Qu'est-ce que le charbon actif : structure, fabrication et caractéristiques clés
Le charbon actif est un carbone poreux offrant jusqu'à 1 500 m² de surface par gramme. Fabrication, classes de pores, indice d'iode et utilisation dans l'eau potable en un coup d'œil.
Le charbon actif est un carbone poreux doté d'une très grande surface interne. Selon la qualité, les fiches techniques indiquent de 500 à 1 500 m² par gramme. La substance porte le numéro 7440-44-0 dans le Chemical Abstracts Service (CAS). Dans l'inventaire européen des substances chimiques commerciales existantes (EINECS), elle figure sous le numéro 231-153-3. La liste de l'Umweltbundesamt (Agence fédérale allemande de l'environnement) cite 2 formes : en grains selon la norme DIN EN 12915-1 et en poudre selon la norme DIN EN 12903. En 2024, l'Allemagne en a importé 83 897 tonnes et exporté 53 041 tonnes.
Ce guide explique la structure, les matières premières et les 2 étapes de fabrication. S'y ajoutent les 3 classes de pores selon le rapport de 2015 et les valeurs qui figurent sur une fiche technique. Pour finir, il indique où les autorités réglementent son utilisation.
Du carbone à 1 500 m² par gramme
Le charbon actif est constitué presque entièrement de carbone, l'élément de numéro atomique 6 et de symbole C. Il n'a pas de formule brute fixe, car le carbone s'y présente sous forme amorphe. Amorphe signifie que les atomes forment une structure lâche au lieu d'un réseau cristallin. Dans cette structure se trouve un labyrinthe de cavités extrêmement fines. Ces cavités créent la surface sur laquelle les substances se fixent.
Un terrain de football mesure 105 mètres sur 68, soit 7 140 m². Cinq grammes de charbon actif à 1 500 m² chacun totalisent 7 500 m². C'est la surface contenue dans une cuillère à café de poudre.
5 noms circulent pour la même substance. Les documents techniques parlent de charbon activé ou de CA. Sur les emballages de médicaments, on lit charbon médicinal ou Carbo medicinalis. Le charbon végétal désigne la variante issue de matières premières végétales. Il est autorisé comme colorant alimentaire E 153. L'UE exige pour cela au moins 95 % de carbone, rapporté à la masse sèche et exempte de cendres.
Des matières premières allant de la houille à la noix de coco
Presque toute matière contenant du carbone peut servir de matière de départ. L'Autorité européenne de sécurité des aliments (EFSA) cite 5 groupes pour le charbon végétal. On y trouve le bois de pin et de chêne, les coques de noix de coco, le bambou, la tourbe et les granulés de bois. Pour les produits techniques s'y ajoutent la houille, le lignite et les coquilles de noix. Alb Filter obtient son charbon à partir d'une matière première renouvelable, la lignine. La lignine se trouve dans les cellules végétales lignifiées.
La matière première détermine le nom du produit fini. La tradition a légué 3 termes que l'on rencontre encore aujourd'hui dans le commerce.
| Nom | Matière de départ | Usage actuel |
|---|---|---|
| Charbon végétal | Bois, coques, bambou | Colorant E 153, amendement du sol |
| Charbon de sang | Sang animal | autrefois en sucrerie |
| Charbon de sucre | sucre carbonisé | Laboratoire |
Dans le choix, 2 critères comptent : l'origine et le rendement. La noix de coco et la lignine sont renouvelables. La houille reste une matière première fossile. Quel que soit le procédé, le rendement reste nettement inférieur au poids de départ. La raison : sous l'effet de la chaleur, une partie du carbone s'échappe sous forme de gaz.
Carbonisation entre 450 et 1 300 degrés
Deux étapes mènent de la matière première au charbon actif. Dans la première, le matériau se carbonise à l'abri de l'oxygène. Le terme technique pour cette étape est la pyrolyse. Selon la matière première, l'EFSA indique pour cela de 450 à 1 300 °C. Il reste une structure de carbone presque pur au lieu de cendres.
La seconde étape donne son nom à la substance. Lors de l'activation, la chaleur ouvre la structure et dégage les pores. Deux procédés sont possibles.
| Procédé | Agent | Référence dans le texte de l'EFSA | Ce qui se passe |
|---|---|---|---|
| Gaz | Vapeur, dioxyde de carbone | plus de 800 °C, de 1 à plusieurs heures | une partie du carbone se gazéifie, les pores subsistent |
| Chimique | Acide phosphorique | citée comme alternative à l'activation à la vapeur | l'acide dessèche la structure, puis vient la vapeur |
Après l'activation, le matériau est lavé à l'acide chlorhydrique. Suivent une neutralisation à l'eau ou à la soude caustique, un séchage et le broyage. Pour le charbon végétal destiné aux denrées alimentaires, la granulométrie moyenne se situe ensuite entre 154 et 673 nm.
L'effet repose sur les pores de moins de 2 nm
L'Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC) classe les pores en 3 catégories selon leur largeur. Le rapport de référence est paru en 2015 dans Pure and Applied Chemistry, volume 87, pages 1051 à 1069.
| Classe | Largeur | Rôle |
|---|---|---|
| Micropores | jusqu'à environ 2 nm | Stockage principal, le volume poreux se remplit |
| dont étroits | moins de 0,7 nm | zone la plus étroite, pour les petites molécules |
| dont larges | 0,7 à 2 nm | Transition |
| Mésopores | 2 à 50 nm | Voie de transport, fixation sur la paroi |
| Macropores | plus de 50 nm | Accès à l'intérieur du grain, transport rapide |
Des guides plus anciens indiquent d'autres limites, par exemple 1 nm et 25 nm. La version de l'IUPAC de 2015 reste la référence. Qui compare 2 fiches techniques vérifie donc d'abord sur quelle base reposent les indications.
La répartition des pores détermine l'effet. Un charbon riche en micropores fixe bien les petites molécules. Les grosses molécules ont besoin de mésopores. En leur absence, elles restent bloquées à l'entrée.
L'adsorption fixe les substances en surface
L'adsorption désigne la fixation de substances étrangères sur une surface. L'absorption désigne la pénétration à l'intérieur d'un corps, comme une éponge qui s'imbibe d'eau. Les deux mots remontent au latin sorbere, qui signifie aspirer. Le charbon actif fonctionne par adsorption. Les substances dissoutes adhèrent à la paroi des pores et s'y accumulent.
Dans la fiche technique W 239, le Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW, association technique et scientifique allemande du gaz et de l'eau) définit 22 termes. Cinq d'entre eux décrivent la durée pendant laquelle un charbon reste efficace.
| Terme | Signification |
|---|---|
| Charge | Masse de substance fixée par masse de charbon |
| Capacité | Quantité qu'un charbon fixe à l'équilibre |
| Courbe de percée | Évolution de la concentration en sortie au fil du temps |
| Concurrence | 2 substances ou plus occupent les mêmes sites |
| Temps de contact (EBCT) | Volume du lit divisé par le débit |
La capacité d'un charbon est limitée. Une fois la surface occupée, la valeur en sortie augmente. Le filtre atteint alors la percée. À la maison, cela signifie que la cartouche doit être remplacée. La fréquence de remplacement est indiquée dans le guide sur les cartouches de filtre à eau.
L'indice d'iode mesure 1 gramme par rapport à 0,02 mol
L'indice d'iode est la valeur la plus courante sur une fiche technique. La norme DIN EN 12902 le définit comme la masse d'iode en mg que 1 gramme de charbon fixe à partir d'une solution. Référence : il reste 0,02 mol par litre dans le filtrat. À 0,02 mol, le charbon est théoriquement recouvert d'une couche unique de molécules. L'indice d'iode est donc considéré comme un indicateur de la surface par gramme.
Les valeurs du tableau proviennent d'un appel d'offres des Stadtwerke Düsseldorf du 28.05.2025. Elles montrent ce qu'un distributeur d'eau exige réellement.
| Valeur | Ce qu'il mesure | Norme | Exigence |
|---|---|---|---|
| Indice d'iode | Fixation d'iode par gramme | DIN EN 12902 | au moins 200 mg/g à la réception, au moins 750 mg/g après réactivation |
| Granulométrie | Plage granulométrique | DIN EN 12915-1 | 8 x 30 mesh, soit 0,6 à 2,36 mm |
| Sous-calibre | Proportion de grains trop fins | DIN EN 12915-1 | jusqu'à 5 % |
| Sur-calibre | Proportion de grains trop gros | DIN EN 12915-1 | jusqu'à 15 % |
| Dureté ball-pan | Attrition dans le lit | DIN EN 12915-1 | plus de 90 |
| Masse volumique tassée | Masse par volume, tassée | DIN EN 12902 | environ 530 kg/m³ |
| Masse volumique en vrac | Masse par volume, en vrac | DIN EN 12902 | environ 460 kg/m³ |
| Cendres | Résidu minéral | DIN EN 12902 | jusqu'à 15 % |
| Eau | Humidité à la livraison | DIN EN 12902 | jusqu'à 5 % |
| Surface BET | Surface par gramme selon Brunauer, Emmett et Teller (BET) | DVGW W 239, point 3.9 | Indication du fabricant |
L'indice d'iode s'accompagne d'une réserve. La chaire de technologie de l'eau de l'université de Duisburg-Essen a consigné un constat à ce sujet. Entre les analyses des laboratoires, on observe des écarts à deux chiffres, bien que la méthode soit normalisée. Qui compare 2 charbons se procure donc les valeurs auprès du même laboratoire.
37 charbons testés : l'indice d'iode n'explique pas grand-chose
Un screening de 2025 montre à quel point fiche technique et pratique divergent. Roman Wiget et 2 spécialistes de Membratec ont testé 37 charbons actifs en poudre issus du bois, de la houille et de la noix de coco. Le travail a été publié le 05.12.2025 dans Aqua & Gas. L'indice d'iode n'expliquait qu'une petite partie de l'élimination mesurée d'un micropolluant ; le coefficient de détermination était de 0,08. Pour la surface BET, les auteurs ont constaté une corrélation inverse avec un coefficient de détermination de 0,36. L'écart entre le meilleur et le moins performant des charbons dépassait 80 %.
Pour les substances difficiles à fixer, l'indice d'iode atteint donc ses limites. L'annexe A de la fiche technique W 239 décrit en outre l'isotherme et l'indice de nitrobenzène. Tous deux mesurent la fixation de la substance réelle et non celle de l'iode.
Poudre, grains et bloc relèvent de 3 normes
Quatre types sont commercialisés. Pour l'eau potable, 3 d'entre eux sont normalisés.
| Type | Granulométrie | Norme | Lieu typique |
|---|---|---|---|
| Poudre | Poudre ultrafine | DIN EN 12903 | Dosage dans l'eau, station d'épuration, aliments |
| Grains, neufs | 0,6 à 2,36 mm | DIN EN 12915-1 | Lit en station de traitement |
| Grains, réactivés | 0,6 à 2,36 mm | DIN EN 12915-2 | Lit après retraitement |
| Bloc, pressé ou fritté | corps solide | Indication du fabricant | Cartouche domestique |
Dans une carafe filtrante, l'eau contourne les grains en vrac au lieu de les traverser. Un bloc pressé force l'eau à passer par de fins canaux. Il retient donc davantage. Le guide Filtres à charbon actif pour l'eau compare en détail les types destinés à la maison. L'article sur le risque de prolifération de germes dans les carafes filtrantes explique pourquoi les carafes filtrantes soulèvent une question d'hygiène particulière. Un aperçu des modèles fixes est disponible sous Filtres à eau potable.
Le charbon de barbecue exige 75 %, l'E 153 pas moins de 95 %
La différence entre le charbon et le charbon actif tient à une seule étape. Le charbon de bois subit la carbonisation. Le charbon actif subit en plus l'activation. C'est seulement à ce stade que se forme le réseau de pores. Les chiffres des normes respectives rendent l'écart visible.
| Substance | Fabrication | Réglementation | Teneur en carbone |
|---|---|---|---|
| Charbon de bois pour barbecue | Carbonisation | DIN EN 1860-2:2023 | au moins 75 %, avec DINplus 80 % |
| Briquettes pour barbecue | Carbonisation, pressage | DIN EN 1860-2:2023 | au moins 60 %, avec DINplus 65 % |
| Charbon végétal E 153 | Carbonisation, activation | Exigence de l'UE | au moins 95 % de la masse sèche exempte de cendres |
| Charbon actif pour l'eau potable | Carbonisation, activation | DIN EN 12915-1, DIN EN 12903 | au moins 90 %, cendres jusqu'à 10 % |
Le charbon de barbecue fixe donc peu de substances de l'eau ou de l'air. Sa surface reste très inférieure à celle d'un charbon activé. Dans le sol, le charbon végétal remplit encore une autre fonction. Il y stocke l'eau et les nutriments.
Le § 20 de l'ordonnance allemande sur l'eau potable cite 2 formes
Quiconque traite de l'eau potable ne peut utiliser que des substances répertoriées. La liste est tenue par l'Umweltbundesamt. Elle a été publiée au Bundesanzeiger (Journal officiel fédéral allemand) le 27.01.2023 et rectifiée le 27.08.2024. Dans la partie I b, le charbon actif figure en grains en position 1 et en poudre en position 2.
| Caractéristique | Grains | Poudre |
|---|---|---|
| Position dans la partie I b | 1 | 2 |
| Numéro CAS | 7440-44-0 | 7440-44-0 |
| Numéro EINECS | 231-153-3 | 231-153-3 |
| Finalité | Adsorption, fixation du chlore et de l'ozone, filtration biologique, fixation des particules | Adsorption |
| Pureté | DIN EN 12915-1, tableaux 1 et 2 | DIN EN 12903, tableaux 1 et 2 |
| Limite de dosage | sans limite | sans limite |
La manière dont une station de traitement utilise le charbon est régie par la fiche technique W 239 dans sa version d'octobre 2021. Elle remplace l'édition de mars 2011. Elle traite de la planification, de l'exploitation, de la réactivation, des achats et du contrôle. Elle a été élaborée par le groupe de projet Sorption au sein du comité commun du DIN et du DVGW.
En station de traitement, le charbon retient surtout des substances organiques. Parmi elles figurent les hydrocarbures halogénés et les résidus de pesticides. Il fixe également le chlore et l'ozone. Les substances qui influencent l'odeur, le goût et la couleur sont elles aussi retenues. Le calcaire, en revanche, reste dans l'eau. Le calcium et le magnésium se présentent sous forme d'ions et se fixent mal sur le charbon. Ce que cela signifie au robinet est expliqué dans l'article sur le calcaire dans l'eau. Le guide sur l'ordonnance sur l'eau potable énumère les substances que le législateur limite.
Les stations d'épuration de 150 000 habitants et plus se modernisent
La directive de l'UE relative au traitement des eaux urbaines résiduaires exige une 4e étape de traitement. Elle vise les traces de substances qui traversent les 3 étapes. L'Umweltbundesamt a fait le point le 25.02.2026. Pour cette étape, 2 procédés sont au premier plan : le charbon actif et l'ozone.
| Règle | Sommaire |
|---|---|
| Article 8, paragraphe 1 | Obligatoire pour toutes les installations à partir de 150 000 équivalents habitants (EH) |
| Article 8, paragraphe 2 | Obligatoire à partir de 10 000 EH dans les zones à risque |
| Liste des zones | d'ici fin 2030, première mise à jour en 2033, puis tous les 6 ans |
| Article 9 | au moins 80 % des coûts à la charge des secteurs pharmaceutique et cosmétique |
| Raison | 92 % de la nocivité des micropolluants mesurés provient de ces 2 secteurs |
Cette extension cible précisément les substances qui traversent les 3 étapes. Les résidus de médicaments en font partie, tout comme les résidus de cosmétiques. L'article sur les résidus de médicaments montre quels principes actifs sont mesurables dans l'eau du robinet allemande. Le guide sur les substances per- et polyfluoroalkylées présente le deuxième grand groupe du débat.
Liste de l'OMS 2025, colorant alimentaire E 153
L'Organisation mondiale de la santé (OMS) inscrit le charbon actif sur sa liste des médicaments essentiels. La 24e édition est parue en septembre 2025. Elle cite la substance au point 4.1 comme antidote en cas d'intoxication. Le charbon fixe le poison dans l'intestin avant que l'organisme ne l'absorbe.
Dans les denrées alimentaires, le charbon végétal porte le numéro E 153. Le 28.01.2026, l'EFSA a présenté une évaluation à ce sujet dans l'EFSA Journal, volume 24, numéro 1. Les limites en vigueur et les recommandations de l'autorité y figurent côte à côte.
| Taille | Limite en vigueur | Recommandation de l'EFSA |
|---|---|---|
| Carbone | au moins 95 % | confirmé |
| Cendres | jusqu'à 4,0 % | confirmé |
| Eau | jusqu'à 12 % | confirmé |
| Plomb | jusqu'à 2 mg/kg | abaisser |
| Arsenic | jusqu'à 3 mg/kg | abaisser |
| Mercure | jusqu'à 1 mg/kg | abaisser |
| Cadmium | jusqu'à 1 mg/kg | abaisser |
| Benzo[a]pyrène | moins de 50 µg/kg | abaisser, jusqu'à 37,1 µg/kg mesurés |
Deux autres constats concernent la taille des particules. Dans tous les échantillons, 40 à 87 % des particules mesuraient moins de 250 nm. La proportion inférieure à 100 nm était de 4 à 24 %. L'EFSA demande pour cela une mention distincte dans la spécification. Elle recommande en outre une valeur cumulée pour 4 hydrocarbures aromatiques polycycliques.
Au four, 600 degrés suffisent au lieu de 900
Le charbon actif épuisé finit au four plutôt qu'à la poubelle. Lors de la réactivation, les substances fixées s'évaporent et se décomposent. Les pores s'ouvrent à nouveau. Le projet Opt-Aktiv-C, référence AiF 20617N, a étudié le procédé de mars 2019 à mai 2022. Le DVGW et l'université de Duisburg-Essen y ont participé.
| Constat | Valeur |
|---|---|
| Essais au four rotatif | 52 au total, 26 par type |
| Charbon de station de traitement | environ 600 °C suffisent |
| Charbon de station d'épuration | 900 °C presque suffisants |
| Influence la plus forte | Vitesse et durée de chauffe |
| Faible influence | Proportion de vapeur et de dioxyde de carbone |
La qualité du résultat est à nouveau vérifiée au moyen de l'indice d'iode. Pour le produit réactivé, la norme DIN EN 12915-2 s'applique en tant que norme de produit. L'appel d'offres de Düsseldorf exige 750 mg par gramme après réactivation. L'exploitant refuse à la réception le charbon dont l'indice d'iode est inférieur à 200 mg par gramme.
Le commerce renseigne sur les quantités. Dans la base de données Comtrade des Nations unies, le charbon actif figure sous le numéro 3802 10. En 2024, l'Allemagne en a importé 83 897 tonnes et exporté 53 041 tonnes. En 2017, les importations s'élevaient à 74 180 tonnes. Elles ont donc augmenté d'environ 13 % en 7 ans.
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Alb Filter FUSION – charbon actif issu de lignine renouvelable
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Questions fréquentes
À quoi sert le charbon actif ?
En tant que moyen de filtration et de purification, le charbon actif couvre 3 domaines. En station de traitement, il fixe les substances organiques, le chlore et les résidus de pesticides. En médecine, l'OMS le répertorie depuis la 24e édition de 2025 comme antidote en cas d'intoxication. Pour l'air, on le trouve dans les filtres pour cabines et hottes.
De quoi est composé le charbon actif ?
Le composant principal est le carbone amorphe. Pour le charbon végétal utilisé comme colorant E 153, l'UE exige au moins 95 % de carbone, rapporté à la masse sèche et exempte de cendres. Les matières premières utilisées sont le bois, les coques de noix de coco, le bambou, la tourbe, la houille et la lignine.
Quelle est la différence entre le charbon et le charbon actif ?
La différence réside dans la deuxième étape de fabrication. Les deux substances passent par la carbonisation. Seul le charbon actif subit en plus l'activation à la vapeur ou par voie chimique. C'est seulement à ce stade que se forme le réseau de pores. Le charbon de bois pour barbecue selon la norme DIN EN 1860-2 doit contenir au moins 75 % de carbone, le charbon végétal E 153 en revanche 95 %.
Quelle est la surface du charbon actif ?
Selon la qualité, un gramme atteint une surface interne de 500 à 1 500 m². Cinq grammes à 1 500 m² chacun donnent 7 500 m². Un terrain de football mesure 105 mètres sur 68, soit 7 140 m².
Que révèle l'indice d'iode ?
L'indice d'iode indique combien de mg d'iode 1 gramme de charbon fixe à partir d'une solution. Référence : il reste 0,02 mol par litre dans le filtrat. Il est considéré comme un indicateur de la surface par gramme. Pour l'eau potable, le charbon réactivé doit atteindre 750 mg par gramme.
Quelle est la taille des pores du charbon actif ?
Depuis son rapport de 2015, l'IUPAC classe les pores en 3 catégories. Les micropores mesurent jusqu'à environ 2 nm, les mésopores de 2 à 50 nm et les macropores plus de 50 nm. Des sources plus anciennes indiquent 1 nm et 25 nm comme limites.
Le charbon actif est-il nocif ?
En médecine et dans l'alimentation, la substance est considérée comme peu irritante. Dans les aliments, le charbon actif fixe toutefois aussi des vitamines et des minéraux. Le 28.01.2026, l'EFSA a recommandé d'abaisser les limites pour le plomb, l'arsenic, le mercure, le cadmium et le benzo[a]pyrène.
Le charbon actif est-il inflammable ?
Oui. Le charbon actif est constitué presque entièrement de carbone et il est inflammable. Utilisé comme filtre, il reste humide ou frais. Il ne présente donc pas de danger dans cet usage.
Le charbon actif peut-il éliminer les odeurs ?
Oui. Les substances odorantes sont le plus souvent des molécules organiques. Ce sont précisément celles que le charbon actif fixe bien. La fiche technique W 239 cite l'amélioration de l'odeur, du goût et de la couleur comme premier objectif en station de traitement.
Qu'est-ce que le charbon actif fritté ?
Le charbon actif fritté est une forme compactée sous l'effet de la chaleur et de la pression. Le frittage augmente le nombre de pores et donc la capacité. Un bloc de charbon fritté retient davantage que des grains en vrac. Les minéraux restent dans l'eau.
À quelle fréquence faut-il remplacer le charbon actif ?
La durée de vie dépend de la charge. Une fois la surface occupée, le filtre atteint la percée. La valeur en sortie augmente alors. Pour un usage domestique, les fabricants indiquent un intervalle en litres ou en mois. En station de traitement, c'est la courbe de percée qui détermine le remplacement.
Sources
- Liste des substances de traitement autorisées selon le § 20 TrinkwV, Umweltbundesamt — Bundesanzeiger du 27.01.2023, rectifié le 27.08.2024, partie I b, positions 1 et 2
- Fiche technique DVGW W 239 (A) d'octobre 2021 — sur l'utilisation du charbon actif en station de traitement, avec 22 termes au point 3
- Physisorption of gases, IUPAC Technical Report 2015 — dans Pure and Applied Chemistry 87, pages 1051 à 1069, avec les limites de 2 nm et 50 nm
- Caractérisation du charbon actif au moyen de l'indice d'iode, université de Duisburg-Essen — sur la définition selon la norme DIN EN 12902 et sur les écarts entre laboratoires
- Système de qualification du charbon actif, Stadtwerke Düsseldorf, 28.05.2025 — avec indice d'iode, granulométrie, dureté, densité et cendres
- Projet Opt-Aktiv-C, AiF 20617N, 2019 à 2022, DVGW — avec 52 essais à 600 et 900 degrés
- Évaluation de la spécification du charbon végétal E 153, EFSA, 28.01.2026 — dans l'EFSA Journal, volume 24, numéro 1, avec limites et taille des particules
- WHO Model List of Essential Medicines, 24e édition, septembre 2025 — avec le charbon actif au point 4.1 comme antidote
- Questions et réponses sur la directive relative au traitement des eaux urbaines résiduaires, Umweltbundesamt, état au 25.02.2026 — avec les seuils de 150 000 et 10 000 EH
- DIN EN 1860-2:2023 sur le charbon de bois et les briquettes pour barbecue — avec 75 % et 60 % de carbone
- DIN EN 12915-1:2009 sur le charbon en grains neuf — ainsi que la partie 2 sur le produit réactivé
- Screening de charbons actifs en poudre pour le traitement de l'eau potable, Aqua & Gas, 05.12.2025 — avec 37 charbons testés et des coefficients de détermination de 0,08 et 0,36
- Comtrade des Nations unies, code de marchandise 3802 10, Allemagne 2024 — avec 83 897 tonnes d'importations et 53 041 tonnes d'exportations
