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LES BIOCARBURANTS ET LES BIODIESELS
LES BIOCARBURANTS
DEFINITION
Les biocarburants sont des carburants d’origine végétale, issus de la biomasse (la biomasse correspond aux différentes formes de carburants de substitution, produits à partir de matières organiques non-fossiles et renouvelables comme le bois, les déchets et les alcools, qui sont brûlés pour fournir de l’énergie). Leur combustion ne produit que du CO2 et de la vapeur d’eau et pas ou peu d’oxydes azotés et soufrés (NOx, SOx). Ils font partie d’énergies renouvelables et il se substitue ainsi au pétrole qui est issu d’énergies dites fossiles. Ces biocarburants se substituent partiellement ou totalement aux carburants classiques. Ainsi ils peuvent servir à alimenter les moteurs diesel ou les moteurs à essence.
Ils se révèlent donc comme un moyen d’économiser les carburants d’origine fossile (pétrole, gaz) et de réduire la pollution de l’air. Les principaux biocarburants produits sont le biodiesel ou EMHV (ester méthylique d’huile végétale), le bioéthanol et le biogaz.
LES DIFFERENTS TYPES DE BIOCARBURANTS
Selon la matière première utilisée, on distingue les biocarburants de première, de deuxième et troisième générations. La première catégorie est basée sur l’utilisation directe des formes de la biomasse agricole classique, la deuxième sur l’exploitation de biomasse ligno-cellulosique (bois, feuilles, paille, …), et la troisième, sur les micro-algues.
LES CARBURANTS DE PREMIERE GENERATION
Les biocarburants de la première génération peuvent être classés principalement en trois filières : huiles, alcool et gaz.
LES BIOCARBURANTS OLEAGINEUX (BIODIESELS)
Les biocarburants oléagineux (huiles) peuvent être produits à partir de n’importe quelle huile, végétale ou animale, directement ou par conversion en biodiesel. Les huiles de nombreuses espèces végétales comme le palmier à l’huile, le tournesol, le soja, le jatropha ou le ricin sont utilisées comme bases de synthèse de biocarburants. On distingue deux catégories majeures de biocarburants oléagineux:
❖ Les“ huiles végétales brutes“(HVB)
Les huiles végétales brutes (HVB), également connues sous le nom de « huiles végétales carburants » (HVC) et les « huiles végétales pures » (HVP) sont extraites à partir des graines oléagineuses. Elles peuvent être utilisées comme carburants pour tous les moteurs diesel.
❖ Les “esters méthyliques d’huile végétale “(EMHV) et les “esters éthyliques d’huile végétale“(EEVH)
L’huile végétale est transformée en EMHV ou en EEHV. En général, ces esters ne doivent pas être mélangés à plus de 5 % au gazole.
BIOCARBURANTS ETHYLIQUES (BIOESSENCES)
Les biocarburants éthyliques sont préparés à partir des sucres. Ces derniers varient d’une plante à l’autre. Les plantes dont le sucre est utilisé pour les biocarburants éthyliques sont la canne à sucre, la betterave sucrière (saccharose), le maïs, le blé (céréales à amidon).
Parfois on cultive aussi le bois pour en extraire la cellulose. On distingue quatre principales filières de biocarburants éthyliques.
❖ Bioéthanol:
Il est obtenu par fermentation des sucres présents dans les plantes sucrières (betteraves, cannes à sucre) et des céréales (maïs, blé à amidon). Pour désigner cette filière de production de bioéthanol on parle souvent de filière «sucre ».
❖ L’Ethyl-tertio-butyl-éther (ETBE)
L’ETBE de formule C6H14O, est un dérivé du bioéthanol, et est obtenu par une synthèse entre l’éthanol et l’isobutène.
❖ Biobutanol
De formule CH3CH2CH2CH2OH, le biobutanol est particulièrement produit à partir d’avoines, de betteraves et de cannes à sucre (voies enzymatiques). Comme le bioéthanol et l’ETBE, il peut être utilisé comme carburant avec la capacité à être mélangé jusqu’à 10 % avec l’essence .
❖ Le Méthanol
De formule CH3OH (souvent abrégé MeOH), il est aussi connu sous les différents noms d’alcool de bois, de carbinol, mais surtout d’alcool méthylique, c’est le plus simple des alcools: c’est l’alcool qui remplace partiellement le mieux l’essence. Cependant, sa haute toxicité fait qu’il n’est pas très utilisé, d’où sa faible production.
BIOCARBURANTS GAZEUX
Ce sont les biocarburants fabriqués à partir de matières gazeuses. Les biocarburants gazeux existent essentiellement sous trois formes : l’hydrogène, le méthane et le gazogène. Le biocarburant utilisé dans les moteurs à partir de ces trois formes est le biogaz. Le biogaz est le gaz produit par la fermentation des matières organiques animales ou végétales en l’absence d’oxygène (anaérobie). Il est composé essentiellement de méthane (50 à 90 %), de dioxyde de carbone, d’eau et de sulfure d’hydrogène. L’énergie du biogaz provient uniquement du méthane qu’il contient.
LES BIOCARBURANTS DE DEUXIEME GENERATION
Ils sont obtenus à partir de biomasse sans concurrence avec l’utilisation alimentaire: paille de céréales, bois et résidus forestiers et cultures dédiées. Il y a deux filières de production possibles :
LA FILIERE BIOCHIMIQUE
Il s’agit de la production d’éthanol cellulosique par fermentation. Cette voie s’effectue en trois grandes étapes. La première étape consiste à extraire la cellulose puis à la transformer en glucose par hydrolyse à l’aide des enzymes ; le glucose est fermenté par des levures en éthanol lors de la seconde, et la dernière concerne la purification par distillation et déshydratation du bioéthanol.
LA FILIERE THERMOCHIMIQUE
Pour cette voie, la biomasse est d’abord traitée par pyrolyse. Ensuite elle est gazéifiée à plus de 1 000 °C en présence de vapeur d’eau ou d’oxygène. On obtient ainsi le gaz de synthèse, constitué de monoxyde de carbone (CO) et dihydrogène (H2). L’étape suivante est la transformation chimique ou catalytique du gaz de synthèse en paraffines linéaires lesquelles, hydrocraquées et isomerisées, produiront un gazole de synthèse.
LES BIOCARBURANTS DE TROISIEME GENERATION
Il s’agit de carburants obtenus à partir de micro-algues ou algo-carburants. Les micro-algues peuvent fournir différents types d’énergies renouvelables. Il s’agit notamment du méthane produit par la digestion anaérobie des algues, du biodiesel dérivé de l’huile des micro-algues ainsi que de la production d’hydrogène par photobiologie. L’idée d’utiliser les micro-algues comme sources de carburant n’est pas nouvelle, mais elle commence à être prise en compte sérieusement en raison de l’escalade des prix du pétrole et du réchauffement de la planète qui est associé à la consommation des combustibles fossiles. La culture des micro-algues semble, d’un point de vue théorique, 30 à 100 fois plus efficace que les oléagineux terrestres d’après 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 à un coût très faible grâce a un couplage avec une source de CO2, par exemple une centrale thermique au charbon, au gaz naturel, au biogaz, ou à une unité de fermentation alcoolique, ou encore une cimenterie. La culture de micro-algues dans des bassins ouverts est aussi expérimentée dans des fermes d’algues au Nouveau Mexique et dans le désert du Néguev. Cependant, d’importants défis demeurent entiers (prix, apport d’engrais, impact sur l’environnement, limitation par le rendement de la photosynthèse…).
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Table des matières
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 D’HUILES VEGETALES (EMHV)
I.2.3.2. LES ESTERS ETHYLIQUES D’HUILES VEGETALES (EEHV)
I.2.3.3. VALORISATION DES SOUS – PRODUITS DU BIODIESEL
CHAPITRE II : MATERIEL ET METHODES D’ANALYSE UTILISEES
II.1. L’HUILE VEGETALE
II.1.1. DEFINITION
II.1.2. STRUCTURE DE L’HUILE VEGETALE
II.1.3. MODE D’EXTRACTION D’HUILE
II.1.3.1. EXTRACTION PAR PRESSION
II.1.3.2. EXTRACTION PAR SOLVANT
II.1.4. RAFFINAGE DE L’HUILE
II.1.5. COMPOSITION CHIMIQUE DE L’HUILE VEGETALE
II.1.6. NOMENCLATURE DES ACIDES GRAS
II.2. METHODES D’ANALYSES UTILISEES
II.2.1. METHODES D’ANALYSE DES ACIDES GRAS
II.2.2. CARACTERISATION DE L’HUILE 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 L’HUILE
III.1. PREPARATION ET DENOMINATION DES ECHANTILLONS
III.1.1.PURIFICATION DE L’HUILE HOF
III.2. COMPOSITION CHIMIQUE DE L’HUILE OILST
III.2.1. ANALYSE CHROMATOGRAPHIQUE DE L’HUILE
III.2.1.1. PROFIL CHROMATOGRAPHIQUE ET RESULTATS DE L’ANALYSE
III.3.CARACTERISTIQUES DE L’HUILE
III.3.1. CARACTERES PHYSICO-CHIMIQUES
III.4. ETUDE COMPARATIVE DE L’HUILE
CHAPITRE IV : PREPARATION ET CARACTERISATION DU BIODIESEL
IV.1. SYNTHESE DU BIODIESEL
IV.1.1.PREPARATION D’ALCOOL
IV.1.1.1. MISE EN CONTACT DE LA CHAUX AVEC L’ETHANOL
IV.1.1.2. DISTILLATION DE L’ETHANOL
IV.1.2. MISE EN ŒUVRE DE LA REACTION DE TRANSESTERIFICATION
IV.1.2.1. ESSAIS AVEC LE METHANOL 99 °
IV.1.2.2. ESSAIS AVEC L’ETHANOL 96°
IV.2. CARACTERISTIQUES DES ESTERS METHYLIQUES ET DES ESTERS ETHYLIQUE
IV.2.1. MASSES MOLECULAIRES MOYENNES
IV.2.1.1. MASSE MOLECULAIRE MOYENNE DE L’ESTER METHYLIQUE DE L’HUILE OILST : HUILE NEUVE
IV.2.1.2. MASSE MOLECULAIRE MOYENNE DE L’ESTER METHYLIQUE DE L’HUILE OILST : HUILE USAGEE
IV.2.1.3. MASSE MOLAIRE DU TRIGLYCERIDE DE L’HUILE OILST NEUVE ET USAGEE
IV.2.2. CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES D’EMHO 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 D’EEHO ET D’EEHF
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 L’EMHO AVEC D’AUTRES ESTERS
IV.2.4.2. POUVOIRS CALORIFIQUES D’EMHO ET D’EMHF COMPARES AVEC CEUX D’AUTRES ESTERS METHYLIQUES
IV.2.4.3. CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES D’EEHO COMPARES AVEC CELLES D’AUTRES ESTERS ETHYLIQUES
IV.2.4.4. ETUDE COMPARATIVE D’EMHO, D’EEHO ET DU GAZOLE
TROISIEME PARTIE : PARTIE EXPERIMENTALE
1.- DISTILLATION DE L’ALCOOL
2.- MISE EN ŒUVRE DE LA REACTION DE TRANSESTERIFICATION
2.1. TRANSESTERIFICATION DE L’HUILE OILST
2.2. SEPARATION DES PRODUITS
3.- DETERMINATION DES CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES
3.1. DETERMINATION DE LA DENSITE RELATIVE
3.2. DETERMINATION DE L’INDICE DE REFRACTION
3.3. DETERMINATION DE LA VISCOSITE
3.4. DETERMINATION D’INDICE D’ACIDE
3.5. DETERMINATION D’INDICE DE SAPONIFICATION
3.6. DETERMINATION DE L’INDICE D’IODE
3 .7. DETERMINATION D’INDICE D’ESTER
3 .8. DETERMINATION DE L’INSAPONIFIABLE
3.9. DETERMINATION DU POINT D’ECLAIR
4. PREPARATION DES ESTERS METHYLIQUES D’ACIDES GRAS ET ANALYSE PAR CPG
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
