PARTIE II: ELABORATION ET ANALYSE DU BIOCARBURANT
FAIT
À BASE DE
MANIOC................................................................................33
CHAPITRE III : MATERIELS ET METHODES D'ELABORATION DU BIO
CARBURANT...............................................................................................34
III.1 Présentation des sites de
travail.......................................................................34
III.2 Matériels
utilisés.......................................................................................35
III.2.1 Matériel
végétal......................................................................................35
III.2.2 Matériel et appareillage de production du bio
éthanol.........................................35 III.2.2.1
Matériel de récolte et parage du
manioc........................................................35 III.2.2.2
Matériel d'extraction et de conditionnement de
l'amidon....................................36 III.2.2.3 Matériel de
fermentation
.........................................................................37
III.2.2.4 Matériel de distillation simple primaire
........................................................37 III.2.2.5
Appareillages de distillation
fractionnée........................................................38
III.2.2.6 Appareillage de caractérisation
chimico-calorifique..........................................40
A. Appareil de détermination de la masse
volumique.............................................40
B. Matériel de dilution
.................................................................................42
C. Matériel de
réfractomètrie...........................................................................43
D. Matériel de
calorimétrie............................................................................45
E. Matériel d'étalonnage de la
sonde.................................................................46
F. Matériel de calibrage du
calorimètre..............................................................46
III.3 Méthodes
opératoires..................................................................................47
III.3.1 Mode opératoire d'élaboration du
bioéthanol....................................................47
III.3.1.1 Méthode de récolte et de parage du
manioc....................................................47
|
|
III.3.1.2 Méthode d'extraction de
l'amidon..............................................................
|
.48
|
|
III.3.1.3 Méthode de fermentation du jus
d'amidon.....................................................
|
50
|
|
III.3.1.4 La distillation simple ou
primaire...............................................................
|
52
|
|
III.3.1.4.1 Mode opératoire de la distillation
simple.....................................................
|
53
|
|
III.3.1.5 La rectification par distillation
fractionnée.....................................................
|
53
|
|
III.3.1.5.1 But de la rectification
fractionnée.............................................................
|
53
|
|
III.3.1.5.2 Principe de la distillation
fractionnée.........................................................
|
53
|
|
III.3.1.5.3 Mode opératoire de la distillation
fractionnée................................................
|
54
|
|
III.3.1.5.4 Autres types de
distillations....................................................................
|
57
|
|
III.3.2 Mode opératoire de la caractérisation
chimico-calorifique de la distillation.................
|
57
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|
III.3.2.1 Présentation du
distillat...........................................................................
|
57
|
|
III.3.2.2 Détermination de la masse volumique et
déduction du degré alcoolique du distillat.....
|
57
|
|
III.3.2.2.1 Etalonnage du
pycnomètre.....................................................................
|
.58
|
|
III.3.2.2.2 Détermination de la masse volumique du bio
éthanol......................................
|
59
|
|
III.3.2.2.3 Détermination de la composition vraie par
interpolation..................................
|
.60
|
|
III.3.3 Elaboration des coupes de
biocarburants.........................................................
|
61
|
|
III.3.3.1 Miscibilité de l'éthanol avec
l'essence.........................................................
|
.61
|
|
III.3.3.2 Principe de la
dilution............................................................................
|
.61
|
|
III.3.3.3 Mode opératoire des
dilutions...................................................................
|
.62
|
|
III.3.3.3.1 Détermination des volumes de carburants dans
les coupes................................
|
.62
|
|
III.3.4 Etude réfractométrique des
coupes...............................................................
|
.63
|
|
III.3.4.1 Présentation de la
refractomètrie................................................................
|
.64
|
|
III.3.4.2 Définition de l'indice de
réfraction.............................................................
|
.64
|
|
III.3.4.3 Principe de la
refractomètrie.....................................................................
|
64
|
« Essai d'élaboration et analyse
chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc
»
Mémoire DIPET II - ENSET de Douala
2007
III.3.4.4 Méthodes de correction de l'indice de
réfraction..............................................65 III.3.4.5
Etalonnage du
réfractomètre.....................................................................65
III.3.4.6 Exemple de mesure de l'indice de réfraction de la coupe E100
............................66 III.3.4.6.1 Mode opératoire de la
mesure..................................................................66
III.3.5 Détermination des chaleurs de combustion et du pouvoir
calorifique des coupes de
carburants......................................................................................................67
III.3.5.1 Origine de la chaleur de combustion dans les
carburants....................................67 III.3.5.2 La
calorimétrie.....................................................................................68
III.3.5.3 La chaleur de combustion ou valeur
calorifique...............................................68 III.3.5.4
Capacité calorique ou chaleur
équivalente.....................................................68
III.3.5.5 Principe de mesure des chaleurs de combustion par calorimètre
à la bombe..............69 III.3.5.6 Paramètres de
détermination des chaleurs de
combustion...................................70 III.3.5.7 Etalonnage de la
soude............................................................................71
III.3.5.8 Calibrage du
calorimètre..........................................................................73
III.3.5.9 Détermination de la capacité calorifique de la bombe
calorimétrique......................76 III.3.5.10 Détermination
des chaleurs de combustion des différentes coupes de carburants.......78
III.3.5.10.1 Exemple de calcul de la chaleur de combustion de la coupe
E100......................79 III.3.6 Détermination du point
éclair du bio
éthanol.....................................................82
CHAPITRE IV : PRESENTATION ET INTERPRETATION DES RESULTATS
.........83
IV.1 Résultats de la récolte et du
parage..................................................................83
IV-1-2 Interprétation des résultats de la cueillette et du parage
du manioc...........................83 IV.1.1 Justification du choix
variétal......................................................................83
IV-1-2 Interprétation des résultats de la cueillette et du parage
du manioc...........................84
IV.2 Résultats de la fermentation et de la distillation
primaire.........................................84 IV.2-1 Difficultés
liées au processus de
fermentation..................................................84
IV.3 Résultats de la distillation
fractionnée...............................................................85
IV.3.1 Analyses et
commentaires..........................................................................85.
IV.4 Résultats de la
pycnometrie...........................................................................86
IV.4.1
Analyse des résultats de la
pycnometrie..........................................................88
IV.5 Dilution de l'éthanol (96.33
%vol.)..................................................................88
IV.5.1
Interprétation des données de dilution des coupes de
carburants..............................88
IV.6 Résultats de la refractromètrie des coupes de
biocarburant.......................................89 IV.6.1
Interprétation des résultats de la
réfractomètrie..................................................90
|
IV.7 Résultats calorimétriques des coupes de
carburants..............................................
|
.90
|
|
IV.7.1 Analyse des résultats de la calorimétrie
à la bombe..........................................
|
.107
|
|
IV.8 Point éclair du
bioéthanol...........................................................................
|
.107
|
|
CHAPITRE V : SUGGESTIONS ET
PERSPECTIVES.........................................
|
.109
|
|
V.1 Atouts du Cameroun en matière de production des
biocarburants..............................
|
109
|
|
V.2 Suggestions adressées aux pouvoirs
publics......................................................
|
.109
|
|
V.3 Impact environnemental des biocarburants au
Cameroun.......................................
|
110
|
|
V.4 Biocarburant et développement de l'économie du
Cameroun..................................
|
.110
|
|
V.4.1 Le secteur
agricole..................................................................................
|
.110
|
|
V.4.2 L'emplois
...........................................................................................
|
.111
|
|
V.4.3 Indépendance
énergétique.........................................................................
|
.111
|
|
V.5 Dilemme énergie contre sécurité
alimentaire......................................................
|
111
|
|
CONCLUSION
GENERALE..........................................................................
|
.112
|
|
REFERENCES
BIBLIOGRAPHIQUES............................................................
|
.113
|
|
ANNEXES.................................................................................................
|
.115
|
« Essai d'élaboration et analyse
chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc
»
Mémoire DIPET II - ENSET de Douala
2007
LISTE DES FIGURES
- Figure 1-1 : Schéma synoptique de
l'effet de serre
- Figure 1-2 :protocole de production des
biocarburants
- Figure 1-3 : Etapes d'élaboration d'un
biodiesel
- Figure 1-4 : Volume de production d'EMHV dans
le monde
- Figure 1-5 : Structure de la biomasse
lignocellulosique
- Figure 1-6 : Principe d'élaboration du
bioéthanol
- Figure 1-7 : Volume de production des
bioéthanol dans le monde
- Figure 1-8 : Bilan comparatif des
émissions de CO2 entre biocarburant et carburant traditionnels
- Figure 1-9 : Autre recyclage du CO2 par les
biocarburant
- Figure 2-1 : Les tubercules de manioc
(Manihot Esculenta Grantz)
- Figure 2-2 : Tubercule de manioc -
Figure 2-3 : Cossette de manioc
- Figure 2-4 : Fufu
- Figure 2-5 : Mitumba
- Figure 2-6 : Water fufu
- Figure 2-7 : Clips de manioc - Figure
2-8 : Myondo
- Figure 2-9 : Bobolo
- Figure 2-10 : Variété culinaire
du manioc
- Figure 3-1 : Une vue du bâtiment
administratif du lycée technique de Nkolbisson
- Figure 3-2 : Tubercule de manioc
- Figure 3-3 : Dispositif de distillation
fractionnée
- Figure 3-4 : Tour de distillation
fractionnée
- Figure 3-5 : Les pycnomètres
- Figure 3-6: Balance et hand book -
Figure 3-7 : Four électrique
- Figure 3-8 : La hotte chimique
- Figure 3-9 : Réfractomètre ABBE
ATAGO modèle 302
- Figure 3-10 : Rouleau de fil d'amorce
« Essai d'élaboration et analyse
chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc
»
Mémoire DIPET II - ENSET de Douala
2007
- Figure 3-11 : Calorimètre à la
bombe - Figure 3-12 : Récolte de manioc
- Figure 3-13 : Les grains d'amidon vu au
microscope
- Figure 3-14 : Colonie de levures en
microscopie optique
- Figure 3-15 : Une levure en microscopie
électronique à transmission
- Figure 3-16 : Préparation du
mélange et fermentation - Figure 3-17 : Premier passage
de distillation
- Figure 3-18 : Deuxime passage de distillation
- Figure 3-19 : Ebullition de flegme
- Figure 3-20 : La pompe à eau
- Figure 3-21 : Prélèvement des
têtes de distillation - Figure 3-22 : Thermomètre
sur colonne
- Figure 3-23 : Réfraction d'un faisceau
lumineux à la surface d'un liquide
- Figure 3-24 : Champ visuel de l'oculaire
pendant une mesure
- Figure 3-25 : Mesure
réfractomètrique - Figure 3-26 : Fixation de fil
d'amorce - Figure 3-27 : Porte échantillon
- Figure 3-28 : Vue de l'intérieur de la
bombe - Figure 3-29 : Bombe à oxygène
chargé
- Figure 3-30 : Fermeture du
calorimètre
- Figure 3-31 : Vue de l'intérieur du
calorimètre
« Essai d'élaboration et analyse
chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc
»
Mémoire DIPET II - ENSET de Douala
2007
LISTE DES TABLEAUX
- Tableau 1 - 1 : Taux indicatif des polluants
liés à l'exploitation d'une automobile
- Tableau 1 - 2 : Dilution de quelques
alcools dans l'eau - Tableau 2 - 1 : Princjaux produits
dérivés du manioc - Tableau 2 - 2 : Princjaux
pays producteur de manioc - Tableau 3 - 1 : Ingrédients
pour fermentation
- Tableau 3 - 2 : Résultat de la
pycnometrie, étalonnage du pycnomètre
- Tableau 3 - 3 : Mesure des paramètres
initiaux
- Tableau 3 - 4 : Evolution de la
température de combustion de l'acide benzoïque
- Tableau 3- 5 : Récapitulation des
données essentielles à retenir
- Tableau 3 - 6 : Mesure des paramètres
initiaux pour les coupes E100
- Tableau 3 - 7 : Evolution des
températures de la combustion du E100
- Tableau 4 - 1 : Résultat de
l'étalonnage du pycnomètre - Tableau 4 - 2 :
Données des résultats pycnomètriques -
Tableau 4 - 3: Résultat des dilutions
- Tableau 4 - 4: Résultat des valeurs des
indices de réfraction des coupes de carburants
- Tableau 4 - 5 : Résultat du dosage de
la soude
- Tableau 4 - 6 : Résultats du calibrage
du colorimètre
- Tableau 4 - 7 : Résultats
récapitulatifs ; données essentielles du calibrage du
calorimètre
- Tableau 4 - 8 : Résultat de la
combustion de la coupe E10
- Tableau 4 - 9 : Evolution de la
température de la coupe E100 - Tableau 4 - 10 :
Résultats
- Tableau 4 - 11 : Evolution des
températures de la combustion du E95
- Tableau 4 - 12 : Résultat de la
combustion du E85
- Tableau 4 - 13 : Evolution des
températures de la combustion du E 85
- Tableau 4 - 14 : Résultat de la
combustion du E20
- Tableau 4 - 15 : Evolution des
températures de la combustion du E20
- Tableau 4 - 16 : Résultat de la
combustion du E15
- Tableau 4 - 17 : Evolution de la
température de la combustion coupe E15
- Tableau 4 - 18 : Résultat de la
combustion du E10
- Tableau 4 - 19 : Evolution des
températures de la combustion de la coupe E10 - Tableau 4 - 20 :
Température d'ébullition de quelques carburants
« Essai d'élaboration et analyse
chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc
»
Mémoire DIPET II - ENSET de Douala
2007
SIGLES ET ABREVIATIONS
ETBE: Ethyl Tertio Butyl Ether
J-C: Jesus Christ
GIBC: Groupe intergouvernemental sur
l'évolution du climat
Av.: avant
GES: Gaz à Effet de Serre
HCN : Acide Cyanhydrique
HC : Hydrocarbure
EMHV : Ethyl Méthyl d'Huile
Végétale Fac.: Faculté
ONG : Organisation Non Gouvernementale
GIC : groupe d'initiative commune
ETA: Ecole des Techniques de l'agriculture
CRA : Centre de Recherche Agricole
USA: United State of America
PNVRA : Programme Nationale de Vulgarisation et
de Recherche Agricole
PNDRT : Programme Nationale de
Développement des Racines et Tubercules
IRAD : Institue de Recherche Agricole et de
développement
Cf.: Confère
DIPET : Diplôme de Professeur
d'Enseignement Technique
MA : Mécanique Automobile
C6H5COOH : acide benzoïque
HNO3: formule chimique de l'acide nitrique
L : longueur [m]
WCAL : capacité calorifique du
calorimètre à la bombe avant correction [cal.
°C-1]
m1 : masse d'eau utilisée au calibrage du
calorimètre [kg]
m2 : masse d'eau utilisée pendant la
mesure calorifique d'un échantillon [kg]
W' : capacité calorifique du
calorimètre à la bombe après correction [cal.
°C-1]
Técl : température éclaire
[°C]
Ce : chaleur massique de l'eau [Ce =
1J.k-1.kg-1]
K : constante évaluée à
0.736 (calcul du point éclair d'un carburant)
nD t : indice de réfraction
« Essai d'elaboration et analyse chimico-calorifiaue
d'un biocarburant a base de manioc » Mémoire DIPET II -- ENSET de
Douala 2007
% : pourcentage
m :masse [kg]
t : temps [s]
V : volume [l]
°C : degré Celsius
°K : degré kelvin
Cal. : Calorimetre
Kg : kilogramme
Cm : centimetre
J : joule
ml : millilitre
g : gramme
s : seconde
l : litre
eeb : température
d'ébullition [°C]
Q : chaleur de combustion [kJ] ou
[cal]
P : pouvoir calorifique
[kJ.k.kg-1]
NaOH : formule chimique de la soude
Tab : température
d'ébullition [°C]
mp, : masse du pycnometre vide
[kg]
Peau: masse volumique de l'eau
[kg.l-1]
AO : différence de
température [°C]
Oi : température initiale
[°C]
Of: température finale
[°C]
ti : temps initial [s]
tf : temps final [s]
ft : autre indication de la capacité
calorifique du calorimetre E100 : carburant composé de
100% d'éthanol
E10 : carburant composé de 10%
éthanol et 90% d'essence E15 : carburant composé
de 15% éthanol et 85% d'essence E20 : carburant
composé de 20% éthanol et 80% d'essence E85 :
carburant composé de 85% éthanol et 15% d'essence E95
: carburant composé de 95% éthanol et 5% d'essence
« Essai d'élaboration et analyse
chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc
»
Mémoire DIPET II - ENSET de Douala
2007
CAHIER DE CHARGES
1- DESCRIPTION SOMMAIRE
1-1 NOM DU PRODUIT : Bioéthanol
1-2 FONCTION DU PRODUIT : Carburant des moteurs
A combustion interne 1-3 ASPECT PHYSIQUE : liquide claire
d'odeur piquante.
1-4 CARACTERISTIQUE : inflammable
2- CONTRAINTE D'ELABORATION
2-1 MATIERE PREMIÈRE : amidon de manioc
de type Manihot Esculenta Grantz 2-2 SITES D'ELABORATION
: Lycée Technique de Nkolbisson ; Ayene-Yaounde
3- CONTRAINTE QUANTITATIF : L e
bioéthanol produit doit pouvoir être produit A grande
échelle.
4- CONTRAINTES STRUCTURELLES
o Le degré alcoolique doit être supérieur ou
égale A 95%vol. o Le pouvoir calorifique doit avoisiner 21.3
MJ.l-1
5- CONTRAINTES FONCTIONNELLES
5-1 COMPATIBILITE AVEC L'ESSENCE : le
bioéthanol doit être miscible A l'essence en toute proportion.
5-2 CRITERES DE PERFORMANCES: la combustion du
bioéthanol doit fournir une énergie calorifique susceptible de
faire fonctionner un moteur A combustion interne.
6- UTILISATION :
o moteur A combustion interne usuelle 5% bioéthanol et
95% essence ;
o moteurs A combustion interne modifier 100% éthanol.
7- CONTRAINTE ECONOMIQUE :
n son prix sur le marché doit être abordable sur le
marché des carburants
n le produit doit être accessible A tous et en toute
saison
« Essai d'élaboration et analyse
chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc
»
Mémoire DIPET II - ENSET de Douala
2007
INTRODUCTION
La consommation des carburants fossile est insupportable :
Elle est responsable de l'augmentation rapide du réchauffement
climatique planétaire qui a atteint des niveaux extrêmement
dangereux et qui sont pratiquement irréversibles. De plus, les pays du
sud en général et le Cameroun en particulier se trouvent sous
l'emprise des véhicules dits << d'occasion », responsables de
l'une des plus grandes pollutions de nos cités. On assiste aujourd'hui
dans le monde à une grave crise énergétique responsable de
l'instabilité des cours du pétrole et même, << des
guerres dites du pétrole ».
Face à cet état des choses, les Etats Unis
d'Amérique ont poursuivi les recherches entamées par J. Ford vers
1900 pour l'utilisation de l'éthanol comme carburant automobile. En
rapport avec certains critères climatiques et techniques, le maïs
comme matière première a donné des résultats
très prometteurs. Les Brésiliens, pour utiliser l'excédent
de production de la canne à sucre, en ont produit avec des
résultats au dessus des attentes. La France en ce qui la concerne, a
opté pour le blé et la betterave sucrière comme
matière première, avec des résultats très
encourageant. La méthode commune à ces différents pays a
été la fermentation puis la distillation des plantes
amylacées et sucrières. Dans cette recherche
effrénée des sources d'énergie de moins en moins
polluantes, plusieurs chercheurs ont mis au point des méthodes de
production de l'éthanol, telles que : L'hydratation des alcènes
(l'éthène) ; l'estérification de l'éthylène
par l'acide sulfurique suivie d'une réaction d'hydrolyse ; l'hydrolyse
de la biomasse lignocellulosique suivie par sa distillation fractionnée.
La revue de la littérature a ainsi révélé plusieurs
auteurs ayant intervenus dans ce domaine : ROBERT
[11] ; ROBERTS [12];
ASADJEU [16] ; PROSKOURIAKOU
[2]. De tous ces travaux, il ressort que la méthode
par estérification de l'éthylène est très corrosive
pour l'appareillage d'élaboration. Celle de l'hydratation des
alcènes détient le meilleur rendement en matière de
quantité produit mais reste étroitement lié au
pétrole, donc impropre pour l'environnement. L'hydrolyse et la
distillation de la biomasse lignocellulosique quant à elle est une
technique complexe qui reste à parfaire. Seule la méthode par
fermentation des plantes amylacées et sucrières a donc retenu
notre attention. Ne disposant ni de betterave sucrière ni de blé
en quantité industrielle au Cameron, nous avons orienté notre
choix vers le manioc comme matière première en raison de touts
les avantages qu'il offre.
« Essai d'élaboration et analyse
chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc
»
Mémoire DIPET II - ENSET de Douala
2007
Nous souhaitons, à travers ce mémoire
démontrer que l'éthanol à base d'amidon de manioc, est
à même de faire fonctionner un moteur à combustion interne
à travers une analyse chimique et calorimétrique. Pour se faire,
il nous est demandé l'utilisation d'une méthodologie
cohérente.
Pour mener à bien notre étude, La consultation
des personnes ressources telles que les chimistes et les agronomes sera une
nécessité. Le rapprochement vers les entreprises telles que :
Brasserie du Cameroun ; HYDRAC ; IRAD ; SONARA, aura son importance. La
réalisation du bioéthanol se fera au Lycée Technique de
Nkolbisson. Les résultats théoriques seront
vérifiés pratiquement par l'intermédiaire d'un
appareillage moderne et conforme aux normes de contrôle de qualité
en vigueur dans les industries pétrochimiques. Ce travail de recherche
scientifique est destiné aux chercheurs en pétrochimie et aux
thermiciens qui pourront exploiter les résultas obtenus ici comme
élément de comparaison. Il est aussi destiné à la
communauté Universitaire comme référence bibliographique
dans l'étude des biocarburants. En fin il s'adresse aux politiques
camerounais pour qu'ils mettent en oeuvre un cadre juridico-économique
propice à l'émergence et au développement de la
filière biocarburant.
Pour mieux comprendre cette approche des choses, notre travail
consistera d'abord à situer le lecteur dans le contexte des carburants
automobile à travers leurs corollaires environnementaux au chapitre 1.
Le chapitre 2 présentera les généralités sur la
matière première, par nous utilisée. Le chapitre 3 quant
à lui présentera le matériel utilisé ainsi que Les
méthodes d'élaboration et d'analyse chimico-calorifique du
bioéthanol. La présentation et l'interprétation des
résultats suivront au chapitre 4. Nous parachèverons notre
étude par quelques suggestions utiles au chapitre 5.
cc Essai d'élaboration et analyse
chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc
»
Mémoire DIPET II - ENSET de Douala
2007
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