Soutenance mémoire
Propriétés physiques et organoleptiques de l’éthanol
L’éthanol est un liquide incolore, volatil et de gout piquant à la température et pression ambiant. Il possède une odeur caractéristique suivant son origine mais l’alcool pur est presque inodore. Il est miscible dans l’eau à toute proportion et avec de nombreux solvants organiques (plusieurs solvants chlorés, hydrocarbures, solvants aromatiques). Le degré alcoolique correspond au titre alcoométrique volumique c’est-à-dire le rapport, exprimé en pourcentage, entre le volume d’alcool à la température 20°C et le volume total de ce mélange à cette même température. A titre d’exemple, l’alcool à 90° contient 90 ml d’éthanol pur pour 100 ml de la solution hydroalcoolique. Il est important à noter qu’avant on utilise le degré Gay-Lussac (° GL) pour exprimer le titre alcoométrique. En fait, le degré Gay-Lussac correspond au titre alcoométrique volumique à 15°C. Un mélange hydroalcoolique titré à 40° correspond à 39,9°GL. L’éthanol est un bon solvant protique c’est-à-dire un solvant qui possède des protons susceptibles d’intervenir dans des liaisons hydrogènes. Ce type de solvant est alors donneur /accepteur de liaison hydrogène. L’alcool peut dissoudre des composés ioniques tels que l’hydroxyde de sodium et de potassium, les chlorures de calcium et d’ammonium. Cette propriété est due au groupement hydroxyle qui est un groupement polaire placé à l’extrémité de la chaine carbonée. La partie apolaire de l’éthanol lui permet aussi de dissoudre des substances hydrophobes comme des huiles essentielles et de nombreux composés odorants et colorants. Le mélange (eau-éthanol) n’est pas idéal, c’est-à-dire que les propriétés thermodynamiques du mélange (eau-éthanol) est différente à celle de la combinaison linéaire des propriétés thermodynamiques des corps purs (eau et éthanol). A titre d’exemple, le mélange d’un volume d’eau et d’un volume d’éthanol donne un volume équivalent de 1,9237. Le mélange de l’eau et de l’éthanol est exothermique, la chaleur du mélange à 24,85 °C est égal à 777 J·mol-1. Du fait de la non idéalité du mélange eau-éthanol, l’éthanol forme un mélange azéotropique avec l’eau dans le pourcentage 95,6% d’éthanol et 4,4% d’eau (en volume) à pression atmosphérique. Les proportions du mélange azéotropique varient en fonction de la température et de la pression.
Propriétés rhéologiques des gels
Selon la norme AFNOR NF ISO 5492, la texture est définie comme l’ensemble des propriétés mécaniques, géométriques et de surface d’un produit perceptible par les récepteurs sensoriels. Cette définition de la texture met en évidence les propriétés rhéologiques du produit en tant que stimulus premier de la texture perçue. Pour le cas des gels, sont sollicitées les propriétés rhéologiques liées à la résistance à la déformation en deçà des limites de rupture du milieu (petites déformations). Cela inclut par exemple l’observation d’un gel démoulé s’affaissant sous son propre poids. Dans un test de compression, les gels sont comparés du point de vue de leur rigidité ou module, qui peut être évaluée à partir de la pente initiale de la courbe force-déformation. Les propriétés liées à la rupture sont également intéressantes à caractériser. Elles traduisent une plus ou moins grande fragilité du produit, ainsi que la manière dont il va se rompre, en morceaux de plus ou moins grande taille visibles ou perceptibles au toucher.
Propriétés physico-chimique des gels
Les propriétés physico-chimiques des gels dépendent des proportions relatives des composants de base (le gélifiant et le liquide à gélifier) et des conditions physico-chimiques pendant la formation du gel telles que : le pH, la température, la durée du processus de gélification… L’avantage de l’utilisation des gels provient du fait que l’on peut former à l’intérieur du gel des monocristaux de grandes tailles (plusieurs mm). En effet, la diffusion à l’intérieur des gels se fait beaucoup plus lentement qu’en solution.
L’acétate de calcium
L’acétate de calcium est un produit de synthèse. Il est obtenu à partir de l’acide acétique et de la chaux. Sa formule chimique est le (CH3COO)2Ca. L’acétate de calcium est utilisé pour la fabrication de lubrifiants et de colorants.
1. Propriétés physiques
2. Réactivité de l’acétate : L’acétate de calcium est un produit instable vis-à-vis de l’humidité de l’air. C’est un produit très hygroscopie. S’il est chauffé jusqu’160°C, il dégage de vapeur d’acétone qui est un produit inflammable donc il y a risque d’explosion. Il émet aussi des gaz irritants.
Notion de combustion des combustibles
1. Définition de combustion [50] ; [52] : La production de chaleur est le résultat d’une réaction chimique provoquée entre deux composants : le combustible et le comburant. On appelle cette réaction chimique la combustion. Cette réaction est exothermique, assez lente au début mais elle peut devenir très rapide voire même violente, avec émission de rayonnements et élévation de température. La combustion ne peut avoir lieu que si l’on réunit trois facteurs : deux composés chimiques (un combustible et un comburant) et une source d’énergie (énergie d’activation).
2. Réaction chimique au cours de la combustion [48] ; [52]
Le comburant : Un comburant est le gaz dans lequel la combustion a lieu. C’est un corps chimique qui a pour propriété de permettre la combustion d’un combustible. Le principal comburant est le dioxygène O2.
Le combustible : Un combustible est une matière qui, en présence d’oxygène et d’énergie, peut se combiner à l’oxygène qui sert de comburant dans une réaction chimique générant de la chaleur.
Energie d’activation : C’est l’énergie qui permet de déclencher la réaction, il s’agit généralement, de la chaleur. Elle est nécessaire au début du processus de la réaction chimique qui va permettre la combustion. Il y a plusieurs façons de fournir l’énergie d’activation : par frottement, à l’aide d’une étincelle, de l’électricité, de la radiation, de l’échauffement, de la flamme ou de la pression qui permettent toujours une augmentation de la température.
Limite d’inflammabilité ou Explosivité
Une combustion ne peut s’entretenir que si la concentration de vapeur combustible dans le mélange gazeux (mélange air-vapeur combustible) se situe entre deux valeurs limites :
Limite inférieure d’inflammabilité (L.I.E).
Limite supérieure d’inflammabilité (L.S.E).
En dessous de la valeur limite L.I.E, le mélange air vapeur combustible est trop pauvre en combustible pour que la combustion ait eu lieu. Au-dessus de la valeur limite L.S.E, le mélange est trop faible en dioxygène pour entretenir la combustion. On peut déterminer ces valeurs limites par expérience.
Quelques valeurs de ces limites (en % des vapeurs combustibles dans l’air)
Les valeurs limites d’inflammabilité dépendent des propriétés physiques comme la température et la pression du milieu [54]. Le tableau ci-dessous donne les valeurs limites de quelques combustibles (% en volume de combustible dans le mélange air-vapeur), à la température ordinaire et à la pression atmosphérique. Avec le taux d’humidité de l’air étant de 60%.
Cycle de CO2 neutre
Lors de sa combustion, la biomasse libère du CO2, un gaz à effet de serre. Mais le CO2 libéré est celui que les plantes et végétaux ont capté dans l’atmosphère durant leur croissance. Il n’y a donc pas d’émission de CO2 nouveau : la valorisation énergétique de la biomasse est neutre au niveau du CO2. On dit que le cycle du carbone est neutre ou fermé, la biomasse énergie ne participe pas au réchauffement climatique pour autant que les systèmes d’exploitations agricoles et forestiers soient durables et responsables. Les combustibles fossiles quant à eux augmentent la concentration en CO2 dans l’atmosphère lors de chaque utilisation. Dans ce cas, on dit que le cycle du carbone est ouvert. On estime ainsi que la substitution de 1 tonne équivalent pétrole (tep) par du bois entraîne une réduction d’émission de 3 tonnes de CO2. Lors de la photosynthèse, les végétaux captent le CO2 dans l’atmosphère et l’utilisent, grâce à l’énergie du soleil, pour construire tous leurs composants (tiges, racines, feuilles, etc.). Lors de ce processus, l’oxygène est libéré dans l’atmosphère. Lors de la combustion de la biomasse, l’oxygène est puisé dans l’atmosphère, et le CO2 stocké dans la biomasse est libéré. La figure 32 illustre ce cycle de CO2 neutre ou fermé lors de la photosynthèse.
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Table des matières
Remerciements
Liste des abréviations et des acronymes et unités
Liste des Tableaux
Liste des figures
Liste des annexes
Introduction
Introduction générale
Partie I : Etudes bibliographiques
Chapitre I : Généralités sur l’Ethanol
I. Propriétés physico-chimique de l’éthanol
I.1. Propriétés physiques et organoleptiques de l’éthanol
I.2. Propriétés chimiques de l’éthanol
II. Synthèse de l’éthanol
2.1. Procédé par synthèse organique
2.2. Procédé par voie biotechnologique (la fermentation)
III. Les différentes méthodes de déshydratation d’éthanol
3.1. Méthode physique
3.2. Méthode chimique
IV. Domaine d’application de l’éthanol
Chapitre II : Rhéologie et le procédé de Gélification
I. Rhéologie
I.1. La viscosité
I.2. Fluide newtonien
I.3. Fluides non newtoniens
II. Les structures des matériaux mous
III. Propriétés rhéologiques des gels
IV. Le Procédé de Gélification
4.1. Définition
4.2. Types de gels
4.3. Principe de la gélification
4.4. Propriétés physico-chimique des gels
4.5. La réversibilité de la gélification
4.6. Les molécules qui activent la gélification
4.7. Origine et structure chimique des gélifiants
Chapitre III : Matières premières pour la fabrication de l’éthanol gélifié
I. L’agar-agar
1. Origine
2. Structure chimique
3. Extraction de l’agar-agar
4. Propriétés physico-chimiques de l’agar-agar
5. Utilisation de l’agar-agar
II. Le savon ou sel d’acide gras
1. Définition et propriétés
2. Procédé de fabrication
III. Les amidons et dérivés
1. Définition
2. Propriété et structure chimique
3. Comportement de l’amidon
IV. L’acétate de calcium
1. Propriétés physiques
2. Réactivité de l’acétate
Chapitre IV : Les combustibles
I. Notion de combustion des combustibles
1. Définition de combustion
2. Réaction chimique au cours de la combustion
II. Les caractéristiques d’un combustible
1. Leur composition
2. Leur pouvoir calorifique (P.C)
3. Autres caractéristiques des combustibles
Partie II : Etudes Expérimentales
Chapitre I : Formulation de l’éthanol gélifié à partir des différents gélifiants
I. Introduction
II. Matériels et Méthodes
1. Procède de fabrication de l’éthanol gélifiée
2. Matières premières pour les formulations
3. Fabrication de l’éthanol gélifiée par l’agar-agar
3.1. Mode Opératoire
3.2. Etude de l’influence du pH sur la gélification
3.3. Etude de la fabrication de l’éthanol gélifié
4. Combustion de l’alcool gélifié par l’agar agar
Interprétation des résultats
Conclusion partielle
5. Fabrication de l’éthanol gélifié par le savon
5.1. Mode opératoire
5.2. Résultats et interprétation
Conclusion partielle
6. Fabrication de l’éthanol gélifié à partir de l’acétate de calcium
6.1. Mode opératoire
6.2. Résultats et interprétation
6.3. Combustion de l’éthanol gélifiée par l’acétate de calcium
7. Fabrication d’éthanol gélifié par l’amidon et gel gomme
8. Gélification de l’éthanol avec un mélange de gélifiant
1. Matériels et Méthodes
1.1. Matériels utilisés
1.2. Mode Opératoire
1.3. Résultats du procédé et formulation
1.4. Combustion de l’Ethanol Gélifié par le Complexe
Chapitre II : Détermination de la propriété physico chimique du combustible
1. Test de stabilité et de qualité des éthanols gélifiés
1.1. Centrifugation
1.2. Influences thermiques
1.3. Variation de pH au cours du temps
1.4. Qualité microbiologique
2. Détermination de composition des combustibles
2.1. Détermination de la teneur en matière volatile combustible
2.2. Détermination de la teneur en eau
2.3. Détermination de la teneur en matières organiques
2.4. Détermination de la Teneur en cendre X
2.5. Détermination de pouvoir calorifique inférieure P.C.I du gel combustible
2.6. Résultats
3. Test de stockage de combustible
3.1. Combustion à même quantité d’éthanol
3.2. Test de stockage par variation de température à pression atmosphérique
3.3. Etuvage de même quantité de combustible avec couvercle pendant 2 semaines à P=1atm et à T= 40°C
Interprétation
Conclusion partielle
Partie III : Intérêt de l’étude et Etudes d’Impacts Socio-économiques et Environnementaux
Chapitre I : Impacts socio-économiques et études d’impacts environnementaux
I. Introduction
II. Impacts économiques
III. Impacts sociaux
IV. Impacts Environnementaux
1. Introduction
2. Les types de biomasse comme source de chaleur
Conclusion générale
Références Bibliographiques et webographiques
Annexes
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