Charbon actif

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Charbon actif

Le charbon actif ou charbon activé ou encore charbon végétal activé est une poudre noire, légère, constituée essentiellement de matière carbonée à structure microporeuse.

C'est, en fait, une sorte de charbon de bois présentant une très grande surface spécifique qui lui confère un fort pouvoir adsorbant^[1].

Le charbon actif aurait été utilisé dans l'Antiquité par Hippocrate vers 400 ans avant J.C. et même les égyptiens vers 1550 ans avant J.C. pour des usages médicinals. Au 18e siècle, le charbon actif, produit du sang, du bois et des os, aurait été employé pour la purification de liquides par filtration ou sédimentation. Ces types de matériaux seraient les premiers matériaux adsorbants et se retrouvaient surtout en poudre. Au 19e siècle, la poudre d'os calciné était utilisée pour la décoloration des sucres dans l'industrie sucrière.

C'est au 20e 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).^[2]

Fabrication

Filtre à cartouche de charbon activé

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

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⋅g^-1. 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.

Cette poudre de charbon actif (comme tout charbon de bois) est très salissante.

Utilisations

Le charbon actif est utilisé dans de nombreux domaines :

Filtration

• 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 ^[3]

Chimie^[4]

• 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

• 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

• empoisonnement par absorption de substances toxiques ;
• intoxication alimentaire virale ou bactérienne (tels que celles qui sont dues à la salmonelle, au staphylocoque, à la listeria...) ;
• antidote en cas d'intoxication par médicaments, stupéfiants, alcaloïdes, produits chimiques agricoles (organo-phosphorés ...), métaux lourds, détergents, solvants organiques. On le préconise tout particulièrement dans les intoxications par antidépresseur tricyclique, chloroquine, paraquat, barbituriques, colchicine, phénothiazines, benzodiazépines, digitaliques, salicylés, bêta-bloquants, méprobamate, théophylline, carbamazépine, paracétamol, etc. Ces substances sont alors adsorbées par le charbon activé qui est évacué ensuite par les voies naturelles, entraînant avec lui la toxine ;
• épuration digestive avec en particulier abaissement du taux de cholestérol total et du taux des LDL^[5] ;
• 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. Cependant, le charbon végétal non activé n'interagit avec aucun médicament concomitant excepté la pilule anticonceptionnelle chez la femme.

Agroalimentaire

• alimentation animale (très utilisé au Canada).

Recyclage

Après utilisation, le charbon en poudre est incinéré ou placé en décharge. En grains, il peut se régénérer, avec 5 à 15 % de pertes, par traitement à la vapeur d'eau à 900 °C ou par des lavages acides ou alcalins.

Voir aussi

Articles connexes

• Filtre
• Charbon de bois
• Filtration
• Aérosol
• Filtre à air
• Biochar
• Biocharbon
• métaux lourds

Liens externes

Bibliographie

• Le charbon de bois activé, François Versini, Rouge et Vert éditions. 1991.
• Épuration digestive lors des intoxications digestives, Nîmes, le 27 novembre 1992, [1]

Notes et références

• 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.

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