La diminution des ressources en รฉnergie non renouvelable et la prรฉoccupation grandissante devant lโaugmentation des รฉmissions de gaz ร effet de serre entrainent la nรฉcessitรฉ de trouver des nouvelles sources d’รฉnergies alternative. L’รฉthanol est lโun de lโรฉnergie renouvelable, tel que le manioc permet de produire de la farine de manioc et de lโรฉthanol. Lโalcool รฉthylique est un produit trรจs recherchรฉ. Son utilisation touche diffรฉrents domaines : alcool de bouche, alcool pharmaceutique, alcool combustible, alcool carburant et alcool pour les transformations industrielles. Cette production, dรฉjร bien implantรฉe au Brรฉsil, a connu un dรฉveloppement rapide au cours des derniรจres annรฉes en Amรฉrique du Nord, en Europe et en Afrique. Les Etats-Unis sont ainsi devenus, en 2006, le principal producteur d’รฉthanol au monde. [1] A Madagascar, la production dโalcool est encore insuffisante. Les besoins des autres utilisateurs tels lโindustrie pharmaceutiques, les laboratoires de recherche et mรฉdicaux, les confiseries, sont ainsi loin dโรชtre satisfaits.
Cependant notre รฎle possรจde de nombreuses ressources naturelles pouvant รชtre transformรฉes en alcool รฉtant donnรฉ que la voie la plus connue pour sa fabrication utilise les plantes riches en hydrate de carbone en fermentation obtenue ร partir dโun jus sucrรฉ suivie dโune distillation. Les sucres fermentescibles proviennent directement de plantes et les matiรจres premiรจres utilisรฉes peuvent รชtre soit des plantes saccharifรจres comme la canne ร sucre soit de cรฉrรฉales comme le maรฏs, soit de tubercules comme le manioc.
Le manioc est une plante tropicale cultivรฉe pour ses amidons et ses racines tubรฉreuses. Cโest un produit de subsistance en Afrique et un produit industriel en Amรฉrique Latine. Ce produit est la quatriรจme grande source dโhydrates de carbone des pays tropicaux aprรจs le riz, la canne ร sucre et le maรฏs. Comme le manioc a une large adaptation aux diffรฉrentes variรฉtรฉs et conditions climatiques, il pousse sur le sol relativement pauvre, demande moins dโeau et dโengrais que la canne ร sucre et le maรฏs et a une bonne rรฉsistance aux prรฉdateurs. En effet la comparaison des conditions de transformation de la canne ร sucre et celles du manioc en alcool semble รชtre nettement lโavantage de cette derniรจre dans le cas de Madagascar bien quโil nโexiste actuellement que quelque unitรฉ fonctionnelle de production dโรฉthanol ร partir de Manioc.
GENERALITE SUR LE MANIOC
ORIGINE
Le manioc (Manihot esculenta Crantz), plante ร racines riches en amidon et originaire de lโAmรฉrique du Sud (Celis, 1982), est devenu une culture importante sous les tropiques [1] Il a รฉtรฉ introduit ร Madagascar en 1875, cultivรฉ sur les hauts plateaux de lโImerina central. Le manioc est en ce jour cultivรฉ dans toutes les rรฉgions tropicales oรน ses tubercules deviennent une principale source dโamidon .
DESCRIPTION BOTANIQUE
Cโest un Arbuste de 1 ร 4 mรจtres de hauteur environ, il est cultivรฉ pour ses tubercules et ses feuilles. Les tubercules sont trรจs riches en amidon. Les tiges sont quant ร elles utilisรฉes comme matรฉriel de plantation. Consommรฉ tant pour lโalimentation humaine quโanimale, le manioc est trรจs utilisรฉ dans lโindustrie alimentaire (pรขtisseries, tapioca, pรขtes alimentaires, cossettes, โฆ) [3]. Le manioc est un vรฉgรฉtal qui contient beaucoup dโamidon, ses tubercules sont surtout constituรฉs de glucides. Lโaugmentation de la production mondiale de manioc depuis 2000 est estimรฉe ร 100 millions de tonnes par ans [4]. Il est connu botaniquement sous le nom de ยซ Manihot esculenta Crantz ยป et sous le nom vernaculaire de ยซ mangahazo, balahazo, kajaha ยป dans la vie quotidienne. Il prรฉsente plus de 300 variรฉtรฉs groupรฉes dans deux variรฉtรฉs : douces et amรจres. [7] Ce classement est liรฉ au pourcentage dโacide cyanhydrique (HCN) prรฉsent dans le manioc, extrรชmement toxique et reconnu facilement dโun gout amer.
Variรฉtรฉs douces : 0,010 ร 0,012%
Variรฉtรฉs amรจres : 0,012 ร 0,014%
La classification du manioc est la suivante :
Rรจgne : VEGETAL
Sous rรจgne : PHANEROGAMES
Embranchement : ANGIOSPERMES
Classe : DICOTYLEDONES
Ordre : EUPHORBIALES
Famille : EUPHORBIACEAE
Genre : Manihot
Espรจce : esculenta crantz.
REPARTITION GEOGRAPHIQUE
Le manioc est cultivรฉ dans toutes les rรฉgions de Madagascar et constitue le deuxiรจme aliment รฉnergรฉtique de base de la population. Il occupe la deuxiรจme place aussi bien en superficie cultivรฉe quโen volume de production annuelle aprรจs le riz. [5] Cependant cette plante (de mรชme que les produits transformรฉs qui sont issus est connue sous des noms trรจs divers, selon les pays, par exemple :
– En Amรฉrique de langue espagnole : manioca, rumu ouyuca
– Au Brรฉsil : manioca ou aipun ;
– En Afrique francophone et Madagascar : manioc
– En Inde et Malaisie : tapioca
– En Afrique anglophone (Thaรฏlande, Sri Lanka) : cassava ou cassado.
Le manioc est appelรฉ ยซ mangahazoยป dans lโImerina, ยซbalahazoยป chez les Bara et Antandroy, ยซkazahaยป chez les Betsileo, ยซ mahogoยป chez les Sakalava.
MILIEU NATUREL DE LA PLANTE
Le manioc est une plante qui ne pousse que dans les rรฉgions tropicales et tempรฉrรฉes chaudes. L’optimum de rendement peut รชtre obtenu avec 1000-2000 mm de pluie, une tempรฉrature moyenne de 23ยฐC-25ยฐC. Au-dessous de 10ยฐC et au-dessus de 40ยฐC la vรฉgรฉtation est rรฉduite. La culture du manioc s’รฉtend entre 30ยฐ Nord et 30ยฐ Sud et peut rรฉussir jusqu’ร 2000 m d’altitude. Sur le plan รฉdaphique, le manioc pousse sur des types de sols extrรชmement variรฉs (alluviaux, ferralitiques, tourbeux) ร condition que les textures et les structures permettent la circulation de l’air et de l’eau ainsi que le dรฉveloppement des tubercules (sols lรฉgers, meubles, profonds et de pente faible). Les pH des sols doivent รชtre compris entre 4 et 7,5. Ces conditions รฉtant remplies ร Madagascar, la culture du manioc est pratiquรฉe dans toutes les rรฉgions et constitue le deuxiรจme aliment รฉnergรฉtique de base de la population.
COMPOSITION BIOCHIMIQUE DU MANIOCย
La maturitรฉ, la variรฉtรฉ et les modes de cultures influencent la composition chimique du manioc. Les tubercules de manioc renferment de lโamidon ร une teneur รฉlevรฉe et une faible teneur en protรฉine et en lipide ainsi quโen รฉlรฉments minรฉraux. Par ailleurs une concentration dโacide cyanhydrique considรฉrable est prรฉsente dans le tubercule.
UTILISATION DU MANIOC
Les tubercules de manioc sont trรจs utilisรฉs comme matiรจres premiรจres dans le domaine industriel pour la fabrication de divers produits : adhรฉsif, textile, papier et du bioรฉthanol.
LโAMIDON
Lโamidon est un hydrate de carbone se prรฉsentant sous forme dโune poudre blanche, insoluble dans lโeau froide ou tiรจde mais fermentescible. Lโamidon est un polysaccharide constituant la principale forme sous laquelle les plantes accumulent des rรฉserves รฉnergรฉtiques. Il reprรฉsente une fraction pondรฉrale importante dans de nombreuses matiรจres agricoles, telles que les cรฉrรฉales (reprรฉsentent 30 ร 80% de la matiรจre sรจche) et les tubercules. L’amidon est un mรฉlange de deux polysaccharides: lโamylose molรฉcule linรฉaire (20%) et lโamylopectine molรฉcule ramifiรฉe (80%). Il se prรฉsente sous la formule gรฉnรฉrale : (C6H10O5) n .
DESCRIPTION
La structure des grains d’amidon est formรฉe de couches concentriques alternรฉes claires et sombres entourant un centre plus foncรฉ appelรฉ ยซ hile ยป qui est le centre initial de croissance du grain ANGELLIER (2005). Les granules dโamidon ont la forme dโune croix noire dite ยซ croix de Malte ยป, dโoรน leur organisation semi-cristalline ADRIAN et al, (1995). Les zones amorphes contiennent un ensemble cristallin composรฉ dโamylopectine, ces ensembles dispersรฉs dans lโamylose constituent avec les complexes amylose-lipides les parties amorphes du granule.
CARACTERISTIQUES DE LโAMIDON DES TUBERCULES DE MANIOC
Le manioc est caractรฉrisรฉ par sa haute teneur en amidon et sa teneur รฉlevรฉe en humiditรฉ jusqu’ร 16%, en fonction de la maniรจre dont il est traitรฉ et stockรฉ. Lโamidon contient de petites quantitรฉs de protรฉines, de minรฉraux, de fibres et de graisses alimentaires. Lโamidon de manioc se transforme en un รฉtat gรฉlatineux relativement rapide lors de la cuisson ร l’eau, et reste relativement fluide aprรจs refroidissement. Cette caractรฉristique le rend attractif pour une utilisation dans le secteur industriel. Lโamidon de manioc est connu pour sa viscositรฉ, ceci le rend appropriรฉ pour des applications industrielles.
HYDROLYSE
L’hydrolyse est une rรฉaction chimique au cours de laquelle une molรฉcule d’eau est utilisรฉe pour permettre la rupture d’une liaison covalente en se dissociant en OHโ et H+ . Lโhydrolyse de lโamidon conduit par exemple ร la formation de sirop de glucose. Dans le cas de lโhydrolyse de lโamidon, le but est dโobtenir des monomรจres, principalement des glucoses. Il existe deux grands types dโhydrolyse :
โคย hydrolyse acide
โคย hydrolyse enzymatique.
Lโhydrolyse de lโamidon peut รชtre amรฉliorรฉe par lโensemble de modifications physiques, chimiques et/ou enzymatiques, afin de rรฉpondre ร des besoins technologiques et nutritionnels spรฉcifiques. La gรฉlification des granules dโamidon par la tempรฉrature est indispensable pour permettre lโaction des agents dโhydrolyse. Ce traitement hydrothรฉrapique provoque le gonflement des granules qui se poursuit jusquโร lโรฉclatement puis ร la dispersion complรจte de molรฉcules. L’hydrolyse peut s’effectuer chimiquement (en utilisant un acide ou une base diluรฉ ou concentrรฉ) ou biochimiquement par des enzymes. Actuellement, l’hydrolyse enzymatique est prรฉfรฉrรฉe pour รฉviter la corrosion et les coรปts opรฉratoires et environnementaux des procรฉdรฉs chimiques. L’efficacitรฉ de l’hydrolyse enzymatique dรฉpend non seulement du prรฉtraitement utilisรฉ, mais รฉgalement de l’activitรฉ des enzymes sรฉlectionnรฉes.
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Table des matiรจres
INTRODUCTION
ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
CHAPITRE I : MANIOC
I. GENERALITE SUR LE MANIOC
I.1. ORIGINE
I.2. DESCRIPTION BOTANIQUE
I.3. REPARTITION GEOGRAPHIQUE
I.4. MILIEU NATUREL DE LA PLANTE
I.5. COMPOSITION BIOCHIMIQUE DU MANIOC
I.6. UTILISATION DU MANIOC
II. LโAMIDON
II.1. DESCRIPTION
II.3. CARACTERISTIQUES DE LโAMIDON DES TUBERCULES DE MANIOC
CHAPITRE II : ETAPE DE PRODUCTION DโETHANOL A PARTIR DU MANIOC
I. HYDROLYSE
I.1. HYDROLYSE ENZYMATIQUE
I.2. HYDROLYSE ACIDE
I.3. LES SUCRES REDUCTEURS
II. FERMENTATION
II.1. PRINCIPE DE LA FERMENTATION
II.2. FERMENTATION ALCOOLIQUE
II.3. LA LEVURE SACCHAROMYCES
II.4. PARAMETRE PHYSICO-CHIMIQUES DE LA FERMENTATION
II.5. LES DIFFERENTS PRODUITS FORMEES PENDANT LA FERMENTATION
II.6. MECANISME REACTIONNEL DE LA FERMENTATION ALCOOLIQUE
III. DISTILLATION
IV. LE BIOETHANOL
IV.1. CARACTERISTIQUE DโETHANOL
MATERIELS ET METHODES
I. PREPARATION DE LA FARINE DE MANIOC
II. DETERMINATION DU TAUX DโHUMIDITE DE LA FARINE DE MANIOC
II.1 PROCESSUS DE DETERMINATION DE TAUX DโHUMIDITE
II.2. EXPRESSION DU RESULTAT
III. DETERMINATION DE LA TENEUR EN AMIDON DE LA FARINE
III.1. DETERMINATION DU POUVOIR ROTATOIRE TOTAL P
III.2. DETERMINATION DU POUVOIR ROTATOIRE Pโ DES SUBSTANCES SOLUBLES DANS LโETHANOL
IV. HYDROLYSE ENZYMATIQUE
IV.1. PRETRAITEMENT DE L’AMIDON DE MANIOC
IV.2. HYDROLYSE ENZYMATIQUE DE L’AMIDON DE MANIOC PROPREMENT DIT
IV.3. DOSAGE DES SUCRES REDUCTEURS PAR LE D.N.S
IV.4. RENDEMENT DโHYDROLYSE
V. FERMENTATION ALCOOLIQUE
V.1. PREPARATION DE SOUCHE MICRO-ORGANISME (LEVURE SACCHAROMYCES)
V.2. PRE CULTURE
V.3. CULTURE DISCONTINUE
V.4.COMPTAGE DE LA BIOMASSE PENDANT LA FERMENTATION
VI. LA DISTILLATION
RESULTATS ET DISCUSSION
I. COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE PREMIERE
I.1. HUMIDITE ET MATIERE SECHE
I.2. TENEUR EN AMIDON
II. HYDROLYSE ENZYMATIQUE
II.1. TENEUR EN SUCRES REDUCTEURS
II.2. DETERMINATION DE LA CONCENTRATION EN SUCRE REDUCTEURS
II.4. RENDEMENT DโHYDROLYSE
III. FERMENTATION
III.1. EVOLUTION DE LA CONCENTRATION DE SUCRE REDUCTEUR
III.2.COMPTAGE DE LA MICRO-ORGANISME PENDANT LA FERMENTATION
III.3. EVOLUTION DE LA DENSITE DU MOUT
III.4. EVOLUTION DE DEGAGEMENT DE GAZ CO2
IV. DISTILLATION
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIES
ANNEXE