LES BIOCARBURANTS ET LES BIODIESELS
LES BIOCARBURANTS
DEFINITION
Les biocarburants sont des carburants d’origine vรฉgรฉtale, issus de la biomasse (la biomasse correspond aux diffรฉrentes formes de carburants de substitution, produits ร partir de matiรจres organiques non-fossiles et renouvelables comme le bois, les dรฉchets et les alcools, qui sont brรปlรฉs pour fournir de l’รฉnergie). Leur combustion ne produit que du CO2 et de la vapeur dโeau et pas ou peu dโoxydes azotรฉs et soufrรฉs (NOx, SOx). Ils font partie dโรฉnergies renouvelables et il se substitue ainsi au pรฉtrole qui est issu dโรฉnergies dites fossiles. Ces biocarburants se substituent partiellement ou totalement aux carburants classiques. Ainsi ils peuvent servir ร alimenter les moteurs diesel ou les moteurs ร essence.
Ils se rรฉvรจlent donc comme un moyen dโรฉconomiser les carburants dโorigine fossile (pรฉtrole, gaz) et de rรฉduire la pollution de lโair. Les principaux biocarburants produits sont le biodiesel ou EMHV (ester mรฉthylique dโhuile vรฉgรฉtale), le bioรฉthanol et le biogaz.
LES DIFFERENTS TYPES DE BIOCARBURANTSย
Selon la matiรจre premiรจre utilisรฉe, on distingue les biocarburants de premiรจre, de deuxiรจme et troisiรจme gรฉnรฉrations. La premiรจre catรฉgorie est basรฉe sur lโutilisation directe des formes de la biomasse agricole classique, la deuxiรจme sur lโexploitation de biomasse ligno-cellulosique (bois, feuilles, paille, …), et la troisiรจme, sur les micro-algues.
LES CARBURANTS DE PREMIERE GENERATION
Les biocarburants de la premiรจre gรฉnรฉration peuvent รชtre classรฉs principalement en trois filiรจres : huiles, alcool et gaz.
LES BIOCARBURANTS OLEAGINEUX (BIODIESELS)
Les biocarburants olรฉagineux (huiles) peuvent รชtre produits ร partir de n’importe quelle huile, vรฉgรฉtale ou animale, directement ou par conversion en biodiesel. Les huiles de nombreuses espรจces vรฉgรฉtales comme le palmier ร lโhuile, le tournesol, le soja, le jatropha ou le ricin sont utilisรฉes comme bases de synthรจse de biocarburants. On distingue deux catรฉgories majeures de biocarburants olรฉagineux:
โย Lesโ huiles vรฉgรฉtales brutesโ(HVB)
Les huiles vรฉgรฉtales brutes (HVB), รฉgalement connues sous le nom de ยซย huiles vรฉgรฉtales carburantsย ยป (HVC) et les ยซย huiles vรฉgรฉtales puresย ยป (HVP) sont extraites ร partir des graines olรฉagineuses. Elles peuvent รชtre utilisรฉes comme carburants pour tous les moteurs diesel.
โ Les โesters mรฉthyliques dโhuile vรฉgรฉtale โ(EMHV) et les โesters รฉthyliques dโhuile vรฉgรฉtaleโ(EEVH)
Lโhuile vรฉgรฉtale est transformรฉe en EMHV ou en EEHV. En gรฉnรฉral, ces esters ne doivent pas รชtre mรฉlangรฉs ร plus de 5 % au gazole.
BIOCARBURANTS ETHYLIQUES (BIOESSENCES)
Les biocarburants รฉthyliques sont prรฉparรฉs ร partir des sucres. Ces derniers varient dโune plante ร lโautre. Les plantes dont le sucre est utilisรฉ pour les biocarburants รฉthyliques sont la canne ร sucre, la betterave sucriรจre (saccharose), le maรฏs, le blรฉ (cรฉrรฉales ร amidon).
Parfois on cultive aussi le bois pour en extraire la cellulose. On distingue quatre principales filiรจres de biocarburants รฉthyliques.
โย Bioรฉthanol:
Il est obtenu par fermentation des sucres prรฉsents dans les plantes sucriรจres (betteraves, cannes ร sucre) et des cรฉrรฉales (maรฏs, blรฉ ร amidon). Pour dรฉsigner cette filiรจre de production de bioรฉthanol on parle souvent de filiรจre ยซsucre ยป.
โย LโEthyl-tertio-butyl-รฉther (ETBE)
LโETBE de formule C6H14O, est un dรฉrivรฉ du bioรฉthanol, et est obtenu par une synthรจse entre lโรฉthanol et lโisobutรจne.
โย Biobutanol
De formule CH3CH2CH2CH2OH, le biobutanol est particuliรจrement produit ร partir dโavoines, de betteraves et de cannes ร sucre (voies enzymatiques). Comme le bioรฉthanol et lโETBE, il peut รชtre utilisรฉ comme carburant avec la capacitรฉ ร รชtre mรฉlangรฉ jusquโร 10 % avec lโessence .
โย Le Mรฉthanol
De formule CH3OH (souvent abrรฉgรฉ MeOH), il est aussi connu sous les diffรฉrents noms dโalcool de bois, de carbinol, mais surtout dโalcool mรฉthylique, cโest le plus simple des alcools: cโest lโalcool qui remplace partiellement le mieux lโessence. Cependant, sa haute toxicitรฉ fait quโil nโest pas trรจs utilisรฉ, dโoรน sa faible production.
BIOCARBURANTS GAZEUXย
Ce sont les biocarburants fabriquรฉs ร partir de matiรจres gazeuses. Les biocarburants gazeux existent essentiellement sous trois formes : lโhydrogรจne, le mรฉthane et le gazogรจne. Le biocarburant utilisรฉ dans les moteurs ร partir de ces trois formes est le biogaz. Le biogaz est le gaz produit par la fermentation des matiรจres organiques animales ou vรฉgรฉtales en lโabsence dโoxygรจne (anaรฉrobie). Il est composรฉ essentiellement de mรฉthane (50 ร 90 %), de dioxyde de carbone, dโeau et de sulfure dโhydrogรจne. Lโรฉnergie du biogaz provient uniquement du mรฉthane quโil contient.
LES BIOCARBURANTS DE DEUXIEME GENERATION
Ils sont obtenus ร partir de biomasse sans concurrence avec l’utilisation alimentaire: paille de cรฉrรฉales, bois et rรฉsidus forestiers et cultures dรฉdiรฉes. Il y a deux filiรจres de production possibles :
LA FILIERE BIOCHIMIQUE
Il sโagit de la production d’รฉthanol cellulosique par fermentation. Cette voie s’effectue en trois grandes รฉtapes. La premiรจre รฉtape consiste ร extraire la cellulose puis ร la transformer en glucose par hydrolyse ร l’aide des enzymes ; le glucose est fermentรฉ par des levures en รฉthanol lors de la seconde, et la derniรจre concerne la purification par distillation et dรฉshydratation du bioรฉthanol.
LA FILIERE THERMOCHIMIQUE
Pour cette voie, la biomasse est d’abord traitรฉe par pyrolyse. Ensuite elle est gazรฉifiรฉe ร plus de 1 000 ยฐC en prรฉsence de vapeur dโeau ou dโoxygรจne. On obtient ainsi le gaz de synthรจse, constituรฉ de monoxyde de carbone (CO) et dihydrogรจne (H2). L’รฉtape suivante est la transformation chimique ou catalytique du gaz de synthรจse en paraffines linรฉaires lesquelles, hydrocraquรฉes et isomerisรฉes, produiront un gazole de synthรจse.
LES BIOCARBURANTS DE TROISIEME GENERATIONย
Il sโagit de carburants obtenus ร partir de micro-algues ou algo-carburants. Les micro-algues peuvent fournir diffรฉrents types dโรฉnergies renouvelables. Il s’agit notamment du mรฉthane produit par la digestion anaรฉrobie des algues, du biodiesel dรฉrivรฉ de lโhuile des micro-algues ainsi que de la production dโhydrogรจne par photobiologie. Lโidรฉe dโutiliser les micro-algues comme sources de carburant nโest pas nouvelle, mais elle commence ร รชtre prise en compte sรฉrieusement en raison de l’escalade des prix du pรฉtrole et du rรฉchauffement de la planรจte qui est associรฉ ร la consommation des combustibles fossiles. La culture des micro-algues semble, dโun point de vue thรฉorique, 30 ร 100 fois plus efficace que les olรฉagineux terrestres d’aprรจs certains auteurs. Pour obtenir un rendement optimal en huile, la croissance des micro-algues doit s’effectuer avec une concentration en CO2 d’environ 13 %. Ceci est possible ร un coรปt trรจs faible grรขce a un couplage avec une source de CO2, par exemple une centrale thermique au charbon, au gaz naturel, au biogaz, ou ร une unitรฉ de fermentation alcoolique, ou encore une cimenterie. La culture de micro-algues dans des bassins ouverts est aussi expรฉrimentรฉe dans des fermes d’algues au Nouveau Mexique et dans le dรฉsert du Nรฉguev. Cependant, d’importants dรฉfis demeurent entiers (prix, apport dโengrais, impact sur lโenvironnement, limitation par le rendement de la photosynthรจseโฆ).
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Table des matiรจres
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE I : LES BIOCARBURANTS ET LES BIODIESELS
I.1. LES BIOCARBURANTS
I.1.1. DEFINITION
I.1.2. LES DIFFERENTS TYPES DES BIOCARBURANTS
I.1.2.1. LES CARBURANTS DE PREMIERE GENERATION
I.1.2.1.1. LES BIOCARBURANTS OLEAGINEUX (BIODIESELS)
I.1.2.1.2. BIOCARBURANTS ETHYLIQUES (BIOESSENCES)
I.1.2.1.3. BIOCARBURANTS GAZEUX
I.1.2.2. LES BIOCARBURANTS DE DEUXIEME GENERATION
I.1.2.2.1. LA FILIERE BIOCHIMIQUE
I.1.2.2.2. LA FILIERE THERMOCHIMIQUE
I.1.2.3. LES BIOCARBURANTS DE TROISIEME GENERATION
I.2. LES BIODIESELS
I.2.3. TRANSESTERIFICATION
I.2.3.1. LES ESTERS METHYLIQUES DโHUILES VEGETALES (EMHV)
I.2.3.2. LES ESTERS ETHYLIQUES DโHUILES VEGETALES (EEHV)
I.2.3.3. VALORISATION DES SOUS โ PRODUITS DU BIODIESEL
CHAPITRE II : MATERIEL ET METHODES DโANALYSE UTILISEES
II.1. LโHUILE VEGETALE
II.1.1. DEFINITION
II.1.2. STRUCTURE DE LโHUILE VEGETALE
II.1.3. MODE DโEXTRACTION DโHUILE
II.1.3.1. EXTRACTION PAR PRESSION
II.1.3.2. EXTRACTION PAR SOLVANT
II.1.4. RAFFINAGE DE LโHUILE
II.1.5. COMPOSITION CHIMIQUE DE LโHUILE VEGETALE
II.1.6. NOMENCLATURE DES ACIDES GRAS
II.2. METHODES DโANALYSES UTILISEES
II.2.1. METHODES DโANALYSE DES ACIDES GRAS
II.2.2. CARACTERISATION DE LโHUILE VEGETALE ET DU BIODIESEL
II.3.2.1. DETERMINATION DES PROPRIETES PHYSIQUES
II.3.2.2. DETERMINATION DES PROPRIETES CHIMIQUES
II.3.2.3. CARACTERISATION DES PROPRIETES SPECIFIQUES DU BIODIESEL
DEUXIEME PARTIE : TRAVAUX PERSONNELS
CHAPITRE III : PREPARATION ET CARACTERISATION DE LโHUILE
III.1. PREPARATION ET DENOMINATION DES ECHANTILLONS
III.1.1.PURIFICATION DE LโHUILE HOF
III.2. COMPOSITION CHIMIQUE DE LโHUILE OILST
III.2.1. ANALYSE CHROMATOGRAPHIQUE DE LโHUILE
III.2.1.1. PROFIL CHROMATOGRAPHIQUE ET RESULTATS DE LโANALYSE
III.3.CARACTERISTIQUES DE LโHUILE
III.3.1. CARACTERES PHYSICO-CHIMIQUES
III.4. ETUDE COMPARATIVE DE LโHUILE
CHAPITRE IV : PREPARATION ET CARACTERISATION DU BIODIESEL
IV.1. SYNTHESE DU BIODIESEL
IV.1.1.PREPARATION DโALCOOL
IV.1.1.1. MISE EN CONTACT DE LA CHAUX AVEC LโETHANOL
IV.1.1.2. DISTILLATION DE LโETHANOL
IV.1.2. MISE EN ลUVRE DE LA REACTION DE TRANSESTERIFICATION
IV.1.2.1. ESSAIS AVEC LE METHANOL 99 ยฐ
IV.1.2.2. ESSAIS AVEC LโETHANOL 96ยฐ
IV.2. CARACTERISTIQUES DES ESTERS METHYLIQUES ET DES ESTERS ETHYLIQUE
IV.2.1. MASSES MOLECULAIRES MOYENNES
IV.2.1.1. MASSE MOLECULAIRE MOYENNE DE LโESTER METHYLIQUE DE LโHUILE OILST : HUILE NEUVE
IV.2.1.2. MASSE MOLECULAIRE MOYENNE DE LโESTER METHYLIQUE DE LโHUILE OILST : HUILE USAGEE
IV.2.1.3. MASSE MOLAIRE DU TRIGLYCERIDE DE LโHUILE OILST NEUVE ET USAGEE
IV.2.2. CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DโEMHO ET EMHF
IV.2.2.2. AUTRES CARACTERISTIQUES DES ESTERS METHYLIQUES
IV.2.2.3. INDICE DE CETANE
IV.2.2.4. POUVOIR CALORIFIQUE
IV.2.3. CARACTERES PHYSICO-CHIMIQUES DโEEHO ET DโEEHF
IV.2.3.1. VISCOSITE
IV.2.3.2.INDICE DE CETANE
IV.2.3.3. POUVOIR CALORIFIQUE
IV.2.4. ETUDE COMPARATIVE DES ESTERS METHYLIQUES ET DES ESTERS ETHYLIQUES
IV.2.4.1. ETUDE COMPARATIVE DE LโEMHO AVEC DโAUTRES ESTERS
IV.2.4.2. POUVOIRS CALORIFIQUES DโEMHO ET DโEMHF COMPARES AVEC CEUX DโAUTRES ESTERS METHYLIQUES
IV.2.4.3. CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DโEEHO COMPARES AVEC CELLES DโAUTRES ESTERS ETHYLIQUES
IV.2.4.4. ETUDE COMPARATIVE DโEMHO, DโEEHO ET DU GAZOLE
TROISIEME PARTIE : PARTIE EXPERIMENTALE
1.- DISTILLATION DE LโALCOOL
2.- MISE EN ลUVRE DE LA REACTION DE TRANSESTERIFICATION
2.1. TRANSESTERIFICATION DE LโHUILE OILST
2.2. SEPARATION DES PRODUITS
3.- DETERMINATION DES CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES
3.1. DETERMINATION DE LA DENSITE RELATIVE
3.2. DETERMINATION DE LโINDICE DE REFRACTION
3.3. DETERMINATION DE LA VISCOSITE
3.4. DETERMINATION DโINDICE DโACIDE
3.5. DETERMINATION DโINDICE DE SAPONIFICATION
3.6. DETERMINATION DE LโINDICE DโIODE
3 .7. DETERMINATION DโINDICE DโESTER
3 .8. DETERMINATION DE LโINSAPONIFIABLE
3.9. DETERMINATION DU POINT DโECLAIR
4. PREPARATION DES ESTERS METHYLIQUES DโACIDES GRAS ET ANALYSE PAR CPG
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES