{"id":8233,"date":"2026-10-11T17:53:41","date_gmt":"2026-10-11T09:53:41","guid":{"rendered":"https:\/\/junglenical.com\/?p=8233"},"modified":"2026-10-11T17:53:44","modified_gmt":"2026-10-11T09:53:44","slug":"how-does-activated-carbon-remove-mercury-mechanisms-products-and-applications","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/junglenical.com\/fr\/blog\/how-does-activated-carbon-remove-mercury-mechanisms-products-and-applications\/","title":{"rendered":"Comment le charbon actif \u00e9limine-t-il le mercure ? M\u00e9canismes, produits et applications"},"content":{"rendered":"

Le mercure est l\u2019un des polluants les plus persistants pr\u00e9sents dans les \u00e9missions industrielles. L\u2019Organisation mondiale de la sant\u00e9 le classe parmi les dix substances chimiques les plus pr\u00e9occupantes pour la sant\u00e9 publique. Une fois rejet\u00e9, le mercure circule dans l\u2019air, l\u2019eau et le sol pendant des d\u00e9cennies, se transformant en m\u00e9thylmercure qui s\u2019accumule dans les poissons et les crustac\u00e9s. Les centrales \u00e0 charbon, les incin\u00e9rateurs de d\u00e9chets, les fours \u00e0 ciment et les fonderies de m\u00e9taux rejettent tous du mercure dans leurs gaz de combustion, et une grande partie de celui-ci \u2014 g\u00e9n\u00e9ralement entre 30 et 70 %, selon le combustible \u2014 s'\u00e9chappe par la chemin\u00e9e sous forme de vapeur de mercure \u00e9l\u00e9mentaire que les \u00e9purateurs et d\u00e9poussi\u00e9reurs classiques ne parviennent tout simplement pas \u00e0 capter. Le durcissement des limites d\u2019\u00e9mission aux \u00c9tats-Unis, en Europe et en Asie a donc fait passer le contr\u00f4le sp\u00e9cifique du mercure du statut de mise \u00e0 niveau facultative \u00e0 celui de condition standard d\u2019autorisation.<\/p>\n\n\n\n

Le charbon actif \u00e9limine le mercure gr\u00e2ce \u00e0 deux m\u00e9canismes compl\u00e9mentaires. D\u2019une part, l\u2019\u00e9norme surface poreuse interne du charbon permet l\u2019adsorption physique des vapeurs de mercure sur la matrice carbon\u00e9e. Ensuite, et de mani\u00e8re bien plus efficace, les vari\u00e9t\u00e9s impr\u00e9gn\u00e9es chimiquement r\u00e9agissent avec le mercure pour former des compos\u00e9s stables et non volatils, tels que le sulfure de mercure (HgS) et le bromure de mercure (HgBr\u2082), qui sont pi\u00e9g\u00e9s de mani\u00e8re permanente \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur des pores. Utilis\u00e9 soit sous forme de charbon actif en poudre inject\u00e9 dans les conduits de gaz de combustion, soit sous forme de granul\u00e9s dans des r\u00e9acteurs \u00e0 lit fixe, correctement s\u00e9lectionn\u00e9 charbon actif pour l'\u00e9limination du mercure<\/a> permet de capturer entre 90 et 99 % du mercure, tant dans les flux gazeux que liquides.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Les sections ci-dessous pr\u00e9sentent en d\u00e9tail les principes scientifiques qui sous-tendent chaque m\u00e9canisme, les deux approches techniques utilis\u00e9es pour int\u00e9grer le carbone dans des installations r\u00e9elles, ainsi que les crit\u00e8res pratiques permettant de choisir la qualit\u00e9 de produit adapt\u00e9e.<\/p>\n\n\n\n

Pourquoi le mercure est-il si difficile \u00e0 capter ?<\/h2>\n\n\n\n

Le mercure \u00e9chappe aux mesures classiques de lutte contre la pollution car il se pr\u00e9sente sous trois formes tr\u00e8s diff\u00e9rentes ; or, la forme qui pr\u00e9domine dans la plupart des gaz de combustion \u2014 le mercure \u00e9l\u00e9mentaire \u2014 est gazeuse, insoluble dans l'eau et chimiquement inerte, ce qui lui permet de passer sans encombre \u00e0 travers les \u00e9purateurs, les pr\u00e9cipitateurs \u00e9lectrostatiques et les filtres \u00e0 manches, qui ont \u00e9t\u00e9 con\u00e7us pour retenir les particules et les gaz acides.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\"Une<\/figure>\n\n\n\n

Selon le Organisation mondiale de la Sant\u00e9<\/a>, m\u00eame de faibles expositions au mercure peuvent endommager les syst\u00e8mes nerveux, digestif et immunitaire, ainsi que les poumons et les reins, les enfants en d\u00e9veloppement in utero \u00e9tant les plus expos\u00e9s. Ce profil de toxicit\u00e9 explique pourquoi les autorit\u00e9s de r\u00e9gulation consid\u00e8rent le mercure comme un polluant atmosph\u00e9rique dangereux prioritaire, plut\u00f4t que comme une \u00e9mission parmi tant d\u2019autres.<\/p>\n\n\n\n

D\u00e9terminer quelle forme de mercure est pr\u00e9sente constitue la premi\u00e8re \u00e9tape de toute strat\u00e9gie de ma\u00eetrise, car chaque forme se comporte diff\u00e9remment :<\/p>\n\n\n\n

Formulaire Mercury<\/td>Symbole<\/td>Caract\u00e9ristiques principales<\/td>Supprim\u00e9 par<\/td><\/tr>
Mercure \u00e9l\u00e9mentaire<\/td>Hg0<\/td>Gazeux, insoluble dans l'eau, chimiquement inerte, volatil<\/td>Adsorption sur charbon actif (par injection ou en lit fixe)<\/td><\/tr>
Mercure oxyd\u00e9<\/td>Hg\u00b2\u207a<\/td>Solubles dans l'eau et r\u00e9actifs<\/td>\u00c9purateurs humides (FGD), charbon actif<\/td><\/tr>
Mercure li\u00e9 aux particules<\/td>Hg(p)<\/td>adsorb\u00e9s sur des particules de cendres volantes<\/td>Pr\u00e9cipitateurs \u00e9lectrostatiques et filtres \u00e0 manches<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

La forme dominante d\u00e9pend principalement du combustible. Le chlore naturellement pr\u00e9sent dans le charbon oxyde les vapeurs de mercure lors de la combustion ; ainsi, les charbons bitumineux \u00e0 forte teneur en chlore produisent davantage de Hg\u00b2\u207a, plus facile \u00e0 capter, tandis que les charbons subbitumineux et le lignite, \u00e0 faible teneur en chlore, laissent la majeure partie du mercure sous sa forme \u00e9l\u00e9mentaire. Ce simple d\u00e9tail chimique explique pourquoi les syst\u00e8mes \u00e0 charbon actif sont principalement utilis\u00e9s dans les centrales br\u00fblant des charbons du bassin de Powder River et du lignite, et il d\u00e9termine les choix d\u2019impr\u00e9gnation abord\u00e9s plus loin.<\/p>\n\n\n\n

Parmi les secteurs dans lesquels la ma\u00eetrise des \u00e9missions de mercure est d\u00e9sormais une exigence courante, on peut citer :<\/p>\n\n\n\n

    \n
  1. Les centrales \u00e0 charbon et les chaudi\u00e8res industrielles, qui constituent la principale cat\u00e9gorie de sources<\/li>\n\n\n\n
  2. Les incin\u00e9rateurs de d\u00e9chets municipaux et de d\u00e9chets dangereux, o\u00f9 les apports en mercure sont variables et \u00e9lev\u00e9s<\/li>\n\n\n\n
  3. Les fours \u00e0 ciment, en particulier ceux qui co-traitent des combustibles d\u00e9riv\u00e9s de d\u00e9chets<\/li>\n\n\n\n
  4. Fonderies de m\u00e9taux non ferreux traitant des minerais de cuivre, de plomb, de zinc et d'or<\/li>\n\n\n\n
  5. Usines de chlore-alcali et autres usines chimiques utilisant d'anciens proc\u00e9d\u00e9s \u00e0 base de mercure<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n

    Adsorption physique : comment le charbon actif simple pi\u00e8ge le mercure<\/h2>\n\n\n\n

    Le charbon actif non trait\u00e9 capture le mercure par adsorption physique : les mol\u00e9cules de mercure se diffusent dans le r\u00e9seau poreux et sont retenues sur la surface interne \u2014 qui atteint souvent 1 000 m\u00e8tres carr\u00e9s par gramme, voire plus \u2014 par de faibles forces intermol\u00e9culaires. Ce m\u00e9canisme permet de capturer de mani\u00e8re fiable le mercure oxyd\u00e9, mais il est nettement moins efficace contre le mercure \u00e9l\u00e9mentaire.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    Le charbon actif est obtenu par carbonisation puis activation d'une mati\u00e8re premi\u00e8re telle que le charbon, la coque de noix de coco ou le bois ; ce proc\u00e9d\u00e9 \u00e9limine par combustion les composants volatils et laisse un r\u00e9seau interconnect\u00e9 de micro-, m\u00e9so- et macropores. Les micropores, dont la taille est inf\u00e9rieure \u00e0 deux nanom\u00e8tres, constituent la majeure partie de la surface interne, et c\u2019est dans ce labyrinthe microscopique que se produit l\u2019adsorption. Lorsqu\u2019un gaz ou un liquide contenant du mercure entre en contact avec le charbon, les mol\u00e9cules de mercure se diffusent dans les pores et adh\u00e8rent aux parois de ceux-ci. L\u2019efficacit\u00e9 de l\u2019adsorption d\u00e9pend de la surface sp\u00e9cifique, de la distribution granulom\u00e9trique des pores par rapport aux esp\u00e8ces de mercure, ainsi que du temps de contact entre le flux et le support.<\/p>\n\n\n\n

    Les limites du carbone non trait\u00e9<\/h3>\n\n\n\n

    Les donn\u00e9es d'essais sur le terrain montrent que le charbon en poudre brut, non trait\u00e9, n'\u00e9limine que 30 \u00e0 70 % du mercure pr\u00e9sent dans les gaz de combustion, et ce pour trois raisons bien document\u00e9es :<\/p>\n\n\n\n

      \n
    1. Faible affinit\u00e9 pour le mercure \u00e9l\u00e9mentaire.<\/strong> L'\u00e9nergie d'adsorption physique \u00e9tant faible, les mol\u00e9cules de Hg0 peuvent se d\u00e9sorber et retourner dans le flux lorsque les conditions changent.<\/li>\n\n\n\n
    2. Sensibilit\u00e9 \u00e0 la temp\u00e9rature.<\/strong> La capacit\u00e9 d'adsorption diminue fortement \u00e0 mesure que la temp\u00e9rature du gaz augmente, et au-del\u00e0 d'environ 400 degr\u00e9s Fahrenheit (200 degr\u00e9s Celsius), les performances baissent consid\u00e9rablement.<\/li>\n\n\n\n
    3. Adsorption comp\u00e9titive.<\/strong> Les gaz acides, tels que le dioxyde de soufre, occupent les sites d'adsorption et chassent le mercure de la surface.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n

      C'est pr\u00e9cis\u00e9ment en raison de ces contraintes que les applications utilisant du charbon bitumineux \u00e0 forte teneur en chlore peuvent parfois atteindre les objectifs fix\u00e9s avec du charbon ordinaire, tandis que les combustibles \u00e0 faible teneur en chlore, les temp\u00e9ratures de gaz plus \u00e9lev\u00e9es et les limites de rejet plus strictes poussent les exploitants \u00e0 se tourner vers des qualit\u00e9s de charbon trait\u00e9es chimiquement.<\/p>\n\n\n\n

      Chimisorption : pourquoi le charbon actif impr\u00e9gn\u00e9 offre-t-il de meilleures performances ?<\/h2>\n\n\n\n
      \"Gros<\/figure>\n\n\n\n

      Le charbon actif impr\u00e9gn\u00e9 \u00e9limine le mercure en transformant l'adsorption en fixation chimique : un agent d'impr\u00e9gnation actif dispers\u00e9 dans la structure poreuse r\u00e9agit avec le mercure et le transforme en un compos\u00e9 stable \u2014 g\u00e9n\u00e9ralement du HgS ou du HgBr\u2082 \u2014 qui ne peut pas \u00eatre r\u00e9\u00e9mis dans le flux gazeux ou liquide. Cela porte le rendement d'\u00e9limination \u00e0 85 \u00e0 99 % et multiplie la capacit\u00e9 de traitement de chaque gramme de charbon.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

      Moderne charbon actif impr\u00e9gn\u00e9<\/a> Ce produit est obtenu en impr\u00e9gnant un charbon de base de haute qualit\u00e9 d\u2019une dose pr\u00e9cise de substance chimique active, puis en le s\u00e9chant et en le stabilisant de mani\u00e8re \u00e0 ce que l\u2019impr\u00e9gnant reste dispers\u00e9 en profondeur dans les micropores. La r\u00e9action de fixation \u00e9tant irr\u00e9versible aux temp\u00e9ratures normales de fonctionnement, la capacit\u00e9 est consomm\u00e9e en une seule fois et ne peut \u00eatre r\u00e9cup\u00e9r\u00e9e par des variations de pression ou de temp\u00e9rature \u2014 ce qui constitue une diff\u00e9rence fondamentale par rapport \u00e0 l'adsorption classique avec r\u00e9cup\u00e9ration par solvant. Deux familles de produits d'impr\u00e9gnation dominent le march\u00e9 du traitement du mercure.<\/p>\n\n\n\n

      Charbon actif impr\u00e9gn\u00e9 de soufre<\/h3>\n\n\n\n

      Le soufre pr\u00e9sente l\u2019une des affinit\u00e9s chimiques les plus fortes connues pour le mercure. Lorsque 5 \u00e0 15 % de soufre \u00e9l\u00e9mentaire sont dispers\u00e9s dans le r\u00e9seau de micropores, le mercure captur\u00e9 r\u00e9agit en surface pour former du sulfure de mercure, un compos\u00e9 si insoluble et si stable thermiquement qu\u2019il \u00e9limine efficacement et d\u00e9finitivement le mercure de l\u2019environnement. Ce m\u00eame principe chimique s'applique aussi bien aux flux gazeux qu'\u00e0 l'eau, ce qui fait du soufre l'agent d'impr\u00e9gnation par d\u00e9faut tant pour l'\u00e9puration des gaz de combustion que pour le traitement en phase liquide.<\/p>\n\n\n\n

      Ce gain de performance est largement document\u00e9. Une \u00e9tude \u00e9valu\u00e9e par des pairs et publi\u00e9e dans la revue *Water, Air, and Soil Pollution* a montr\u00e9 que le traitement au soufre avait plus que doubl\u00e9 la capacit\u00e9 maximale d\u2019adsorption du mercure par le charbon granulaire, la faisant passer de 73 milligrammes par gramme \u00e0 166 milligrammes par gramme, et avait fait \u00e9voluer le m\u00e9canisme d\u2019adsorption vers une v\u00e9ritable chimisorption (Springer<\/a>). La variable critique du processus de fabrication est la dispersion : le soufre doit recouvrir les parois internes des pores, l\u00e0 o\u00f9 le mercure peut l'atteindre, plut\u00f4t que de s'accumuler \u00e0 l'entr\u00e9e des pores et d'en bloquer l'acc\u00e8s.<\/p>\n\n\n\n

      Charbon actif brom\u00e9 et halog\u00e9n\u00e9<\/h3>\n\n\n\n

      Les charbons brom\u00e9s contiennent entre 5 et 15 % de brome en poids et sont sp\u00e9cialement con\u00e7us pour le traitement des gaz de combustion. Le brome pr\u00e9sent \u00e0 la surface du charbon oxyde le mercure \u00e9l\u00e9mentaire en bromure de mercure, qui s'adsorbe fortement et imm\u00e9diatement. Il en r\u00e9sulte une am\u00e9lioration spectaculaire des performances : le charbon brom\u00e9 permet g\u00e9n\u00e9ralement d\u2019\u00e9liminer 85 \u00e0 95 % du mercure total, contre 30 \u00e0 70 % pour le charbon non trait\u00e9, et atteint le m\u00eame objectif en sortie avec des d\u00e9bits d\u2019injection inf\u00e9rieurs de 40 \u00e0 60 %.<\/p>\n\n\n\n

      Les grades brom\u00e9s sont indispensables partout o\u00f9 le mercure \u00e9l\u00e9mentaire pr\u00e9domine, c'est-\u00e0-dire dans les charbons subbitumineux et les lignites \u00e0 faible teneur en chlore, ainsi que dans les centrales \u00e9quip\u00e9es uniquement de pr\u00e9cipitateurs \u00e9lectrostatiques (ESP). Le principal inconv\u00e9nient r\u00e9side dans le fait qu\u2019une partie du brome migre vers les cendres volantes collect\u00e9es, ce qui est important pour les centrales qui vendent ces cendres \u00e0 l\u2019industrie du b\u00e9ton ; il existe des alternatives halog\u00e9n\u00e9es lorsque cela pose probl\u00e8me.<\/p>\n\n\n\n

      Autres agents d'impr\u00e9gnation<\/h3>\n\n\n\n

      Tous les probl\u00e8mes li\u00e9s au mercure ne n\u00e9cessitent pas forc\u00e9ment l'utilisation de soufre ou de brome. Quelques autres agents d'impr\u00e9gnation couvrent des niches sp\u00e9cifiques :<\/p>\n\n\n\n