Charbon actif
Pour les articles homonymes, voir Charbon.
Le charbon actif ou charbon activé est un matériau constitué essentiellement de matière carbonée à structure poreuse.
On appelle charbon actif tout charbon ayant subi une préparation particulière et qui de ce fait possède à un haut degré la propriété de fixer et de retenir les fluides amenés à son contact. Il s'agit d'une structure amorphe composée principalement d'atomes de carbone, généralement obtenue après une étape de carbonisation à haute température, présentant une très grande surface spécifique qui lui confère un fort pouvoir adsorbant. L'adsorption est un phénomène de surface par lequel des molécules se fixent sur la surface de l'adsorbant par des liaisons faibles. Cette interaction de faible intensité est appelée Force de Van der Waals.
Des preuves de l'utilisation du charbon actif remontent à l'Antiquité avec des utilisation médicinales par Hippocrate vers 400 ans av. J.-C. ou pour de la purification d'eau par les égyptiens vers 1550 ans av. J.-C.. Au XVIIIe siècle, le noir animal, produit à partir d'os, a été employé pour la purification de liquides par filtration et de décoloration, notamment pour la production de sucre blanc. C'est au XXe siècle que les procédés de productions furent améliorés pour permettre une production industrielle du charbon actif pour des usages ou applications visées. Depuis, certains procédés de production furent mis au point pour permettre une plus grande production de charbon actif et une meilleure efficacité, comme l'activation par vapeur (Ostreijko, 1990 et 1991) et l'activation chimique (Bayer, 1915)[1].
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Fabrication[modifier]
Le charbon actif peut être produit à partir de toute matière organique végétale riche en carbone: bois, écorces, pâte de bois, coques de noix de coco, coques de cacahuètes, noyaux d'olives, ou bien de houille, tourbe, lignite, résidus pétroliers.
La fabrication se décompose en deux étapes :
- une première étape de calcination ou carbonisation (ou pyrolyse), à forte température, des produits constituants ;
- une deuxième étape d'activation consiste à augmenter le pouvoir adsorbant, notamment en éliminant les goudrons qui obstruent les pores et ce selon deux procédés distincts :
- l'activation physique, nouvelle combustion avec choc thermique (à 900 à 1 000 °C), effectuée dans un courant d'air et de vapeur d'eau, injectés sous pression (procédé d'oxydation contrôlée), va créer des millions de microscopiques alvéoles sur la surface du charbon, augmentant de façon très importante sa surface et son pouvoir d'adsorption. Ce procédé donne un charbon à pores étroits,
- l'activation chimique par de l'acide phosphorique entre 400 °C et 500 °C. Ce procédé donne un charbon à pores plus larges.
Le diamètre des pores dépend également des pores existant dans la matière première utilisée. Les coques de noix de coco et les bois très denses donnent des micro-pores (< 2 nm), les bois moyens à blanc donne des mésopores (entre 2 et 50 nm) ou des macropores (> 50 nm).
Le charbon actif est produit dans pratiquement tous les pays du monde où l'on trouve des ressources ligneuses (bois, coques de noix, écorces, brindilles, feuilles, etc.).
Propriétés[modifier]
La surface développée par le charbon actif est énorme : un gramme de charbon actif a une surface spécifique comprise entre 400 et 2 500 m². Il est hydrophobe.
L'adsorption des gaz nécessite des pores de 1 à 2 nm, alors que des pores de 2 à 10 nm suffisent pour l'adsorption des liquides.
Utilisations[modifier]
Le charbon actif est utilisé dans de nombreux domaines :
Filtration[modifier]
- systèmes de filtration de l'air contaminé notamment dans les abris antiatomiques ;
- décontamination de l'eau potable : le charbon actif retient un grand nombre de composés organiques, tels les pesticides. Cet usage représente 20 % du marché mondial ;
- masques à gaz ;
- filtres à cigarettes ;
- filtres utilisés dans les installations de ventilation en circuit fermé (par exemple, hotte de cuisine) ;
- filtration de polluants organiques (en particulier les traitements médicamenteux).
- système de filtration pour aquarium [2]
Chimie [3][modifier]
- déchloration des eaux : eau potable et autres liquides alimentaires (bière, boissons gazeuses, etc.). Le chlore des oxydants chlorés (chlore : Cl2 ; acide hypochloreux : HClO ; hypochlorite : ClO-) est réduit en chlorures (Cl-) par une action catalytique ;
- traitement des effluents liquides ;
- détachage des vins blancs, comme le Champagne produit à partir de pinot noir (raisin noir à jus blanc) : les pigments de la peau du raisin, qui peuvent colorer le jus, sont absorbés par un charbon activé chimiquement et exempt de fer afin d'éviter la casse ferrique du vin ;
- décoloration du sucre ;
- décaféination du café : avec de l'eau ;
- stockage de l'hydrogène (nanofibres de charbon actif ou de dérivés du charbon) ;
- support pour métaux catalytiques ultra divisés (par exemple : platine ou nickel sur charbon actif) ;
- l'élimination des hydrocarbures dans l'eau.
Industrie[modifier]
- extraction de l'or des minerais (fixation sur le charbon actif) ;
- stockage de l'hydrogène (nanofibres de charbon actif ou de dérivés du charbon) ;
- balais (frotteurs) dans les générateurs et moteurs (utilisation de plus en plus rare) ;
- supercondensateurs.
Médecine[modifier]
- Il a été utilisé en tant que chélateur dans un grand nombre d'intoxications, toutefois les indications ont été très restreintes, principalement en raison des délais de prise en charge : le charbon activé cesse d'être utile au-delà de 3-4 heures après l'intoxication;
- épuration digestive avec en particulier abaissement du taux de cholestérol total et du taux des LDL[4] ;
- diarrhées, le charbon actif étant un constipant ou antidiarrhéique ;
- aigreurs d'estomac, aérophagies, flatulences ;
- ainsi que, avec un succès relatif, dans les cas de gastro-entérites, de gastralgies, dans les états d'infection de l'intestin accompagnés de constipation, de borborygme et de fermentation intestinale ;
- certains vont même l'utiliser, en tant que cataplasme (mélangé avec de l'eau) pour tenter de contrer, juste après la morsure, les effets d'un venin de serpents, de piqûres d'hyménoptères (abeilles...), d'arachnides (araignées...) et de cœlentérés (anémone de mer...). L'efficacité de cette dernière utilisation n'est pas garantie.
On peut se procurer ce charbon activé (officinal ou commercial) ou Charbon de Belloc dans les pharmacies et dans des magasins d'aliments bio. En cas d'intoxication, un avis médical rapide reste indispensable.
Le charbon activé n'a ni goût, ni odeur, ni effet désagréable. En absence d'ulcère gastro-duodénal évolutif ou d'occlusion intestinale, le charbon activé n'a pratiquement aucune contre-indication, hormis celles qui sont liées à tout produit antidiarrhéique (voir article Épuration digestive). Il est très bien toléré, même à doses élevées. Comme son adsorption est rapide, il est efficace dès son ingestion. Il est à noter, cependant, que la prise de charbon activé n'est pas compatible avec un traitement médicamenteux, le charbon activé adsorbant les molécules actives de ces mêmes médicaments. Il faut donc décaler de 2 ou 3 heures la prise de charbon actif avec la prise d'autres médicaments.
Agroalimentaire[modifier]
Le charbon actif est largement répandu dans l'agroalimentaire. Le charbon actif est utilisé pour deux familles d'applications : pour ses propriétés de décoloration d'une part et pour sa capacité à purifier de l'autre. On trouve du charbon actif dans :
- La décoloration des édulcorants (glucose, saccharose, et dérivés de l'industrie de l'amidon), des acides organiques issus de procédés fermentaires, des acides aminés et des vitamines
- La purification des huiles végétales et animales par l'élimination des PAH, l'abattement de toxines dans les jus de fruits, la production d'eau "ingrédient" pour tout type de produit alimentaire.
- alimentation animale (très utilisé au Canada)[réf. nécessaire].
Réactivation et Régénération[modifier]
A la différence du charbon actif en poudre qui est soit incinéré ou mis en décharge, le charbon actif en grain peut être recyclé.
La méthode la plus utilisée est la réactivation thermique : le charbon actif est placé dans un four entre 700 et 900°C en présence de vapeur d'eau. Les molécules adsorbées sont dévolatilisées puis pyrolisées. Le résidu présent dans les pores d'adsorption sont gazéifié au moyen de la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère du four. Le charbon actif retrouve sa structure initiale libre de tout polluant.
Il peut être également régénéré par des lavages acides ou alcalins. Dans ce cas, il ne récupère qu'une partie de sa capacité car il n'est pas possible d'éliminer la totalité des molécules adsorbées. On parle alors de capacité de travail.
Notes et références[modifier]
- Note : cet article a été notamment rédigé à partir de l'article de la page Métaux lourds, pollutions diverses, comment faire pour se désintoxiquer ???, du site de l'association Action Santé Environnement.
- lecarbon.com, « Un peu d'histoire... », Thermya, 2006. Consulté le 16 novembre 2011
- [(http://www.aquabase.org/articles/html.php3/charbon-actif-comment-marche=346.html) (Charbon actif, comment ça marche)], (2004). Consulté le (2011/11/16)
- Applications du charbon actif
- Fiche du charbon actif sur le site complements-alimentaires.org
Voir aussi[modifier]
Articles connexes[modifier]
Liens Externes[modifier]
Bibliographie[modifier]
- Charbons Activés : adsorption des gaz et des vapeurs, Clément Courty, Gauthier-Villars, 1952.
- Le charbon de bois activé, François Versini, Rouge et Vert éditions. 1991.
- Épuration digestive lors des intoxications digestives, Nîmes, le 27 novembre 1992, [1]
