Preuves scientifiques de l’efficacité du charbon actif de bambou et de chêne pour purifier l’eau

Le charbon actif est une méthode traditionnelle pour purifier l’eau qui fait son grand retour, et pour cause, c’est une méthode très efficace. Pour savoir comment l’utiliser, reportez-vous à notre article : Le Binchotan : Charbon actif traditionnel pour purifier l’eau du robinet.

Pour rappel, le charbon actif de bambou ou de chêne s’emploie pour débarrasser l’eau du robinet des traces de produits chimiques qu’elle peut contenir. Il est impératif que cette eau soit potable, c’est-à-dire libre de bactéries. Le charbon actif ne traite pas les bactéries, et n’est donc pas adapté pour traiter des eaux non-potables à la maison. Il fait cependant partie de systèmes de traitement des eaux à grande échelle, qui combinent le charbon actif à des filtres bactériologiques.

Comme toute méthode naturelle traditionnelle, le charbon actif fait parfois lever les sourcils des sceptiques. Comment est-ce que du bois ou du bambou carbonisé à très haute température peut-il dépolluer l’eau ? Quelles sont les preuves scientifiques qui soutiennent ces allégations ?

De nombreuses études scientifiques

Les recherches sur le charbon actif bénéficient d’un immense intérêt de la part de la communauté scientifique depuis le 18ème siècle.

Il existe une littérature scientifique conséquente au sujet du charbon actif de bambou et des charbons actifs obtenus à partir de bois durs comme le chêne. Différent types de pyrolyses et différents procédés de transformation ont été testés. De nombreux types de charbons actifs ont été comparés pour évaluer leur efficacité. Les scientifiques ont également testé les différentes durées de vie de ces charbons. Il a été établi scientifiquement que le charbon actif est un excellent purificateur de l’eau et de l’air.

Des recherches encore au goût du jour

Aujourd’hui encore, de nombreuses études scientifiques internationales continuent de se pencher sur le charbon actif, car c’est un produit très intéressant pour faire évoluer les techniques de filtration de l’eau et de l’air. Les recherches à ce sujet continuent d’explorer les meilleures conditions d’usage du charbon actif, et comparent les différentes qualités de charbon dans différents environnements. Le charbon actif est aussi étudié pour ses propriétés désodorisantes et sa capacité à retenir les gaz et les odeurs.

Comme bien souvent en sciences, la majorité de ces études sont publiées en anglais. Elles sont souvent très techniques, car elles s’adressent à des spécialistes. Nous avons parcouru ces publications pour vous, pour en tirer un résumé abordable des méthodes et mesures scientifiques relatives au charbon actif comme purificateur d’eau. Si vous êtes scientifique ou tout simplement très curieux, vous pouvez vous reporter aux études citées en notes de bas de page.

Le charbon actif a une capacité à capturer de nombreux produits toxiques

Une structure microporeuse

L’une des propriétés les plus saisissantes du charbon actif est sa structure microporeuse. Grâce à cette structure, le charbon actif capture de nombreux produits toxiques. C’est le procédé d’adsorption, par lequel le charbon piège les substances nocives. La qualité d’un charbon actif dépend de la taille de ces micropores et de la taille de la surface de contact.

Les scientifiques s’y sont intéressés de près et ont conduit des expériences visant à établir la liste des produits que le charbon actif peut capturer. Pour ce faire, la présence de polluants spécifiques est testée avant et après filtration par le charbon. De nombreuses études ont démontré que le charbon actif, en particulier issu de bambou, adsorbe un grand nombre de substances toxiques de l’eau. C’est ce qui en fait un allié de taille pour purifier l’eau de consommation courante mais aussi pour construire des stations de dépuration et purifier l’eau en zone rurale comme en ville.

Quels polluants sont filtrés par le charbon actif ?

Les polluants chimiques présents dans l’eau sont malheureusement très nombreux. Issus majoritairement de l’industrie et de l’agriculture, ces substances se retrouvent dans les eaux usées et contaminent les rivières et nappes phréatiques pour finalement contaminer les réseaux d’eau potable.

Dans le collimateur, l’industrie pétrolière et plastique, l’industrie pharmaceutique et cosmétique, ainsi que l’agriculture intensive avec ses nombreux pesticides, fongicides et herbicides.

Les principales substances qui polluent nos eaux sont les nitrates, les phosphates, les métaux lourds, les PCB, les hydrocarbures, ainsi qu’une pléthore de micropolluants, ou substances à l’état de trace comme les perturbateurs endocriniens, sans oublier la pollution radioactive.

Le charbon actif a la capacité de traiter la majorité de ces polluants, d’où le regain d’intérêt pour ce produit, peu coûteux et très efficace. Dans les rares cas où le charbon actif ne purifie pas l’eau à 100% d’un polluant, il atteint une efficacité de plus de 95%, souvent inégalée par d’autres systèmes de filtration.

Nitrates et phosphates

Les nitrates et les phosphates sont responsables de taux d’azote et de phosphore élevés dans l’eau. Ces taux peuvent conduire à ce que l’on appelle l’eutrophisation, un excès de nutriments qui s’accumule dans l’eau. L’eutrophisation est à l’origine de la prolifération d’algues vertes par exemple. Elle indique un déséquilibre du milieu aquatique.

La teneur en nitrates de l’eau est un des indicateurs les plus connus de la qualité de l’eau. Les nitrates existent à faible concentration dans l’eau à l’état naturel. Néanmoins, des concentrations élevées de nitrates sont toxiques pour la faune, la flore et l’humain. Les excès de nitrates de potassium, de sodium et d’ammonium et de phosphates dans l’eau proviennent principalement des engrais chimiques. De nombreuses études ont démontré que le charbon actif possède une excellente capacité à capturer les nitrates et les phosphates grâce sa structure microporeuse.[1] La capacité dépolluante du charbon est telle qu’il peut être utilisé pour nettoyer des sites hautement contaminés en nitrates et phosphates.

Chlores

Selon les études scientifiques disponibles, le charbon actif capture également le chlore, le chloroforme, les chloramines.[4] C’est un avantage précieux lorsqu’il s’agit de purifier l’eau du robinet, qui comporte bien souvent des résidus de chlore.

Résidus issus des hydrocarbures : les phénols

Le charbon actif capture également le phénol (hydroxybenzène) résidu de l’industrie pétrolière et plastique[2]. Ce dernier provient aussi de l’industrie pharmaceutique et cosmétique, ou encore de la production de papier. Le phénol est corrosif, et dangereux pour la santé. Il peut causer la mort à très haute dose.

Métaux lourds 

La littérature scientifique est également abondante en ce qui concerne la capacité des charbons actifs à nettoyer l’eau des métaux lourds.[3] Le charbon actif de bambou se débarrasse complètement du plomb et de l’arsenic. Les scientifiques insistent sur l’importance d’utiliser un charbon actif neuf ou nettoyé, car une fois ces éléments adsorbés, le charbon sature et peut voir son efficacité diminuer. En ce qui concerne les métaux lourds, le type de charbon actif utilisé et sa qualité sont très importants.

Le charbon actif de bambou est particulièrement efficace : il nettoie l’eau en totalité de l’arsenic et des fluorures en une seule filtration.[4]

PCB 

Les PCB, encore appelés polychlorobiphényles ou biphényles polychlorés, sont hautement toxiques. Interdits en France depuis belle lurette (1987) les PCB ont pourtant été très utilisés jusque dans les années soixante-dix, en particulier dans les transformateurs électriques et les condensateurs. La firme Monsanto en a produit jusqu’en 1977. Les PCB sont pourtant reconnus comme « cancérogènes probables »[5] et sont écotoxiques. Même à l’échelle de traces dans l’eau, ce sont des perturbateurs endocriniens. Il est donc très important de débarrasser l’eau de consommation de ce produit.

Malheureusement, les PCB sont très persistants, et le charbon actif n’en capture qu’environ 95%. C’est l’un des seuls produits qui n’est pas intégralement capturé par les micropores du charbon, et les recherches à ce sujet continuent de se poursuivre.

Perturbateurs endocriniens

Les traces de PCB font partie d’une famille de polluants connue sous le nom de perturbateurs endocriniens. Ces derniers interfèrent avec le système hormonal des humains et des animaux. Certains sont reprotoxiques, c’est-à-dire qu’ils interfèrent avec la fertilité, et peuvent aller jusqu’à causer la stérilité. Ces perturbateurs endocriniens sont issus de substances présentes dans les pesticides, les produits ménagers et les cosmétiques : parabènes, triclosan, phénoxyéthanol, phtalates, bisphénol A, … la liste est longue.

Encore une fois, les recherches sur le charbon actif montrent son efficacité à se débarrasser de ces substances nocives.[6] On utilise les charbons actifs pour traiter les eaux usées de ces produits.

Résidus de l’industrie textile

Certaines industries, comme en particulier l’industrie textile, rejettent des polluants difficiles à nettoyer. Les polluants issus des teintures peuvent être particulièrement toxiques et résistants à certains filtres actuels. Le charbon actif est capable de traiter ces résidus. Par exemple, une étude démontre la capacité du charbon actif à éliminer le vert malachite de l’eau rejetée par l’industrie textile en Inde[7].

Mesures de qualité de l’eau

Pour établir l’efficacité du charbon actif dans la purification de l’eau, un grand nombre de mesures de la qualité de l’eau sont employées. On teste l’eau avant son exposition au charbon actif et après, à plusieurs intervalles. En termes de méthode, différents types de charbons actifs peuvent être testés (issus de bois durs ou de bambou), obtenus avec différents procédés de pyrolyse. Voici une liste non-exhaustive de mesures utilisées pour tester l’eau.

Ph et turbidité

On mesure généralement le Ph de l’eau (acide ou basique) et sa turbidité, c’est-à-dire son épaisseur et sa couleur, résultant de son contenu de matière en suspension (mesure de MEST, Matières en Suspension Totale).

Demande chimique en oxygène (DCO)

La demande chimique en oxygène est une autre mesure couramment utilisée. Elle correspond à la consommation en dioxygène des substances chimiques contenues dans l’eau pour oxyder les ses composantes naturelles (organiques et minérales). Pour créer les conditions nécessaires à l’oxydation, on utilise un produit oxydant à haute température dans un milieu acide. Les substances oxydables sont alors consommées par la réaction. On mesure ainsi la présence des substances oxydables dans l’eau.

Cette mesure est utilisée dans plusieurs études scientifiques qui démontrent que la DCO décroît avec l’utilisation du charbon actif, signe que l’eau est débarrassée de ses polluants oxydables. Par exemple, une étude[8] mesure la DCO au bout d’une heure, de deux heures, et jusqu’à cinq heures de filtration par le charbon actif de bambou. Les chercheurs obtiennent des valeurs décroissantes significatives (allant de 378mg/ litre à 156mg/litre). Ces valeurs démontrent le pouvoir dépolluant du charbon actif. 

Demande biochimique en oxygène (DBO-5)

La mesure de la demande biochimique en oxygène nous renseigne sur la quantité d’oxygène nécessaire à la dégradation des matières organiques dans l’eau. La mesure dite DBO-5 s’effectue sur cinq jours. En soustrayant la DBO-5 à la DCO on obtient le taux de matière organique qui a des difficultés à se dégrader. 

Carbone organique dissous (COD)

La mesure du carbone organique dissous permet d’évaluer le taux de carbone dans l’eau et donc son degré de pollution.

L’éventail de mesures scientifiques est large et complexe, et nous vous invitons à vous plonger dans la lecture des publications scientifiques si vous souhaitez en savoir plus.  

Bambou vs bois de chêne, quelles différences ?

En comparant les charbons actifs disponible, il apparaît que le charbon actif de bambou a un profil plus intéressant que les autres charbons de bois. Le charbon actif de bambou présente de nombreux avantages, du fait de sa structure et ses propriétés antibactériennes, minérales et électromagnétiques.

Un avantage de taille

L’avantage principal du charbon actif de bambou est la taille de ses micropores, plus fins que ceux du charbon de bois dur. Sa surface de contact avec l’eau est donc supérieure à celle de ces derniers. Le charbon actif de bambou possède quatre fois plus de cavités que le charbon actif de bois durs, et sa surface de contact est dix fois plus élevée.[4]

Des propriétés antibactériennes et antifongiques

En plus de sa structure microporeuse, le charbon actif a des propriétés antibactériennes et antifongiques particulièrement intéressantes. Cela lui permet de se débarrasser en quasi-totalité des substances nocives précitées (et en totalité pour la plupart).

En effet, le charbon actif de bambou contient de l’acide acétique et de l’éther diéthylique, qui ont des propriétés antiseptiques et stérilisantes.[4] L’agent antibactérien et antifongique contenu dans le bambou est appelé « Bambou-Kun »[9].

Purifier sans appauvrir

L’un des avantages du charbon actif par rapport aux autres systèmes de purification des eaux, c’est sa capacité à revitaliser l’eau en la chargeant en minéraux. En effet, de nombreux systèmes de filtration appauvrissent l’eau en la débarrassant des produits nocifs et au passage des minéraux également. C’est pour cela que certains systèmes comportent deux phases de traitement de l’eau : une phase de purification et une phase de revitalisation.

Le charbon actif de bambou est une excellente source de minéraux. Alors qu’il retient les produits nocifs, il relâche dans le même temps des minéraux dans l’eau. Ainsi l’eau est à la fois purifiée et reminéralisée en une seule phase. L’eau est ainsi enrichie en potassium, magnésium, sodium et calcium[9].

Des propriétés électromagnétiques

Le charbon actif de bambou a également des propriétés électromagnétiques intéressantes. Il émet des infrarouges lointains (IRL) de 4 à 16 micromètres. Ces infrarouges sont absorbés par le corps humain et nous sont bénéfiques. Nous les absorbons non pas dans l’eau, mais au travers des microparticules de charbon actif présentes dans l’eau une fois filtrée. Le charbon actif de bambou dissipe également les ondes électromagnétiques nocives[9].

Le charbon actif de bambou, roi des charbons actifs modernes

De manière générale, les propriétés du charbon actif de bambou sont similaires à celles du charbon actif de bois dur, à la différence qu’elles sont meilleures sur tous les plans : meilleure adsorption, plus grande surface de contact, meilleures propriétés antiseptiques et antifongiques, meilleure richesse minérale et meilleures propriétés électromagnétiques. Pourquoi alors continue-t-on de produire du charbon actif de chêne et autres bois durs ? Ces derniers ont bonne réputation car ils ont été utilisés traditionnellement depuis plus longtemps. Néanmoins, le charbon actif de bambou est plus écologique, moins onéreux et plus efficace. C’est donc un choix éclairé par les connaissances scientifiques actuelles pour purifier l’eau de consommation courante.


[1] Par exemple :

*Pour les nitrates: Utilization of granular activated carbon adsorber for nitrates removal from groundwater of the Cluj region, Moşneag SC et al.Journal of Environmental Science and Health, Toxic/Hazardous Substances and Environmental Engineering, 2013;48(8): pp 918-24. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23485242

*Removal of Nitrate–Nitrogen from Drinking Water Using Bamboo Powder Charcoal. Mizuta K. et al. Bioresource Technology 95(3), 2005, pp 255-257. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15288267

-Pour les phosphates :

 The adsorption of organic and inorganic phosphates onto a new activated carbon adsorbent. Jayson, G.G et al. Journal of Colloid and Interface Science. Volume 86, Issue 2, 1982, pp 397-410. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0021979782900856

[2] Parmi les articles disponibles, voir par exemple : A Study of the Adsorption of Phenol by Activated Carbon from Aqueous Solutions. Qadeer, R & Reehan A.H, Turkish Journal of Chemistry 6 (2002), pp 357-361. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.623.6518&rep=rep1&type=pdf

[3] L’article suivant répertorie et synthétise de nombreuses recherches dans ce domaine :

Activated carbons for the removal of heavy metal ions: A systematic review of recent literature focused on lead and arsenic ions, Deliyanni, E.A et al.De Gruyter Open Chemistry, 2015; 13: pp 699–708. https://www.degruyter.com/downloadpdf/j/chem.2015.13.issue-1/chem-2015-0087/chem-2015-0087.pdf

[4] Source : The Versatile Bamboo Charcoal, Dwivedi A et al. Department of Chemical Engineering, Institute of Technology, Nirma University, Ahmedabad, Gujarat, India. International Conference on Multidisciplinary Research & Practice, International Journal on Research and Scientific Innovation, P129, Volume I, Issue VII, ISSN 2321-2705. https://www.academia.edu/9497391/The_Versatile_Bamboo_Charcoal

[5] « Cancérogène probable » : produit suspecté d’être à l’origine d’un cancer.

[6] Par exemple: Determination and Removal of Endocrine Disruptors in Wastewater by Activated Carbon. Nolasco, M. et al. Journal of Civil Engineering and Architecture. 11. 2017, pp 653-662. https://www.researchgate.net/publication/320491368_Determination_and_Removal_of_Endocrine_Disruptors_in_Wastewater_by_Activated_Carbon

[7] Effects of Agitation time and Adsorbent dosage on the Adsorption of dyes. Ibaraj S & Sulochana N, Indian Journal of Chemical Technology, 9, 2002, pp 201-208.

[8] Adsorption and Treatment of Organic Contaminants using Activated Carbon from Waste Nigerian Bamboo, Ademiluyi, F.T et al, Department of Chemical/Petrochemical Engineering, Rivers State University of science & Technology, Port Harcourt, Nigeria. Journal of Applied Sciences and Environmental Management, Vol. 13(3) 2009, pp 39 – 47. http://www.bioline.org.br/pdf

[9] Source : Bamboo charcoal as a natural Water Filter – An indigenous rural application, Shwetha Kamath, 2011, India Water Portal. https://www.indiawaterportal.org/articles/bamboo-charcoal-natural-water-filter-indigenous-rural-application

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