La production des sucres fermentescibles1 et d'alcool éthylique, à partir de matières cellulosiques telles que la paille, la toile, le coton, la tourbe, le bois et en un mot toutes les plantes fibreuses, a, depuis près d'un siè¬
cle, attiré l'attention des chimistes et des techniciens.
Cependant, ce n'est que pendant les vingt dernières
années que de sérieux efforts ont été faits pour utiliser
dans ce but les déchets de bois. Les principales sour¬
ces de sucres fermentescibles dont on fait actuellement dériver l'alcool, sont les produits obtenus par l'hydro¬
lyse de l'amidon et les sucres existant dans les fruits et dans les mélasses provenant des fabriques de sucre.
Le blé fournit environ 2,4 gallons (2) d'alcool à 95°
par boisseau, et, bien que le prix du blé et des autres grains employés varie avec la saison et d'une année à l'autre, avant la guerre le prix moyen des matières ser¬
vant à la fabrication de l'alcool de grains était, le com¬
bustible mis à part, d'environ 27,5 cents (3) pour un
gallon d'alcool à 95°. Les frais de fabrication compre¬
nant : le charbon, l'intérêt, l'entretien, l'amortissement,
la main-d'œuvre, les taxes, etc... varient de 10 à 17 cents par gallon d'alcool, selon la situation et la puis¬
sance de l'usine.
Un gallon de mélasses fournit de 0,45 à 0,48 gallon d'alcool à 95°. Avant la guerre, le prix des mélasses
était en moyenne de 5 à 7.5 cents par gallon et par suite le prix de la matière première donnant un gallon
d'alcool de mélasses était d'environ 10 à 15 cents. Les frais de fabrication de l'alcool de mélasses sont légè¬
rement inférieurs à ceux de l'alcool de grains, mais
dans les deux cas le prix de la matière première est relativement élevé.
Une tonne de sciure sèche ou d'autres déchets de bois fournira de 12 à 20 gallons d'alcool à 95°. L'exis¬
tence de ces déchets au voisinage d'une scierie ou d'une autre usine travaillant de grandes quantités de bois, constitue une cause de perte, car la plupart des
scieries produisent de la sciure en proportion très su¬
périeure à leurs besoins. Ces débris ne valent parfois pas plus de 30 à 50 cents la tonne, ce qui amène à 2
cents le prix de la matière première correspondant à
un gallon d'alcool de sciure. Le prix comprend aussi les frais du combustible, car les résidus, après conver¬
sion et extraction, peuvent servir à cet usage, tandis
que dans les distilleries de grains il faut 77 tonnes de (1) Ce travail est le résultat derecherches entreprises dès 1916auLabo¬
ratoire des "ForestProducts"Madison,Wisconsin etcontinuées ensuite dans l'industrie.
(2) Le gallon estict legallon américain équivalenth 3)785 et le boisseau vaut8 gallons.
(3)Le cent estle centième du dollar soit Ofr. 0515or
houille environ, et 4 tonnes dans les distilleries de mélasses pour produire 1.000 gallons d'alcool à 95°.
Si les frais de fabrication de l'alcool éthylique du bois peuventeêtre ramenés au même nombre, approxi¬
mativement tout au moins, que ceux de la fabrication de l'alcool de grains ou de mélasses, il y aura une
grande marge en faveur de l'alcool de bois. Reconnais¬
sons toutefois que, avec un rendement de 12 à 20 gal¬
lons par tonne de bois et de 80 gallons par tonne de blé, la quantité des matières manipulées dans certaines partie de l'usine produisant l'alcool de bois, sera 4
ou 5 foisplus grande que celles travaillées dans les dis¬
tilleries de grains de même importance, ce qui exigera
une usine plus étendue et des dépenses plus considé¬
rables.
Durant ces dernières années, la production de l'al¬
cool éthylique à partir de la sciure a fortement retenu l'attention et dessommes importantes ont été dépensées
pour le développement technique de ce procédé. Quel¬
ques usines ont été construites dans ce pays (1), mais il n'en existe que deux considérées comme un succès commercial.
Etant donnée l'importance pour l'industrie du bois de charpente de l'emploi des déchets, et étant donné, d'autre part, que ce procédé est pratiquement le seul pouvant utiliser ces débris, le «Forest Service» a exa¬
miné les différentsprocédés et, autant que possible, les
usines qui ont été construites, afin de connaître les
causes des premiers échecs et faciliter le développe¬
ment commercial et la réussite des procédés.
Quantité de déchets dont on peut disposer La grande quantité de déchets produite lorsque l'on
convertit en bois de charpente un arbre ou une grume est variable et dépend du diamètre de l'arbre, de la qualité du bois, de l'état et de l'installation de la scie¬
rie. Le tableau suivant montre que plus de la moitié du volume de l'arbre constitue des déchets :
Arbre entier 100
Souche 2 %
Cime 18 %
Sciure 12 %
Ecorce 10 %
Rognures diverses 16 %
Copeaux 4 %
Total 62 %
Cetableau comprendles branches, la cime et le tronc (parties dë l'arbre abandonnées dans la forêt), en sus des débris de la scierie ou de l'usine.
Les débris des scieries, et particulièrement la partie utilisable sans frais de transport, sont d'un grand inté¬
rêt pour la fabrication de l'alcool éthylique.
La coupe annuelle des bois de charpente aux Etats-Unis, pendant les cinq ou six années qui ont précédé
la guerre mondiale était approximativement de 40.000.000.000 de board-feet measure (2). Les déchets
de scierie provenant de cette coupe ont été évalués
par Margolin de la manière suivante :
Bois en grume 100
Ecorce 13 %
Sciure 13,5 %
Rognures diverses 17,4 %
Fabrication défectueuse et accidents .... 3,5 % Pertes en coupant à un type déterminé... 1,7 %
Total des déchets 49,1 %
Bois de charpente 50,9 %
(1) Les Etats Unis d'Amérique.
(2) Le boar fool measureest l'unité demesureemployée pourlavenet desboiset des planches, c'est le volume d'une planche d'un pied carré et épaissed'unpouce(144poucescubes,).
172 BULLETIN LE L'INSTITUT BU PIN N° 38 -Juillet 192?
Pour un millier de board feet measure produits (ce qui équivaut à 83,3 pieds cubes de bois), il y a, d'après
le tableau ci-dessous, 80 pieds cubes de débris, distri¬
bués comme suit : e
Ecorce 21,3 (pieds cubes).
Sciure 22 —
Rognures diverses 28,4 -—
Fabrication défectueuse et
ac-_ —
cidents 5,6 —
Pertes en coupant à un type
déterminé 2,7 —
Total 80 —
Déduction faite de l'écorce, il reste sous forme de débris 58 pieds cubes de bois pour 1.000 board feet de planches sciées, ou annuellement 2.320.000.000 de pieds
cubes. Comme le poids moyen d'un pied cube de bois
séché à l'air est d'environ 35 livres (1), il en résulte
un total de débris annuels de 40.000.000 de tonnes.
Une partie sert de combustible dans les scieries, on
peut avoir une valeur marchande dans les scieries pla¬
cées au milieu d'habitations, mais on estime que plus
de la moitié, soit environ 20 millions de tonnes, cons¬
titue des débris d'une façon absolue et qu'environ
15.000.000 d'entre eux proviennent de conifères.
D'après les données fournies en 1907 au «For est Service » par les industriels en bois de charpente, 650
scieries débitaient de 10 à 25 millions de pieds par an, 161 scieries débitaient entre 25 et 50 millions de
pieds par an; 39 entre 50 et 100 millions, et enfin 2 au-dessus de 100 millions. Cela fait un total de 852 scie¬
ries dont chacune débite au moins 10 millions de board feet par an. En 1913, chacune des 974 scieries existant travaillait cette masse de bois. Ceci montre que le nombre des grandes exploitations a tendance .à croître plutôt qu'à décroître et que les ressources en matières premières sont suffisamment abondantes pour qu'on puisse songer à en tirer profit.
La plus grande partie des déchets de bois produits aujourd'hui n'a de valeur que comme combustible pour la production de la puissance de l'usine. En certains endroits, des méthodes d'utilisationparticulières de ces déchets ont été essayées, mais par rapport à la totalité
de cette matière, la quantité utilisée est négligeable, à
moins que la scierie ne soit au voisinage d'une grande
ville.
La plupart des usines produisent un excès de dé¬
chets par rapport à leurs propres besoins et, dans de grandes scieries installées pour de grands rendements,
cet excès atteint de 50 à 65 % de la quantité totale produite. Il faut alors brûler ces débris et il y a non seulement perte d'une grande quantité de bois, mais
encore il en résulte une certaine charge. Le prix de
cette combustion varie notablement selon la situation et l'importance de la scierie, mais les nombres fournis par le «Forest Products Laboratory» indiquent qu'il
oscille entre 30 et 66 cents par corde (1). Si l'on admet que 37 pieds cubes sont brûlés par 1.000 «board feet
measure » de bois dç charpente coupés, il en résulte
une charge de 11 à 22 cents pour un millier de pieds
de bois de charpente,et en moyennele prix des déchets
dont on dispose s'élève annnuellement à environ 6 mil¬
lions de dollars, sans compter lavaleur du bois.
Ces débris de bois utilisables ont en puissance une
grande valeur, mais leur emploi n'a pas encore atteint
(1)1livre (pound 11b.)h4o0gr.59. 1 ton=20hundredweigts=20C0 pounds (en Amérique).
(1) Lacorde américaine corresponda128 pieds cubes, elie vaut 8pieds corde (cordefoot). Lepied corde est une pile de bois coupé à 4 pieds et empiléà 4pieds dehautsur unelongueur d'un pied. Il vautpar conséquent 16pieds cubes.
le stade où ils ont autre chose qu'une valeur nominale.
Comme on le verra, la production d'alcool éthylique
est de beaucoup le seul procédé permettant d'utiliser
les débris des sciures de conifères et de quelques bois
durs. Elle donne le moyen de transformer en un pro¬
duit marchand une quantité de matériaux qui n'ont
de valeur qu'à la place où ils se trouvent. Ce procédé
n'est d'ailleurs pas applicable aux bois de charpente,
aux planches ou aux autres formes de bois. Il reste à savoir enfin si les marchands de bois eux-mêmes accep¬
teront pour leurs débris un prix qui les rendra utili¬
sables ou qui, au contraire, sera prohibitif. Une coopé¬
ration entre la scierie et la distillerie est absolument nécessaire; le distillateur dépend en effet de la scierie pour sa matière première et le marchand de bois dé¬
pend du distillateur jjour se débarrasser avantageuse¬
ment de ses déchets. Pendant la guerre, le prix de 50
cents par corde pour les débris n'était pas intéressant
pour la plupart des négociants de bois, sauf ceux du Mississipi, où la loi interdit la fabrication de l'alcool éthylique.
Quelques propriétaires de scieries n'ont pas voulu se lier aux prix ci-desus par un contrat de 10 ans et ils ont préféré continuer à brûler leurs déchets, espérant
que l'on trouverait un meilleur mode d'emploi. Une telle façon de faire est d'ailleurs parfaitement légitime
et peut-être la seule avantageuse. L'usine d'alcool coûte autant que la scierie et ses dépendances, par suite, il
est absolument nécessaire de disposer d'une grande quantité de matière première (pour 10 ans au moins) si l'on veut faire une telle dépense. Comme la durée de l'existence d'une scierie décroît rapidement, chaque
année qui s'écoule, diminue rapidement la perspective d'en utiliser les résidus.
Limites à l'utilisation des déchets de bois.
L'utilisation des déchets de bois, particulièrement
des résidus de scieries, est limitée de divers côtés. Le volume de la matière exige une manipulation réduite
au minimum et, pratiquement, rend son transport im¬
praticable, sauf pour de courtes distances et au moyen de transporteurs mécaniques tels que courroies et ma¬
chines soufflantes. La forme des débris est l'une des
plus grandes difficultés pour son utilisation la plus complète. Dans la sciure et les copeaux, non seulement lalongueur des fibres du bois a été réduite, mais encore les fibres elles-mêmes ont été tellement déchiquetées
que leur valeur pour la production de la pâte à papier
a été détruite.
La distillation pyrogénée de la sciure et des copeaux n'a pas été jugée beaucoup plus praticable. Il y a pour cela deux raisons : la première, c'est que les faibles dimensions de la matière la rendent si peu conductrice de la chaleur qu'elle ne peut être complètement carbo¬
nisée avec les formes de cornues et de fours en usage;
et la seconde est que le charbon produit est tellement fin qu'il est difficile de le refroidir et de le manipuler
et de plus il n'est pas marchand. En outre, les débris tels qu'ils arrivent des scieries sont un mélange de
morceaux de toutes formes ettout essai pour en opérer
le triage, sauf un soufflage ou un criblage pour séparer
les parties les plus fines, élèvera le prix de la matière première de façon à le rendre prohibitif. Il en résulte que tout procédé intéressant d'utilisation des débris de scieries doit pouvoir traiter tout déchet sous quel¬
que forme qu'il arrive de la scierie.
Enfin, à part les scieries traitantune ou deux espèces de bois, ou dans les scieries débitant un petit nombre d'espèces du même genre, tel que le «Yellow Pine», les différences des déchets en forme et en qualité s'op¬
posent à leur utilité efficace. Cela provient de ce que de nombreux procédés, fabrication de la pâte à papier,
distillation pyrogér ée du bois, exigent une espèce par¬
ticulière afin de donner au produit un rendement et
~ 2 —
BULLETIN DE L'INSTITUT DU PIN — N° 38 - Juillet 1927 173
une qualité qui les rendront pratiques, commerciale¬
ment parlam.
Les bois de toutes espèces et de toutes formes ont cependant un point commun, ils contiennent tous plus
ou moins de cellulose qui, avec une sustance incrus¬
tante appelée lignine, constitue les fibres"du bois. Une utilisation chimique de cette cellulose lèverait toutes les objections ci-dessus, forme de la matière première, longueur de la fibre, espèces diverses de bois, pourvu que la teneur en cellulose fut suffisante pour donner
un rendement en alcool permettant une exploitation
commerciale avantageuse.
Procédés pour la fabrication cle l'alcool du bois. . .
Les procédés utilisés pour la fabrication de l'alcool éthylique à partir du bois peuvent-être groupés en deux classes générales : l'hydrolyse du bois donnant des
sucres fermentescibles parl'emploi d'acides dilués, (pré-férablement des acides minéraux) comme catalyseurs
et le procédé dans lequel le bois est dissous dans un acide concentré et où la solution étendue est ensuite soumise à l'hydrolyse.
Le premier procédé consiste en général à faire digé¬
rer la sciure ou le bois coupé et déchiqueté avec un acide minéral dilué sous une pression de 60 livres ou même davantage. Dans ces conditions, une partie du bois est convertie en un mélange de pentoses et
d'hexb-ses. Ces derniers, par fermentation, donnent de l'alcool éthylique.
Les procédés de la seconde classe, impliquant l'usage
d'acide sulfurique concentré, dans" lequel le bois est tout d'abord dissous (Procédé Ekstrom Br. Fr. 380-358 Br. Ail. 193.112 et 207.354), n'ont pas retenu l'attention desindustriels, bien que Flechsig (Zeits. Physiol. Chem.
1882) ait montré qu'il y a déjà un certain nombre d'an¬
nées que la cellulose du coton pouvait être convertie
en dextrose et alcool d'une façon presque quantitative.
Le travail plus récent de Willstatter et Feichmeister (Berichte 1913-2401) (action de l'acide chlorydrique
fumant sur le coton etle bois) a confirmé ces résultats;
mais dans toutes ces expériences, les proportions d'aci¬
de nécessaire sont si grandes que le prix initial de l'acide et celui de sa récupération ont empêché tout développement commercial de ce procédé.
La question de savoir si l'origine des sucres fermen¬
tescibles est la cellulose ou la lignine a suscité de nom¬
breuses discussions et a été l'occasion d'un nombre considérable de recherches; il n'en demeure pas moins
que la cellulose de la pâte de bois sodique ou sulfitique
donne deux fois plus de sucres fermentescibles et d'al¬
cool que la même quantité du bois initial, les rende¬
ments étant proportionnels à la cellulose contenue dans le corps d'où l'on est parti (Kœrner Zeit. Ang. Chem.
1908. 2353).
Historique des procédés.
Les premiers essais enregistrés pour la production
de sucre et d'alcool à partir des fibres végétales sont
ceux de Braconnot en 1819. Depuis cett époque jusqu'à
la publication du mémoire de Simonsen, en 1898, peu de travaux importants ont été entrepris. L'exposé que Simonsen fait de la question mérite qu'on le cite ici,
parce qu'il décrit élégamment la situation à ce mo¬
ment :
«Tout ce qui a été écrit sur ce problème est impar¬
fait et erroné à un haut degré. On y trouve des affir¬
mations inexactes et impossibles, et des contradictions.
Il n'y a aucune indication de n'importe quelle investi¬
gation systématique sur l'effet d'une variation des dif¬
férents facteurs, tels que quantité d'eau, pression, quantité d'acide et temps dans les inversions à haute pression. Les expériences parallèles et comparées sur
la cellulose et le bois manquent également; en consé¬
quence, nous n'avons à notre disposition aucun ren¬
seignement sur la relation entre les substances incrus¬
tantes et les procédés d'inversion. Il n'est pas impossi¬
ble que ces recherches aient été faites, etleurs résultats tenus secrets, puisque des usines ont été créées. Ces recherches ont difficilement pu porter sur l'inversion à haute pression, qui n'a été pratiquement exécuté sur
une large échelle que durant ces vingt dernières an¬
nées. Cependant la fabrication d'alcool tiré de matières pr aières cellulosiques au moyen de l'inversion, et dans des conditions si peu favorables qu'il fallait plus
de 100 % d'acide sulfurique pour le bois sec et la quantité correspondante de carbonate de calcium ou de chaux (en tenant compte du prix élevé des matières premières en ce temps là et de la longueur du temps requis pour ce procédé), semble nous amener à la con¬
clusion que l'inversion du bois sera la méthode de l'avenir si seulement on peut découvrir un procédé sa¬
tisfaisant. »
Simonsen entreprit dans cet ordre d'idées, de lon¬
gues et laborieuses recherches, au cours desquelles il
étudiait à la fois la cellulose (cellulose au sulfite) et la sciure d'une manière systématique. Il employa l'acide sulfurique comme agent d'inversion et des résultats obtenus, il conclut que les meilleures conditions pour l'inversion de la sciure étaient les suivantes :
Durée de l'inversion : 15 minutes.
Acidité : 0,5 % de S04H2.
Rapport du bois au liquide : 1 à 4.
Pression : 9 atmosphères environ.
Ces conditions lui donnèrent un rendement d'alcool égal à environ 6 % du poids de sciure sèche émployée,
bien que peu d'expériences de fermentation aient été faites.
Comme l'a montré récemment Neumann, le travail
de Simonsen est contradictoire en plusieurs points,
étant donné qu'une seule expérience a été faite pour
chaque groupe de conditions. En travaillant sur une
plus grande échelle, il lui fut généralement impossible de reproduire les résultats obtenus avec de petits auto¬
claves. Les rendements en alcool varièrent considéra¬
blement, quoique sous les conditions les plus favora¬
bles, et dans quelques cas exceptionnels il obtint des rendements qui furent légèrement plus élevés que ceux
qu'il avait eus sur une petite échelle. Le procédé de
Simonsen fut breveté le 12 juillet 1898. En 1908, Korner
établit que le rendement obtenu par Simonsen était de 6 % et montra en outre que la quantité d'alcool et de
sucre était proportionnelle à la quantité de cellulose
contenue dans la sciure, la paille et la cellulose au sul¬
fite employés comme matière première.
A.-C. Classen développa un nouveau procédé dans lequel le gaz sulfureux était l'agent d'inversion, quoi¬
que son premier brevet revendiquât un mélange de
sciure et d'acide sulfurique concentré (50 à 60° B.) qui
était soumis à une forte pression à l'aide d'une presse
hydraulique. Dans le procédé original de Classen, une
hydraulique. Dans le procédé original de Classen, une