Charbon actif, biochar : le bois est au cœur des solutions de demain
À l’ENSTIB, une partie des enseignements est consacrée à l’étude des matériaux carbonés issus du bois, sous l’angle de la science, de l’innovation et des enjeux environnementaux. Ces enseignements sont dispensés par des enseignants-chercheurs du LERMaB (Laboratoire d’Études et de Recherche sur le Matériau Bois) et de l’Institut Jean Lamour (IJL), et portent sur le charbon de bois, le biochar et le charbon actif, des matériaux à haute valeur ajoutée aux applications en plein essor.
La formation des élèves ingénieurs s’inscrit pleinement dans les enjeux contemporains de valorisation des matières premières biosourcées. Dès la deuxième année, ils étudient les mécanismes scientifiques de fabrication du charbon. En troisième année, des séances de travaux pratiques sont consacrées à la production de charbon de bois par pyrolyse, puis à la mise en valeur des matériaux carbonés dérivés du bois. Comme le résume le Pr Yann Rogaume, directeur du LERMaB : « Black is the new green », en écho au titre d’un congrès international consacré au charbon, organisé en Inde en 2025.
Des applications omniprésentes dans la vie quotidienne et l’industrie
Dans les enseignements dispensés par le Pr Alain Celzard de l'IJL, les étudiants découvrent l’extraordinaire diversité des usages du charbon actif. La liste est volontairement foisonnante : filtres de cigarettes, purification de l’air dans les hottes aspirantes ou les habitacles automobiles, masques à gaz, semelles anti-odeurs, mais aussi applications agroalimentaires telles que la décoloration du sucre ou du vin, ou l’ajustement de la couleur de certaines bières. Au Lermab, plusieurs projets de recherche sont également en cours, notamment sur la dépollution de l’eau et de l’air, ainsi que sur la gazéification de produits contenant des PFAS.
Le traitement de l’eau, un enjeu majeur
Le traitement de l’eau constitue aujourd’hui l’un des principaux champs d’application du charbon actif. Dans les stations d’épuration, celui-ci intervient en dernière étape afin de capter des polluants que les procédés classiques ne parviennent pas à éliminer : résidus médicamenteux, pesticides ou PFAS. À l’échelle domestique, les filtres à charbon installés sur l’arrivée d’eau ou directement sur le robinet offrent une efficacité supérieure aux solutions de type carafe filtrante.
Dans ce domaine, des travaux de recherche sont actuellement menés à l’Institut Jean Lamour, sous la direction d’Alain Celzard, en partenariat avec Groupe Bordet et Suez, illustrant le lien étroit entre enseignement, recherche et industrie.
Comprendre le charbon actif et ses propriétés uniques
Le charbon actif est obtenu à partir d’un charbon de bois ayant subi un processus d’activation spécifique. Cette étape consiste à ouvrir et développer de manière contrôlée la porosité du matériau, créant un réseau extrêmement dense de pores de tailles variées, à l’échelle du nanomètre. Cette structure confère au charbon actif sa capacité remarquable à piéger, par adsorption, de très nombreuses molécules : polluants, odeurs ou composés indésirables se retrouvent ainsi « séquestrés » à l’intérieur du matériau.
Un exercice marquant du cours consiste à calculer la surface spécifique maximale que peut développer un charbon actif. Les chiffres sont spectaculaires : jusqu’à 3 000 m² par gramme, soit l’équivalent de la surface d’un terrain de football pour un fragment de charbon tenant dans la main. Cette propriété explique l’efficacité exceptionnelle du matériau dans de nombreuses applications.
Un matériau stratégique pour la transition énergétique
Le charbon actif est également au cœur de technologies de pointe, notamment les supercondensateurs. Ces dispositifs de stockage d’énergie, capables de se charger et de se décharger très rapidement, constituent des éléments d’appoint essentiels dans les véhicules électriques et hybrides.
Aujourd’hui, une entreprise japonaise est leader mondial du secteur avec un charbon actif issu de noix de coco pyrolysées et activées. En parallèle, la recherche française progresse : Groupe Bordet développe, en collaboration avec l’Institut Jean Lamour et sous la direction scientifique d’Alain Celzard, des charbons actifs à partir de connexes de scieries bourguignonnes, notamment de chêne et de hêtre.
Biochar et applications industrielles
Au LERMaB, de nombreux travaux de recherche portent sur la fabrication de charbon à partir de différentes biomasses — bois, paille, bambou ou encore rachis de palmiers — notamment en vue de la production de biochar. Aujourd’hui, près de 90 % du charbon produit en France est encore destiné aux usages domestiques, en particulier aux barbecues.
Dans ce contexte, une thèse est en cours afin de concevoir l’usine qui remplacera, à terme, les installations vieillissantes de la SOCCEM – EURO ENERGIE. Un prototype de four a déjà été réalisé ; il permettra de valider les calculs nécessaires à la conception finale d’un site industriel capable de produire jusqu’à 4 000 tonnes de charbon de bois par an. Ces travaux sont menés sur le campus bois de l’ENSTIB.
Former les ingénieurs des matériaux carbonés de demain
Intégrer des enseignements dédiés aux matériaux carbonés dérivés du bois constitue aujourd’hui un atout stratégique pour la formation d’ingénieurs de la filière bois. Longtemps associé à des usages traditionnels, le charbon connaît un renouveau technologique majeur. Il redevient un matériau clé pour les aciéries cherchant à décarboner leurs procédés, suscite un fort intérêt comme composant d’anodes pour les batteries au sodium et ouvre la voie à de nouveaux matériaux, comme les fibres de carbone issues de la lignine.
Les charbons actifs biosourcés sont indispensables aux applications environnementales : filtration de l’eau, purification de l’air, dépollution industrielle ou captation sélective de molécules. À ce jour, aucun procédé ne s’avère plus efficace que l’adsorption sur charbon actif pour traiter le problème émergent et majeur des PFAS, ces « polluants éternels ». La demande mondiale croît rapidement, portée à la fois par la transition écologique et par les besoins énergétiques.
Enfin, le biochar s’impose comme un outil prometteur pour l’amélioration des sols, la séquestration durable du carbone et la valorisation de biomasses locales. Autant de marchés en plein développement, dans lesquels l’expertise « bois » enseignée à l’ENSTIB a toute sa place.
