étude des performances d’un moteur à allumage commande utilisant des mélanges essences/bioéthanol (e10 & e15).

INTRODUCTION GENERALE

Le besoin croissant de la demande en énergie et l'augmentation des émissions de gaz à effet de serre sont des problèmes cruciaux de ce XXI^e siècle. Pour y remédier, plusieurs pistes peuvent être explorées dont les combustibles alternatifs (GPL, Propane, Hydrogène, Biodiesel, Ethanol et Méthanol) (Belboom 2012).

En outre, suite aux problèmes environnementaux liés aux émissions de plomb à l'échappement d'une part, et à des problèmes d'empoisonnement des catalyseurs utilisés dans les pots catalytiques, d'autre part ; l'ajout de plomb tétraéthyle comme additif à l'essence a été interdit dans plusieurs pays et le méthyl-tertio-butyl éther (MTBE) a été le premier substitut envisagé (Belboom 2012).

Néanmoins, le MTBE est produit à partir de méthanol et il a comme inconvénient de générer une pollution des sols (ANAFA 2009). C'est pourquoi, l'utilisation du bioéthanol comme substitut au plomb, pour l'amélioration de l'indice d'octane, soit directement ou sous forme d'Éthyl Tertio Butyl Éther (ETBE) a été préconisée.

Ainsi, plusieurs pays ont adopté l'utilisation du bioéthanol comme additif à l'essence allant de 5% (E5) en Europe, 10% (E10) aux USA à 20% (E20) au Brésil. Pour des taux d'incorporations plus grands, des modifications du moteur sont nécessaires (Hauet 2007). Pour assurer un fonctionnement avec des taux d'incorporations des bioéthanol variables allant de 0 à 85%, des véhicules dit « Flex fuel », sont utilisés et garantissent un fonctionnement à la fois à l'essence pur (E0) ou en mélange (E85, E50, E10, E5,...) (Schoeling 2006).

Des nombreux travaux sur l'utilisation des mélanges essence/bioéthanol ont révélé des améliorations des performances et des émissions des particules polluantes. De façon générale, il a été observé une augmentation du couple, de la puissance et de la consommation spécifique en fonction du taux d'incorporation du bioéthanol dans l'essence (A. Thakur, et al. 2017). Une baisse sensible des émissions en monoxyde de carbone (CO) et hydrate de carbone (HC) ont également été observé. Il a été admis que les émissions en oxydes d'azote (NOx) dépendent surtout des conditions d'exploitation du moteur (Vitesse de rotation, l'ouverture du papillon, rapport air-combustible, température de la combustion,...) et moins du pourcentage d'éthanol (Hsieh, et al. 2002, Pham, et al. 2012).

Cependant, les émissions de dioxyde de carbone (CO2) augmentent avec le pourcentage de bioéthanol dans l'essence (Hsieh, et al. 2002). Toutefois, en comparant les émissions du bioéthanol avec l'essence, du puits à la roue, le bioéthanol reste moins polluant (ANAFA 2009). Ceci, puisqu'il est issu du matériel renouvelable et la grande partie de CO2 est stockée par les végétaux lors de leur croissance [ www.biocarburants-parlons-chimie.e-mosite.com].

Le bioéthanol représente donc l'un de plus prometteur combustibles alternatifs grâce à ses propriétés dont, un bon indice d'octane et de cétane, chaleur de vapeur et une réduction des émissions des gaz à effet de serre (Raif, et al. 2017).

Dans le contexte national, la République Démocratique du Congo s'est engagée à réduire ses émissions à 17% d'ici 2030 (CPDN-RDC 2015). Parmi les Stratégies

2

arrêtées pour cette fin figurent la promotion des énergies nouvelles et renouvelables (Mahamba 2014) cité par (Tumuinimo 2017).

A l'heure actuelle, très peu des travaux ont été mené dans le domaine des bioéthanols sur l'étendue du territoire national. Et ce, malgré le potentiel dont dispose le pays et la production locale de l'éthanol à base de canne à sucre par la compagnie sucrière de Kwilu-Ngongo. En effet, le processus de production du bioéthanol issu des cannes est moins complexe et émet moins de CO2, comparé aux autres (Belboom 2012).

Au vue de ce qui précède, nous pensons qu'une attention particulière devrait être portée sur la valorisation du bioéthanol, que ce soit dans le moteur à essence comme additif ou à l'état pur (E100), ou dans le moteur diesel (par fumigation, en mélange, à l'état pur,...). Dans ce travail, seule la valorisation du bioéthanol comme carburant mélangé à l'essence sera investigué.

L'objectif de ce travail est premièrement de valoriser l'éthanol en le purifiant par une technique simple et moins coûteuse pour le mélanger à l'essence en différentes proportions (10 et 15%v/v d'éthanol) afin d'obtenir les carburants E10 et E15 pour ensuite en déterminer les propriétés physico-chimiques. Deuxièmement, de tester ces carburants dans un moteur Renault 4, du type Billancourt, des années 80, sans le modifier et comparer ses performances (couple, puissance, consommation spécifique et rendement) pour différent combustible (essence conventionnel, E10 et E15).

Pour atteindre ces objectifs, nous allons :

- Préparer le bioéthanol au sein du laboratoire de chimie de la Faculté Polytechnique de l'UNIKIN par la méthode d'ajout de réactifs déshydratants.

- Déterminer les propriétés physico-chimiques des carburants obtenus.

- Tester les carburants E10 et E15 ainsi que l'essence (E0) sur un moteur Renault 4 monté sur un banc d'essai au laboratoire de moteur à combustion interne de la Faculté Polytechnique de l'UNIKIN.

- Interpréter les résultats obtenus en comparant le comportement du moteur en fonctionnement au E10 et E15 par rapport au fonctionnement avec l'essence.

Pour ce faire, outre l'introduction et la conclusion générale, ce mémoire est réparti en trois chapitres :

- Le premier porte sur les travaux antérieurs sur le bioéthanol. Nous y abordons dans un premier temps les notions susceptibles de donner un aperçu sur le bioéthanol (définitions, moyens d'obtentions, propriétés et utilisation). En second lieu, nous parlons des performances et des émissions observées dans la littérature.

- Dans le deuxième, nous présentons les matériels et méthodes expérimentaux ayant servi à la réalisation de la partie expérimentale. Nous y présentons à la fois la phase de purification au laboratoire de chimie et les tests effectués sur le banc d'essai au laboratoire de moteur à combustion interne.

- Le troisième et dernier, concerne la présentation et la discussion des résultats. Les résultats des tests à la pleine charge et à la charge partielle y sont exposés et discutés.

3