Parmi les solutions les plus utilisées pour filtrer l’eau potable, on trouve le filtre à charbon actif, un système de filtration peu coûteux, disponible dans différents formats, et très efficace pour éliminer les impuretés, les mauvaises odeurs ou les goûts désagréables de l’eau.
Mais attention, avant de se précipiter sur l’achat d’un système de filtration utilisant cette technologie, il est bon de comprendre ce qu’est un filtre à eau à charbon actif et à quoi il sert.
En effet, un filtre à charbon actif n’est pas aussi efficace qu’un système d’ultrafiltration, et encore moins qu’un système d’osmose inverse, mais il est souvent utilisé en complément de ces derniers et d’autres systèmes, comme l’échange d’ions, qui sert à adoucir l’eau.
Voyons donc comment fonctionne un tel système de filtration et ce qu’il élimine, ainsi que son coût et sa durée de vie.
Tous les systèmes de filtration de l’eau servent à améliorer la qualité de l’eau que nous buvons ou que nous utilisons pour cuisiner, mais chacun a des caractéristiques et des objectifs différents.
Si nous voulons simplement éliminer une mauvaise odeur ou un mauvais goût, nous pouvons penser à des solutions plus simples appelées micro-filtration, dont font partie les filtres à charbon actif que nous allons voir.
En revanche, pour obtenir un degré de filtration plus élevé, par exemple pour éliminer des bactéries ou même des minéraux dissous dans une solution, il faut se tourner vers des solutions plus avancées telles que l’ultrafiltration ou l’osmose inverse.
Alors que la micro-filtration n’élimine que les particules supérieures à 0,5 micron, c’est-à-dire les matières particulaires ou les gros contaminants, les systèmes d’ultrafiltration peuvent également éliminer les substances supérieures à 0,01 micron, y compris les bactéries.
Ceux qui, en revanche, ont besoin d’une filtration extrêmement poussée qui élimine également les substances dissoutes dans la solution et les résidus fixes, devraient se tourner vers les systèmes d’osmose inverse, qui filtrent les particules d’une taille supérieure à 0,001 micron.
Qu’est-ce qu’un filtre à charbon actif ?
Le filtre à charbon actif est un système de filtration de l’eau (mais il peut aussi être utilisé pour l’air) qui élimine les molécules organiques grossières, souvent responsables d’une mauvaise odeur ou d’un mauvais goût.
Mais que signifie le charbon actif ? Le charbon actif est un matériau contenant principalement du carbone amorphe d’origine végétale ou minérale, d’où son nom, et présentant une structure très poreuse. Cela permet d’obtenir une surface spécifique élevée, de sorte que la surface disponible exposée à l’eau est exploitée au maximum.
Le charbon actif « attire » ainsi les particules présentes dans l’eau qui le traverse, ce qui la rend plus propre. Le principe à la base de ce phénomène est l’adsorption, un phénomène physico-chimique qui consiste en l’accumulation d’une substance, en l’occurrence l’eau, à la surface d’un condensat, en l’occurrence le charbon actif.
Les particules établissent alors une interaction chimico-physique qui leur permet de filtrer et de nettoyer l’eau.
Lorsqu’il s’agit d’utiliser le charbon actif pour la filtration de l’eau, plusieurs caractéristiques sont essentielles pour qu’il soit efficace. Les particules de charbon actif peuvent être plus fines, et donc offrir une plus grande surface d’adsorption au prix d’une filtration plus lente, ou plus grandes, mais moins efficaces.
La capacité d’adsorption du charbon actif correspond à sa capacité à adsorber les impuretés et les contaminants de l’eau. Elle est influencée par des facteurs tels que la surface, la structure des pores et la nature des impuretés.
Les propriétés d’adsorption du charbon actif dépendent de sa surface, qui est étroitement liée à la structure des pores. Une surface plus poreuse offre davantage de sites d’adsorption, ce qui améliore l’efficacité de l’élimination des contaminants.
La source du charbon est également importante. Il peut s’agir de charbon, de bois, de coquilles de noix de coco ou de tourbe. Les différents types de carbone peuvent entraîner des variations de caractéristiques telles que la distribution de la taille des pores et la réactivité chimique. Le charbon actif à base de coquilles de noix de coco est souvent préféré pour la filtration de l’eau en raison de sa capacité d’adsorption élevée et de sa faible teneur en impuretés.
Dans les filtres à charbon actif, il s’agit également de la teneur en cendres, c’est-à-dire des matériaux non carboniques qui peuvent se trouver à l’intérieur. Une teneur en cendres aussi faible que possible est souhaitable, car elle indique une forme plus pure de charbon actif.
Enfin, il est important que le charbon actif utilisé pour la filtration de l’eau ait un pH neutre, afin de ne pas modifier le pH de l’eau.
Bien entendu, ces considérations ne s’appliquent pas toujours aux filtres à charbon actif domestiques que l’on trouve par exemple dans une carafe filtrante à 20 euros. Mais ce système de filtration est également utilisé pour les eaux municipales ou industrielles, dans les aquariums, les piscines et même par l’industrie de l’embouteillage de l’eau. Dans ces conditions, ces détails entraînent des différences considérables dans la pureté finale de l’eau.
A quoi sert le filtre à charbon actif
Le filtre à charbon actif sert à retenir les molécules organiques et les contaminants chimiques dans l’eau, dans le but d’en améliorer la qualité et le goût.
Comme nous l’avons mentionné dans le chapitre précédent, les filtres à charbon actif utilisent le principe de l’adsorption pour capturer les contaminants.
Il existe différents types de filtres à charbon actif, qui peuvent être plus utiles en fonction du type de contaminants, de la quantité d’eau à filtrer et d’autres exigences.
Les filtres granulaires, GAC (Granular Active Carbon), sont composés, comme leur nom l’indique, de minuscules granules de carbone et sont très efficaces pour améliorer le goût et l’odeur de l’eau potable. Les filtres GAC sont également utilisés pour éliminer les COV, les pesticides, les nitrates, le sulfure d’hydrogène, etc.
Ces filtres ont une structure moins dense et sont moins chers. Ils conviennent donc aux solutions domestiques qui n’ont pas d’exigences élevées en matière de filtrage.
L’autre type de filtre est le filtre à bloc. Alors qu’un filtre GAC est simplement constitué de morceaux de carbone en vrac, un filtre à bloc de carbone est constitué de morceaux compressés ensemble pour former un filtre.
• Ces filtres sont plus efficaces car leur structure est plus dense, ce qui augmente la surface en contact avec l’eau et permet une filtration plus fine.
• Ces filtres retiennent les sédiments, les pesticides, le chlore, les métaux lourds et d’autres contaminants.
Ce qu’un filtre à charbon actif élimine
Les filtres à charbon actif peuvent être utilisés pour éliminer un nombre considérable de substances de l’eau, telles que les composés organiques et le chlore libre. Ce dernier est utilisé pour la désinfection et donne un goût désagréable. Il peut également réagir avec des acides organiques tels que les acides humiques et fulviques, formant potentiellement des trihalométhanes, une classe de substances cancérigènes. L’élimination de ces composants de l’eau élimine potentiellement ce risque.
Les autres composants filtrés par le charbon actif sont les composés organiques volatils (COV), que l’on trouve dans l’essence et les peintures, ainsi que les pesticides et les solvants, qui résultent des activités agricoles et industrielles.
Cela dit, les filtres à charbon actif ne sont pas en mesure d’éliminer tous les types de contaminants possibles. Par exemple, le sodium, les microbes, le fluorure et les nitrates ne peuvent pas être éliminés par la filtration au charbon actif, pas plus que les métaux lourds tels que le plomb.
Même l’adoucissement de l’eau n’est pas possible avec les filtres à charbon actif, qui sont d’ailleurs souvent combinés avec des filtres à échange d’ions.
Fonctionnement d’un filtre à charbon actif
Dans les chapitres précédents, nous avons déjà largement expliqué le fonctionnement d’un filtre à charbon actif. Le principe de base qu’il exploite est en fait l’adsorption, qui utilise les forces de Van der Waals pour piéger les molécules à la surface du filtre, mais ce n’est pas le seul.
Le processus dépend d’un certain nombre de facteurs. Tout d’abord, il est influencé par le type de matériau de base du charbon actif, qui détermine la taille des pores, mais aussi par le type de contaminant, sa composition chimique et sa concentration.
Elle dépend également de la température et du pH de l’eau, ainsi que du temps de contact, lui-même déterminé par le débit d’eau et les volumes de charbon actif.
D’autres principes exploités par les filtres à charbon actif sont les réactions chimiques qui peuvent se produire avec certains contaminants.
Par exemple, le charbon actif peut réagir chimiquement avec le chlore présent dans l’eau pour en éliminer le goût et l’odeur. Cette réaction se produit par un processus appelé chimisorption, au cours duquel la surface du charbon interagit et modifie la composition chimique des impuretés.
Le charbon actif agit également comme un filtre physique, en retenant les plus grosses particules et les sédiments présents dans l’eau. Ce processus de filtration mécanique permet d’éliminer les particules et la turbidité, améliorant ainsi la clarté et l’apparence de l’eau filtrée.
Enfin, un autre principe exploité par les filtres à charbon actif peut être la réduction catalytique. Le charbon actif chargé positivement attire la contamination chargée négativement, un processus qui est influencé par le processus d’activation. Par exemple, le niveau d’oxygène, le niveau de charge électrique.
Qu’est-ce qu’un filtre à charbon actif ?
En raison de leur efficacité et de leur faible coût, les filtres à charbon actif ont de nombreuses applications. Comme nous l’avons vu, ils sont utilisés pour la filtration domestique, mais aussi pour les réseaux d’eau municipaux, les piscines ou les aquariums.
Dans le domaine domestique, on trouve plusieurs systèmes utilisant le charbon actif.
Les plus simples sont les carafes filtrantes i ou filtres de robinet, qui disposent généralement de filtres de 0,5 micron avec du charbon actif de noix de coco. Ces systèmes sont parfois utilisés en combinaison avec des filtres à échange d’ions pour adoucir l’eau.
Les filtres à charbon actif sont également utilisés en combinaison avec d’autres filtres, tels que les filtres à osmose inverse. Dans ce contexte, ils sont toujours utilisés pour améliorer l’odeur et le goût de l’eau et pour éliminer les particules grossières.
Durée de vie d’un filtre à charbon actif
Les filtres à charbon actif sont généralement peu coûteux et faciles à installer et à entretenir, mais leur capacité de filtration est limitée.
Lorsque celle-ci est atteinte, ils doivent être remplacés, mais il n’existe pas de durée de vie fixe pour tous les filtres. La durée de vie d’un filtre à charbon actif dépend de la taille, de la qualité de l’eau et du type de filtre.
Les filtres domestiques peuvent durer en moyenne 5 à 6 mois, voire plus selon les conditions. Dans tous les cas, le fabricant indique toujours le délai de remplacement.
Dans les systèmes sophistiqués, tels que ceux du réseau d’eau municipal, des instruments de contrôle de la qualité de l’eau sont utilisés.
Il y a un aspect à prendre en considération qui, d’une certaine manière, représente le plus grand inconvénient de l’utilisation de ce type de filtre. Le carbone est un substrat propice à la prolifération de bactéries et d’algues, ce qui entraîne une contamination de l’eau si les délais de remplacement du filtre ne sont pas respectés.
C’est surtout vrai pour les types de filtres les plus simples, comme les carafes filtrantes, mais c’est un problème à prendre en compte pour tous ces systèmes, d’autant plus que les solutions comme les lampes UV sont peu efficaces.
Combien coûtent les filtres à charbon actif domestiques ?
À ce stade, on peut se demander combien peut coûter un filtre à charbon actif.
Comme nous l’avons dit à maintes reprises, les filtres à charbon actif sont très bon marché, mais cela dépend bien sûr de l’application.
Un filtre à charbon actif pour une carafe filtrante peut coûter 3 à 4 euros, tandis qu’un filtre pour robinet peut coûter entre 8 et 20 euros. Une cartouche de filtre à osmose inverse peut coûter entre 7 et 15 euros.