Soutenance mémoire
Devant la croissance exponentielle de la consommation en produits pétroliers, il s’avère très intéressant d’avoir une autre source de carburant à partir de la biomasse. En particulier, avec un pays tropical comme Madagascar où la matière végétale constitue une source abondante de biomasse, les huiles végétales comme l’huile de ricin présentent une nouvelle source de revenu pour diminuer la dépendance du pays sur l’importation de pétrole. L’huile de ricin est une huile très appréciée et utilisée par de nombreuses industries cosmétiques et de peintures, un des moyens de la valoriser est sa transformation en biodiesel.
La filière biocarburant
Historique et utilisation des huiles végétales comme carburant
L’utilisation des huiles végétales et ses dérivés comme carburant existait depuis la naissance des moteurs diesels eux-mêmes. En 1900, Rudolf Diesel, l’inventeur du moteur diesel utilisait déjà l’huile d’arachide dans ce moteur qui porte son nom. D’autres travaux de recherche ont été ensuite conduits au cours des années 1930 et 1940 sur l’utilisation de ces huiles dans les moteurs diesels. Durant la deuxième guerre mondiale, certaines de ces huiles entraient déjà dans la composition de carburant de remplacement. La crise pétrolière des années 1970 à 1980, les problèmes de pollution ainsi que l’inquiétude sur la diminution des ressources énergétiques d’origine fossile incitent certains pays, à envisager l’emploi des combustibles ‘‘verts ’’ dans leur système économique.
Situation actuelle
Après plus de vingt ans de développement industriel, les biocarburants ont aujourd’hui des perspectives d’avenir prometteuses. L’actualité récente du domaine est annonciatrice d’une diffusion des biocarburants jusqu’ici limitée à certains pays (Brésil, États-Unis, etc.) à l’échelle de la planète et d’une potentielle mise en place d’un marché mondial.
Aux Etats-Unis, le biodiesel est considéré par l' »US Environnemental Protection Agency » comme un carburant et additif de carburant. Il est utilisé soit sous sa forme pure (B100), soit mélangé avec le gazole à raison de 20% (B20). Le B100 est désigné par le département des énergies et des transports américains comme carburant de substitution. La production est estimée à 100 millions de gallons (valant 378.5 millions de litre) et les produits sont vendus avec une détaxation partielle. On utilise surtout les biodiesels de l’huile de soja.
Au Brésil, un programme national pour la production et l’utilisation d’EMHV a été lancé en 2003. Les principales sources d’huiles végétales pour cette production devraient être naturellement le soja, dont le Brésil est le second producteur mondial, mais d’autres sources sont également étudiées comme le Ricin. Dans le cas brésilien, c’est un mélange à 2 % qui est envisagé. Enfin, autre particularité : il est envisagé de remplacer le méthanol dans le procédé de production de l’EMHV par de l’éthanol pour produire cette fois de l’ester éthylique d’huile végétale (EEHV).
En France, le biodiesel est mélangé avec le gazole à raison de 5 % (B5). Il est utilisé pour compenser la diminution de la lubricité des gazoles désulfurés. Des essais sont déjà effectués sur les véhicules de transport en commun de plusieurs dizaines de villes françaises pour un gazole à 30% de biodiesel. Ce sont surtout des biodiesels des huiles de colza.
Dans le reste de l’Europe, on utilise principalement les biodiesels de l’huile de tournesol, de l’huile de palme et des huiles usagées. Pour l’année 2005, l’union européenne projette d’incorporer un minimum de 2% de biocarburant (biodiesel et carburol) dans son réseau de distribution. Ce taux atteindra les 5.75% avant 2010 et dépassera les 20% avant 2020. La demande européenne en biocarburant est estimée à 10.5 milliards de litres avant 2010.
Pour les pays en développement, des études de faisabilité sont en cours de développement et certains projets sont déjà sur pied (cas de l’Inde, du Nigeria, etc.). Par exemple, le Mali, pays sahélien, menacé par l’avancée du désert et non producteur de ressources énergétiques fossiles, est confronté à de nombreux problèmes pour couvrir ses besoins en carburant. Cette crise de carburant, associée à l’exploitation abusive du bois de chauffe freine l’épanouissement économique du pays. Depuis quelques années, le pays a entrepris une lutte contre la désertification, lutte entrant actuellement dans sa politique de développement. L’espoir est donc fondé sur la recherche et l’exploitation de carburants locaux à partir de la biomasse.
Avantages des biodiesels
Les avantages des biocarburants sont bien connus : alternative au pétrole dans le secteur des transports et bilan environnemental amélioré. Sur ce dernier point, c’est surtout pour leur aptitude à réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) que leur usage à grande échelle est aujourd’hui envisagé et même recommandé. Mais, on constate aussi plusieurs avantages au niveau de leur utilisation dans les moteurs diesels, à savoir :
• Les biodiesels ont des indices de cétane élevés, c’est-à-dire, ils ont une combustion facile : un ajout de 20% de biodiesel (B20) améliore l’indice de cétane de 3%
• Les biodiesels procurent aux moteurs une durée de vie plus élevée à cause de leur propriété lubrifiante élevée.
• La combustion des biodiesels se fait de manière quasiment complète grâce à la présence d’oxygène dans les esters d’acides gras.
• Les biodiesels peuvent être mélangés avec le gazole en toutes proportions.
• Les biodiesels peuvent être utilisés dans tous les moteurs diesels sans qu’on y apporte des modifications notables.
Les huiles végétales
Définition
Les huiles et les matières grasses sont des composés lipidiques obtenus à partir des matières végétales (ou animales). Elles sont constituées essentiellement par des triglycérides mais on y trouve aussi d’autres composés non triglycéridiques tels que les stérols, les tocophérols, les hydrocarbures, les alcools gras, les acides libres ainsi que des faibles quantités de matières odorantes, des pigments (carotène), des mono glycérides, des diglycérides et de l’eau.
Propriétés relatives à l’usage des huiles comme combustible
• Le point d’ignition
C’est la température la plus basse à laquelle une concentration suffisante de vapeur d’huile dans l’air forme un mélange explosif au contact d’une flamme ou d’une étincelle. Le point d’ignition renseigne sur la condition appropriée au stockage de l’huile.
• L’indice de cétane (Ic)
Elle mesure l’aptitude à l’allumage de l’huile sous l’effet de la pression. Plus l’indice de cétane est élevé, plus la combustion est facile.
• Le pouvoir calorifique
Il mesure l’énergie libérée lors de la combustion de l’huile. Il est relativement élevé pour les matières grasses d’où l’utilisation des corps gras comme combustible.
Indices chimiques
Les indices chimiques donnent un aperçu sur des propriétés particulières des corps gras. Les valeurs de ces indices dépendent de plusieurs paramètres tels que:
o la nature de la plante source (ou de l’animal) et de sa condition de croissance
o le mode d’extraction de l’huile et des traitements que l’huile a subis.
o la durée et le mode de conservation, etc.
• L’indice d’acide Ia :
Elle mesure la quantité d’acide libre contenu dans la matière grasse. Par définition, c’est le nombre de milligramme de potasse caustique nécessaire pour neutraliser les acides gras libres d’un gramme de matière grasse. Elle peut être déterminée en utilisant le protocole d’analyse NFT60-204 1968 et qui consiste au dosage des acides libres suivant la réaction :
RCOOH + KOH → RCOOK + H2O
Ces acides libres proviennent surtout du rancissement et de l’altération de l’huile (phénomène d’hydrolyse).
• L’indice de saponification Is :
La réaction de saponification est la réaction entre les triglycérides de l’huile avec une base forte pour donner de l’ester sel (savon) et du glycérol.
L’indice de saponification est la quantité de potasse caustique, exprimé en milligrammes, nécessaire pour transformer en savon les acides libres ou combinés d’un gramme de corps gras. Elle peut être mesurée en utilisant le protocole d’analyse NFT 60 206.
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Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
Chapitre I Généralités
Section I – La filière biocarburant
Section II- Le carburant fossile : le gazole
Chapitre II Les matières premières du biodiesel
Section I – Les huiles végétales
Section II – Cas de Ricinus communis
Chapitre III Le biodiesel
Section I – Le diester vert
Section II – La réaction de transestérification
Section III – Caractéristiques et cinétiques de la réaction
Conclusion partielle
DEUXIEME PARTIE : PARTIES EXPERIMENTALES
Chapitre I Préparation des alcools
Section I – Généralités
Section II- Préparation de l’éthanol
Chapitre II Valorisation de l’huile de ricin par réaction de transestérification
Section I – Introduction
Section II – Matériels et réactifs
Section III – Expérimentation
Conclusion partielle
TROISIEME PARTIE : ETUDES SOCIO-ECONOMIQUES ET ENVIRONNEMENTALES
Chapitre I Etudes d’impacts socio-économiques
Section I – Analyse microéconomique
Section II – Analyse macroéconomique
Section III – Coût de production des esters
Chapitre II Etudes d’impacts environnementaux
Section I – Réduction de la pollution urbaine
Section II – Réduction de l’effet de serre
Section III – Amélioration de la santé publique
Conclusion partielle
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
