves ont appris que le carbone se trouve dans tous les êtres vivants et dans leur nourriture, y compris le sucre! Les élèves ont particulièrement apprécié l’activité de modelage d’un atome de carbone et d’une molécule de sucre avec des jujubes et des cure-dents pour se familiariser avec ce thème.

Par la suite, les élèves ont réalisé une activité appelée “Dinosaur Breath” (le souffle du dinosaure) du University Centre for Atmospheric Research (UCAR)3. Au cours de cette activité, les jeunes ont déposé, dans un pot de vinaigre, de la craie broyée (le calcaire produit durant l’activité précédente pourrait également convenir). La craie s’est alors dissoute dans le vinaigre et a libéré du bioxyde de carbone. Puisque la craie est extraite des formations géologiques anciennes, il se peut que le CO2 fixé dans la craie provienne du souffle d’un dinosaure, il y a 100 millions d’années! Grâce à cette activité, les élèves apprennent que le carbone peut se conserver très longtemps et que tous les êtres vivants font partie du cycle de cet élément chimique, cycle par conséquent dépositaire d’une multitude d’histoires!

Après avoir acquis de nouvelles connaissances sur le cycle du carbone, les élèves ont découpé des images pour les afficher sur le babillard qui, bien vite, s’est rempli de photos de plantes, d’animaux, d’océans, de coquillages, d’autos, de dinosaures, de puits de pétrole et de cheminées. Les élèves ont également suivi le parcours d’une molécule de dioxyde de carbone chez des plantes et des animaux, dans les formations géologiques, dans le mécanisme du corps humain et dans l’atmosphère. Enfin, ils ont écrit des récits fondés sur le trajet de la molécule de CO2 à travers le temps et chez tous les êtres vivants dont elle a fait partie.

Le rôle de l’humanité dans le cycle du carbone est crucial dans l’histoire. Les élèves ont appris que pendant que la plupart des sociétés modernes ajoutaient du carbone dans l’atmosphère, les autochtones de l’Amazonie savaient, eux, depuis longtemps, comment intégrer le carbone au sol, où il pouvait contribuer à les nourrir et à leur offrir des récoltes abondantes. Les enfants ont donc étudié les mythes et les légendes de l’Amazonie, puis ils ont écrit leurs propres légendes au sujet de l’origine de la Terra Preta. Pour illustrer leurs histoires, ils ont utilisé un peu de notre charbon de bois artisanal.

En effet, sous la supervision des enseignants, les élèves ont produit du charbon de bois dans de petits poêles à gazogène de type “Top-Lit Updraft”. Certains d’entre eux ont construit leur propre poêle avec des boîtes de conserve. Cette activité requiert beaucoup de supervision; aussi, elle devrait se réaliser uniquement en petits groupes4.

Ces poêles pour la fabrication de biocharbon n’ont été prêts à être utilisés qu’à la fin de l’année scolaire, de sorte que, lors des premières expériences, on a dû utiliser du charbon de bois commercial pour barbecue. Ce charbon de bois a été broyé, puis mélangé avec de la terre ordinaire dans une proportion de deux volumes de terre pour un volume de biocharbon. Ces premières expériences ont donné des résultats mitigés, car, en concentration élevée, le charbon de bois commercial a eu un effet inhibiteur sur la croissance des plantes. Ce fut une leçon importante pour comprendre que chaque type de charbon de bois est différent, et que ses effets peuvent être bénéfiques, ou non, selon le type de sol ou de plantes avec lesquels on travaille. En effet, le charbon de bois existe sous de nombreuses formes et possède différentes propriétés en fonction de sa composition et de sa production. Par exemple, le charbon de bois pour barbecue contient un haut taux de matière volatile (comme le goudron et l’huile), car il sert de combustible et non d’activateur de sol. La matière volatile produit le même effet que le compost brut: à mesure que les microbes l’absorbent, ils retirent l’azote du sol et privent les plantes de ses propriétés. Cependant, les plantes ayant bénéficié d’une grande quantité d’azote fournie par le biocharbon ont très bien poussé5. (L’encadré propose un guide de réalisation d’expériences à l’aide de biocharbon et de plantes, ainsi que des trucs et astuces.)

L’activité Dome School Plant Sale a permis aux élèves d’exposer leur travail à la collectivité par la vente des plantes qu’ils avaient cultivées dans la serre de l’école et d’articles sur le thème du biocharbon, comme des cartes, des sacs et de petits poêles fabriqués avec des boîtes de conserve. Ces ventes ont engendré un revenu total de 400 $, et chaque élève a reçu 10 $. Cet exercice concret a reflété les défis de l’industrie émergente du biocharbon. En effet, les élèves devaient décrire et étiqueter leurs produits de biocharbon, en plus d’en déterminer les coûts et d’en fixer les prix.

Préoccupée par l’avenir, l’équipe de la Dome School désire construire un four produisant du biocharbon, qui pourrait pyrolyser les déchets verts des terrains de l’école. Le biocharbon servirait à améliorer le système de compostage, et ainsi, ferait augmenter la production du potager de l’école, mis à contribution dans le programme de repas scolaires.

L’utilisation du biocharbon au secondaire

Au Heritage High School, on a amorcé le projet en encourageant les élèves à réaliser des recherches sur Internet, ce qui leur a permis de trouver plusieurs articles sur les avantages de produire du biocharbon. Ils ont entre autres découvert que son utilisation en tant qu’amendement du sol contribue grandement à emprisonner le carbone et à stimuler la croissance des plantes. Les élèves et les enseignants se sont alors orientés vers la production de biocharbon afin de fabriquer une terre fertile à partir des déchets générés par l’école.

Le premier défi a été de trouver une source appropriée de biomasse pour travailler, puis de construire un four afin de la brûler. Les élèves et le personnel de l’école ont conçu un four à bois en utilisant un baril de métal de 55 gallons et des blocs de béton. Les élèves de l’équipe du projet biocharbon ont travaillé en collaboration avec ceux qui étudient au programme de soudage pour fabriquer le four. Ils ont procédé à diverses tentatives en utilisant d’abord du bois comme matière première. Malgré des essais concluants, ils ont constaté que le bois de chauffage coûtait trop cher; ils ont alors cherché une nouvelle source de biomasse. Ils ont donc opté pour le carton non recyclable utilisé par les services alimentaires, carton qui aurait été normalement acheminé à la décharge. En plus d’être plus écologique, ce combustible est plus économique. Avant d’opter pour cette solution, l’équipe du projet biocharbon avait testé d’autres mélanges dans quatre expériences différentes, soit du carton et du papier journal, dans un premier temps, puis des copeaux de bois provenant de l’atelier de menuiserie et des débris de la cour.

Ils ont également essayé différentes sources de chaleur. La première tentative, qui a consisté à faire un feu de camp sous un baril de 55 gallons, a donné de bons résultats. Cette méthode n’est toutefois pas permise sur les terrains de l’école et dans le voisinage; elle produit beaucoup de fumée lors de l’allumage. L’équipe a ensuite tenté d’améliorer sa technique. Le four était d’abord chauffé avec le brûleur d’une chaudière à mazout alimentée par du biodiesel fait d’huile de déchets alimentaires. Même si cette méthode ne dégage pratiquement pas de fumée ou d’émissions, elle n’a pas permis d’atteindre les températures optimales pour carboniser la totalité de la biomasse du baril. Les élèves auraient dû utiliser un contenant plus petit afin que la chaleur soit répartie uniformément, ou encore utiliser plus d’une source de chaleur pour que soient atteints les 300 degrés Celsius nécessaires à la pyrolyse de la biomasse. Au grand bonheur de tous, la haute température du four a été utilisée pour faire cuire des biscuits.

Étant donné que l’utilisation des barbecues est permise à l’école et dans les environs et qu’elle est relativement sécuritaire, l’équipe du projet biocharbon a commencé à concevoir un modèle de poêle barbecue chauffé au gaz propane. Dans ce modèle, lorsque le gaz de synthèse commence à s’échapper, on peut alors arrêter le barbecue pour permettre au gaz de synthèse de poursuivre le brûlage.

Les élèves se sont également servi de leurs connaissances sur la technologie du biocharbon pour réaliser une vidéo éducative destinée aux plus jeunes en mettant en vedette la mascotte de l’école, Char Lee Wolf6.

L’équipe du projet biocharbon a fourni plusieurs échantillons aux élèves du programme d’agriculture pour qu’ils les utilisent dans divers engrais et qu’ils analysent l’effet de la matière sur la croissance des plantes en les comparant aux échantillons témoins semés dans de la terre de la région. Les élèves ont également réalisé des expériences qui ont permis de démontrer que les vers préfèrent un mélange d’émulsion de poisson et de charbon de bois à la terre ordinaire. Les plantes avec lesquelles le mélange de biocharbon a été utilisé se sont d’ailleurs mieux développées que celles semées dans la terre témoin non enrichie.

Un an après le début du projet, l’équipe du projet biocharbon a été invitée à le présenter au conseil scolaire et à l’Assemblée législative. Les résultats de son travail ont aussi été retenus pour le concours annuel Imagine Tomorrow organisé à la Washington State University à Pullman. Le Heritage High School a remporté le grand prix pour son projet de biodiesel; le deuxième prix, quant à lui, a été octroyé à l’équipe du projet biocharbon. Les élèves ont ainsi obtenu une bourse 41 000 $, et ont également fait le plein d’enthousiasme pour la réalisation de futurs projets et travaux de recherches.

Au cours de la deuxième année de déploiement, les élèves ont conçu et testé divers fours de biocharbon faciles à assembler en utilisant une grande casserole à rôtir ou un autocuiseur. Ces fours rudimentaires sont faciles à utiliser pour quiconque souhaite faire du biocharbon avec les débris de sa cour. L’équipe de conception des fours barbecue de Heritage est arrivée, cette année-là, en première place au concours Imagine Tomorrow et a gagné 10 000 $. Elle travaille maintenant à trouver le moyen de fixer un générateur à un grand four de biocharbon afin de convertir le gaz de synthèse en électricité. La chaleur perdue durant ce processus sera utilisée pour chauffer de l’eau qui sera acheminée par des tuyaux autour du four, et ce, afin de procurer une source de chauffage complémentaire à la serre.

Les expériences de ces deux écoles ont démontré que le biocharbon n’est pas uniquement une technologie émergente pouvant changer l’environnement à grande échelle et réduire les émissions de CO2; c’est aussi, pour les élèves, une occasion de se familiariser avec les changements climatiques et le cycle du carbone, tout en adoptant un regard critique sur le concept de durabilité. Même si ces concepts et ces technologies peuvent sembler complexes à enseigner, l’étude du biocharbon permet de les traduire en gestes simples, tels qu’allumer des feux et cultiver un potager, gestes que pose l’être humain depuis des siècles.

 

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De quelle façon le biocharbon s’utilise-t-il dans les expériences sur les plantes?

  1. Trouvez une source de biocharbon. Bien que le biocharbon ne soit en réalité que du charbon de bois, il peut toutefois comporter des propriétés très différentes selon la matière première utilisée pour le fabriquer et la façon employée pour le transformer. Voici quelques sources de production de biocharbon :
    • Les feux de camp, une fois éteints, laissent souvent des morceaux de charbon. Il s’agit de faire brûler le bois pour obtenir des braises. Puis, au lieu de le laisser brûler complètement, éteignez le feu avec de l’eau. Vous aurez alors produit du charbon de bois.
    • De nos jours, il est facile de se procurer du biocharbon pour la cuisson d’aliments dans divers commerces et même chez des vendeurs en ligne. Puisque ce type de charbon de bois contient un fort taux de matière volatile, il donnera un meilleur résultat s’il est concassé et qu’il a vieilli pendant plusieurs mois dans un tas de compost avant l’utilisation. N’utilisez jamais de briquettes de charbon de bois, car elles peuvent contenir des additifs nocifs pour le sol.
    • Pour ses plantes d’intérieur, une chercheuse dans le domaine du biocharbon emploie du charbon de bois, imprégné de nutriments d’excréments de poisson, qui provient d’un filtre d’aquarium.
    • Il est possible de créer un poêle à biocharbon avec une boîte de conserve pour produire de petites quantités de charbon de bois. Vous apprendrez comment faire au : http://dome-school-biochar.wikispaces.com/Resources (en anglais).
    • Pour les personnes dotées de compétences en fabrication d’objet en métal, il existe des sites Web en libre accès qui présentent des plans de conception d’unités de pyrolyse non polluantes, fabriquées avec des barils de métal et d’autres matériaux.
  2. Ajoutez des nutriments au biocharbon. Le biocharbon est un conditionneur de sol et non un fertilisant. Dans son état brut, il peut être ajouté au sol parallèlement à l’engrais, au compost ou aux autres fertilisants. Puisque ce conditionneur a une texture poreuse lui permettant de retenir de l’eau et des nutriments, il peut être préparé en l’imbibant d’un fertilisant liquide. La Dome School l’a testé en utilisant de l’émulsion de poisson, du jus d’algues marines et de l’urine.
  3. Procédez à un essai préliminaire avec le biocharbon. Faites deux tests simples, soit l’évitement des vers et la germination des semences, pour repérer les mélanges de biocharbon qui contiennent des éléments nocifs.
  4. Décidez des variantes à tester.
    • Si vous avez uniquement un type de combinaison biocharbon-fertilisant, testez diverses concentrations de biocharbon dans le sol. Un bon point de départ est de réaliser un mélange selon la formule deux pour un par volume, soit deux portions de terre pour une portion de biocharbon. Essayez à la fois une concentration supérieure et une concentration plus faible. Si vous avez plus d’un type de biocharbon, testez plusieurs concentrations pour chacun.
    • Portez une attention particulière à vos échantillons témoins. Un terreau commercial contient habituellement tous les nutriments dont les jeunes pousses ont besoin. Pour cette raison, vous ne verrez peut-être pas une différence marquée entre vos plantes alimentées par de la terre enrichie de biocharbon et celles des échantillons témoins. Pour ces derniers, utilisez, dans la mesure du possible, de la terre ordinaire que vous trouverez près de chez vous. De plus, la recherche montre que le biocharbon produit un effet plus significatif dans les sols pauvres, comme ceux trouvés dans l’Amazonie et d’autres zones tropicales.

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Notes

  1. Dans son livre à succès 1491: New Revelations of the Americas Before Columbus, Charles C. Mann raconte l’histoire captivante de cette population et de sa disparition causée par l’arrivée des Européens et la transmission de leurs maladies.
  2. Cette expérience est tirée de Chemistry for Every Kid de Janice Van Cleave, livre dans lequel se trouvent nombre d’activités utiles.
  3. L’activité Dinosaur Breath est décrite dans le site Web

www.ucar.edu/learn/1_4_2_16t.htm

  1. Dans le site Web de Kelpie Wilson (whirlygirlbiochar.com), vous trouverez des instructions pour fabriquer ce poêle et quelques nouveaux modèles.
  2. Vous pourrez consulter le compte rendu et les résultats de nos expériences sur le biocharbon dans http://dome-school-biochar.wikispaces.com/5-12-10+Experiment+Results.

Pour visionner la vidéo de la mascotte Char Lee Wolf, rendez-vous à l’adresse suivante :

www.youtube.com/watch?v=96GzcFEqp6I

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Références

L’International Biochar Initiative dispose de nombreuses fiches d’information, de communiqués techniques (y compris les tests simples mentionnés dans le présent article) et de guides pouvant vous aider à préparer une expérience réalisée avec du biocharbon. Ces renseignements sont accessibles dans www.biochar-international.org/publications/IBI. Pour visualiser d’autres expériences, visitez la page Web IBI Biochar in Schools : www.biochar-international.org/teachers/schools.

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Darlyn Wendlandt est enseignante en arts numériques aux Heritage High School. Elle a conçu un projet parascolaire visant à inciter les élèves en sciences à produire du biocharbon et à tester ses propriétés. Kelpie Wilson est rédactrice pour l’International Biochar Initiative, dont le siège est situé à Cave Junction, en Oregon.

Maria Romero, infographiste, est étudiante de troisième année en traduction professionnelle à l’Université de Sherbrooke, au Québec. Elle compte se spécialiser dans le domaine de la localisation de sites Web et de logiciels de l’anglais vers le français ou l’espagnol.

Ce qui précède est une traduction de « Hands-on Learning with Biochar » qui a été publié en Green Teacher 97, Automne 2012.

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