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 piéger les composés organiques volatiles, des molécules responsables des odeurs et pour certains reconnus comme d'importants polluants de l'air intérieur. En revanche, les charbons actifs ne sont pas utilisés pour filtrer les particules.

 

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. Cependant d'une façon générale, la taille des pores des charbons actifs n'est pas régulière, on parle ainsi de matériaux poreux "non structurés". Ils ont ainsi un comportement fortement variable en fonction des composés organiques volatiles, et des conditions ambiantes (température et humidité).

 

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

Le filtre à charbon actif agit par adsorption, et plus précisément par physisorption. Ce qui signifie que certains gaz présents dans l'air se logent dans les pores du charbon et. L'air qui sort du filtre est alors purifié de ces gaz adsorbés.
 

Adsorption ou absorption ?

Il ne faut pas confondre adsorption et absorption. L'absorption est un 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).

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 et sont plus légers que les filtres à charbon actif en fibres (CAF). Sous cette forme, le charbon peut être associé à d'autres substances. Certains fabricants utilisent par exemple de la zéolite avec les granulés. Ils la prétendent efficace contre le formaldéhyde, un gaz cancérogène par inhalation qui est très représentatif des composés organiques volatils (COV), mais aucune étude scientifique sérieuse ne le démontre. En fait, la zéolite a surtout l'avantage d'être peu coûteuse. Des chercheurs allemands de Stiftung Warentest* ont testé des purificateurs d'air à filtres (Philips, Dyson, Soehnle, Rowenta), résultat : les charbons actifs capturent très peu le formaldéhyde.

Les filtres à charbon actif en fibres (CAF) sont eux composés de grains de taille comprise entre 10 et 50 µm (100 fois plus petits donc). 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 (un autre COV présent dans l'essence et le gel hydro-alcoolique), les filtres à CAF seraient 26,8% moins efficaces que les filtres à CAG.

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
  • 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 préfiltres
  • 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.

En conclusion, la filtration par charbon actif est une technologie complexe est difficile à maîtriser. Elle dépend de nombreux facteurs et est particulièrement sensible aux conditions de température et d'humidité, qui peuvent même conduire à un relargage des polluants piégés ! D'où une efficacité incertaine, qui n'en font pas un outil très fiable pour se protéger des gaz polluants, les composés organiques volatiles.
 

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

*organisation de consommateurs allemande réalisant des essais comparatifs de produits et de services présents sur le marché.

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