Pyrocan - Cuiseur Biomasse En Boites De Conserve

Origine du projet :

Le Pyrocarb, développé à partir du principe des cuiseurs TLUD (https://en.wikipedia.org/wiki/Top-lit_updraft_gasifier), est un cuiseur domestique initialement conçu pour les populations qui utilisent le feu de bois ouvert traditionnel.

Il a été décliné en une version de taille réduite, compactable et transportable, le Pyrocarb Nomad.

Le Pyrocan est donc une version ultra lowtech du Pyrocarb Nomad.

La combustion est une réaction chimique.

De façon simplifiée, dans le cas de la biomasse, c'est le carbone et l'hydrogène des végétaux qui sont combinés avec l'oxygène de l'air pour produire du dioxyde de carbone (le fameux CO2) et de l'eau.

Cette réaction chimique produit également de la chaleur.

Mais, pour en arriver là, certaines conditions sont nécessaires.

Le triangle du feu :

Dans notre cas :

Le combustible sera tout ce qui est issu de végétaux tel que bois déchiqueté, cagettes, noyaux, coques de fruits secs, granulés de bois …

Le comburant est l'oxygène de l'air (environ 8 m3 pour 1 kg de combustible).

La chaleur initiale permettant de démarrer la réaction sera fournie par un starter (voir mode d'emploi plus bas).

L'absence d'un seul de ces éléments arrêtera la réaction chimique et donc la combustion.

Les végétaux sont tous constitués sensiblement de
la même manière.

Encore une fois, de façon simplifiée, il existe trois composants principaux : la cellulose, la lignine et les hémicelluloses.

Aucun combustible ne brûle à l'état solide ou à l'état liquide, seuls les gaz brûlent.

L'apport de chaleur pour démarrer la combustion a pour effet de casser les chaînes moléculaires de la Lignine et des Hémicelluloses. C'est la première étape : la pyrolyse.

Le résultat de cette pyrolyse est la formation d'un gaz combustible (le méthane). Cette deuxième étape est la gazéification.

Les gaz ainsi formés seront mélangés avec de l'air et surtout l'oxygène de l'air ; c'est la combustion.

Dans notre cas, cette combustion est une postcombustion parce que la réaction de pyrolyse est entretenue par une combustion primaire sur le lit de pyrolyse.

L'allumette permet de bien comprendre la combustion
des végétaux et ce qui se passe dans le Pyrocan.

Le phosphore rouge de l'allumette s'enflamme par frottement et fournit l'énergie initiale qui enclenche la pyrolyse du bois.

Le bois se gazéifie partiellement ce qui est observable sur l'image par la formation de petits chalumeaux en dessous de l'allumette.

Les gaz alimentent la flamme qui se déploie progressivement.

Le front de pyrolyse avance sur l'allumette, laissant derrière lui un charbon.

Le charbon est le reste de la cellulose qui a été converti en graphite par l'énergie produite par la pyrolyse.

Il s'agit en effet d'un appareil dans lequel on
combine des matières par une réaction chimique et de façon contrôlée.

En plus de produire de la chaleur, le Pyrocan converti une partie de la cellulose en graphite.

Ce charbon peut avoir de multiples usages en tant que combustible mais aussi en tant que charbon actif, qu'adjuvant de peintures naturelles ou en amendement agricole.

Matériaux : - 3 grosses boites de conserve type 4/4 de 850 ml
- 2 petites boites de conserve type 1/4 de 425 ml

Outils : - Un ouvre boite manuel simple ou celui d’un couteau suisse

- Deux clous, un de +/- 3 mm de diamètre, un de +/- 5 mm de diamètre

- Marteau

- Couteau à lame solide ou un cutter

- Pince multiprises

- Cisaille aviateur

- Feutre marqueur

- Une paire de gants

Précautions : - Les appareils à combustion doivent être utilisés à l'extérieur

- Attention à ne pas respirer les fumées

- Attention à ne pas mettre le feu alentour

- Attention à ne pas se bruler au contact de l'appareil

- Attention à ne pas se bruler avec le contenu des casseroles quand on cuisine

- Attention à la stabilité

- Attention à ne pas se blesser avec les outils

- Attention à ne pas se couper avec le métal

Préalable : Repérer les côtés mâle et femelle

Le haut de la boite coté ouverture est le côté femelle, le bas de la boite légèrement plus étroit est le coté mâle.

Attention, certaines boites ont deux côtés femelle. Si l'une des boites a deux côtés femelles elle sera utilisée pour le bas du pot de combustion.

Comment ? En emboîtant en force la partie mâle de la boite du dessus dans la partie femelle de celle du dessous.

Concrètement : L'ouverture de la boite du bas avec un ouvre boite laisse des bavures de métal qui sont idéales pour solidariser les deux boites.

Si les deux boites sont des boites à ouverture facile, il faudra repasser un coup d'ouvre-boite sur la partie qui reste de l'ouverture facile.

Sur une feuille de papier, poser une des petites boites et tracer le pourtour.

Tracer huit axes qui permettront de définir 16 emplacements où percer la boite.

Reporter les emplacements sur la boite à +/- 8 mm du bas de la boite.

Percer la boite aux emplacements avec un clou fin pour déformer le moins possible la boite, puis repasser avec un clou plus gros pour élargir à 5 mm.

Note : il est possible de faire ces trous avec une lame de couteau solide. Attention à ne pas faire de trop gros trous !

Les trous d'air secondaire doivent correspondre à 4 ou 5 fois la surface des trous d'air primaire.

La difficulté tient au fait qu'il va falloir percer plusieurs fois le haut de la boite du haut et que, puisqu'elle est ouverte, elle est plus fragile.

Pour rigidifier la boite avant de la percer, on vient insérer dans l'ouverture de la boite du haut la partie mâle de la boite du bas.

Intérêts : - On rigidifie la boite à percer ;

- On facilite le report des marques pour le perçage.

- Avec l'ouvre boite, ouvrir le fond de la boite du haut

- Assembler en force grâce aux bavures

Le pot de combustion ainsi réalisé sera suspendu dans l'enveloppe porteuse.

Ordre et position des boites :

Repérer le côté femelle d'une des grosses boites (coté ouvert) et poser la boite sur le plan de travail. Prendre la deuxième boite, repérer le côté femelle et le poser sur le côté mâle de la première boite.

Attention ! Certaines grosses boites ont deux cotés femelle. Dans ce cas, on réservera ce type de boite pour le support de cuisson.

Tracer la découpe de la boite du haut

Sur le fond de la boite du haut, positionner (centrer) une petite boite et tracer le pourtour au marqueur.

Retirer la petite boite et tracer un second cercle à 1 cm à l'intérieur du premier.

À l'intérieur du second cercle, faire 2 entailles à 90° avec une lame solide.

Cette entaille sert à introduire la cisaille aviateur.

Avec la cisaille aviateur, évider en tournant en rond l'intérieur du premier cercle sans dépasser la marque du feutre.

Une fois le cercle évidé, avec la cisaille, couper à intervalles réguliers la bande de 1 cm du centre vers le premier cercle.

Attention ! Ne pas mordre sur le marquage du premier cercle !
Note : La taille idéale des lamelles ainsi découpées est de +/- 3 mm.

Les lamelles de 3 mm découpées avec la cisaille vont se rabattre sur le bord intérieur de la petite boite.

Conseil : Replier les lamelles par étapes en procédant en opposition de manière à bien centrer la petite boite.

- Ouvrir le fond de la grosse boite du bas (côté mâle)

Cette boite servira de support à l'assemblage précédent.

- A l'aide de la lame solide ou de l'ouvre-boite, faire des fentes verticales de 1,5 à 2 cm dans la base de la boite (partie de métal lisse).

Les fentes seront espacées de 1,5 à 2 cm.

- Avec la pince, resserrer les parties de métal entre
deux fentes.

Les buts de cette étape sont :

- Élargir les entrées d'air ;

- Consolider la résistance verticale de la boite support.

Couper la dernière boite en deux et utiliser la partie femelle.

Du côté de la découpe, faire 16 marques et évider le métal toutes les deux marques

Avec la pince, replier les parties en métal qui restent

Note : la surface totale libre doit être impérativement supérieure à la surface totale des trous d'admission d'air principale.

Le combustible :

Le Pyrocan est versatile, il fonctionne avec diverses biomasses ; cependant, certaines conditions doivent être respectées.

Le plus important, l'humidité :

Personne ne sait faire brûler de l'eau. Normal, l'eau ne brûle pas.

Pire, l'eau a une caractéristique bien spéciale, elle absorbe toute l'énergie disponible alentour pour se vaporiser ; c'est le phénomène de chaleur latente.

Comme chacun sait, l'eau bout (s'évapore et se transforme en vapeur) à 100° et toute l'énergie disponible sera absorbée jusqu'à ce que toute l'eau soit vaporisée. Mais 100°, c'est insuffisant pour maintenir la réaction de gazéification du bois. Le bois se gazéifie à 250°. Donc, une biomasse sèche est un impératif.

Les granulés de bois utilisés pour le chauffage ont un taux d'humidité optimal inférieur à 5 %.

Le bois vert se trouve lui à plus de 40 %.

La limite à ne pas dépasser est de 15 % d'humidité.

10 % est une bonne moyenne ; ça correspond à de petites branches sèches et cassantes.

Le bois de cagettes est toujours inférieur tout comme les coques de noix ou de pistaches.

Les petites pommes de pins rondes sont aussi de bons combustibles.

Attention à la granulométrie :

Les aiguilles de pin sont le minimum en termes de granulométrie. Elles laissent passer suffisamment d'air primaire ; mais on ne peut envisager de faire fonctionner l'appareil avec de la sciure, du marc de café ou du son de blé par exemple, c'est trop fin.

A l'inverse, des branchages ou des bouts de cagettes trop gros risquent de ne pas permettre une combustion assez longue du fait de la plus grande circulation d'air primaire et du peu de combustible présent en raison des grands espaces vides.

Le pouvoir calorifique :

En moyenne, le PCI (pouvoir calorifique) des différentes biomasses est assez proche.

Il est lié à l'humidité (voir plus haut) et à la densité de la matière.

Les granulés de bois sont peu écologiques ; mais du fait de leur densité, ils possèdent le plus grand pouvoir calorifique.

La coque de noix de coco (rare sous nos latitudes) est un excellent combustible également.

Ainsi, la combustion sera plus ou moins longue à volume égal selon qu'on utilise de la cagette ou des copeaux de chêne.

Allumage :

Comme pour l'allumette, le démarrage de la réaction demande un apport d'énergie extérieur suffisamment long.

Dans le cas d'une utilisation avec des copeaux de rabotage de sapin, un petit bout de papier suffit. Pour les granulés de bois, il faudra utiliser un starter.

L'alcool en gel que l'on trouve dans le commerce fonctionne à coup sûr mais est coûteux et peu vertueux.

L'huile végétale est une bonne alternative surtout si elle est recyclée (huile de friture, huile des boites de sardine …).

Avec l'huile, il faut envisager d'imbiber au préalable un peu de combustible prévu à cet effet puis d'allumer le tout avec un bout de papier.

Attention, le papier journal pourrait être un bon starter mais les cendres qu'il produit ont tendance à boucher l'appareil et à l'étouffer.

Chargement :

Selon la biomasse utilisée et la durée de combustion souhaitée, on peut charger l'appareil de 25 à 75 % de la hauteur totale du pot de combustion.

Pas moins, sinon la durée de combustion est vraiment trop réduite, et pas plus, sinon on obture les arrivées d'air secondaire et alors, attention à la fumée …

Après quelques essais, on parvient vite à trouver les réglages.

A titre indicatif :

150 gr de bois de cagettes ou de brindilles sèches donnent environ 20 minutes de flamme utiles

200 gr de pommes de pins donnent environ 40 minutes de flamme utile

200 gr de coques de noix ou de pistaches donnent environ 50 minutes de flamme utile

300 gr de granulés de bois (pellets) donnent environ 1h20 de flamme utile

Fonctionnement :

Dans un premier temps, se forme le front de pyrolyse qui descendra progressivement.

La gazéification démarre et au bout de quelques minutes se forme le bouclier de flammes de la postcombustion.

C'est le moment de poser la casserole.

Il n'est pas possible de recharger l'appareil durant son fonctionnement.

La combustion peut durer jusqu'à une heure, voire plus.

Attention à la stabilité et à l'environnement, le risque de brûlure ou de s'ébouillanter avec l'eau par exemple est réel et doit être pris en compte.

L'appareil, surtout en fin de cycle, chauffe vers le bas, il faut impérativement le poser sur un support qui ne craint pas la chaleur.

Extinction :

Une fois toute la partie lignine/hémicellulose gazéifiée, il reste un charbon dont la combustion peut se poursuivre durant encore une heure.

On peut utiliser cette énergie pour maintenir le plat ou l'eau au chaud, mais la production d'énergie ne suffit plus à cuisiner.

Pour éteindre le charbon, si on se réfère au triangle du feu, soit on le prive d'air en le mettant dans une boite (de conserve) que l'on ferme, soit on l'asperge d'eau.

Le charbon éteint par étouffement va rester chaud longtemps et peut reprendre sa combustion si on ouvre la boite. Cette méthode est à privilégier si on dispose de temps et si on souhaite utiliser le charbon ultérieurement comme combustible.

Le charbon éteint avec de l'eau est partiellement activé et il peut être utilisé pour filtrer de l'eau, comme ingrédient de peinture ou être composté avec des végétaux.