Soutenance mémoire
La diminution des ressources en énergie non renouvelable et la préoccupation grandissante devant l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre entrainent la nécessité de trouver des nouvelles sources d’énergies alternative. L’éthanol est l’un de l’énergie renouvelable, tel que le manioc permet de produire de la farine de manioc et de l’éthanol. L’alcool éthylique est un produit très recherché. Son utilisation touche différents domaines : alcool de bouche, alcool pharmaceutique, alcool combustible, alcool carburant et alcool pour les transformations industrielles. Cette production, déjà bien implantée au Brésil, a connu un développement rapide au cours des dernières années en Amérique du Nord, en Europe et en Afrique. Les Etats-Unis sont ainsi devenus, en 2006, le principal producteur d’éthanol au monde. [1] A Madagascar, la production d’alcool est encore insuffisante. Les besoins des autres utilisateurs tels l’industrie pharmaceutiques, les laboratoires de recherche et médicaux, les confiseries, sont ainsi loin d’être satisfaits.
Cependant notre île possède de nombreuses ressources naturelles pouvant être transformées en alcool étant donné que la voie la plus connue pour sa fabrication utilise les plantes riches en hydrate de carbone en fermentation obtenue à partir d’un jus sucré suivie d’une distillation. Les sucres fermentescibles proviennent directement de plantes et les matières premières utilisées peuvent être soit des plantes saccharifères comme la canne à sucre soit de céréales comme le maïs, soit de tubercules comme le manioc.
Le manioc est une plante tropicale cultivée pour ses amidons et ses racines tubéreuses. C’est un produit de subsistance en Afrique et un produit industriel en Amérique Latine. Ce produit est la quatrième grande source d’hydrates de carbone des pays tropicaux après le riz, la canne à sucre et le maïs. Comme le manioc a une large adaptation aux différentes variétés et conditions climatiques, il pousse sur le sol relativement pauvre, demande moins d’eau et d’engrais que la canne à sucre et le maïs et a une bonne résistance aux prédateurs. En effet la comparaison des conditions de transformation de la canne à sucre et celles du manioc en alcool semble être nettement l’avantage de cette dernière dans le cas de Madagascar bien qu’il n’existe actuellement que quelque unité fonctionnelle de production d’éthanol à partir de Manioc.
GENERALITE SUR LE MANIOC
ORIGINE
Le manioc (Manihot esculenta Crantz), plante à racines riches en amidon et originaire de l’Amérique du Sud (Celis, 1982), est devenu une culture importante sous les tropiques [1] Il a été introduit à Madagascar en 1875, cultivé sur les hauts plateaux de l’Imerina central. Le manioc est en ce jour cultivé dans toutes les régions tropicales où ses tubercules deviennent une principale source d’amidon .
DESCRIPTION BOTANIQUE
C’est un Arbuste de 1 à 4 mètres de hauteur environ, il est cultivé pour ses tubercules et ses feuilles. Les tubercules sont très riches en amidon. Les tiges sont quant à elles utilisées comme matériel de plantation. Consommé tant pour l’alimentation humaine qu’animale, le manioc est très utilisé dans l’industrie alimentaire (pâtisseries, tapioca, pâtes alimentaires, cossettes, …) [3]. Le manioc est un végétal qui contient beaucoup d’amidon, ses tubercules sont surtout constitués de glucides. L’augmentation de la production mondiale de manioc depuis 2000 est estimée à 100 millions de tonnes par ans [4]. Il est connu botaniquement sous le nom de « Manihot esculenta Crantz » et sous le nom vernaculaire de « mangahazo, balahazo, kajaha » dans la vie quotidienne. Il présente plus de 300 variétés groupées dans deux variétés : douces et amères. [7] Ce classement est lié au pourcentage d’acide cyanhydrique (HCN) présent dans le manioc, extrêmement toxique et reconnu facilement d’un gout amer.
Variétés douces : 0,010 à 0,012%
Variétés amères : 0,012 à 0,014%
La classification du manioc est la suivante :
Règne : VEGETAL
Sous règne : PHANEROGAMES
Embranchement : ANGIOSPERMES
Classe : DICOTYLEDONES
Ordre : EUPHORBIALES
Famille : EUPHORBIACEAE
Genre : Manihot
Espèce : esculenta crantz.
REPARTITION GEOGRAPHIQUE
Le manioc est cultivé dans toutes les régions de Madagascar et constitue le deuxième aliment énergétique de base de la population. Il occupe la deuxième place aussi bien en superficie cultivée qu’en volume de production annuelle après le riz. [5] Cependant cette plante (de même que les produits transformés qui sont issus est connue sous des noms très divers, selon les pays, par exemple :
– En Amérique de langue espagnole : manioca, rumu ouyuca
– Au Brésil : manioca ou aipun ;
– En Afrique francophone et Madagascar : manioc
– En Inde et Malaisie : tapioca
– En Afrique anglophone (Thaïlande, Sri Lanka) : cassava ou cassado.
Le manioc est appelé « mangahazo» dans l’Imerina, «balahazo» chez les Bara et Antandroy, «kazaha» chez les Betsileo, « mahogo» chez les Sakalava.
MILIEU NATUREL DE LA PLANTE
Le manioc est une plante qui ne pousse que dans les régions tropicales et tempérées chaudes. L’optimum de rendement peut être obtenu avec 1000-2000 mm de pluie, une température moyenne de 23°C-25°C. Au-dessous de 10°C et au-dessus de 40°C la végétation est réduite. La culture du manioc s’étend entre 30° Nord et 30° Sud et peut réussir jusqu’à 2000 m d’altitude. Sur le plan édaphique, le manioc pousse sur des types de sols extrêmement variés (alluviaux, ferralitiques, tourbeux) à condition que les textures et les structures permettent la circulation de l’air et de l’eau ainsi que le développement des tubercules (sols légers, meubles, profonds et de pente faible). Les pH des sols doivent être compris entre 4 et 7,5. Ces conditions étant remplies à Madagascar, la culture du manioc est pratiquée dans toutes les régions et constitue le deuxième aliment énergétique de base de la population.
COMPOSITION BIOCHIMIQUE DU MANIOC
La maturité, la variété et les modes de cultures influencent la composition chimique du manioc. Les tubercules de manioc renferment de l’amidon à une teneur élevée et une faible teneur en protéine et en lipide ainsi qu’en éléments minéraux. Par ailleurs une concentration d’acide cyanhydrique considérable est présente dans le tubercule.
UTILISATION DU MANIOC
Les tubercules de manioc sont très utilisés comme matières premières dans le domaine industriel pour la fabrication de divers produits : adhésif, textile, papier et du bioéthanol.
L’AMIDON
L’amidon est un hydrate de carbone se présentant sous forme d’une poudre blanche, insoluble dans l’eau froide ou tiède mais fermentescible. L’amidon est un polysaccharide constituant la principale forme sous laquelle les plantes accumulent des réserves énergétiques. Il représente une fraction pondérale importante dans de nombreuses matières agricoles, telles que les céréales (représentent 30 à 80% de la matière sèche) et les tubercules. L’amidon est un mélange de deux polysaccharides: l’amylose molécule linéaire (20%) et l’amylopectine molécule ramifiée (80%). Il se présente sous la formule générale : (C6H10O5) n .
DESCRIPTION
La structure des grains d’amidon est formée de couches concentriques alternées claires et sombres entourant un centre plus foncé appelé « hile » qui est le centre initial de croissance du grain ANGELLIER (2005). Les granules d’amidon ont la forme d’une croix noire dite « croix de Malte », d’où leur organisation semi-cristalline ADRIAN et al, (1995). Les zones amorphes contiennent un ensemble cristallin composé d’amylopectine, ces ensembles dispersés dans l’amylose constituent avec les complexes amylose-lipides les parties amorphes du granule.
CARACTERISTIQUES DE L’AMIDON DES TUBERCULES DE MANIOC
Le manioc est caractérisé par sa haute teneur en amidon et sa teneur élevée en humidité jusqu’à 16%, en fonction de la manière dont il est traité et stocké. L’amidon contient de petites quantités de protéines, de minéraux, de fibres et de graisses alimentaires. L’amidon de manioc se transforme en un état gélatineux relativement rapide lors de la cuisson à l’eau, et reste relativement fluide après refroidissement. Cette caractéristique le rend attractif pour une utilisation dans le secteur industriel. L’amidon de manioc est connu pour sa viscosité, ceci le rend approprié pour des applications industrielles.
HYDROLYSE
L’hydrolyse est une réaction chimique au cours de laquelle une molécule d’eau est utilisée pour permettre la rupture d’une liaison covalente en se dissociant en OH− et H+ . L’hydrolyse de l’amidon conduit par exemple à la formation de sirop de glucose. Dans le cas de l’hydrolyse de l’amidon, le but est d’obtenir des monomères, principalement des glucoses. Il existe deux grands types d’hydrolyse :
➤ hydrolyse acide
➤ hydrolyse enzymatique.
L’hydrolyse de l’amidon peut être améliorée par l’ensemble de modifications physiques, chimiques et/ou enzymatiques, afin de répondre à des besoins technologiques et nutritionnels spécifiques. La gélification des granules d’amidon par la température est indispensable pour permettre l’action des agents d’hydrolyse. Ce traitement hydrothérapique provoque le gonflement des granules qui se poursuit jusqu’à l’éclatement puis à la dispersion complète de molécules. L’hydrolyse peut s’effectuer chimiquement (en utilisant un acide ou une base dilué ou concentré) ou biochimiquement par des enzymes. Actuellement, l’hydrolyse enzymatique est préférée pour éviter la corrosion et les coûts opératoires et environnementaux des procédés chimiques. L’efficacité de l’hydrolyse enzymatique dépend non seulement du prétraitement utilisé, mais également de l’activité des enzymes sélectionnées.
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Table des matières
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. L’AMIDON
II.1. DESCRIPTION
II.3. CARACTERISTIQUES DE L’AMIDON DES TUBERCULES DE MANIOC
CHAPITRE II : ETAPE DE PRODUCTION D’ETHANOL 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 D’ETHANOL
MATERIELS ET METHODES
I. PREPARATION DE LA FARINE DE MANIOC
II. DETERMINATION DU TAUX D’HUMIDITE DE LA FARINE DE MANIOC
II.1 PROCESSUS DE DETERMINATION DE TAUX D’HUMIDITE
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 P’ DES SUBSTANCES SOLUBLES DANS L’ETHANOL
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 D’HYDROLYSE
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 D’HYDROLYSE
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
