Manuel de Reconstruction

Produire du gaz d'éclairage

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Produire du gaz d’éclairage

En une phrase

Chauffer du charbon minéral ou du bois en l’absence d’oxygène pour produire du gaz inflammable (gaz de ville), qui alimente des becs de verre et éclaire les rues, les usines et les habitations sans bougie ni huile.

Qu’est-ce que c’est ?

Le gaz d’éclairage, aussi appelé gaz de ville, est un mélange de gaz combustibles (hydrogène, méthane, monoxyde de carbone) obtenu en chauffant du charbon minéral (houille) en l’absence d’oxygène. Ce procédé s’appelle la pyrolyse ou la distillation sèche du charbon.

Le principe est simple : on enferme du charbon dans une cuve fermée (le four à cornue), on chauffe la cuve de l’extérieur à 1000-1200 degrés, et le charbon se décompose en :

  • Gaz de houille (le gaz d’éclairage) — un mélange d’hydrogène, de méthane et de monoxyde de carbone, qui brûle avec une flamme jaune et lumineuse.
  • Coke — le résidu solide, noir et poreux, qui sert de combustible pour les fours et les hauts-fourneaux (voir Construire un four à coke).
  • Goudron de houille — un liquide noir et visqueux qui sert à l’imperméabilisation, à la fabrication de produits chimiques et de médicaments.
  • Ammoniac — un gaz dissous dans l’eau de lavage qui sert à fabriquer des engrais.
  • Benzol — un liquide inflammable qui sert de solvant et de carburant.

Le gaz d’éclairage est la première forme d’énergie distribuée en réseau. Avant l’électricité, les villes étaient éclairées par le gaz. Les usines fonctionnaient au gaz. Les cuisines cuisinaient au gaz. Le gaz de ville a illuminé les rues de Londres dès 1807 et de Paris dès 1820.

Où trouver / comment fabriquer

Le charbon minéral (houille)

La houille est le combustible de base. On la trouve dans les bassins houillers — des couches de charbon noir enfouies dans le sous-sol, souvent à proximité des formations rocheuses sédimentaires.

Comment repérer la houille :

  1. Affleurements noirs : le charbon affleure parfois à la surface sous forme de veines noires et brillantes dans les falaises et les tranchées.
  2. Sols noirs : les sols au-dessus des gisements de charbon sont souvent noirs ou très sombres.
  3. Eau orange : les eaux de ruissellement au-dessus du charbon sont souvent chargées de fer et de sulfures, ce qui leur donne une couleur orange ou rougeâtre.
  4. Végétation rabougrie : les sols houillers sont toxiques pour certaines plantes.
  5. Carbone en surface : les morceaux de charbon sont légers, noirs, brillants et tachent les mains. Un morceau de charbon sec s’enflamme avec une étincelle.

Le bois (alternative au charbon)

En l’absence de houille, le gaz de bois (gazogène) peut être produit de manière similaire. Le rendement est plus faible et la composition du gaz est différente (plus de monoxyde de carbone, moins de méthane), mais le gaz de bois brûle et éclaire.

Voir Fabriquer du charbon de bois et Fabriquer de la poix et du goudron de bois pour les procédés de pyrolyse du bois, qui sont apparentés.

Étapes détaillées

Étape 1 : Construire le four à cornues

La cornue est un récipient fermé de forme cylindrique ou ovoïde, en argile réfractaire ou en fonte, dans lequel on chauffe le charbon en l’absence d’oxygène. Le gaz sort par un tuyau en haut.

Construction d’une cornue en argile réfractaire :

  1. Le corps de la cornue : modeler un cylindre en argile réfractaire (argile mélangée à 30% de poudre de charbon et 20% de sable) de 50 cm de diamètre et 1,5 m de long. Une extrémité est fermée (le fond), l’autre extrémité est ouverte (le goulot). Le goulot est muni d’un col qui sera fermé par un bouchon amovible.
  2. Le tuyau de sortie : un tuyau d’argile cuite de 5 cm de diamètre fixé au sommet de la cornue. C’est par ce tuyau que le gaz s’échappe.
  3. Cuisson : cuire la cornue dans un four à haute température (1200 degrés minimum) pour vitrifier l’argile. Voir Fabriquer de la poterie et Construire un four réfractaire.

Construction d’un four à cornues multiples :

  1. Construire un four en briques réfractaires avec un foyer central et des alvéoles latérales pour les cornues.
  2. Chaque four peut contenir 4 à 8 cornues disposées en rangées.
  3. Le foyer central est alimenté en coke (le résidu de la distillation) ou en charbon de bois.
  4. La chaleur du foyer central traverse les parois des cornues et chauffe le charbon à l’intérieur.

Dimensions d’un petit four à gaz :

  • 4 cornues de 50 cm de diamètre et 1,5 m de long.
  • Production de gaz : environ 100 à 200 mètres cubes de gaz par jour.
  • Surface au sol : 3 x 4 mètres.
  • Hauteur : 2,5 mètres.

Étape 2 : Le système de purification du gaz

Le gaz brut sortant de la cornue contient des impuretés qu’il faut éliminer avant distribution : goudron, ammoniac, sulfure d’hydrogène, eau.

Séquence de purification :

  1. Le siphon à goudron : un tuyau en forme de U partiellement rempli d’eau. Le gaz passe dans le tuyau, le goudron (plus lourd) se dépose au fond du U, l’eau retient le goudron. Récolter le goudron par un robinet en bas.
  2. Le laveur à eau : un réservoir rempli d’eau dans lequel le gaz barbotle. L’eau absorbe l’ammoniac et les goudrons résiduels. L’eau ammoniacale est récupérée et utilisée pour fabriquer des engrais ou des produits chimiques.
  3. Le purificateur à chaux : un récipient rempli de chaux éteinte (Ca(OH)2, voir Construire un four à chaux). Le gaz passe à travers la chaux qui absorbe le sulfure d’hydrogène et le dioxyde de carbone.
  4. Le dessécheur : un récervoir rempli de chloride de calcium (fabrication : chauffer du calcaire et tremper dans l’eau, puis sécher) qui absorbe l’humidité résiduelle du gaz.

Étape 3 : Le gazomètre (réservoir de gaz)

Le gazomètre est un réservoir qui stocke le gaz sous pression et régule sa distribution vers les becs.

Construction d’un gazomètre simple :

  1. Le réservoir d’eau : un grand bassin cylindrique en maçonnerie (briques et ciment, voir Fabriquer du ciment et du mortier) de 3 mètres de diamètre et 2 mètres de profondeur, rempli d’eau.
  2. La cloche : un cylindre en tôle de fer (voir Produire de l’acier et Construire un laminoir) de 2,8 mètres de diamètre et 2,5 mètres de haut, ouvert en bas, fermé en haut. La cloche flotte sur l’eau du bassin. Son poids crée une pression de gaz.
  3. Les guides : des rails verticaux en bois ou en fer qui guident la cloche pour qu’elle monte et descende verticalement sans se coincer.
  4. Le tuyau d’entrée : le gaz purifié entre par un tuyau qui passe sous le bord de la cloche et remonte à l’intérieur. Le gaz pousse la cloche vers le haut.
  5. Le tuyau de sortie : un tuyau en haut de la cloche distribue le gaz sous pression vers les becs.

Principe : quand le four produit du gaz, la cloche monte. Quand la consommation dépasse la production, la cloche descend. Le gazomètre est un régulateur naturel.

Étape 4 : Le réseau de distribution

  1. Tuyaux principaux : tuyaux en fonte ou en fer forgé de 5 à 10 cm de diamètre, enterrés à 50 cm de profondeur dans les rues principales. Voir Construire des tuyaux et canalisations.
  2. Tuyaux secondaires : tuyaux en plomb ou en fer de 2 à 3 cm de diamètre, reliant les tuyaux principaux aux bâtiments.
  3. Joints : les tuyaux sont joints avec de la terre glaise, du goudron de houille ou des joints filetés en fer. L’étanchéité est cruciale — les fuites de gaz sont explosives.
  4. Vannes : des vannes en fer forgé permettent de couper le gaz dans chaque quartier ou chaque bâtiment.

Étape 5 : Le bec de gaz (la lampe)

Le bec de gaz est l’extrémité du réseau — l’endroit où le gaz brûle et produit de la lumière.

Le bec à papillon (le plus simple) :

  1. Un tuyau en fer de 5 mm de diamètre.
  2. Une fente horizontale à l’extrémité (papillon) qui distribue le gaz.
  3. Le gaz sort par la fente et s’enflamme.
  4. La flamme est jaune et fumante. Lumière médiocre mais suffisante pour les couloirs et les ateliers.

Le bec à manchon (le plus lumineux) :

  1. Un tuyau en fer de 5 mm de diamètre avec un ajutage (rétrécissement) à l’extrémité qui mélange l’air et le gaz.
  2. Un manchon en oxyde de thorium ou en oxyde de cérium (ou en terre réfractaire fine) qui entoure la flamme.
  3. Le gaz brûle à l’intérieur du manchon et le porte à l’incandescence. Le manchon brille d’une lumière blanche et intense, 10 à 20 fois plus lumineux qu’une bougie.
  4. La fabrication du manchon : tremper un tissu fin (coton ou soie) dans une solution de sels de thorium ou de cérium, le sécher et le brûler. Le tissu se consume et laisse un réseau d’oxyde céramique incandescent qui maintient sa forme.

En reconstruction de civilisation : le manchon en cérium est plus accessible que le thorium. Le cérium se trouve dans la monazite (sable noir des plages). Voir Extraire le fer pour les techniques d’extraction minière.

Étape 6 : Le fonctionnement quotidien

  1. Charger les cornues : chaque cornue est chargée de 20 à 50 kg de houille concassée (morceaux de 2 à 5 cm). Fermer le bouchon hermétiquement.
  2. Chauffer : allumer le foyer sous les cornues. La montée en température prend 1 à 2 heures.
  3. Production de gaz : le gaz commence à sortir des cornues après 30 minutes à 1 heure de chauffage. Il passe par le système de purification et se stocke dans le gazomètre.
  4. Coke : après 6 à 8 heures de distillation, la houille est transformée en coke. Ouvrir la cornue, récupérer le coke chaud avec des pinces en fer. Le coke est utilisé comme combustible pour le foyer du four à gaz.
  5. Nettoyage : nettoyer les cornues (enlever le coke résiduel), recharger, recommencer.

Cycle de production : une cornue produit du gaz pendant 6 à 8 heures. Avec 4 cornues décalées, le four produit du gaz en continu 24 heures sur 24.

Variations par climat

En climat tempéré

  • Les gisements de houille sont abondants dans les bassins sédimentaires (Nord de la France, Ruhr, Pays de Galles, Appalaches).
  • Le gaz de houille est la source d’énergie la plus pratique pour l’éclairage urbain.
  • Les gazomètres sont construits à l’extérieur. Le gel de l’eau du gazomètre est un problème — prévoir une couverture et un réchauffeur.

En climat tropical

  • La houille est moins disponible. Le gaz de bois (gazogène) est l’alternative.
  • La chaleur facilite la distillation (moins de combustible pour chauffer les cornues).
  • Le gazomètre doit être couvert pour éviter l’évaporation de l’eau.

En climat froid / boréal

  • Le gaz de houille est un moyen de chauffage et d’éclairage vital en hiver.
  • Le chauffage des tuyaux de distribution est nécessaire pour éviter la condensation et le gel. Enfouir les tuyaux sous la ligne de gel.
  • L’eau du gazomètre doit être maintenue au-dessus de 0 degré. Environner le bassin d’un coffrage isolé et chauffer l’eau avec un serpentin alimenté par le gaz lui-même.

En climat désertique

  • Pas de houille. Le gaz de bois est la seule option.
  • Le bois est rare — le gaz de bois est produit à partir de broussailles et de déchets agricoles.
  • L’évaporation de l’eau du gazomètre est un problème. Couvrir et sceller le bassin.

Pièges et erreurs courantes

  • Fuite de gaz : le gaz de houille contient du monoxyde de carbone (inodore, invisible, mortel). Toute fuite est un risque d’explosion et d’intoxication. Tester les joints avec de l’eau savonneuse — les bulles indiquent une fuite.
  • Explosion du gazomètre : mélange de gaz et d’air dans le gazomètre = bombe. Toujours maintenir une pression positive dans le gazomètre pour éviter l’entrée d’air. Ne jamais vider complètement le gazomètre.
  • Cornue qui se fend : la cornue en argile se fissure à cause des chocs thermiques. Chauffer et refroidir lentement. Toujours avoir des cornues de rechange.
  • Gaz impur : si le gaz n’est pas correctement purifié, les becs s’encrassent, le goudron bouche les tuyaux et la flamme est noire et fumante. Le système de purification est aussi important que le four.
  • Bec qui s’éteint : si le gazomètre est vide (production insuffisante), la pression baisse et les becs s’éteignent. Toujours dimensionner le gazomètre pour couvrir les pics de consommation.
  • Intoxication au monoxyde de carbone : le gaz de houille contient 5-10% de CO. Il est mortel en quelques minutes dans un espace confiné. VentilER les locaux où le gaz est utilisé. Ne JAMAIS utiliser le gaz de ville pour le chauffage dans une pièce fermée sans cheminée.

Une fois que vous savez faire ça, vous pouvez débloquer

Notes

  • Le gaz de ville a illuminé les rues de Londres dès 1807. C’est la première énergie distribuée en réseau.
  • La production de gaz de houille produit aussi du coke, du goudron, de l’ammoniac et du benzol — tous des produits chimiques précieux.
  • Le goudron de houille est la matière première de l’industrie chimique moderne : colorants, médicaments, plastiques, explosifs. L’industrie du gaz de houille a accidentellement créé l’industrie chimique.
  • Le premier gazomètre a été construit en 1798 par Philippe Lebon en France.
  • Le gazogène à bois (producteur de gaz de bois) a été massivement utilisé pendant la Seconde Guerre mondiale pour alimenter les camions en l’absence de pétrole.
  • Le gaz de houille est toxique. Le gaz naturel (méthane) moderne ne l’est pas (il n’y a pas de CO). La transition du gaz de houille au gaz naturel a sauvé des milliers de vies.

Ressources externes

  • Survivor Library — manuels historiques de gazogène et de production de gaz (catégories « Gas Engineering » et « Fuel Technology »)
  • Open Source Ecology — GVCS — plans de gazogènes à bois et de fours à gaz
  • Appropedia — tutoriels de gazogènes à bois et de systèmes de purification de gaz

Vue Graphique

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