Valorisation des déchets de fruits en biocarburant de seconde génération

L’ANANAS

• Pour l’alimentation Le jus d’ananas, du fait de ses vertus protéolytiques (endopeptidase, hydrolase, cystéine), peut être utilisé pour attendrir la viande. Pour la même raison, son jus est à déconseiller dans les desserts tels que la gélatine. Les propriétés physicochimiques de ce fruit s’apparentent fortement à celles des agrumes, les cuisiniers l’utiliseront donc de la même façon, en accompagnement de viande, de poisson ou de dessert.
• Effet sur la santé : L’ananas est très riche lorsqu’il est consommé frais, la valeur nutritive pour 100g d’ananas cru est rassemblée dans le tableau ci-après . La tige de l’ananas possède une enzyme, la broméline, qui fait partie de la famille des protéases. Elle facilite la digestion. La broméline est aussi efficace contre la tendinite. La broméline peut aussi servir pour attendrir la viande. Grâce à son pouvoir désinfiltrant, il est conseillé dans les régimes associés à une rétention d’eau ou à de la cellulite. Des vertus cosmétiques lui sont aussi attribuées, notamment pour faire diminuer l’acné. Se frotter un morceau d’ananas sur la peau neutraliserait les acides graisseux mais aussi enlèverait toute pellicule graisseuse qui se dépose sur l’épiderme.

BIOETHANOL

                Le bioéthanol est l’éthanol d’origine biologique et agricole. Il n’est pas issu de l’agriculture dite « biologique ». Le préfixe « bio » signifie simplement qu’il est produit à partir de matières vivantes (végétale). Il est utilisé comme biocarburant (ou agrocarburant) dans les moteurs à essence. Le bioéthanol fabriqué à partir de la fermentation directe de sucres est un alcool qui peut remplacer partiellement l’essence, elle est limitée à 5% conformément à la norme E 228 dans les moteurs à essence mais peut aller jusqu’à 10%. Au dessus de 10% d’éthanol il faut des moteurs modifiés car des précautions, pénalisantes en termes logistiques, s’imposent pour limiter strictement la présence d’eau et éviter le phénomène de démixtion (séparation des phases éthanol et essence). De plus, une base essence est nécessaire pour éviter la vaporisation trop importante de l’alcool.

FERMENTATION ALCOOLIQUE

                 Le terme «fermentation» dérive du latin fervere qui signifie bouillir. En effet, un liquide en cours de fermentation alcoolique, par exemple, présente un important dégagement gazeux qui fait penser à un liquide en ébullition. La fermentation alcoolique s’effectue en anaérobiose. Elle se distingue de la fermentation acétique par exemple qui nécessite de l’oxygène et qui se réalise en présence d’air (aérobiose) notamment par son faible rendement énergétique et la diversité des produits synthétisés. On distingue deux grands types de réactions de fermentation suivant la nature des produits de la réaction : La fermentation éthylique (ou alcoolique) et la fermentation lactique. La fermentation, nom de la réaction biochimique que l’on utilise pour obtenir l’alcool, comporte en général deux étapes catalysées par des enzymes :
• La première étape est la conversion des polysaccharides des produits naturels en monosaccharides (sucres simples).
• La seconde étape est la transformation des monosaccharides en éthanol.
La fermentation est une réaction biochimique de conversion de l’énergie chimique contenue dans une source de carbone (glucose souvent) en une autre forme d’énergie directement utilisable par la cellule en l’absence de dioxygène (milieu anaérobie). C’est une réaction d’oxydoréduction où l’accepteur final d’électron est souvent le produit final. Elle se caractérise par une oxydation partielle du produit fermentescible, et donne lieu à une faible production d’énergie car la différence de potentiel redox, entre le donneur et l’accepteur d’électron, est petite.

Distillation azéotropique

               Azéotrope ou azéotropique (a privatif, du grec zêin bouillir et tropos action de tourner) se dit d’un mélange liquide de composition bien définie qui se comporte comme un corps pur c’est-à-dire sa température d’ébullition est fixe. Quand on distille un mélange de deux liquides, la température d’ébullition n’est pas toujours comprise entre celles des deux constituants ; elle peut présenter un point d’ébullition supérieur au point d’ébullition des constituants purs (azéotropisme négatif) ou un point d’ébullition inférieur au point d’ébullition des constituants purs (azéotropisme positif). Dans l’un et l’autre des cas, la distillation fractionnée ne permet pas de séparer les deux liquides, mais seulement l’un d’entre eux et le mélange azéotrope correspondant au point d’ébullition maximal ou minimal (alcool à 96° par exemple). Lorsque le mélange n’est pas résolu et qu’il subsiste un mélange dont la température d’ébullition est inférieure à celles des deux constituants purs, l’azéotropie est dû à des interactions intermoléculaires. Dans le cas de l’azéotrope eau éthanol, ce sont des liaisons hydrogènes entre les molécules d’eau et d’éthanol.

PRESENTATION DU PROCEDE

                  La simulation de procédés que nous présentons ici n’est qu’une ébauche. Elle peut encore être améliorée afin de concevoir mais surtout d’optimiser les procédés de production de bioéthanol. La matière première est ici des déchets de fruits. La modélisation démarre juste après le traitement préalable de ces fruits, (lavage, épluchage, dénoyautage) Le procédé comporte deux étapes réactionnelles :
• la fermentation (réacteur R101) : la plupart du glucose est ici converti en éthanol et dioxyde.
• la déshydratation (réacteur R102) : Il s’agit ici de retirer l’eau afin d’obtenir de l’éthanol pur.
Un flash de séparation (S101) est utilisé après le réacteur de fermentation (R101), afin de séparer les incondensables (CO2). La première colonne de distillation (C101) sépare le reste des incondensables (CO2) qui est récupéré au distillat vapeur (courant C10). L’eau, les sucres et la matière première n’ayant pas réagi sont récupérés en pied de colonne (courant C11) et l’éthanol (  40% masse) est soutiré en milieu de colonne (courant C12). Ce soutirage est dirigé (courant 13) vers un autre réacteur agité (R102) où s’effectue la déshydratation avec la chaux. L’alcool déshydraté est conduit (courant C13) vers une autre colonne de distillation (C102) L’éthanol est finalement séché sur un tamis moléculaire (C104) qui est modélisé ici par un séparateur idéal de constituants. Enfin, un scrubber (C103) sépare l’éthanol et l’eau contenue dans les courants vapeurs provenant du flash (S101) en sortie du réacteur de fermentation et le distillat vapeur de la première colonne de distillation (C101).

Table des matières

INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
CHAPITRE I : CONTEXTE ET OBJECTIF DE L’ETUDE
I. CONTEXTE
I .1 CRISE DE L’ENERGIE
I.2 CRISE DE L’ALIMENTATION
I.3 CRISE DE L’ENVIRONNEMENT
II. OBJECTIF ET HISTORIQUE
CHAPITRE II : GENERALITES SUR LES FRUITS ETUDIES
I. DONNEES BOTANIQUES [27], [28], [29], [30], [12]
II. DESCRIPTION DE L’ARBRE FRUITIER
II.1 L’ORANGER [27]
II.2 LE POMMIER [28]
II.3 LE PAPAYER [30]
II.4 L’ANANAS [29]
III. UTILISATIONS [5] [7]
III.1 L’ORANGE
III.2 L’ANANAS
III.3 LA PAPAYE
III.4 LA POMME
IV. REPARTITION GEOGRAPHIQUE DE CES FRUITS A MADAGASCAR
V. INDICATEURS SUR LES SPECULATIONS DOMINANTES
CHAPITRE III : GENERALITES SUR LE BIOCARBURANT
I. BIOCARBURANT [20], [8], [22], [36]
I.1. BIOETHANOL [35], [10], [20]
I.2. L’ETHYL-TERTIO-BUTYL-ETHER, PLUS CONNU SOUS LE NOM D’ETBE [35]
I.3. LE BIOMETHANOL, LE BIOBUTANOL [35]
II. PROCEDES DE FABRICATION DU BIOCARBURANT [35]
II.1. FERMENTATION ALCOOLIQUE [9], [11], [37], [14], [3], [6]
II.1.1 Paramètres régissant la fermentation alcoolique [11], [8], [1], [16]
a. Contrôle de température
b. Contrôle de la densité
c. Contrôle de l’acidité
d. Durée de la fermentation
II.1.2 Levure [19], [18]
II.2 DISTILLATION [24], [34], [16]
II.2.1 Distillation directe [26]
II.2.2 Distillation azéotropique [33]
II.3 DESHYDRATATION DE L’ALCOOL 95°-96° [31], [32]
II.3.1 Par voie chimique : « Méthode de Berthelot »
a. avec la chaux
b. avec de la potasse fondue
II.3.2 Par voie physique
a. par distillation
b. par extraction à contre courant
III. UTILISATION DU BIOETHANOL [10]
IV. TOXICITE
DEUXIEME PARTIE : ETUDE EXPERIMENTALE
CHAPITRE I : TRAITEMENT PRELIMINAIRE DU JUS
I. EXTRACTION DU JUS
I.1 PRINCIPE
I.2 MODE OPERATOIRE
I.3 RESULTATS
II. ANALYSE ET CORRECTION DES PARAMETRES
II.1 MESURE DU PH
II.1.1 Principe
II.1.2 Résultat.
II.1.3 Ajustement du pH
II.2 L’ACIDITE TOTALE PAR TITRATION
II.2.1 Principe
II.2.2 Résultat
II.3. MESURE DE LA DENSITE
II.3.1 Principe
II.3.2 Résultat
II.3.3 Correction du taux du sucre
II.4. MESURE DE L’INDICE DE REFRACTION
II.4.1 Principe
II.4.2 Résultat
II.5. MESURE DU DEGRE BRIX
II.5.1 Principe
II.5.2 Résultat
CHAPITRE II : FERMENTATION ET DISTILLATION
I. FERMENTATION ALCOOLIQUE
I.1 PROTOCOLE EXPERIMENTAL
I.1.1 Matériel
I.1.2 Mode opératoire
a. Mise en fermenteur
b. Premier apport de sucre
c. Ajout de levure
d. Aération du moût
e. Deuxième apport de sucre (saccharose)
f. Troisième apport de sucre
I.2 SUIVIE DE LA FERMENTATION
I.2 .1 Mesure du pH
a. Résultats
b. Interprétation
I.2.2 Evolution de la concentration des l’acides dans les 5 jus
a. Résultats
b. Interprétation
I.2.3 Evolution de la densité, indice de réfraction et du degré Brix des séries de jus
a. Résultats
b. Interprétation
II. DISTILLATION
II.1 MODE OPERATOIRE
II.2 RESULTAT
II.3 INTERPRETATION
CHAPITRE III : ANALYSE CHROMATOGRAPHIQUE EN PHASE GAZEUSE (CPG) 
I. PRESENTATION DE L’APPAREIL
II. RESULTAT DE L’IDENTIFICATION DE L’ETHANOL PAR CPG
II.1 CHROMATOGRAPHIE DE L’ETALON D’UN ALCOOL STANDARD.
II.2 CHROMATOGRAPHIE APRES DILUTION DE L’ALCOOL ISSU DE S1 (MELANGE)
II.3 CHROMATOGRAPHIE APRES DILUTION DE L’ALCOOL ISSU DE S2 (ORANGE)
II.4 CHROMATOGRAPHIE APRES DILUTION DE L’ALCOOL ISSU DE S3 (ANANAS)
I.5 CHROMATOGRAPHIE APRES DILUTION DE L’ALCOOL ISSU DE S4 (PAPAYE)
II.6 CHROMATOGRAPHIE APRES DILUTION DE L’ALCOOL ISSU DE S5 (POMME)
III. INTERPRETATION
IV. RESULTAT DE L’IDENTIFICATION DES PRODUITS SECONDAIRES
IV.1 CHROMATOGRAPHIE DE L’ETALON D’UN ALCOOL PUR
IV.2 CHROMATOGRAPHIE SANS DILUTION DE L’ALCOOL ISSU DE S1 (MELANGE)
IV.3 CHROMATOGRAPHIE SANS DILUTION DE L’ALCOOL ISSU DE S2 (ORANGE)
IV.4 CHROMATOGRAPHIE SANS DILUTION DE L’ALCOOL ISSU DE S3 (ANANAS)
IV.5 CHROMATOGRAPHIE SANS DILUTION DE L’ALCOOL ISSU DE S4 (PAPAYE)
IV.6 CHROMATOGRAPHIE SANS DILUTION DE L’ALCOOL ISSU DE S5 (POMME)
V. INTERPRETATION
CHAPITRE IV : DESHYDRATATION ET CALCUL DU RENDEMENT GLOBAL
I. DESHYDRATATION
I.1 PRINCIPE
I.2 MODE OPERATOIRE
I.3 RESULTAT
I.3.1 Redistillation des alcools obtenus
a. Résultats
b. Interprétation
I.3.2 Déshydratation avec la chaux
a. Résultats
b. Interprétation
II. CALCUL DES RENDEMENTS GLOBAUX
II.1 PASSAGE DU FRUIT A L’ALCOOL
II.2. RENDEMENT DU PRESSAGE DES FRUITS
II.2.1 Rendement de la 1ère distillation
II.2.2 Rendement de la redistillation
II.2.3 Rendement de la déshydratation
II.2.4 Rendement global du passage du fruit à l’alcool
TROISIEME PARTIE : ETUDE ECONOMIQUE ET ENVIRONNEMENTAL DU PROJET
CHAPITRE I : IDENTIFICATION DU PROJET
I. OBJECTIF DU PROJET
II. SITUATION GEOGRAPHIQUE
III. EVALUATION DU MARCHE
III.1 AVANTAGES LIES A L’UTILISATION DU BIOETHANOL
III.2 CONSOMMATION D’ESSENCE A MADAGASCAR
III.3 PRIX DES CARBURANTS A MADAGASCAR
IV. MODELISATION DU PROCEDE
IV.1 PRESENTATION DU PROCEDE
IV.2 SCHEMA DU PROCEDE
V. MATERIEL ET EQUIPEMENTS
VI. DESCRIPTION DE L’INSTALLATION
VI.1 UNITE D’EXTRACTION DES DECHETS DE FRUITS
VI.2 UNITE DE FERMENTATION
VI.3 UNITE DE RECYCLAGE DES LEVURES
VI.4 UNITE DISTILLATION ET DE DESHYDRATATION
VI.5 UNITE DE TRAITEMENT DE LA VINASSE
VI.6 SECTION DU STOCKAGE DES PRODUITS
VI.7 SECTION DE TRAITEMENT DE L’EAU
VI.8 SECTION DE PRODUCTION DE LA VAPEUR
CHAPITRE II : ETUDE FINANCIERE
I. COUT D’INVESTISSEMENT
I.1 COUT DES APPAREILLAGES
I.2 COUT DES INFRASTRUCTURES
I.3 COUT DE L’INVESTISSEMENT EN LIMITE (CIL)
I.4 CHIFFRE D’AFFAIRE PREVISIONNEL (CA)
I.5 COUT TOTAL DE L’INVESTISSEMENT
II. COUT DE PRODUCTION
II.1 LES COUTS FIXES
II.2 LES COUTS DES VARIABLES
II.2.1 Consommation des matières premières et transport
II.2.2 Organisation et charge personnel
II.3 BENEFICE
II.4 CASH-FLOW (CFL)
III. EVALUATION DE LA RENTABILITE DU PROJET
III.1 VALEUR ACTUELLE NETTE (VAN)
III.2 TAUX DE RENTABILITE INTERNE (TRI) OU INTERNAL RATE RETURN (TRI)
III.3 INDICE DE PROFITABILITE (IP)
III.4 PAY OUT OF TIME (POT)
CHAPITRE III : ETUDE D’IMPACT ENVIRONNEMENTAL
I. DESCRIPTION DU MILIEU RECEPTEUR
I.1 MILIEU PHYSIQUE
I.1.1 Climat
I.1.2 Hydrologie
I.2 MILIEUX BIOLOGIQUES
I.2.1 Végétations
I.2.2 Sols
I.3 MILIEUX HUMAINS
I.3.1 Démographie sociale
I.3.2 Santé humaine
I.3.3 Infrastructures éducatives
I.3.4 Marché
I.3.5 Transport
I.3.6 Tourisme
I.3.7 Activités de la population
II. ANALYSE DES IMPACTS
II.1 IDENTIFICATION DES IMPACTS
II.2 EVALUATION DES IMPACTS
III. ATTENUATION DES IMPACTS NEGATIFS
CONCLUSION
REFERENCES
ANNEXES

Télécharger le rapport complet