Soutenance mémoire
Le bioéthanol, est largement utilisé dans les industries pharmaceutiques, industries cosmétiques, industries des produits chimiques et même utilisé comme bioénergie [DEGRAS ,1986]. Dans le contexte des changements climatiques et de la flambée des prix du baril de pétrole, les biocarburants sont aujourd’hui souvent présentés comme une alternative énergétique durable. Le développement de ces biocarburants est une nécessité aussi bien pour l’environnement que pour l’indépendance énergétique d’un pays. Dans de nombreux pays développés, la diversification des sources de carburant les conduit à s’intéresser à la recherche et à la production industrielle de produits de remplacement à haut rendement énergétique. Pour sa part, Madagascar essaie de chercher à diversifier ses sources d’énergie combustible dont la production de bioéthanol à partir d’une matière première végétale riche en sucre et abondante dans le pays , comme l’igname. L’igname est une denrée alimentaire de première importance dans quarante nations différentes [GIRARDIN et al, 1998]. A cause de sa haute teneur en fécule, elle assure un approvisionnement de base en énergie dans les zones rurales.
Généralités sur l’igname
Igname au niveau mondial
Igname [DEGRAS, 1986]
L’igname est utilisée depuis toujours comme plante vivrière. Elle appartient au genre Dioscoréa et comprend plus de 600 espèces. Elle a une aire de répartition très large qui couvre tous les continents et est adaptée à des milieux écologiques très divers : régions tropicales savanicoles ou forestières, zones d’altitude, milieux tempérés. En raison de leurs tubercules riches en amidon, différentes espèces ont été cultivées sur divers continents à l’époque préhistorique : en Afrique, au sud de l’Asie, et surtout dans les Caraïbes. Dans certains pays d’Afrique tropicale, ainsi qu’à Madagascar, les tubercules sont aujourd’hui encore un aliment de base. Certaines espèces contiennent de la dioscorine, un alcaloïde toxique qui se décompose lors de la cuisson.
Origine
Igname, qui se dit yam en anglais vient d’une racine africaine nyam qui signifie «manger » et que l’on retrouve dans plusieurs langues africaines : nam en wolof, yamyam en haoussa, nyama en zoulou [ANONYME, 2000].
L’igname est un nom générique s’appliquant à plusieurs plantes appartenant à une vingtaine d’espèces du genre Dioscorea, famille des Dioscoréacées. Elles sont cultivées dans toutes les régions tropicales du globe, dans un but alimentaire. Le terme désigne aussi le tubercule lui-même consommé comme légume.
Description de la plante [DEGRAS, 1986]
Ce sont des plantes grimpantes, volubiles, souvent dioïques. Les feuilles pétiolées, cordiformes, sont selon les espèces alternées ou opposées. À leur aisselle se développent des bulbilles pouvant servir à la multiplication de la plante, et parfois consommables. Les inflorescences axillaires sont des grappes ou des épis; les fleurs femelles, trimères, à ovaire infère triloculaire donnent des samares à trois ailes. Les tubercules de forme variable, ovoïde à oblongue, parfois aplatie ou en forme de massue allongée, peuvent atteindre 1 m de longueur et leur poids, généralement de 3 à 5 kg peuvent aller jusqu’à 15 kg. Ils sont garnis d’yeux comme les pommes de terre. La peau est généralement brunâtre à noirâtre. La chair est généralement blanche, parfois jaunâtre.
Composition biochimique et valeur nutritionnelle de l’igname [DEGRAS, 1986]
La composition biochimique des tubercules est voisine de celle des pommes de terre avec environ 25 % d’amidon, mais un peu plus de protéines (environ 7 %, quatre fois plus que le manioc). Ils sont très pauvres en matières grasses et en minéraux, et assez riche en vitamine C. Aussi, leurs caractéristiques se retrouvent parmi les tubercules amylacés : teneur en matières sèches inférieure à 40 % en moyenne, au sein de laquelle prédominent les hydrates de carbones qui sont nécessaires à l’obtention d’un meilleur rendement en sirop de glucose.
Production mondiale de l’igname
Au plan mondial, les ignames sont une culture importante. La récolte annuelle est d’environ 40 millions de tonnes sur 4 millions d’hectares répartis dans 56 pays. Cette culture a néanmoins régressée devant celle du manioc (maniota, kassav, kassava…), plus facile à cultiver selon les variétés, les sols….
D’après les données statistiques de la FAO en 2006, la production mondiale de l’igname atteint 39 567 712 de tonnes en 2005 dont 65 % de cette production est produite par le Nigeria .
Variété étudiée : Dioscoréa alata
Systématique et noms vernaculaires
La plante étudiée est connue sous le nom de « Ovybe » ou scientifiquement déterminée comme étant Dioscoréa alata par Jum Perrier [JUDD, 1999].
Selon JUDD en 1999, la classification est représentée comme suit :
Règne VEGETAL
Sous embranchement SPERMOPHYTA
Classe ANGIOSPERME
Sous classe LILIIDAE ou MONOCOTYLEDONEAE
Super ordre LILIANAE
Ordre DIOSCREALES
Famille DIOSCOREACEA
Genre DIOSCOREA
Espèce alata
Nom vernaculaire Ovibe .
Description de la variété étudiée [JEANNODA et al., 2005]
La variété Ovibe est une plante introduite à Madagascar. Elle est cultivée autour des villages et dans les lieux habités.
La variété se caractérise par les descriptions suivantes :
– Une tige aux angles ailés, parfois violacés et rougeâtre aux nœuds ;
– Les feuilles sont opposées, et le limbe cordiforme est porté par un long pétiole ;
– Les inflorescences mâles en épis sont plus longues que les épis femelles. Les fleurs sont alternées sur un axe ;
– Leur périanthe est à disque épais. Chaque fleur mâle porte 6 étamines à filets courts et à anthère globuleuse;
– Les inflorescences femelles sont moins nombreuses que les mâles. Leurs capsules sont longues et dirigées en avant ;
– Les tubercules ont la peau rugueuse, de couleur marron, à chair jaunâtre, de grande taille (40 à 65 cm). Leur poids peut varier de 800 à 1500 g.
Ecologie de D.alata [JEANNODA et al., 2005]
La variété ovibe de Dioscoréa alata ainsi que les autres, a besoin d’un climat chaud et humide à des pluies abondantes. La plante pousse bien dans un sol riche, meuble, profond, perméable mais pas trop sableux. Elle ne survit pas dans les régions très sèches, sur les terres trop lourdes.
Répartition géographique de D.alata à Madagascar
L’igname en général, se trouve comme plante sauvage dans la région Nord, Sud, Est et hauts plateaux de Madagascar, plus particulièrement dans les régions de Menabe, Ambohimahasoa et Brickaville. La majorité est récoltée dans les forêts. La récolte en laissant un trou peut avoir un effet néfaste sur l’environnement. Pour l’espèce étudiée, elle est abondante dans la région de Brickaville surtout à Anivorano Est, Ranomafana, et Lohariandava [RASOARIMBOLA, 2008]. Dans les autres régions, les paysans commencent maintenant à faire sa culture. Les semences sont multipliées par le projet SAHA et par des personnes privées.
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Table des matières
INTRODUCTION GÉNÉRALE
Première partie : CONTEXTE GENERALI DE L’ÉTUDE
1-1- Généralités sur l’igname
1-1-1- Igname au niveau mondial
1-1-1-1- Igname
1-1-1-2- Origine
1-1-1-3- Description de la plante
1-1-1-4- Composition biochimique et valeur nutritionnelle
1-1-1-5- Production mondiale
1-1-2- Variété étudiée : Dioscoréa alata
1-1-2-1- Systématique et noms vernaculaires
1-1-2-2- Description de la variété étudiée
1-1-2-3- Ecologie
1-1-2-4- Répartition géographique
1-1-2-5- Composition chimique de la variété étudiée
1-1-3- Utilisation actuelle de l’igname
I-1-3-2- Utilisations alimentaires
I-1-3-3- Utilisations non alimentaires
1-2- Hydrolyse de l’amidon
1-2-1- Généralité
I-2-1-1- Description de l’amidon
I-2-1-2- Définition de l’hydrolyse
1-2-2- Hydrolyse de l’amidon
1-2-2-1- Hydrolyse chimique
1-2-2-2- Hydrolyse enzymatique
a- Différents types d’amylases utilisées
b- Production d’enzyme : maltage
1-2-2-3- Produits d’hydrolyse et leurs utilisations
1-3- Fermentation alcoolique et bioéthanol
1-3-1- Généralité
1-3-1-1- Définition de la fermentation
1-3-1-2- Agent de fermentation : levure Saccharomyces cerevisiae
a- Systématique
b- Propriétés de la levure
c- Milieu de culture de la levure
1-3-1-3- Biochimie de la fermentation alcoolique
1-3-2- Facteurs influençant la fermentation alcoolique
1-3-2-1- Concentration en substrat carboné
1-3-2-2- Teneur en oxygène
1-3-2-3- Temperature
1-3-2-4- pH
1-3-2-5- Agitation
1-3-2-6- Ethanol
1-3-2-7- Gaz carbonique
1-3-2-8- Activité de l’eau
1-3-2-9- Taux d’ensemencement
1-3-3- Distillation
1-3-3-1- Définition de la distillation
1-3-3-2- Points d’ébullition des autres corps que l’éthanol
1-3-4- Produits de la fermentation alcoolique et leurs utilisations
1-3-4-1- Méthanol ou alcool méthylique
1-3-4-2- Ethanol ou alcool éthylique
1-3-4-3- Alcools supérieurs
1-3-4-4- Autres produits secondaires
1-3-5- Utilisation de l’alcool
1-3-5-1- Utilisation de l’alcool comme carburant
1-3-5-2- Utilisation de l’alcool comme matière première industrielle
1-3-5-3- Utilisation de l’alcool comme combustible
1-3-6- Production de bioéthanol
1-3-6-1- Bioéthanol au niveau mondial
1-3-6-2- Bioéthanol à Madagascar
1-3-6-3- Processus d’obtention du bioéthanol
1-4- Présentation de la zone d’étude
1-4-1- Situation écologique
1-4-1-1- Climat : diagramme ombrothermique
1-4-1-2- Types et occupations du sol
1-4-2- Système social
1-4-2- 1- Démographie / Population
1-4-2- 2- Scolarisation
Conclusion partielle 1
Deuxième partie : MISE AU POINT D’UNE TECHNIQUE DE FABRICATION DE BIOÉTHANOL D’IGNAMES
2-1- Introduction
2-1-1- Raisons du choix de thème
2-1-2- Méthodologie de recherche (Flow-sheet)
2-2- Matériels et méthodes
2-2-1- Matériels requis pour la mise au point de la technologie
2-2-1-1- Matières premières
a- Igname
b- Enzyme
c- Levure
d- Autres ingrédients
2-2-1-2- Outils de travail
a- Pour l’opération préliminaire
b- Pour l’hydrolyse enzymatique
c- Pour la fermentation alcoolique
d- Pour la caractérisation du produit finis
2-2-2- Méthodes adoptées pour la mise au point de la technologie
2-2-2-1- Opérations préliminaires
a- Fabrication de farine
b- Détermination de l’humidité
c- Détermination de la matière sèche
d- Détermination de la teneur en cendres brutes
e- Détermination de la teneur en amidon
2-2-2-2- Préparation de l’enzyme à partir du grain de paddy
a- Trempage
b- Germination
c- Extraction de l’enzyme
2-2-2-3- Méthode mise en œuvre pour l’hydrolyse enzymatique
a- Préparation du substrat par gélification
b- Dosage des sucres réducteurs
c- Etablissement de la gamme étalon
d- Optimisation de l’hydrolyse
e- Rendements d’hydrolyse
f- Traitements des produits d’hydrolyse
2-2-2-4- Fermentation alcoolique
a- Ensemencement et préculture
b- Culture
c- Suivi par méthode analytique du bioprocédé
d- Suivi par la mesure de la croissance levurienne
e- Suivi par la mesure de la consommation du substrat
2-2-2-5- Méthode de caractérisation du produit fini
a- Mesure de la production en alcools
b- Distillation
c- Détermination de l’acidité
d- Détermination de la composition en alcools
2-3- Résultats, interprétations et discussions
2-3-1- Résultats de l’opération préliminaires
2-3-1-1- Farines
2-3-1-2- Composition chimique de deux matières premières
a- Humidité et matière sèche
b- Teneur en cendres
c- Teneur en amidon
2-3-2- Résultats de l’hydrolyse enzymatique
2-3-2-1- Teneur en sucres réducteurs
a- Application de la gamme étalon
b- Détermination de la concentration en sucres réducteurs
2-3-2-2- Evolution des sucres réducteurs formés au cours de l’hydrolyse
2-3-2-3- Rendements de l’hydrolyse
2-3-2-4- Interprétations des résultats
2-3-3- Résultats de la fermentation alcoolique
2-3-3-1- Influence de la concentration en substrat
2-3-3-2- Interprétations des résultats
2-3-3-3- Récapitulation des résultats de la fermentation
2-3-3-4- Rendements de la fermentation
2-3-3-5- Rendements de la fabrication
2-3-3-6- Acidité totale et acidité volatile
2-3-3-7- Composition en alcools du distillat
2-3-3-8- Comparaison de résultats avec d’autres travaux
Conclusion partielle 2
Troisième partie : ÉTUDE DE FAISABILITÉ TECHNICO – ÉCONOMIQUE D’UNE UNITÉ DE FABRICATION DE BIOÉTHANOL
3-1- Contexte socioéconomique
3-1-1- Contexte
3-1-2- Avantage socio économique de la production d’éthanol
3-1-3- Avantage environnemental de la production d’éthanol
3-1-4- Biocarburant à Madagascar
3-1-4-1- Circuits et destinations du bioéthanol à Madagascar
3-1-4-2- Bioéthanol
3-2- Etude de faisabilité commerciale
3-2-1- Marché en amont
3-2-1-1- Igname
3-2-1-2- Paddy
3-2-1-3- Autres intrants
3-2-2- Marché en aval : étude de la mise sur le marché du produit
3-2-2-1- Définition du marketing
3-2-2-2- Utilisateurs finaux ciblés
3-2-2-3- Concurrence
a- Concurrents directs
b- Concurrents indirects
3-2-2-4- Marché estimation des ventes
3-2-2-5- Politique marketing
a- Produits
b- Prix
c- Place ou lieu de distribution
d- Publicité et promotion des produits
3-3- Ingénierie et technologie
3-3-1- Etude d’impact environnemental
3-3-2- Stratégie d’approvisionnement
3-3-3- Diagramme de fabrication de bioéthanol choisi
3-3-4- Choix de l’emplacement de l’unité
3-3-5- Plan simplifié de l’unité
3-3-6- Besoin en matériels et équipements de l’unité
3-3-7- Matériels administratifs et financiers
3-3-8- Organisation des ressources humaines
3-3-8-1- Principales activités de l’unité
3-3-8-2- Chronogramme des activités
a- Chronogramme de réalisation
b- Déroulement des activités techniques hebdomadaires
3-3-8-3- Organisation des ressources humaines
a- Organigramme
b- Répartition des tâches
c- Evolution de l’effectif du personnel
d- Quelques points sur la gestion des ressources humaines
3-4- Etude de faisabilité financière
3-4-1- Coûts des investissements
3-4-1-1- Infrastructures
3-4-1-2- Investissements des activités techniques
3-4-1-3- Investissements des activités administratives et financières
3-4-1-4- Coût total des investissements et amortissements
3-4-2- Compte des résultats prévisionnels
3-4-2-1- Différentes charges
3-4-2-2- Récapitulation des charges prévisionnelles
3-4-2-3- Recettes prévisionnelles
3-4-3- Plan de financement
3-4-3-1- Flux de trésorerie
3-4-3-2- Plan de financement et coût du projet
3-4-4- Calcul financier
3-4-4-1- Cash flow
3-4-4-2- Indices de rentabilité
a- Valeur nette actualisée (VNA)
b- Taux de rentabilité interne (TRI)
c- Indice de profitabilité (Ip)
d- Délai de récupération du capital investi (DRCI)
e- Récapitulation des indices de rentabilité
3-5- Etude d’impacts
3-5-1- Impacts sociaux
3-5-2- Impacts économiques
3-5-3- Impacts écologiques
3-6- Recommandation
3-6-1- Sensibilisation des paysans cultivateurs
3-6-2- Amélioration de la technique de transformation
3-6-3- Valorisation des coproduits
3-6-4- Sensibilisation des clients cibles
Conclusion partielle 3
CONCLUSION GÉNÉRALE
BIBLIOGRAPHIE
