Les filtres à charbon actif : démêler le vrai du faux

Notre deuxième article sur les technologies de purification de l’air porte sur les filtres à charbon actif. Découvrez toute la vérité sur eux.

Qu’est-ce qu’un filtre à charbon actif ?

Les filtres à charbon actif sont utilisés par certains fabricants de purificateurs d’air pour arrêter les contaminants au niveau moléculaire. Ils sont efficaces sur les produits chimiques, les odeurs et les gaz présents dans l’air mais ne traitent pas les particules.

Le charbon actif

Le charbon actif est un matériau constitué essentiellement de matière carbonée à structure poreuse. Il peut être produit à partir de toute matière organique végétale riche en carbone : bois, écorce, coques de noix de coco, etc. Une fois activé (physiquement ou chimiquement), la surface du charbon actif peut atteindre de 400 à 2 000 m².g-1. Le charbon retient alors les molécules des gaz et des liquides. De ce fait, l’efficacité d’un charbon actif sur les gaz peut dépendre de l’humidité ambiante.

Le diamètre des pores dépend de la méthode d’activation et des pores présents dans la matière première utilisée. Les coques de noix de coco donnent ainsi des micro-pores (< 2 nm). Les bois peuvent donner des pores de plus de 50 nanomètres. Pour purifier l’air des gaz polluants, les charbons actifs dont les pores mesurent à 1 à 2 nanomètres sont les plus appropriés. Des charbons actifs de diamètres de porosité différents auront des efficacités différentes sur les gaz.

Comment est-ce qu’un filtre à charbon actif fonctionne ?

Charbon actif

Le filtre à charbon actif agit par adsorption. Certains gaz, des produits chimiques et les odeurs présents dans l’air réagissent avec la surface du charbon et s’y collent. L’air qui sort du filtre est alors purifié des gaz adsorbés.

Adsorption ou absorption ?

Il ne faut pas confondre adsorption et absorption. L’absorption est ce processus par lequel les molécules de gaz ou de liquide, mis en contact avec un matériau solide, s’incorporent dans la totalité de son volume. On parle d’adsorption quand ce processus ne concerne que la surface du solide.

Des filtres s'appuyant sur deux différentes formes de charbon actif

On distingue le charbon actif en grains (CAG) et celui en fibres (CAF).

Charbon actif2

Les filtres à charbon actif en grains (CAG) comportent des granulés pouvant avoir jusqu’à 3 mm de diamètre. Ils ont une durée de vie plus longue que les filtres à CAF et sont plus légers. Sous cette forme, le charbon peut être associé à d’autres substances. Certains fabricants utilisent de la zéolite avec ces granulés. Ils prétendent qu’elle est efficace contre la formaldéhyde et l’ammoniaque mais aucune étude scientifique sérieuse ne le démontre. En fait, la zéolite a surtout l’avantage d’être peu coûteuse.

Les filtres à charbon actif en fibres (CAF) sont composés de grains de taille comprise entre 10 et 50 µm. Ils sont réputés plus maniables que les filtres à CAG, et auraient une capacité d’adsorption plus rapide. Les chercheurs des laboratoires IBR soupçonnent les fabricants de privilégier cette forme, moins efficace, parce qu’elle est 2 à 3 fois moins chère. D’après leurs observations sur la filtration de l’isopropanol, les filtres à CAF sont 26,8% moins efficaces que les filtres à CAG.

Charbon actif

Une efficacité dépendante de nombreux facteurs

De nombreux facteurs peuvent limiter l’efficacité du filtre à charbon actif :

  • Les matériaux utilisés pour la fabrication du charbon activé : marne, bois, noix de coco
  • La taille des grains et leur densité : le filtre est moins efficace quand le charbon est sous forme de poudre
  • La surface d’échange entre le charbon et le flux d’air
  • L’étanchéité entre le filtre et le conduit d’air
  • La qualité des pré-filtres
  • Le nombre de filtres associés : plus il y a de filtres, plus le filtre est protégé des dépôts de particules ; en revanche de nombreux filtres réduisent le débit d’air ou augmentent le bruit et la consommation d’énergie ; moins il y en a, plus le filtre à charbon actif s’encrasse rapidement
  • La vitesse de l’air à travers le filtre : plus elle est rapide, moins le charbon actif a le temps de purifier l’air
  • Le degré de saturation du filtre par l’adsorption des gaz : les molécules de gaz polluants peuvent être réémises. De plus, la vitesse de saturation est différente selon les polluants, ce qui complique le calcul de sa durée de vie.
  • Réversibilité du phénomène physique : les molécules captées peuvent être réémises dans l’air si les conditions de température et humidité changent
  • L’humidité : le filtre à charbon actif est inutile en cas de forte humidité et il aura tendance à adsorber les molécules d’eau en premier s’il n’a pas subi un traitement spécifique

D’après une récente étude, l’efficacité d’un filtre à charbon actif peut décroître après quelques semaines. Après 3 ou 4 semaines, le filtre à charbon actif doit être nettoyé ou remplacé. Cette fréquence varie en fonction du niveau de pollution.

La filtration à charbon actif est une technologie complexe et difficile à maîtriser. Elle dépend de nombreux facteurs, d’où une efficacité souvent incertaine.