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Remerciements Le présent mémoire de fin d’études n’aurait pu voir le jour
sans l’aide précieuse de plusieurs personnes, qui par leur soutien et leur aide concrète, ont participé à la réalisation de ce travail. C’est la raison pour laquelle, nous souhaitons par cette présente, leur faire part de nos remerciements.
• A Monsieur le Professeur Titulaire RAMANANTSIZEHENA Pascal, Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo ; qui nous a donné l’autorisation de s’inscrire à l’ESPA et d’effectuer cette étude.
• A Monsieur le Professeur ANDRIANARY Philippe, Enseignant à l’ESPA, Chef de Département Génie Chimique et qui nous a fait l’honneur de présider le jury de ce mémoire.
• A Monsieur le Professeur Titulaire RANDRIANOELINA Benjamin, Enseignant à l’ESPA, qui nous a non seulement proposé ce sujet mais a également assurer l’encadrement malgré ses nombreuses responsabilités et ses lourdes tâches.
• A Monsieur le Professeur RANAIVONIARIVO Gabriely, Enseignant à l’ESPA, Monsieur RANDRIANA Richard, Maître de Conférence, Enseignant à l’ESPA, Monsieur RAKOTOMAMONJY Pierre, Maître de Conférence, Chef de Département du Cycle Préparatoire qui ont bien voulu accepter de faire partie de notre jury en tant qu’examinateurs
• Aux personnels du laboratoire de Chimie au département de Génie Chimique de l’ESPA, pour leurs aides, leur gentillesse et leurs conseils.
• A tous les Enseignants de l’ESPA qui nous ont partagés leur savoir faire.
Et enfin, nous adressons nos vifs remerciements à nos parents, frères et sœur, proches pour leur soutien et leur affection.
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Sommaire Introduction……………………………………………………………………..1 Première Partie CHAPITREI: LES CARBURANTS.................................................................................................................... 2
I.1. LE CARBURANT FOSSILE : LE GAZOLE........................................................................................................... 2 I.2. LES BIOCARBURANTS ................................................................................................................................... 3
CHAPITREII: LES MATIERES PREMIERES DU BIODIESEL .................................................................. 7
II.1. LES HUILES VEGETALES PURES ................................................................................................................... 7 II.2. LES ALCOOLS ............................................................................................................................................ 28
CHAPITREIII: LE BIODIESEL ..................................................................................................................... 31
III.1. LES ESTERS D’HUILE VEGETALE : LE DIESTER .......................................................................................... 31 III.2. LA REACTION DE TRANSESTERIFICATION ................................................................................................. 32 III.3. ESSAIS DE CARBURANT DE SUBSTITUTION DANS LES MOTEURS DIESELS .................................................. 39
Deuxième Partie CHAPITREI: PREPARATION DES ALCOOLS ........................................................................................... 44
I.1. AVANT PROPOS........................................................................................................................................... 44 I.2. PREPARATION DE L’ETHANOL ..................................................................................................................... 44
CHAPITREII: MISE EN ŒUVRE DE LA REACTION DE TRANSESTERIFICATION ........................ 47
II.1. AVANT PROPOS.......................................................................................................................................... 47 II.2. TRANSESTERIFICATION AVEC DE L’HUILE BRUTE ISSUE DE L’ARACHIDE « MARA BE » .............................. 48 II.3. TRANSESTERIFICATION AVEC L’HUILE BRUTE ISSUE DE L’ARACHIDE « MENA KELY »............................... 54 II.4. LE LAVAGE DU BIODIESEL ......................................................................................................................... 60 II.5. CARACTERISATION DU BIODIESEL ............................................................................................................. 61
Troisième Partie CHAPITREI: IMPACTS SOCIO-ECONOMIQUES...................................................................................... 67
I.1. IMPACTS SOCIO ECONOMIQUES A MADAGASCAR ........................................................................................ 67 I.2. BILAN ECONOMIQUE DANS LE MONDE ........................................................................................................ 71 I.3. LES AUTRES INTERETS DES ESTERS D’HUILE VEGETALE .............................................................................. 72
CHAPITREII: IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX.................................................................................... 73
II.1. DESCRIPTION DE LA SITUATION DU PROBLEME.......................................................................................... 73 II.2. BILAN ENVIRONNEMENTAL ...................................................................................................................... 73
CONCLUSION PARTIELLE............................................................................................................................ 76
Conclusion Générale………………………………………………………...77
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Liste des tableaux Tableau 1 : Caractéristiques du gazole ...................................................................................... 2 Tableau 2: Classe des acides gras .............................................................................................. 8 Tableau 3: Composition en acide gras des diverses huiles végétales ........................................ 9 Tableau 4: Point de fusion de quelques acides gras ................................................................ 11 Tableau 5: Point de solidification de quelques huiles végétales ............................................. 11 Tableau 6 : tableau récapitulatif des caractéristiques des huiles végétales ............................. 14 Tableau 7: Caractéristiques de l’huile d’arachide; ................................................................... 27 Tableau 8 : Composition en acide gras de l’huile d’arachide .................................................. 27 Tableau 9 : Qualité des biodiesels ........................................................................................... 32 Tableau 10 : Quantité d’alcool utilisé ...................................................................................... 47 Tableau 11: caractéristiques de l’huile d’arachide brute issue du genre.................................. 49 Tableau 12: rendement en diester obtenu issue de l’huile d’arachide, genre « mara be » correspondant au ratio 3 :1 ....................................................................................................... 51 Tableau 13 : rendement en diester obtenu issu de l’huile d’arachide genre « mara be » correspondant au ratio 4 :1 ....................................................................................................... 51 Tableau 14 : rendement du diester à partir de l’huile d’arachide issue du genre mena kely avec du méthanol (tableau correspondant au ratio 3 :1) ................................................................... 54 Tableau 15 : rendement du diester à partir de l’huile d’arachide issue du genre mena kely avec du méthanol (tableau correspondant au ratio 4 :1)........................................................... 54 Tableau 16 : comparaison des rendements obtenus issus des deux genres.............................. 56 Tableau 17 : rendement du diester à partir de l’huile d’arachide issue du genre mena kely avec de l’éthanol (tableau correspondant au ratio 3 :1) ........................................................... 56 Tableau 18 : rendement du diester à partir de l’huile d’arachide issue du genre mena kely avec de l’éthanol 95° (tableau correspondant au ratio 4 :1)..................................................... 57 Tableau 19 : pourcentage du diester à partir de l’huile d’arachide issue du genre « mena kely » avec de l’éthanol 98° et correspondant au ratio 3 :1 ................................................................ 58 Tableau 20 : quantité et pourcentage du diester à partir de l’huile d’arachide issue du genre « mena kely » avec de l’éthanol 98° et correspondant au ratio 4 :1......................................... 58 Tableau 21 : comparaison des rendements obtenus en utilisant divers types d’alcools........... 59 Tableau 22 : densité et viscosité des EMHV............................................................................ 61 Tableau 23 : caractérisation des EMHV et du gasoil ............................................................... 63 Tableau 24 : évolution des prix du gasoil affiché à la pompe des produits pétroliers du 2003 en 2006 (prix TTC en Ariary / Litre) ....................................................................................... 68 Tableau 25 : quantité nécessaire pour une production de diester à grande quantité ................ 69 Tableau 26 : coût d’esters éthyliques. ...................................................................................... 70 Tableau 27 : variations des prix des huiles végétales et biodiesels.......................................... 71 Tableau 28 : comparaison des prix des carburants .................................................................. 72
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Liste des figures Figure 1 : production du biodiesel dans l’union européenne .................................................... 5 Figure 2 : évolution de la consommation des carburants en France ......................................... 6 Figure 3: Diagramme d’indice d’iode des diverses huiles et graisses ..................................... 12 Figure 4 : Procédé d’extraction de l’huile d’arachide ............................................................. 25 Figure 5 : Procédé d’obtention du diester ............................................................................... 33 Figure 6 : procédé de transéstérification .................................................................................. 36 Figure 7 : consommation spécifique des huiles végétales par rapport au gazole..................... 40 Figure 8 : diagramme d’obtention d’huile d’arachide brute .................................................... 48 Figure 9 : courbes représentant le pourcentage en diester en fonction du catalyseur potasse et soude (courbes correspondant au tableau 12, ratio 3 :1) .......................................................... 52 Figure 10 : courbes représentant le pourcentage du diester en fonction du catalyseur potasse et soude (courbes correspondant au tableau 13, ratio 4 :1 ) ......................................................... 52 Figure 11 : courbes représentant le pourcentage du diester en fonction du catalyseur potasse et soude; courbes correspondant au tableau 14 (ratio 3 :1) .......................................................... 55 Figure 12 : courbes représentant le pourcentage du diester en fonction du catalyseur potasse ; et soude ; courbes correspondant au tableau 15 (ratio 4 :1) ..................................................... 55 Figure 13 : courbes représentant la comparaison des rendements issus des deux genres........ 56 Figure 14: courbes représentant le pourcentage en diester en fonction du catalyseur potasse et soude (courbes correspondant au tableau 16 ratio 3 :1) ........................................................... 57 Figure 15 : courbe représentant le pourcentage en diester en fonction du catalyseur potasse et soude (courbe correspondant au tableau17 ratio 4 :1).............................................................. 57 Figure 16 : courbes représentant le pourcentage en diester obtenu à partir de l’huile issue du genre « mena kely » avec de l’éthanol 98° et correspondant respectivement au ratio 3 :1 et 4 :1............................................................................................................................................ 59 Figure 17 : courbes représentant les rendements en diester en utilisant divers types d’alcools.................................................................................................................................................. 60 Figure 18 : Cycle CO2 du biocarburant et du pétrole diesel ................................................... 74 Figure 19 : bilan gaz à effet de serre ........................................................................................ 75
Liste des clichés
Cliché 1 : Plant d’arachide (1), coques d’arachide (2), graines d’arachide genre « mena kely »(3) et « mara be » (4) ...................................................................................................... 21 Cliché 2 : distillation fractionnée sur colonne......................................................................... 45 Cliché 3 : purification de l’éthanol à l’aide d’un évaporateur rotatif...................................... 46 Cliché 4 : agitation du mélange avec son évolution................................................................ 49 Cliché 5 : mélange en fin d’agitation ...................................................................................... 50 Cliché 6 : début de décantation .............................................................................................. 50 Cliché 7 : fin de décantation.................................................................................................... 50 Cliché 8 : formation de savon en utilisant le catalyseur soude .............................................. 53 Cliché 9 : agitation et décantation après lavage ...................................................................... 60 Cliché 10 : fin de décantation après lavage du biodiesel ........................................................ 61 Cliché 11 : moteur alimenté par l’huile d’arachide.................................................................. 64
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Liste des annexes Annexe 1 : Déroulement de la réaction de transésterification ...............................................A-1 Annexe 2 : Indice de saponification.......................................................................................A-1 Annexe 3 : Indice d’acidité ....................................................................................................A-2 Annexe 4 : détermination de la densité ..................................................................................A-3 Annexe 5 : Productions d’arachide et superficie cultivée par Faritany..................................A-3 Annexe 6 : Variétés d’arachide vulgarisées à Madagascar ....................................................A-4 Annexe 7 : commerce extérieur de l’arachide........................................................................A-4 Annexe 8 : production de gaz à effet de serre ........................................................................A-5 Annexe 9 : contenu énergétique des carburants .....................................................................A-6 Annexe 10 : Effet de la structure chimique sur les points de fusion et d’ébullition des acides gras et de leurs esters méthyliques………………………………………………………… A-7 Annexe11 : Evolution des importations d’huiles végétales de Madagascar ..........................A-8 Annexe12 :marché des carburants à madagascar ...................................................................A-8
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Liste des abréviations g / Kg / t : gramme / kilogramme / tonne ml / l : millilitre / litre mm / cm / m : millimètre / centimètre / mètre Kcal : kilocalorie ha: hectare °c : degré Celsius Min / max : minimum / maximum HV : huile végétale ETBE : éthyle tertio butyle éther EMHV : esters méthyliques d’huile végétale EEHV : esters éthyliques d’huile végétale PCI : pouvoir calorifique inférieure Is : indice de saponification Ia : indice d’acide Ii : indice d’iode CO2 : dioxyde de carbone (gaz carbonique) HC : hydrocarbures gazeux FS : fraction soluble H2O : eau CO : monoxyde de carbone FOD : fuel domestique TM : tonne métrique OMH : Office Malgache des Hydrocarbures °GL : degré Gay Lussac FOD : fuel oil domestique Cst : constante NM : norme malagasy
Introduction
Depuis longtemps, le prix du pétrole ne cesse de grimper ; il dépasse actuellement 80
dollars le baril. A Madagascar par exemple, selon l’OMH (Organisation Mondiale des
Hydrocarbures), le prix CAF moyens du gasoil est de 282 dollars / TM en 2003 pour
atteindre 615 dollars / TM en 2006.Toutefois, malgré cette augmentation incessante de
prix avec le développement industriel, la consommation mondiale en pétrole ne cesse de
croître. Pour notre pays, la quantité du gasoil importée est de 234 420 m3 en 2003 et
devient 403 710 m 3 en 2006.
D’ailleurs, les spécialistes en énergie ont déjà annoncé la fin du pétrole fossile d’ici
20 ans selon les pessimistes et 40 ans selon les optimistes. C’est pour cela que la fin du
pétrole doit être préparée et qu’il faut penser déjà aux produits de substitution.
Entre autres, les technologies de production des huiles végétales sont bien connues,
leur utilisation présente plusieurs avantages qui sont d’une part d’ordre économique (les
produits sont tous valorisables) ; et d’autre part, elles ont un impact environnemental
positif (comme la diminution de la pollution et de l’effet de serre).Et comme dans toutes
les industries de production, il est préférable de choisir une matière première disponible
et accessible (existante en grande quantité et susceptible d’être vulgarisée grâce à sa
facilité d’adaptation dans la région) c’est pourquoi, nous avons choisi l’arachide. De plus
l’extraction de l’huile d’arachide ne demande pas des techniques compliquées ou
difficiles à manipuler.
L’objectif de notre étude est donc la caractérisation de l’huile d’arachide par la
détermination de ses propriétés physico chimiques, ainsi que la transformation de l’huile
en esters par la réaction de transesterification par des alcools légers (méthanol et
éthanol). Ce travail se divisera en trois parties :
• La première partie qui est l’étude bibliographique nous parlera des
généralités sur les matières premières nécessaires pour la fabrication
du biodiesel ;
• La deuxième partie, étude technique décortiquera les technologies de
production de biodiesel ;
• La troisième partie concernant l’étude socio économique et
environnemental.
Première Partie :
Revue bibliographique
Première Partie
2
ChapitreI: Les carburants
I.1. Le carburant fossile : le gazole [1]
Actuellement, la plupart des véhicules à moteur diesel utilisent comme carburant le
carburant fossile. En général, ces produits ont une molécule à structure linéaire
constituée principalement d’atomes de carbone et d’hydrogène.
Il s’agit essentiellement du fuel domestique ou FOD ainsi que du gazole proprement
dit.
Le FOD présente une très grande parenté avec le gazole. Nous indiquons dans le
tableau ci après leurs principales caractéristiques imposées le plus souvent par les
exigences des moteurs diesels consommateurs de gazole
Produits Caractéristiques
Gazole FOD
Masse volumique------------- Kg /L 0.824 0.860
Viscosité cinématique-------- cst 3.47 6.20
Teneur massique en soufre---% 0.206 0.300
Point trouble-------------------- °C -8 +3
Point d’écoulement------------ °C -27 -21
Indice de cétane 50.5 48.0
Composition en carbone------- % 86.0 87.2
Composition en hydrogène---- % 13.25 12.7
Min 167 185Température de distillation---- °C
Max 364 374
Tableau 1 : Caractéristiques du gazole [1]
Les exigences pour un bon carburant à allumage par compression sont difficiles à
préciser ; en plus, il y a la complexité du processus de combustion hétérogène dans ces
types de moteurs fortement affectés par les caractéristiques à l’injection
Première Partie
3
I.2. Les biocarburants [ 2 ] ;[3] ;[4] I.2.1. Caractéristiques des filières actuelles de biocarburant
I.2.1.1. Modalité de fabrication, d’incorporation, et d’utilisation de biocarburant
Les biocarburants sont des carburants obtenus à partir de la biomasse c'est-à-dire
des végétaux et de certains déchets organiques.
En l’état actuel des techniques, il existe deux grandes filières de production de
biocarburants :
• La filière de l’ethanol, alcool qui peut être incorporé dans l’essence ; soit
directement, soit sous forme d’ETBE (éthyle tertio butyle éther)
• La filière des esters d’huile végétale, principalement développés sous la forme
d’EMHV (esters méthyliques d’huiles végétales) destinés aux véhicules diesel
Les EMHV peuvent être fabriqués à partir de diverses huiles telles que l’huile de
colza, l’huile de palme, de soja, l’huile d’arachide etc…, l’extraction d’ huile végétale
permet aussi de coproduire des tourteaux riches en protéines végétales destinés à
l’alimentation du bétail.
Ainsi, les EMHV peuvent être incorporés aussi bien en raffinerie qu’en dépôts dans
n’importe quel gazole, se mélangent sans difficulté et peuvent être stockés et distribués
par tout mode de transport
I.2.1.2. Les avantages des biocarburants par rapport aux carburants fossiles
Les carburants obtenus selon les différentes formes d’incorporation n’ont pas les
mêmes caractéristiques en terme de capacité énergétique. Ces caractéristiques doivent
être prises en compte, en effet, les biocarburants peuvent présenter quelques avantages
par rapport aux carburants fossiles :
• D’abord, il y a l’impact du biocarburant sur les émissions des gaz à effet de
serre qui est en moindre quantité et même nul par rapport à celui dégagé par
les carburants fossiles. Cela est dû selon la mesure de la valeur énergétique
d’un biocarburant par « le pouvoir calorifique inférieur » (PCI) qui mesure la
quantité d’énergie libérée lors de la combustion. On estime généralement que
la filière EMHV dégage 3.3 fois moins de gaz à effet de serre à PCI égal à la
filière gazole ;
Première Partie
4
• Ensuite, il y a la filière agricole dans laquelle le plan biocarburant se traduit
par des perspectives importantes de production agricole à destination
énergétique : l’objectif d’incorporation de 5.75% de biocarburant dans les
carburants fossiles exprimé en PCI a été atteint là il y a production de
2 400 000 tonnes d’EMHV. Ces perspectives conduisent à utiliser les EMHV
en 2010 à des fins énergétiques beaucoup plus élevées. C’est alors que le
développement de la production de biocarburant devient une alternative de
plus en plus intéressante pour les agriculteurs : il représente un débouché de
leur production et pourrait leur apporter un revenu relativement stable au
regard des aléas du marché mondial ;
• Toutefois, en ce qui concerne l’indépendance énergétique, les biocarburants
actuels ne peuvent, compte tenu des surfaces qui serraient nécessaires pour
une substance massive aux carburants fossiles, que fournir une contribution
modeste à la sécurité énergétique du pays en cas de crise. Donc avec du
biocarburant produit à partir des plantes, on peut imaginer une contribution
plus importante qui pourrait selon certain cas atteindre plus de 25% à long
terme.
I.2.2. La situation des biocarburants dans le monde et ses
perspectives d’évolution technologique I.2.2.1. La situation dans le monde
La filière des esters d’huile végétale connaît désormais une croissance rapide. La
consommation totale d’EMHV dans le monde s’élève à environ 2 millions de mètre cube.
Les biocarburants connaissent un essor certain dans de nombreux pays, mais aussi
rapide soit la croissance de la consommation des biocarburants dans quelque pays, la
place qu’ils occupent dans la consommation mondiale de carburant pour le transport
routier reste infime.
La figure suivante nous montre l’évolution d’utilisation du biodiesel dans l’Union
Européenne de 2003 à 2006
Première Partie
5
Figure 1 : production du biodiesel dans l’union européenne [3]
I.2.2.2. Perspectives d’évolution technologique
Plusieurs technologies constituent plus ou moins des variantes de la filière EMHV,
entre autres on peut citer en particulier :
• La mise au point des esters d’huile végétale utilisant de l’éthanol à la place du
méthanol dans la fabrication
• L’hydrotraitement en raffinerie des huiles végétales.
Les technologies de production des biocarburants évoluent donc fortement et
certains procédés ou matières premières vont être rapidement surclassés par d’autre.
I.2.3. Contraintes et besoin du marché des carburants
Malgré les recherches menées pour faire progresser les moteurs à essence au
niveau atteint par les moteurs diesels, le marché mondial restera longtemps orienté vers
une acquisition majoritaire de véhicule diesel. Ainsi, les experts ont considéré que la
consommation du gazole ne cessera d’augmenter alors que la consommation d’essence
diminuera au cours des cinq prochaines années. Il convient donc de prendre en
considération cette tendance lourde du marché en faveur du gazole d’où un intérêt
nettement plus élevé pour la promotion de substitut de gazole que de substitut
d’essence. Comme la figure suivante qui nous indique l’évolution de la consommation du
gazole en faveur de l’essence :
Première Partie
6
Figure 2 : évolution de la consommation des carburants en France [4]
Ainsi, nous avons mentionné dans le chapitre précédent ( I, 1 ) qu’on peut substituer
l’essence par la filière ETBE et celui du gazole par l’EMHV. Vu que les matières
premières nécessaires pour produire ces deux filières sont en quantité suffisante presque
dans le monde ; ces filières pourraient bien répondre au moins pendant plusieurs années
aux besoins du marché des biocarburants.
Première Partie
7
ChapitreII: les matières premières du biodiesel
II.1. Les huiles végétales pures [ 5] ;[6] ;[7] ;[8] II.1.1. Généralités
II.1.1.1. Définition
Les huiles végétales sont des composés lipidiques issus des matières végétales. Du
point de vue chimique, les huiles végétales ou corps gras naturels sont constitués
d’acides organiques à longues chaînes contenant 4 à 22 atomes de carbone dans leur
molécule ; combinés sous forme d’ester avec le glycérol ; on les appelle également
triglycérides de formule générale :
O O – C – R1 O O – C – R2 O O – C – R3
Seulement, l’utilisation des huiles végétales pures sans modification pose comme
problème principal dans les usages directs, les dépôts dans la chambre de combustion
de certains moteurs à injection directe, le démarrage à basse température, le blocage
des systèmes d’injection, la viscosité très forte et la faible volatilité.
Cependant, ces problèmes peuvent être surmontés soit par dégommage de l’huile
c'est-à-dire en effectuant une opération de raffinage afin que l’huile brute devienne plus
raffinée, soit par une réaction de transestérification, en additionnant l’huile avec de
l’alcool en présence de catalyseur. La transestérification permet ainsi d’obtenir des esters
et de la glycérine.
II.1.1.2. Composition chimique des huiles végétales
Généralement, les huiles végétales sont constituées par des acides gras qui se
différencient d’une huile à l’autre ainsi que par des insaponifiables.
Certains Chercheurs comme Stern et Coll en 1983 classent même les huiles
végétales selon leur composition en acide gras.
Première Partie
8
• Les huiles de type laurique qui contiennent principalement de l’acide laurique
en C12 et myristique en C14. Ce sont des huiles saturées regroupant par
exemple les huiles de coprah, de babassu, ect… ;
• Les huiles de type palmitique qui contiennent plus de 25% d’acide palmitique.
Ces huiles sont des huiles semi concrètes, dans ce groupe on peut trouver les
huiles de palme ;
• Les huiles ou beurre de type stéarique : ce sont les beurres du karité, de
cacao, etc… ;
• Les huiles de type oléique qui sont les plus répandues des huiles. Elles
contiennent peu d’acide linoléique et peu ou même pas d’acide linolénique .
C’est dans cette classe qu’on trouve les huiles d’arachide, d’olive, de
pourghère ; ce sont des huiles fluides ;
• Les huiles de type linoléique très liquide ; elles sont en général semi siccative.
Dans ce cas on regroupe les huiles de coco, de tournesol, coton, etc… ;
Ainsi, les acides gras les plus fréquents dans les huiles végétales sont : palmitiques,
stéarique, oléique, linoléique et linolénique. Le tableau ci-dessous résume la formule et la
classe de ces acides gras. On dit qu’un acide gras est saturé si dans sa formule, on ne
voit aucune double liaison ; par contre, il est monoinsaturé s’il y a position d’une double
liaison ; et enfin polyinsaturé s’il y a plus d’une double liaison dans la chaîne.
Donc, plus l’huile est insaturée, plus elle comporte un nombre de double liaison élevé
Acides gras
Nombre d’atome de
carbone Formule Classe
Palmitique C16 CH3-(CH2)14-COOH Saturé
Stéarique C18 CH3-(CH2)16-COOH Saturé
Oléique C18 : 1 CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH Monoinsaturé
Linoléique C18 : 2 CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-COOH Poly insaturé
Linolénique C18 : 3 CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-
COOH
Poly insaturé
Tableau 2: Classe des acides gras [6]
Le tableau suivant montre les acides gras saturés et insaturés que l’on rencontre
dans diverses huiles végétales.
Acide Caprilyque Caprique Laurique Myristique Palmitique Stéarique Oléique Linoléique Linolénique Erucique
Nom systématique
Octa-
décanoique Décanoique Dodécanoique
Tétra-
décanoique
Hexa-
décanoique
Octa-
décanoique
9-Octa-
décanoique
9,12-Octa-
décanoique
9,12,15Octa-
décathiénoique
13-
Docosénoique
Nombre de carbone
8 10 12 14 16 18 18 18 18 22
Double liaison
- - - - - - 1 2 3 1
Babassu +7 3-8 44-46 15-20 6-9 3-6 12-18 1-3 - -
Palme - - - 1-6 32-51 1-8 34-52 5-12 - -
Ricin - - - - 0-1 - 0-9 3-7 - -
Arachide - - - - 6-16 1-7 36-72 13-45 - -
Carthame - - - - 2-10 1-10 4-42 55-81 - -
Colza - - - 0-2 2-5 0-2 13-30 10-25 5-10 20-25
Coton - - - 0-2 17-29 1-4 13-44 33-58 0-2 -
Colza (bas en érucique)
- - - - 3-4 1-2 54-58 18-22 6-12 0-5
Mais - - - 0-2 8-19 1-4 19-50 34-62 1-2 -
Tournesol - - - - 3-10 1-10 14-65 22-75 - -
Soja - - - - 7-12 2-6 19-30 48-58 4-10 -
Coco 2-6 3-7 44-54 14-19 6-10 1-4 9-19 1-3 - -
Tableau 3: Composition en acide gras des diverses huiles végétales [6]
Première Partie
10
A part les acides gras, on remarque aussi la présence des insaponifiables dans les
huiles végétales. On entend par insaponifiable, l’ensemble des constituants qui après
saponification conserve les caractères fondamentaux des lipides en milieu polaire.
II.1.1.3. Différentes propriétés et caractéristiques
a- Propriétés physiques
• Couleur
La couleur dépend de la nature de l’huile, des traitements subis et d’autres
paramètres ; elle peut varier de l’incolore au brun foncé.
• Masse volumique
On entend par masse volumique d’un corps gras, le rapport de sa masse par son
volume.
• Indice de réfraction
C’est le rapport entre le sinus de l’angle d’incidence et le sinus de l’angle de réfraction
d’un rayon lumineux de longueur d’onde déterminée, passant de l’air dans l’huile
maintenue à température constante.
• Point de fusion et Point de solidification
Par définition, le point de fusion est la température à laquelle l’huile passe de l’état
solide à l’état liquide ; tandis que le Point de solidification est la température à laquelle
l’huile passe de l’état liquide à l’état solide c'est-à-dire l’inverse de point de fusion.
Ces deux propriétés sont cependant en relation avec la nature des acides gras :
saturé ou insaturé. Il s’avère alors que les points de solidification élevés sont dus aux
points de fusion élevés des acides gras saturés. Donc, plus bas est le degré
d’insaturation, plus haut sera le point de solidification des huiles.
Ainsi, les huiles végétales avec en prédominance des acides gras saturés ont des
point de fusion et point de solidification élevés, alors ces huiles sont solides à
température ambiante ce qui ne favorise pas leur utilisation comme carburant.
Les tableaux ci-après donnent les points de fusion de quelques acides gras et les
points de solidification de quelques huiles végétales.
Première Partie
11
Acides gras Nombre de carbone Point de fusion (°C)
Myristique 14 57.0
Palmitique 16 63.5
Stéarique 18 73.1
Oléique 18 : 1 5.5
Linoléique 18 : 2 -13.1
Linolénique 18 : 3 -24.2
Tableau 4: Point de fusion de quelques acides gras [6]
Huiles Point de solidification
Palme 35-42
Arachide 2-4
Colza -10
Coton +12 à -13
Tournesol -17
Soja -10 à -16
Tableau 5: Point de solidification de quelques huiles végétales [6]
• Point trouble et point d’écoulement
Ces deux propriétés permettent de caractériser le comportement à froid des huiles.
Le point trouble correspond au début de solidification c'est-à-dire la température pendant
la quelle les précipités solides commencent à se former dans les huiles liquides
homogènes.
La température à laquelle l’huile n’est plus capable de couler librement est désigné
sous le terme de point d’écoulement.
• Viscosité
Elle est liée à la longueur des chaînes et à l’insaturation.
La viscosité est la propriété qui détermine la plus grande différence entre les huiles
végétales et le gazole ; en effet, les huiles végétales sont dix fois plus visqueuses que le
carburant diesel à 40°c et 30 fois plus visqueuses à 0°C.
b- Propriétés chimiques
• Indice d’acide
C’est le nombre exprimé par la masse d’hydroxyde de potassium (en mg) nécessaire
pour neutraliser les acides gras libres contenus dans 1g de corps gras.
Première Partie
12
• Indice de saponification
C’est le nombre en mg d’hydroxyde de potassium nécessaire pour saponifier 1g de
corps gras. L’indice de saponification notée (Is) est considéré comme un des
caractéristiques essentielles des huiles végétales que l’on devrait déterminer. C’est
l’indice qui permet de calculer la masse moléculaire moyenne M de l’huile en utilisant la
relation suivante
Is
gM 3000*11.56)( =
• Indice d’iode
C’est la quantité d’iode (en g) que peuvent fixer les doubles liaisons dans les
conditions déterminées ; l’indice d’iode est en relation avec le degré d’insaturation d’une
huile donnée.
Plus l’indice est élevé, plus l’huile est insaturée ; autrement dit, l’huile à un nombre de
double liaison élevée.
Schématiquement, l’huile avec un indice d’iode élevé est siccative donc peu
résistante à l’oxydation. La figure suivante montre l’indice d’iode de diverses huiles et
graisses.
Plus l’indice est élevé, l’huile est insaturée et peu résistante à l’oxydation ; saturée,
elle est résistante à l’oxydation mais est souvent solide à température ambiante (20°c).
Figure 3: Diagramme d’indice d’iode des diverses huiles et graisses [6]
020406080
100120140160180200 Coprah
Babassu SuifPalme Ricin Arachide Colza Coton MaisTournesol SojaCarthameLinSardine
saturé siccatives
Première Partie
13
c- Propriétés relatives à l’usage des corps gras comme combustible
• Le point d’ignition
C’est la température la plus basse pendant laquelle une quantité suffisante de vapeur
d’huile dans l’air forme un mélange explosif au contact d’une flamme ou d’une étincelle.
• Pouvoir calorifique (PC)
Il mesure l’énergie libérée lors de la combustion de l’huile. Le PC est aussi l’une des
propriétés qui fait une grande différence entre le carburant diesel et les huiles végétales
car ces dernières ont 5 à 18% moins d’énergie que le gazole. On peut calculer le PC
suivant la relation :
PC=11380 – Ii -9.15 * Is
PC : pouvoir calorifique en kcal / Kg avec 1 Kcal = 4.18 Kj / Kg
Ii : indice d’iode
Is : indice de saponification
• Indice de Cétane
Elle caractérise l’aptitude d’un combustible à l’auto inflammation et à la combustion
dans un moteur diesel. Plus l’indice de cétane est élevé plus la combustion est facile. On
note que l’indice de cétane des huiles végétales est généralement plus bas que celui
d’un gazole normal ; cette différence est la cause de certains constituants chimiques des
huiles ainsi que leur degré de saturation et de raffinage.
Le tableau suivant nous résume les différentes caractéristiques des quelques huiles
végétales :
Première Partie
14
Température de fusion
Densité viscosité Indice de cétane
Source
HVP de tournesol
-16 0.92 A 20°c : 55-61 30 IFHVP
HVP de colza
nc 0.90 à 0.93 A 40°c : 38 38 Weihenstephan
Gasoil -12 0.83 4.2 48/52
Huile de tournesol
-15 0.94 55-61 30/53
Huile de lin -24 0.93 45-50
Huile colza <2 0.91 77 32/36
Huile de son de riz
-5 à -10 0.91
Huile de mais
-18 à 10 0.90 60-64 53
Huile d’olive 0 0.91 80-95
Huile de ricin
-10 0.96 625-1041
Huile de sésame
-4 à -16 0.91 72
Huile de pin 0.94 19
Huile de soja
-15 0.91 57-76 36/39
Huile de palme
37 à 40 0.92 95-106 38/40
Huile d’arachide
2 à 13 0.94 84 39/41
Huile de palmiste
26 à 28 0.92
Classification
des huiles
végétales
Accords de
Bonn 2002
Tableau 6 : tableau récapitulatif des caractéristiques des huiles végétales [8]
II.1.1.4. Les modes d’extraction des huiles végétales L’obtention des huiles se différencie selon leur origine c'est-à-dire soit elles sont
issues des graines (huile d’arachide, de soja, de tournesol, …) soit elles sont issues des
Première Partie
15
pulpes de fruit (huile d’olive, de palme, …). Dans le premier cas, il existe deux techniques
d’extraction.
a- L’extraction par presse
Apres nettoyage, les graines sont finement broyées par passage entre cylindre lisse
ou cannelé. L’huile extraite est récupérée après filtration.
On note que les graines destinées à être pressées sont préchauffées et
conditionnées quant à leur teneur en eau. Ainsi les tourteaux issus de l’appareil
contiennent encore de l’huile en quantité plus ou moins importante.
b- L’extraction par solvant volatil
Le résidu du pressurage tout comme les graines qui sont destinées à être extraites
sont conditionnées sous une forme convenable pour l’extraction ; celle-ci est effectuée à
l’aide des solvants des graisses (fraction – hexane) selon des procédés continus ou
discontinus (bacth). Du mélange obtenu appelé aussi micella, le solvant est récupéré par
distillation et l’huile brute est séparée par filtration du résidu d’extraction.
Généralement, les solvants utilisés en huilerie sont :
• les hydrocarbures : hexane, essence B
• les solvants chlorés : trichloréthylène
• les alcools
• les acétones
Dans le second cas (graisses issus des pulpes de fruit), les matières premières sont
lavées puis additionnées d’eau pour être réduites en pulpe. Après avoir additionné de
sel, la pulpe est travaillée dans des chauffoirs à agitateurs spéciaux (malaxeurs) ce qui
permet à l’huile de se rassembler. La séparation des parties liquide et solide et par la
suite de la phase aqueuse de l’huile brute s’effectue dans des centrifugeuses spéciales
(séparateurs).
II.1.1.5. Le raffinage des huiles végétales Généralement, le raffinage des huiles brutes a deux buts principaux :
• D’une part, on effectue le raffinage afin d’obtenir des produits de bonne
conservation par élimination totale des impuretés favorisant le rancissement
et la décomposition hydraulique des corps gras. Comme impuretés, on peut
citer : les matières étrangères solubles, les poussières, les débris de graines,
eau, résines, gommes, mucilages, phosphatides, … ;
Première Partie
16
• D’autre part, le raffinage permet d’avoir des produits de Couleur, de goût, et
d’odeur conformes au désir du consommateur par élimination des matières
colorantes, sapides ou odoriférantes.
Selon la destination de l’huile, le processus du raffinage comprend toute une partie
des opérations suivantes : démucilagination, neutralisation, lavage, décoloration,
désodorisation.
• Démucilagination
Le terme général de mucilage s’applique à l’ensemble des matières à caractère
hydrophile en solution vraie ou colloïdale dans les huiles et précipitables par hydratation.
Les phosphatides en sont les composants principaux. Le procédé de démucilagination
consiste à floculer les mucilages à l’aide d’un réactif aqueux ; la séparation en étant
ensuite effectuée par centrifugation. Concernant l’amélioration des rendements par
l’étude méthodique des conditions opératoires, il s’avère que l’élimination préalable des
mucilages diminuait des pertes en huile lors de la neutralisation.
• Neutralisation ou désacidification
Elle a pour but d’éliminer les acides gras libres. Les procédés appliqués consistent à
neutraliser ou à distiller les acides gras libres. Dans le cas de la neutralisation ; l’huile est
traitée avec de la solution alcaline et les savons (pâtes de neutralisation) qui en résultent
sont éliminés des graisses par lavage. Souvent le lavage alcalin de l’huile est suivi de
traitement avec de l’acide citrique dilué et dans certains cas avec une solution de silicate
de potassium.
La désacidification par distillation s’effectue par entraînement à la vapeur d’eau sous
pression réduite et à haute température.
• Le lavage
Il a pour but d’éliminer les traces de savon restant en suspension dans l’huile après
neutralisation.
• La décoloration
Elle a pour but d’éliminer les matières colorantes indésirables, des restes de savon,
des traces de métaux lourds ou éventuellement des produits d’auto oxydation.
L’élimination de ces substances indésirables s’effectue par adsorption sur des terres
décolorantes ou du charbon actif.
• La désodorisation
C’est la dernière opération du raffinage ; elle permet d’éliminer de l’huile les
substances responsables d’odeur et des goûts. Elle est réalisée par distillation sous
pression réduite avec entraînement à la vapeur d’eau et à des températures élevées.
Première Partie
17
II.1.1.6. Utilisation des huiles végétales comme carburant [ 9]
Les huiles végétales pures peuvent être utilisés aussi bien dans les moteurs diesels à
injection indirecte que dans les moteurs diesels à injection directe.
Dans le premier cas, les moteurs ne nécessitent que peu d’adaptation pour accepter
l’huile végétale comme carburant quelque soit le taux de mélange avec des fiouls
Par contre dans le second cas, les moteurs présentent des encrassements des
chambres de combustion lors de l’utilisation des huiles végétales pures sauf dans les
zones de charge élevée ; dans ce dernier cas alors, il faut soit modifier les moteurs, soit
utiliser des moteurs spécialement conçus pour les huiles végétales pures
Cependant, quand les moteurs diesels sont adaptés aux huiles végétales les
performances sont identiques que celles observées avec fioul et la pollution à
l’échappement est en faveur des huiles végétales ; par ailleurs la longévité des moteurs
est accrue quand ils utilisent les huiles végétales.
Pourtant, l’huile végétale pure n’a pas les mêmes caractéristiques que le fioul ; de ce
fait, il en ressort que pour avoir la même caractéristique que le fioul, les huiles végétales
doivent présenter les caractéristiques suivantes.
• Le délai d’inflammation des vapeurs ou du produit ne doit pas être plus long
c'est-à-dire que le point d’éclair devrait être peu élevé.
• L’huile végétale devrait avoir la moindre acidification possible pour éviter une
oxydation de l’huile préjudiciable à sa stabilité au stockage.
• Il faut éviter aussi la présence des phospholipides pour éviter les dépôts dans
le moteur donc, pour utiliser l’huile végétale pure en tant que combustible, il
est indispensable soit d’avoir un moteur adapté à l’huile, soit de modifier les
caractéristiques de l’huile en procédant à la méthode de transestérification ;
méthode destinée à résoudre les problèmes de formation des dépôts
charbonneux à l’intérieur du moteur quand on utilise l’huile végétale non
modifiée.
II.1.2. Cas de la plante : Arachis hypogea [10] ;[11] ;[12] II.1.2.1. Historique
L’arachide est apparue dans la littérature au XVI e siècle.
D’abord, signalée en Amérique Latine, l’arachide fut découverte au XVII e siècle aux
Antilles et ce n’est qu’au cours du siècle suivant que son existence fut signalée dans la
plupart des autres pays tropicaux du monde : Côte d’Afrique, Jamaïque, Asie, …
Première Partie
18
L’extraction des huiles a été réalisée très tôt à l’époque précolombienne par les
Indiens. On considère que le début de l’utilisation industrielle et commerciale de
l’arachide dans le monde était en 1841.
Aujourd’hui, les huileries modernes se créent dans tous les pays producteurs
d’Afrique et d’Asie.
A Madagascar, l’arachide est cultivée dans presque toutes les régions. Cependant,
90% de la production nationale est le fait des 4 circonscriptions administratives suivants :
• Antananarivo, 27% de la production totale avec notamment les régions
• Fianarantsoa, 25% de la production avec le région d’Ambositra,
Manandriana, Ambalavao, Ambatofinandrahana, Fianarantsoa II.
• Toliary, 21% avec les régions de Morombe et de Toliary II.
• Mahajanga, 18% surtout la région de Maevatanana.
Ainsi donc, l’arachide, plante rustique, plastique et peu exigeante, jouit de la faveur
des agriculteurs des pays du Sud. Elle présente des avantages multiples sur les plans :
• agronomiques, liés à l’introduction d’une légumineuse dans des rotations à
dominante céréalière.
• nutritionnel, liés à l’apport lipidique et protéinique que procure l’arachide.
• économique, liés à la diversité des produits arachidiers susceptibles d’être soit
auto consommés soit vendus.
II.1.2.2. Classification des arachides a- Généralités
Une classification doit répondre au besoin qu’éprouvent les agronomes et les
chercheurs de reconnaître rapidement tel ou tel type de variété sur le terrain et de savoir
quelles sont les caractéristiques essentielles des variétés citées dans la littérature qu’ils
consultent. Ainsi, n’importe quelle classification basée sur les caractères héréditaires
phénotypiquement bien définis, peu influencés par les facteurs du milieu et facilement
observables pourrait être satisfaisante.
Pour les arachides le port est apparu à de nombreux classificateurs comme le
caractère susceptible de sépares aux mieux de telles entités, ce caractère distingue 5
types principaux : érigé, buissonnant, semi rampant, rampant et prostré. Plusieurs types
de port peuvent en effet être observés chez l’arachide mais l’érection des rameaux est
dans une assez large mesure dépendante des conditions du milieu et notamment de la
densité de culture.
Première Partie
19
D’autres critères de classification ont été proposés, notamment le nombre des
graines par gousses ; plus récemment Tetenyi a jeté les bases d’une botanique de
l’arachide qui prend simultanément en considération les variations du nombre de graines
par gousse, la taille des gousses et l’érection du port de la plante ; ce système aboutit à
la distinction de 14 taxons.
Mais d’une manière pratique, afin de suivre les règles commerciales, on classe les
principales variétés en trois catégories : arachide d’huilerie ; arachide de bouches et
l’arachide à deux fins.
A Madagascar, on distingue la culture des principales variétés suivantes :
• arachide d’huilerie : hybride 33 – SA 291
Petit espagnol – Tsinefo
SA 156 – Boha
• arachide de bouche : Virginia Bunch 280.
• arachide à deux fins : Valencia 247 ; qui peut servir pour l’extraction de l’huile
ou comme arachide de bouche.
b. Caractères utilisés pour la distinction des variétés
Les caractères héréditaires indépendants des facteurs du milieu sont les plus utiles
pour distinguer les diverses variétés d’arachide ; il y a la dimension et la forme des
gousses, leur ornementation, le nombre des graines par gousses et la couleur du
tégument séminal.
La dimension des gousses varie considérablement. On désigne par très grosse
gousse celle dont le diamètre est supérieur à de 20 mm ; par grosses gousses celle dont
le diamètre est soumise entre 15 et 20 mm, par gousses moyennes celles dont le
diamètre est inférieur à 15 mm. L’examen attentif des particularités des caractères de
gousses et de graines permet généralement de reconnaître sans erreur une variété
donnée.
II.1.2.3. Botanique et systématique de la plante a- Systématiques de la plante
La plante d’arachide est connue selon le systématique suivant :
Première Partie
20
Règne : Plantae
Sous règne : Tracheobionta
Division : Magnoliopsida
Sous classe : Rosidae
Ordre : Fabales
Famille : Léguminosées
Sous famille :Papilionacées
Genre : Arachis
Nom binomial : Arachis hypogea
Pendant longtemps, la seule espèce connue du genre était Arachis hypogea décrite
par LINNE en 1753. Ce n’est qu’en 1838 que BENTHAN décrivit 5 nouvelles espèces
spontanées au Brésil. Depuis cette date, plusieurs autres espèces ont été reconnues et
plusieurs révisions taxonomiques du genre ont été publiées.
Toutes les espèces présentent les caractères botaniques communs dont les
principaux sont :
• Plante herbacée ou ligneuse à leur base, pérenne ou annuelle.
• Tube calicinal long à aspect de pédoncule floral terminé par 5 lobes dont 4
soudées.
• Pétales et étamines insérées au sommet du tube calicinal.
• Etamines réunies en tube sur une partie de longueur au nombre de 10
alternativement longue et courte.
• Ovaire sessile contenant une à 6 loges, filiformes terminées par un stigmate
petit.
• Fructification enterrée par élongation de la base de l’ovaire.
Première Partie
21
Cliché 1 : Plant d’arachide (1), coques d’arachide (2), graines d’arachide genre
« mena kely »(3) et « mara be » (4)
b- Morphologie de la plante
Toutes les plantes d’ arachides possèdent les morphologies suivantes
Port : l’arachides, plante herbacée annuelle de 20 à 70 cm de long peut être
érigée ou rampante. Les arachides cultivées forment deux groupes : à ramification
séquentielle et à ramification alternée.
Racines : le système racinaire formé d’un pivot central peut s’enfoncer jusqu’à
130 cm de profondeur et présente des racines latérales ; des nodules résultant de
l’association symbiotique de la plante et des bactéries fixatrices d’azote recouvrent ces
racines.
Tige : de ramification primaire peut avoir 0.20 à 0.70 m de long selon les variétés
et conditions du milieu. La ramification est toujours herbacée, de couleur vert clair, vert
sombre ou plus ou moins pourpre ; la section est anguleuse dans le jeune âge et devient
cylindrique en vieillissant ; la moelle centrale disparaît avec le temps, les tiges âgées
sont creuses.
Feuilles : composées pennées avec 2 paires de folioles subovales et 2 stipules
engainant à la base du pétiole. Les folioles sont subsessiles opposées de forme plus ou
moins elliptique, couleur verte plus ou moins foncée ou plus ou moins jaune selon les
variétés. Les variations de l’organisation foliaire donnent occasionnellement des feuilles
5, 3, 2 ou une foliole.
1 2
3 4
Première Partie
22
Inflorescences : se présentent comme des épis de 3 à 5 fleurs. Elles prennent
naissance sur les rameaux végétatifs à l’aisselle d’une feuille complète ou rudimentaire
et comportent à chacun de leur nœud une feuille rudimentaire (cataphyle) à l’aisselle de
laquelle se développe une branche florale très courte.
L’inflorescence se présente comme un rameau végétatif généralement très réduit
dans ses dimensions.
Fruits et graines : l’ovaire après fécondation est porté en terre par le
développement du gynophore. Le fruit ou gousse se développe et mûrit entre 3 et 5 cm
de profondeur. Sa dimension peut passer de 1 x 0.50 cm à 8 x 2 cm.
Le poids des graines varie de 0.2 à 2g. La qualité des variétés cultivées est appréciée
selon le rapport :
goussesdesPoidsgrainesdesPoidsR = *100 avec R se situe entre 60 et 80%
La durée de la période de floraison et la quantité des fleurs donnant naissance à des
fruits sont variables dans le temps dans une situation écologique donnée. Elle est plus
courte d’environ 4 à 5 jours dans les climats tropicaux.
Cependant elle est très influencée par les facteurs climatiques ; elle est de 15 à 25
jours dans les zones tropicales chaudes et peut atteindre 40 et même 50 jours dans les
zones tempérées ou d’altitude voisine des limites des possibilités culturales de l’espèce.
c- Ecologie favorable de l’arachide
Pluviométrie et humidité : l’arachide est presque résistante à la sécheresse ;
cependant, elle nécessite au moins 450 à 500 mm de pluies bien reparties en raison des
meilleurs rendements obtenus avec la bonne répartition de la pluie et avec une
précipitation de 600 à 1200 mm. L’humidité ne devrait pas dépasser 1800 mm. En effet
au delà de cette limite, on assiste à un développement végétatif au détriment de la
production.
Température et ensoleillement : à l’inverse de nombreuses autres plantes, l’arachide
préfère des températures à peu près constantes ; la moyenne optimum de température
pour l’arachide est de 28 à 35°C. Cependant, l’augmentation de la température entraîne
un raccourcissement du cycle végétatif et une amélioration de la teneur en matière
grasse des graines.
Des températures très faibles inférieures à 5°C même de courte durée au cours de la
germination détruit la végétation.
Première Partie
23
Sol : l’arachide est adaptée sur tous les types de sol ; mais les terres lourdes, les
secteurs marécageux, les sols trop humifères, les zones menacées par l’excès d’eau et
les terrains trop sableux sont à éviter.
Nutrition minérale : la plante d’arachide absorbe des éléments minéraux à partir des
solutions du sol par ses racines et ses gynophores ; ces derniers jouant un rôle
particulier pour l’absorption du calcium. Elle peut également absorber certains éléments
par ses feuilles.
Les principaux éléments absorbés sont : azote, phosphore, potassium, calcium qui
est un des éléments les plus importants pour la production d’arachide à grosse graine.
II.1.2.4. L’huile d’arachide a- Traitement des arachides en huilerie : transformation des
graines en huile
Lorsque les graines d’arachides arrivent à l’ huilerie, elles ont en général une teneur
en eau suffisamment réduite (4 à 5%) obtenue par séchage naturel ou à l’aide d’un
séchoir à air chaud. Avant d’être transformé en huile, les graines subissent les
traitements suivants :
• Réception et nettoyage des graines
Tout d’abord, les graines sont déversées dans une trémie généralement enterrée et
dont la partie supérieure située au niveau du sol est munie d’une grille permettant
l’élimination des plus grosses impuretés. Puis les graines sont reprises à l’aide d’un
élévateur à godets, reparties par une courroie transporteuse dans les cellules de
stockage.
Mais pour être complet, un bon nettoyage doit aussi comporter l’élimination des
particules de fer qui pourraient causer des accidents aux appareils de broyage et de
pression.
• Décorticage
Le décorticage a pour effet de briser les coques en libérant les amandes.
Le mélange des amandes et des morceaux de coques s’écoule de la décortiqueuse,
tandis que les gousses non décortiquées restent à l’intérieur.
• Préparation de la graine
L’amande d’arachide ne présente pas une grande dureté donc, un simple broyage
suffit pour en extraire l’huile. Ce broyage est réalisé à l’aide d’un concasseur à cylindre
cannelé réduisant les amandes en petit morceau.
Le broyage est suivi de chauffage et de mouture qui sont effectués dans un même
appareil : le cuiseur – conditionneur.
Première Partie
24
• Extraction de l’huile
Dans toutes les huileries modernes, l’extraction de huile d’arachide est effectuée soit
à l’aide des presses mécaniques avec ou sans vis fonctionnant en continu soit par une
extraction par solvant.
Dans le premier cas, on obtient un tourteau à environ 4% d’huile. Ainsi, les modèles à
presses continus sont les seuls à utiliser en laissant pratiquement les presses
hydrauliques (discontinus) en raison de leur grand encombrement, de l’importance du
main d’œuvre et de l’entretien qu’elles nécessitent.
Dans le second cas (extraction par solvant), la pression est moins énergétique, on
obtient un tourteau variant entre 10 et 15% d’huile qui sont ensuite soumis à l’action du
solvant , le tourteau final ne contient plus alors que moins de 1% d’huile.
Après le traitement avec le solvant, on obtient ainsi une solution d’huile dans le
solvant appelée « miscella » que l’on sépare de la matière déshuilée et que l’on soumet à
un chauffage en vue de la concentrer et finalement d’en recueillir l’huile par distillation et
condensation des vapeurs de solvant.
Le diagramme suivant donne le résumé du traitement de l’arachide jusqu’à l’obtention
de l’huile :
Première Partie
25
Figure 4 : Procédé d’extraction de l’huile d’arachide [12]
Plante entière
Gousses
Coques vides 30%
Graines 70%
Amandes
Huiles 50% Tourteau 50%
Reste du tourteau
Huile
Battage
Décorticage
Séchage Nettoyage Décorticage
Broyage Extraction
Extraction par solvant
Paille
Première Partie
26
b- Le raffinage de l’huile d’arachide
L’huile d’arachide, qu’elle provienne de la pression continue ou de l’extraction par
solvant ne contient plus si elle a été bien filtrée, de fines matières solides en suspension ;
ainsi sa teneur en eau est très faible. Elle peut donc être conservée un certain temps
sans altération notable avec les précautions usuelles (dans des réservoirs propres à
l’abri de l’humidité et de la chaleur).
Sa teneur en phosphatide n’est pas négligeable, particulièrement dans le cas de
l’huile obtenue par solvant. Lorsqu’elle provient d’amande saine, son acidité est faible et
sa teinte peu foncée ; elle possède de façon plus ou moins prononcée, le goût et l’odeur
de la graine dont elle est issue.
Le raffinage de l’huile d’arachide comporte essentiellement les opérations classiques
suivantes :
• démucilagination préalable à la neutralisation par lessive alcaline ; cette
opération permet d’obtenir d’une part, une lécithine et d’autre part des pâtes de
neutralisation qui constitue un agent d’émulsification.
• la décoloration qui ne présente normalement aucune difficulté ; elle est
généralement effectuée sous vide à une température de l’ordre de 80°C dans une
batteuse dans laquelle, l’huile déshydratée est mélangée 1 à 2% de terre activée
pendant 20 à 30 minutes, après le mélange est passé sous filtre presse.
• la désodorisation qui est effectuée de façon classique en matières volatiles
sous vide poussé à une température voisine de 180°C.
L’huile d’arachide raffinée doit être stockée avec encore plus de précautions que
l’huile brute, car elle ne contient plus d’anti oxygène naturels : il convient donc de la
conserver à l’abri de la lumière, de la chaleur, et de l’humidité ; dans des réservoirs d’une
propreté parfaite.
c- Caractéristiques et composition de l’huile d’arachide
L’huile brute d’arachide obtenue par les procédés indiqués précédemment a une
teinte jaune plus ou moins prononcée suivant l’état des graines dont elle provient et les
traitements aux quels ces graines ont été soumises. Son acidité est libre, généralement
faible est aussi fonction de ces facteurs.
On obsèrve habituellement à l’huile raffinée une légère teinte jaune qu’apprécient les
consommateurs mais cette huile ne contient pratiquement plus d’acides gras libres et ne
possèdent plus ni goût, ni odeur.
Le tableau suivant nous donne les différentes caractéristiques de l’huile d’arachide
Première Partie
27
Caractéristiques Valeur
Poids spécifiques à 15°c 0.91 à 0.92
Indice d’iode 86 – 107
Indice de saponification 187 – 196
Indice d’acide 0.3 à 0.6
Point de solidification 2 – 4
Point de fusion 5.5
Pouvoir calorifique 39.64
Viscosité à 20° c 71.07 – 86.15
Indice de réfraction 1.460 – 1.465
Insaponifiables < 10g / Kg
Tableau 7: Caractéristiques de l’huile d’arachide; [6]
En ce qui concerne les compositions chimiques, l’huile d’arachide est constituée
essentiellement par les acides gras suivant :
Acides gras % des poids
Palmitique 11.2 – 16.1
Palmitoléique 0.1 - 0.2
Héptadécanique 0.1
Héptadécénoique 0.1
Stéarique 3.0 – 4.1
Oléique 32.3 – 58.7
Asclépique 0 – 0.2
Linoléique 20.7 – 37.3
Linolénique 0 – 0.9
Arachidique 1.2 – 2.5
Gondoique 0.8 – 1.1
Béhénique 1.9 – 3.3
Erucique 0 – 0.1
Lignocérique 0 – 3.4
Autres 0 – 1.1
Tableau 8 : Composition en acide gras de l’huile d’arachide[13]
Première Partie
28
d- Principales utilisations de l’huile d’arachide
L’huile d’arachide après raffinage est une huile très appréciée aussi bien du point de
vue alimentaire que industrielle. En effet, elle peut servir de matière première pour la
préparation de nombreux produits industriels grâce à sa haute teneur en acide oléique.
Par contre, on ne l’emploie pratiquement plus en savonnerie du moins sous sa forme
naturelle : ce sont les pâtes résultant de sa neutralisation par une lessive de soude ou les
huiles acides provenant de la décomposition de ces pâtes qui sont utilisées dans cette
industrie.
II.2. Les alcools [7] ; [14] II.2.1. Généralités sur les alcools
Les alcools de formule générale R-OH sont des composants chimiques comportant
un groupe hydroxyle lié à un atome de carbone saturé.
II.2.1.1. Classification des alcools
On distingue 4 types d’alcools : mono alcools, diols, triols et les polyols ; selon le
nombre de groupe hydroxyle rattaché à la chaîne carbonée.
Ainsi il existe trois classes d’alcools selon le nombre d’atome d’hydrogène attaché à
l’atome de carbone portant le groupe OH : les alcools primaires RCH2OH ; les alcools
secondaires R2CHOH ; et les alcools tertiaires R3OH.
Notons que pour la préparation du biodiesel, on utilise seulement les alcools simples
(alcool en C1 : méthanol ; alcool en C2 : éthanol ; et les alcools en C3 : propanol).
II.2.1.2. Différents critères de sélection des alcools utilisés en biodiesel
D’abord, il y a la disponibilité de l’alcool ; c’est un critère qu’il faut considérer. En effet,
l’alcool utilisé doit être accessible en permanence et en quantité suffisante.
Ainsi, pour les pays producteurs ou exportateurs des matières fossiles, il est
intéressant d’employer les méthanols tandis que pour les pays agricoles, il est préférable
d’utiliser les éthanols produits par fermentation alcoolique.
Généralement les méthanols anhydres coûtent beaucoup moins chers, c’est
pourquoi, la plupart des biodiesels sont surtout produit à partir des alcools méthyliques.
Première Partie
29
Enfin, il y a l’impact environnemental et la sécurité d’utilisation. En effet, les
méthanols sont facilement inflammables et toxiques alors que les éthanols favorisent une
nette sécurité. Ce qui permet de conclure que ces derniers restent le premier choix si on
tient compte de l’impact environnemental.
II.2.2. Les méthanols Le méthanol de formule générale CH3OH est obtenu selon l’équation :
La réaction se déroule en présence des catalyseurs à base de cuivre ou oxyde de
zinc à la température de 250° et sous pression de 50 bars.
Il fond vers -95° et a une densité de 0.79 à la température de 20°.
II.2.3. Les éthanols L’éthanol ou encore alcool éthylique est un alcool primaire de formule CH3-CH2OH. IL
est considéré comme alcool des boissons comme bières, vins, et les eaux de vies.
L’éthanol soluble dans l’eau et dans quelques composés organiques forme un
mélange binaire avec les huiles végétales ; il se solidifie à -114° et bout à la température
de 78.3°c avec une densité 0.789 à 20°c.
II.2.3.1. Obtention de l’éthanol
L’éthanol peut être obtenu d’une part par fermentation des substances sucrées
naturelles pendant laquelle les liquides fermentés contiennent 7 à 12% d’éthanol que l’on
concentre jusqu’à 95% par plusieurs distillation successives. Et d’autre part, par réaction
de synthèse ; dans ce cas, l’éthanol est obtenu par hydratation de l’éthylène.
II.2.3.2. Différents modes de déshydratation de l’éthanol
Pour l’éthanol, d’abord on distingue : l’alcool éthylique à brûler 90° GL ; l’alcool
éthylique anhydre 95° GL ; et l’alcool éthylique absolu au voisinage de 99° GL.
Aussi pour passer de l’alcool à brûler à l’alcool anhydre, on peut effectuer la
distillation fractionnée. Cependant, cette opération ne peut pas rectifier l’éthanol au-delà
de la composition azéotropique ; entre autre, on ne peut pas avoir l’alcool absolu en
procédant par la simple distillation.
CO + 2 H2 CH3OH
Première Partie
30
C’est la raison pour laquelle on doit recourir à l’utilisation d’agent de déshydratation
pour enlever presque totalement l’eau dans l’alcool ; ainsi comme agent de
déshydratation, on utilise la chaux vive pulvérulent et la baryte.
Dans un premier temps, la majeure partie de l’eau est éliminée par la chaux selon la
réaction
L’éthanol enrichi ainsi obtenu est ensuite traité avec de la baryte pour avoir une
concentration voisine de l’absolu.
A part la déshydratation par la chaux, on peut aussi avoir recours à l’utilisation de la
glycérine anhydre ainsi que la méthode de déshydratation par distillation azéotropique en
présence des tiers corps. Cependant, l’utilisation de la chaux semble être la plus facile à
manipuler et la plus couramment utilisée.
CaO + 3H2O [Ca(OH)2,2H2O]
BaO + 9H2O Ba(OH)2,8H2O
Première Partie
31
ChapitreIII: Le biodiesel [15] ;[16] ;[17] ;[18]
Actuellement, le développement du diester, le diesel le plus vert, est lié à l’évolution
de nos modes de consommation et ce, au regard de l’épuisement de nos ressources
pétrolières et de nos préoccupations environnementales.
La production du diester est en faveur des carburants renouvelables d’origine
agricole. L’objectif est de réduire les émissions de dioxyde de carbone notamment dans
le secteur de transports ; par ailleurs une étude récente d’analyse du cycle de vie sur
l’ensemble de la filière démontre que chaque tonne de diester consommé permet d’éviter
le rejet de 2.5 tonnes d’équivalent CO2.
En 2005, la production du diester a déjà permis d’économiser 1 millions de tonnes de
CO2 et également d’améliorer le bilan énergétique, le bilan carbone devrait également
progresser dans les prochaines années.
III.1. Les esters d’huile végétale : le diester
Le diester, une marque déposée par Sofiprotéol est un terme commun pour désigner
les esters méthyliques d’huile végétale (EMHV) équivalent au terme biodiesel utilisés
presque partout dans le monde.
Le diester produit à partir d’huile végétale et dont la formule générale est :
CH3 – (CH2)16 – CO – OCH3
contient 11% d’oxygène qui est un facteur améliorant de la combustion. Les
caractéristiques du diester sont comparables à celles du gazole et il s’utilise en mélange
en toute proportion et peut être utilisé en ne procédant aucune modification des
véhicules. En plus, l’ester est non toxique et biodégradable à plus de 98% en 21 jours
Le tableau suivant nous donne les caractéristiques des EMHV et EEHV.
Première Partie
32
Caractéristiques Unité EMHV Norme EEHV Multival
Teneurs en esters
% (m/m) >95.5 >98
Densité à 15°c Kg/m 3 860 – 900 870
Viscosité à 40% mm²/s 3.5 -5.0 4.7
Indice de cétane >51 5.5
Résistance à l’oxydation
h >6 >8
Teneur en eau mg/ Kg <500 300
Indice d’acide Mg de KOH / g <0.5 0.2
Indice d’iode g d’I2 / 100g <120 110
Linolénate de méthyle
% (m/m) <12 Néant
Linolénate d’ethyle
% (m/m) Néant 10.2
Méthanol % (m/m) <0.2 Néant
Ethanol % (m/m) Néant <0.2
Glycérides % (m/m) <1.2 <1.0
Phosphores mg/ Kg <10 <5
Tableau 9 : Qualité des biodiesels [ 17 ]
III.2. La réaction de transesterification
Comme l’huile brute ne présente pas les caractéristiques requises pour être
substituée au carburant fossile, les industriels procèdent à la réaction de
transesterification.
III.2.1. Définition
La réaction de transesterification est une transformation de l’huile en diester qui
s’obtient en faisant réagir l’huile avec de l’alcool en présence d’un catalyseur. La réaction
se produit à température modérée (50°C environ).
Avec la réaction de transesterification, on procède de la manière suivante
1 tonne d’huile + 100 Kg d’alcool = 1 tonne de diester + 100 Kg de glycérine
Première Partie
33
=
La figure suivante nous donne le procédé d’obtention du diester à partir d’huile
végétale en opérant à la réaction de transesterfication.
\/\/\/\/ \/\/\/\/COOH3
Figure 5 : Procédé d’obtention du diester [ 18 ]
Graines
TRITURATION Pression - extraction Hexane Tourteaux
Huile brute
SEMI – RAFFINAGE Démucilage - Neutralisation
H3PO4, NaOH, H2O
Sous produits-effluents
Huile semi - raffinée
TRANSESTERIFICATIONMéthanol CH3-ONa
Effluents
EMHV Glycérine
Première Partie
34
III.2.2. La réaction de transesterification III.2.2.1. Equation générale
Les esters méthyliques et éthyliques à partir d’huile végétale sont donnés à partir de
l’équation suivante :
Huile alcool glycérine esters
La transformation des huiles en esters éthyliques ou méthyliques permet de réduire la
masse moléculaire à un tiers de celle de l’huile, de réduire la viscosité et la densité ainsi
que d’augmenter la volatilité. Les propriétés physiques des esters obtenus lors de la
réaction de transesterification sont alors proches de celle du gasoil.
Après la réaction donc, on obtient deux produits différents : le diester et le glycérol.
III.2.2.2. La séparation des phases
La séparation des deux phases est effectuée par une simple décantation dans une
ampoule à décanter pendant laquelle, si la réaction de transesterification a été
suffisamment avancée,, la séparation est obtenue seulement après quelque minute de
décantation.
Après la décantation donc, les deux phases se séparent : la phase légère (en dessus)
est constituée essentiellement de l’alkyle ester, d’une faible quantité de mono et
diglycéride, d’une trace de triglycéride, d’une faible quantité de savon et de catalyseur ;
tandis que la phase lourde (en dessous) est constituée de glycérol, d’une certaine
quantité d’alcool, d’une faible quantité de mono et diglycéride et d’une certaine quantité
de savon et de catalyseur.
Ainsi la décantation doit être bien effectuée. En effet, la durée de décantation influe
beaucoup sur le lavage du biodiesel. Si la séparation des phases n’a pas été
suffisamment achevée, certains agents comme les savons, les mono et diglycérides
H H │ │ H – C – COOR1 H – C – OH R1COOCH3 │ │ H – C – COOR2 + 3CH3OH → H – C – OH + R2COOCH3 │ │ H – C – COOR3 H – C – OH R3COOCH3 │ │ H H
Première Partie
35
encore présentent dans le biodiesel peuvent provoquer la formation d’une émulsion lors
du lavage.
III.2.2.3. Le lavage du biodiesel
Il a pour but de supprimer totalement les restes d’impuretés encore présentes dans le
biodiesel. Généralement, on distingue deux procédés de lavage.
• Lavage à l’eau en présence de bulles d’air ; dans ce cas, le biodiesel, est
mélangé avec 30 à 50% d’eau en faisant traverser le mélange par des bulles
d’air. Ces dernières entraînent avec elles une certaine quantité d’eau et lavent en
même temps le biodiesel. Une fois sur la surface, les bulles éclatent et libèrent
l’eau qui favorise un second lavage avant de rejoindre la phase aqueuse. Dans ce
procédé, la formation d’émulsion n’a pas pu avoir lieu. A la fin du procédé, le
mélange est laissé à décanter.
• Le lavage à l’eau chaude ; dans ce cas, le biodiesel est mélangé avec de
l’eau chaude de 15% de son volume (volume du biodiesel). Le mélange est agité
lentement pendant 40 minutes pour laisser se décanter et séparer.
Première Partie
36
réacteur Phase deséparation
glycérol
esters
Evaporation à l’atmosphère et condensation
Evaporation etcondensation sous vide
décoloration filtration
glycérol
percolateur
H2O
CH3OH
huile
Méthanol ou éthanol
KOH
Ester méthylique
Eau usée : H2O, CH3OH, savon
boues
III.2.2.4. Procédé de transestérification complète
Figure 6 : procédé de transéstérification
III.2.3. Caractéristiques et cinétiques de la réaction III.2.3.1. Effet de la qualité de l’huile
Il faut dire que la qualité de l’huile pourrait avoir une conséquence aussi bien sur la
qualité que sur la quantité du biodiesel obtenu ; mais cette conséquence varie également
d’une huile à une autre.
En effet, la qualité et la quantité du biodiesel s’améliorent nettement selon le degré du
niveau de raffinage des huiles végétales : les huiles brutes extraites sont encore
pourvues de petites particules, de graines et des gommes qui doivent être éliminées pour
éviter l’obturation prématurée des filtres à gazole et les dépôts dans certaines parties du
moteur.
Selon le niveau de raffinage des huiles végétales, on distingue
• huile brute : huile extraite des graines et filtrées.
Première Partie
37
• huile brute dégommée : huile brute où les gommes ont été éliminées par
hydratation de l’huile et au bout de laquelle on effectue une centrifugation pour se
débarrasser de l’eau.
• huile raffinée : huile débarrassée des acides gras libres après traitement par
une substance alcaline.
• huile totalement raffinée : huile raffinée subissant encore un traitement par
blanchissage (décoloration), hibernation et désodorisation.
Avec ces différents traitements, seul le dégommage est capable de supprimer les
phosphatides au cours de la filtration.
III.2.3.2. Effet de la nature et quantité de l’alcool
Une des variables les plus importantes est la quantité de l’alcool utilisée, notée
encore ratio molaire de l’alcool, en effet, dans la réaction normale, une mole d’huile
nécessite 3 moles d’alcools (ratio [3 :1]) afin d’obtenir 3 moles d’esters et une mole de
glycérol. Dans ce cas, les résultats obtenus est inférieur à 90% en terme de conversion
en ester ; un pourcentage qui décroît rapidement avec un accroissement de mono,
diglycéride et triglycéride ; alors la conversion est incomplète.
Cependant, pour avoir une conversion complète, des ratio molaires respectifs [4 :1],
[6 :1] sont nécessaires ; dans ces deux derniers cas, on pourrait s’attendre à un taux de
conversion de 90 à 97%.
Entre autre, la nature de l’alcool a aussi un effet sur les esters obtenus ; le taux de
conversion est plus élevé avec de l’alcool avec un degré GL plus élevé ; ceci est du à la
température de la réaction qui doit être augmentée en fonction de la température
d’ébullition de l’alcool utilisé.
III.2.3.3. Effet de la nature et de la concentration du catalyseur
C’est l’une des caractéristiques les plus importantes dans la réaction de
transesterification. Le catalyseur utilisé peut être alcalin ou acide selon les types d’huile
utilisée et surtout selon leur acidité.
Ainsi, aussi bien en catalyse acide que basique, on peut avoir très bien des bons
rendements de conversion ; seulement la catalyse acide consomme beaucoup d’alcool.
Cependant, cette catalyse est efficace pour les huiles fortement acides donnant des taux
de conversion très élevés. Donc, il est préférable d’utiliser la catalyse basique pour la
transesterification des huiles d’acidité faible ou moyenne en utilisant un alcool à haut
point d’ébullition ; en plus la réaction en catalyse basique se déroule rapidement tandis
Première Partie
38
que la réaction en catalyse acide nécessite une température supérieure à 100°C pour se
dérouler normalement
Comme catalyse alcaline, on regroupe généralement les catalyseurs naturels et
industriels ; le premier cas est constitué par des cendres et des résidus de
carbonisation ; dans le second cas qui est le catalyseur le plus couramment utilisé, on a
les hydroxydes de potassium et de sodium.
Comme catalyseur acide, on peut avoir les acides sulfuriques et les acides
chlorhydriques.
En ce qui concerne la concentration du catalyseur, elle est fonction de l’acidité de
l’huile, mais dans le cas général, le fait d’augmenter la quantité du catalyseur est inutile,
cela ne fait qu’augmenter la proportion de savon qui peut atteindre 30%.
Donc, avec un taux de catalyseur élevé il y a complication de la réaction justifiée par
l’accroissement du taux de saponification.
III.2.3.4. Effet de la température de réaction
C’est l’une des caractéristiques assez importante dans la réaction de
transesterification. La réaction peut se dérouler à température ambiante pour les huiles
fluides.
Cependant, en augmentant la température, le taux de conversion est atteint après
quelques temps de réaction. En plus, le fait d’augmenter de la température pendant la
réaction favorise une meilleure qualité de l’ester obtenu.
III.2.3.5. Effet du temps de réaction
Le temps de réaction est en rapport avec la température pendant laquelle la réaction
se déroule.
Mais dans le cas général des études cinétiques montrent que les esters sont formés
à 80% seulement après une minute de réaction. En catalyse basique, avec 100%
d’excès de méthanol, la transésterification est complète en une heure.
Première Partie
39
III.3. Essais de carburant de substitution dans les moteurs diesels
Avec les deux guerres mondiales de 1914 – 1918 et 1939 – 1945, puis l’évènement
de la première crise pétrolière des années 1970 dues aux différentes tensions au moyen
orient, principale région productrice de pétrole, le prix du pétrole brut est passé de 2
dollars US le baril à 12 dollars US le baril.
Tout cela a entraîné un profond bouleversement aussi bien au niveau de la
croissance industrielle qu’au niveau de la consommation énergétique mondiale.
Ainsi, on a commencé à se tourner vers les sources d’énergies de substitution au
pétrole
Plusieurs carburants de substitution existent tels que l’huile végétale pure ou huile
non modifiée ; les esters d’huile végétale qui est notre cas ; et les mélanges des
carburants. Cependant, une certaine différence sera faite entre eux.
Ainsi, les caractéristiques des moteurs diesels modernes sont compatibles avec un
carburant diesel standard c'est-à-dire avec le gazole.
Mais en ce qui concerne les huiles végétales, il est indispensable non seulement de
changer les propriétés physico-chimiques des huiles afin qu’elles représentent des
caractéristiques voisines de celles du gazole, mais aussi de modifier certaines
caractéristiques du moteur.
Aussi, pour avoir une comparaison directe entre les carburants diesels standard et les
combustibles de substitution ; les moteurs diesels sont classés en deux groupes :
• Moteur à injection directe ;
• Moteur à injection indirecte.
La différence la plus notable entre les deux moteurs se situe au niveau des injecteurs
pendant lequel les moteurs à injection directe possèdent l’injecteur à trous tandis que
celui d’injection indirecte est l’injecteur à aiguille ou à téton.
III.3.1. essais de performance et d’endurance avec des
combustibles végétaux non modifiés. III.3.1.1. test de performance
• puissance : plusieurs chercheurs ont mentionné une certaine décroissance de
la puissance avec les huiles végétales pendant que d’autres ont pu démontrer le
contraire ; cependant pour la consommation de carburant égale, une puissance
plus basse avec les huiles végétales sont attendues par rapport au gazole.
Première Partie
40
• Consommation : la consommation spécifique est plus élevée pour les HV que
pour le gazole. Selon Barsic et Humke en 1981 ; la hausse consommation
provient du faite du pouvoir calorifique faible des HV.
Aggarwal et Coll en 1952 ont affirmé que les taux de consommation n’étaient pas en
excès comme prévu sur la base du pouvoir calorifique. La figure suivante montre la
consommation spécifique lorsque les huiles d’arachides et l’huile de coton ont été
utilisées.
Figure 7 : consommation spécifique des huiles végétales par rapport au gazole
Emission de fumée : selon plusieurs chercheurs, en utilisant les huiles végétales, une
décroissance de fumée noire a été observée ; entre autre, Barsic et Humke ; Varde et
Coll en 1981 ont affirmé qu’il y a des différences significatives dans les émissions à
échappement entre les huiles végétales et le gazole.
Dépôt de carbone : selon plusieurs chercheurs, malgré la mauvaise pulvérisation due
à la viscosité élevée ; les huiles végétales causent des dépôts de carbone dur sur les
têtes de cylindre, les soupapes, les nez d’injecteurs, les têtes de pistons. Cependant, ces
dépôts peuvent être évités en réduisant la viscosité des huiles végétales par chauffage
ou par dilution.
III.3.1.2. test d’endurance Des chercheurs ont pu montrer qu’en utilisant les huiles végétales non modifiées
pendant des essais à long terme, des problèmes peuvent être rencontrés et cela aussi
bien avec les moteurs à injection directe qu’à injection indirecte.
Première Partie
41
Ainsi, comme inconvénients, il y a :
• Les dépôts moteurs pendant lesquels, ces dépôts sont plus importants avec
les combustibles végétaux qu’avec le gazole ;
• Usure du moteur.
III.3.2. essais de performance et d’endurance avec des huiles
végétales estérifiées Des tests de performance, en utilisant les esters méthyliques et éthyliques de
diverses huiles végétales ont été déjà effectués par plusieurs chercheurs.
D’après ces tests, il s’avère que les esters sont aussi performants que le gazole, le
couple moteur et la puissance ne diffèrent que légèrement tandis que les émissions des
fumées sont plus basses avec les esters.
La consommation énergétique spécifique en EMHV est plus basse que celle avec le
gazole.
L’inconvénient d’utilisation des huiles végétales est le dépôt dans le moteur
cependant, ce problème peut être surmonté en procédant à la réaction de
transestérification de l’huile.
Des tests d’endurance ont été déjà effectué sur un moteur diesel turbo (caterpillar
3306) à injection directe en utilisant les esters méthyliques d’huile de colza [McCutchen,
1981]
Après 150 heures de tests ; les pistons étaient restés propres, les injecteurs étaient
légèrement encrassés mais aucune usure n’a été observée.
Ainsi, des mêmes tests ont été déjà effectués par Fort et Coll en 1982 en utilisant des
esters méthyliques d’huile de coton, bien qu’il y eu des dépôts dans les gorges de
pistons, le moteur représente en général le même aspect que lorsque le gazole a été
utilisé comme carburant.
Première Partie
42
Conclusion partielle
La réaction de transestérification permet de raffiner les huiles végétales afin que les
caractéristiques physico chimiques se rapprochent à ceux d’un gazole normal. En effet,
la réaction diminue l’acidité libre des huiles pour mieux s’adapter aux moteurs sans
provoquer des conséquences négatifs surtout quand la catalyse basique est utilisée ;
l’indice de saponification ne change pas pour les huiles brutes et les huiles estérifiées.
La réaction incomplète favorise la présence des mono et diglycérides dans les esters
qui peuvent être éliminés par filtration ou évites d’en former.
Ainsi, l’utilisation des huiles végétales brutes non modifiées dans les moteurs
risquerait de nuire à ces moteurs. Pourtant en les estérifiant, elles constituent
actuellement les meilleurs carburants de remplacement pour les moteurs diesels à
injection directe. Les problèmes de fonctionnement des moteurs rencontrés sont moins
graves avec les esters qu’avec les huiles végétales non modifiées. C’est pourquoi il très
intéressant de passer par la réaction de transestérification en utilisant l’huile végétale
brute afin de produire du biodiesel.
Deuxième Partie :
Etude technique : cas de la production de biodiesel
Deuxième Partie
44
ChapitreI: préparation des alcools
I.1. Avant propos
Pendant toute la réaction de transésterification que nous avons effectuée, on a utilisé
deux types d’alcools : le méthanol et l’éthanol. Comme le méthanol qu’on a récupéré a
un degré plus élevé (99°GL), alors il n’est plus nécessaire de le modifier ou de l’enrichir.
Donc, seul l’éthanol ayant un faible degré (90° GL) a besoin d’un enrichissement en
procédant à l’opération de distillation ainsi qu’à la déshydratation du produit obtenu par la
chaux vive.
I.2. Préparation de l’éthanol
I.2.1. Préparation de l’agent de déshydratation
L’agent de déshydratation qu’on avait choisi était la chaux vive. Mais comme le
produit réellement nécessaire est le CaO que l’on retrouve dans la chaux vive, on a
effectué une calcination du produit initial
Tout d’abord, on a calciné 321g de chaux commercial dans un four à 900° pendant 30
minutes et pendant lequel on a obtenu 260g de chaux caustique
Donc il y a une perte de masse de 61g selon : 321g – 260g = 61g
Cette calcination est ainsi obtenue selon la réaction :
A partir de la réaction, 18g de perte massique correspond à 56g de CaO
Donc le nombre de mole de la perte massique est 3.388 moles
Comme une mole de H2O correspond à une mole de CaO, alors, à partir de 3.388
moles de H2O on a aussi 3.388 moles de CaO
Donc, la masse réelle de CaO dans la chaux caustique est : 3.388 * 56.1= 190.06g
Ca (OH)2 CaO + H2O
56.1g 18g
900°
30 minutes
Deuxième Partie
45
I.2.2. Enrichissement de l’éthanol I.2.2.1. La distillation fractionnée
Elle a pour but d’accroître le titre alcoométrique jusqu’au voisinage de la composition
azéotropique, soit 95 à 96% en volume éthanol.
Donc, on part avec de l’éthanol 90° que l’on procède de la manière suivante :
• Introduire 500ml d’alcool 90° dans un ballon de 1 litre ;
• Opérer à pression atmosphérique en laissant la sortie du condenseur ou du
réfrigérant ouverte ;
• Vérifier que l’eau circule normalement dans le réfrigérant ;
• Chauffer le ballon (ne pas chauffer trop rapidement pour ne pas emballer la
distillation ; une vitesse de distillation doit permettre de recueillir à peu près
une goutte de distillation par seconde) ;
• Récupérer les fractions passant sur un pilier dans un même récepteur ;
• Mesurer les fractions obtenues pendant lesquelles on a eu 397ml d’éthanol
95° à partir de 500ml d’éthanol 90°.
Cliché 2 : distillation fractionnée sur colonne
I.2.2.2. Mise en œuvre de la déshydratation par la chaux vive
• Quantité de CaO nécessaire.
Par la distillation, on a obtenu 397ml d’éthanol 95°à partir de 500ml d’éthanol 90° ;
cependant, l’alcool 95° contient encore l’eau dont sa quantité est
397 * 100
95100 −= 23.82
Deuxième Partie
46
Ainsi, comme 61g d’eau nécessite 190g de CaO (section I-2-1) alors, 23.82g d’eau
nécessite 74.19g de CaO
Finalement le CaO nécessaire pour déshydrater 397g d’éthanol est 74.19g
• Mode opératoire
Mélanger 397g d’éthanol 95° avec 74.19g de CaO
Laisser reposer le mélange pendant 24 heures
Distiller sur la chaux au bain marie à l’aide d’un évaporateur rotatif, le bain thermo
staté étant réglé à 80°
Effectuer l’opération une deuxième fois
On obtient ainsi l’alcool à peu près absolu 98°
Cliché 3 : purification de l’éthanol à l’aide d’un évaporateur rotatif
Deuxième Partie
47
ChapitreII: mise en œuvre de la réaction de transésterification
II.1. Avant propos
Pendant toutes les réactions de transesterification qui s’en suivent ; nous avons
effectué pour chaque type d’huile 4 essais : ratio molaire |3 :1], avec du méthanol et de
l’éthanol et ratio molaire [4 :1], toujours avec les deux types d’alcools. Ce qui veut dire
qu’on a effectué respectivement 1 mole d’huile pour 3 moles d’alcools ainsi qu’une mole
d’huile pour 4 moles d’alcools
Pour toute l’opération, les calculs des quantités d’alcools nécessaires pour chaque
ratio étaient effectués donc à partir de l’équation générale :
H H │ │ H – C – COOR1 H – C – OH R1COOCH3 │ │ H – C – COOR2 + 3CH3OH → H – C – OH + R2COOCH3 │ │ H – C – COOR3 H – C – OH R3COOCH3 │ │ H H
Huile alcool glycérine ester
Ainsi, en utilisant 100g d’huile, les quantités d’alcools utilisées sont indiquées dans le
tableau suivant :
Ratio [3 : 1] Ratio [4 :1] Méthanol (en g) 32.74 58.21 Ethanol (en g) 47.058 83.68
Tableau 10 : Quantité d’alcool utilisé
Deuxième Partie
48
II.2. Transestérification avec de l’huile brute issue de l’arachide « mara be »
II.2.1. Obtention de l’huile
L’huile pressée issue de ce type d’arachide est obtenue selon le diagramme suivant
Figure 8 : diagramme d’obtention d’huile d’arachide brute
On note ainsi qu’à partir de 100Kg d’arachide de ce genre encore dans les coques, on obtient 38 litres d’huile brute
Arachide dans une coque
décortiqueur
Arachide décortiqué
coque
moulage
Arachide en poudre
Ajout d’eau
cuisson
presse
huile
Deuxième Partie
49
II.2.2. Caractéristiques de l’huile
Caractéristiques Valeur
Indice d’acide 6mg de KOH / g d’huile Indice de saponification 188 – 195 Masse moléculaire 878.9765
Tableau 11: caractéristiques de l’huile d’arachide brute issue du genre
II.2.2.1. Réaction avec le méthanol
Dans cette opération, pour les deux ratio, ainsi que pour les deux types d’alcools
employés, on a utilisé deux types de catalyseurs qui ont été fait varier en 4 temps
(variant de 0.3g à 0.8g) ; donc le déroulement de l’expérience pendant toute l’opération
qui s’en suit a été le même mais seulement le type et le taux du catalyseur changent.
Déroulement de l’expérience
L’huile suffisamment chauffée a été mélangée avec de l’alcool potassique ou sodique
selon le cas puis le mélange est agité pendant un temps déterminé ; après agitation, on
laisse reposer le mélange pendant au moins 24 heures. Le détail de l’expérience se
trouve ainsi dans les annexes 1 mais les figures suivantes montent tous les
déroulements de l’expérience
Cliché 4 : agitation du mélange avec son évolution
Deuxième Partie
50
Résultats
• après deux heures d’agitation le mélange est de couleur blanchâtre
Cliché 5 : mélange en fin d’agitation
• après 15 minutes de décantation, le mélange commence à se séparer
Cliché 6 : début de décantation
• après 24 heures de décantation, on observe la fin de séparation avec
présence de deux phases distinctes pendant laquelle la phase supérieure
correspond au diester et la phase inférieure à celle du glycérol
Cliché 7 : fin de décantation
Deuxième Partie
51
Le glycérol est soutiré par-dessous du décanteur afin de récupérer le diester. Après
récupération de chaque diester, on effectue le calcul du rendement obtenu pour chacun
des catalyseurs et ratio molaires d’alcool utilisés
II.2.2.2. Pour le ratio molaire 3 :1 Catalyseurs (g) 0.3 0.4 0.6 0.8
Potasse Rendement
(%)
16.12 30.70 53.29 45.19
Soude Rendement
(%)
14.50 Formation de
savon
Formation de
savon
Formation de
savon
Tableau 12: rendement en diester obtenu issue de l’huile d’arachide, genre « mara be »
correspondant au ratio 3 :1
II.2.2.3. Pour le ratio molaire 4 :1 Catalyseurs (g) 0.3 0.4 0.6 0.8
Potasse Rendement
(%)
47.42 50.36 56.76 51.51%
Soude Rendement
(%)
25.64 32.82 Formation de
savon
Formation de
savon
Tableau 13 : rendement en diester obtenu issu de l’huile d’arachide genre « mara be »
correspondant au ratio 4 :1
Deuxième Partie
52
On peut ainsi représenter ces différents résultats selon les courbes suivantes :
Figure 9 : courbes représentant le pourcentage en diester en fonction du catalyseur
potasse et soude (courbes correspondant au tableau 12, ratio 3 :1)
Figure 10 : courbes représentant le pourcentage du diester en fonction du catalyseur
potasse et soude (courbes correspondant au tableau 13, ratio 4 :1 )
II.2.2.4. Interprétation
D’après les courbes observées ci-dessus, on peut avancer les explications
suivantes :
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
0,3 0,4 0,6 0,8
Quantité de catalyseur (g)
Ren
dem
ent d
ies rendement en
diester avecratio 3:1rendement endiester avecratio 4:1
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
0,3 0,4 0,6 0,8
Quantité de catalyseur (g)
Rend
emen
t die
s rendement endiester avec dupotasserendement endiester avec dela soude
Deuxième Partie
53
D’abord pour le catalyseur potasse, on observe une augmentation du rendement
avec la quantité du catalyseur aussi bien pour le ratio [3 :1] que pour le ratio [4 :1] ; mais
cette augmentation s’arrête jusqu’à une certaine quantité du catalyseur (0.6 g). Cette
quantité (0.6 g) correspond donc à la quantité maximale nécessaire ou au-delà de cette
quantité, il y a diminution du rendement en biodiesel
Cela s’explique par le fait que selon la réaction chimique, la potasse attaque d’abord
l’alcool donnant naissance à l’alcool potassique et à une certaine quantité d’eau et c’est
l’alcool potassique qui réagit de nouveau avec l’huile pour donner le diester et la
glycérine.
Etant donné qu’on utilise 3 moles d’alcools ( ratio [3 :1]), donc la quantité de potasse
utilisée doit être suffisante mais pas en excès pour pouvoir attaquer l’alcool et pour être
suffisante pour réagir avec l’huile afin de la convertir en quantité élevée en diester.
Pourtant l’excès du catalyseur ne fait que d’augmenter la réaction de saponification
favorisant la formation de savon
Ainsi, le rendement augmente avec le ratio [4 :1] que le ratio [3 :1] en effet, la quantité
d’alcool augmente et le fait d’ajouter plus de catalyseurs augmente le rendement en
diester car il y a alors plus d’alcool potassique qu’avec le ratio [3 :1] pour réagir avec
l’huile afin d’obtenir plus de diester et de réduire la quantité du glycérine
Ensuite, en ce qui concerne le catalyseur soude ; c’est le type de catalyseur favorable
pour la réaction de saponification en d’autre terme pour la formation de savon donc sa
quantité doit être le plus faible que possible s’il entre dans la réaction de
transesterification afin d’éviter la formation de savon
Cliché 8 : formation de savon en utilisant le catalyseur soude
Deuxième Partie
54
II.3. Transesterification avec l’huile brute issue de l’arachide « mena kely »
Le déroulement de l’expérience ainsi que les caractéristiques de l’huile sont les
mêmes qu’avec la précédente mais seulement l’huile issue de ce genre est plus claire
que la précédente ce qui change le rendement en diester
II.3.1. Réaction avec le méthanol II.3.1.1. Pour le ratio molaire 3 :1
Catalyseurs (g) 0.3 0.4 0.6 0.8
Potasse Rendement
(%)
70.60 84.16 90.27 81.43
Soude Rendement
(%)
52.72 Formation de
savon
Formation de
savon
Formation de
savon
Tableau 14 : rendement du diester à partir de l’huile d’arachide issue du genre mena kely avec du
méthanol (tableau correspondant au ratio 3 :1)
II.3.1.2. Pour le ratio molaire 4 :1 Catalyseurs (g) 0.3 0.4 0.6 0.8
Potasse Rendement
(%)
77.07 86.47 92.32 84.22
Soude Rendement
(%)
54.30 65.75 83.45 Formation de
savon
Tableau 15 : rendement du diester à partir de l’huile d’arachide issue du genre mena kely avec
du méthanol (tableau correspondant au ratio 4 :1)
Ces différents résultats sont ainsi représentés par les différentes courbes suivantes
Deuxième Partie
55
Figure 11 : courbes représentant le pourcentage du diester en fonction du catalyseur
potasse et soude; courbes correspondant au tableau 14 (ratio 3 :1)
Figure 12 : courbes représentant le pourcentage du diester en fonction du catalyseur
potasse ; et soude ; courbes correspondant au tableau 15 (ratio 4 :1)
II.3.1.3. Interprétation
D’après les courbes obtenues ; on peut constater qu’on a les mêmes résultats que
ceux obtenus avec l’huile brute issue du genre « mara be ». Cependant, les rendements
en diester augmentent aussi bien avec le ratio [3 :1] qu’avec le ratio [4 :1] pour le genre
« mena kely » ; en effet, l’huile avec de couleur claire améliore le rendement en diester et
diminue ainsi la quantité de glycérine; donc, la qualité de l’huile a un effet sur la quantité
du biodiesel.
0,00%10,00%20,00%30,00%40,00%50,00%60,00%70,00%80,00%90,00%
100,00%
0,3 0,4 0,6 0,8
Quantité de catalyseur (g)
Ren
dem
ent d
iest rendement en
diester avecdu potasse
rendement endiester avecde la soude
0,00%10,00%20,00%30,00%40,00%50,00%60,00%70,00%80,00%90,00%
100,00%
0,3 0,4 0,6 0,8
Quantité de catalyseur (g)
Ren
dem
ent d
ies rendement en
diester avec dupotasse
rendement endiester avec dela soude
Deuxième Partie
56
0,00%10,00%20,00%30,00%40,00%50,00%60,00%70,00%80,00%90,00%
100,00%
0,3 0,4 0,6 0,8
rendementsissus dugenre HKrendementsissus dugenre HB
Le tableau suivant nous donne la comparaison des rendements obtenus à partir des
deux genres et en utilisant le méthanol comme réactif et la potasse comme catalyseur
Catalyseur
(g)
0.3 0.4 0.6 0.8
Genre
« mena kely »
noté HK
70.60% 84.16% 90.16% 81.43%
Genre
« mara be » noté
HB
21.45% 40.88% 71.07% 60.35%
Tableau 16 : comparaison des rendements obtenus issus des deux genres
A partir de ce tableau, on obtient la courbe suivante :
Figure 13 : courbes représentant la comparaison des rendements issus des deux genres
II.3.2. Réaction avec l’éthanol 95° : II.3.2.1. Pour le ratio molaire 3 :1
Catalyseurs (g) 0.3 0.4 0.6 0.8
Potasse Rendement (%) 50.72 60.82 81.07 60.28
Soude Rendement (%) 50.45 Formation de
savon
Formation de
savon
Formation de
savon
Tableau 17 : rendement du diester à partir de l’huile d’arachide issue du genre mena kely avec
de l’éthanol (tableau correspondant au ratio 3 :1)
Deuxième Partie
57
II.3.2.2. Pour le ratio molaire 4 : 1 Catalyseurs (g) 0.3 0.4 0.6 0.8 Potasse Rendement (%) 69.38 80.36 84.28 69.30
Soude Rendement (%) 30.50 35.50 Formation de
savon
Formation de
savon
Tableau 18 : rendement du diester à partir de l’huile d’arachide issue du genre mena kely avec
de l’éthanol 95° (tableau correspondant au ratio 4 :1)
Les résultats ainsi obtenus à partir de l’éthanol sont représentés par les figures suivantes :
Figure 14: courbes représentant le pourcentage en diester en fonction du catalyseur
potasse et soude (courbes correspondant au tableau 17 ratio 3 :1)
Figure 15 : courbe représentant le pourcentage en diester en fonction du catalyseur
potasse et soude (courbe correspondant au tableau 18 (ratio 4 :1)
0,00%
10,00%20,00%
30,00%
40,00%50,00%
60,00%
70,00%80,00%
90,00%
0,3 0,4 0,6 0,8
Quantité de catalyseur (g)
Ren
dem
ent d
ies rendement en
diester avec dupotasse
rendement endiester avec dela soude
0,00%
10,00%20,00%
30,00%
40,00%50,00%
60,00%
70,00%80,00%
90,00%
0,3 0,4 0,6 0,8
Quantité de catalyseur (g)
Ren
dem
ent d
ies rendement en
diester avec dupotasse
rendement endiester avec dela soude
Deuxième Partie
58
II.3.2.3. Interprétation
Selon les courbes obtenues, on observe qu’on a les mêmes allures que celles
obtenues avec les précédentes ; c'est-à-dire que les rendements en diester augmentent
avec la quantité du catalyseur jusqu’à une quantité limite (0.8g). Cependant, les
rendements ont tendance à diminuer par rapport au rendement obtenu en utilisant du
méthanol comme réactif. Cela est dû en fait que le méthanol utilisé était à degré élevé
(99°) alors que l’éthanol a un degré faible (95°). Par conséquent donc, la qualité de
l’alcool a aussi un effet sur la quantité du biodiesel obtenu
II.3.3. Réaction avec l’éthanol 98°
Dans cette réaction, on a seulement utilisé comme catalyseur le potasse ; ainsi,
l’éthanol a été enrichi d’abord par distillation fractionnée ensuite par utilisation de la
chaux vive
II.3.3.1. Pour le ratio molaire 3 :1 Taux de potasse (g) 0.3 0.4 0.6 0.8
% en diester 69.08 81.17 88.85 72.05
Tableau 19 : pourcentage du diester à partir de l’huile d’arachide issue du genre « mena kely »
avec de l’éthanol 98° et correspondant au ratio 3 :1
II.3.3.2. Pour le ratio molaire 4 :1
Taux de potasse (g) 0.3 0.4 0.6 0.8
% en diester 75.65 83.90 90.39 80.53
Tableau 20 : quantité et pourcentage du diester à partir de l’huile d’arachide issue du genre
« mena kely » avec de l’éthanol 98° et correspondant au ratio 4 :1
Ainsi donc, on représente ces résultats selon les courbes suivantes :
Deuxième Partie
59
Figure 16 : courbes représentant le pourcentage en diester obtenu à partir de l’huile
issue du genre « mena kely » avec de l’éthanol 98° et correspondant respectivement au
ratio 3 :1 et 4 :1
II.3.3.3. Interprétation
En utilisant l’éthanol à peu près absolu (98°) ; on constate que le rendement en
diester augmente progressivement par rapport à celui obtenu avec de l’éthanol anhydre
(95°). Ce qui signifie que le degré de l’alcool influe beaucoup sur la transformation en
diester. En effet, l’alcool absolu est presque totalement débarrassé de l’eau donc cette
dernière n’intervient pas dans la réaction de transesterfication et ne risque pas de
favoriser une réaction de saponification.
On pourrait ainsi comparer les rendements obtenus à partir du ratio [3 :1] en utilisant
du méthanol 99°, éthanol 98°, et éthanol 95° selon le tableau suivant :
Catalyseur
(g)
0.3 0.4 0.6 0.8
Méthanol
99°
70.60% 84.16% 90.16% 81.43%
Ethanol
98°
69.08% 81.77% 88.85% 72.05%
Ethanol
95°
50.72% 60.82% 81.07% 60.28%
Tableau 21 : comparaison des rendements obtenus en utilisant divers types d’alcools
Ces donnés sont ainsi représentés par la figure suivante :
0,00%10,00%20,00%30,00%40,00%50,00%60,00%70,00%80,00%90,00%
100,00%
0,3 0,4 0,6 0,8
Quantité de catalyseur (g)
Ren
dem
ent d
ies rendement en
diester avecratio 3:1
rendement endiester avecratio 4:1
Deuxième Partie
60
Figure 17 : courbes représentant les rendements en diester en utilisant divers types
d’alcools
II.4. Le lavage du biodiesel Après la réaction de transesterification, le mélange (diester + glycérol) est décanté ;
les deux phases se séparent alors.
A la fin de décantation, les deux phases obtenues sont mélangées de nouveaux tout
en ajoutant environ 15% en volume d’eau distillée.
Le nouveau mélange (diester + glycérol + eau) était agité pendant 40 minutes et à la
fin de l’agitation, le nouveau mélange est décanté pendant lequel la phase glycérol se
combine l’eau et se trouve ainsi dans la partie inférieure
Cliché 9 : agitation et décantation après lavage
Après la séparation, le biodiesel brut (phase supérieure) subit plusieurs lavages
successif jusqu’à obtention d’un biodiesel clair.
0,00%10,00%20,00%30,00%40,00%50,00%60,00%70,00%80,00%90,00%
100,00%
0,3 0,4 0,6 0,8
rendementsavec méthanol99°rendementsavec éthanol98°rendementsavec éthanol95°
Deuxième Partie
61
Cliché 10 : fin de décantation après lavage du biodiesel
II.5. Caractérisation du biodiesel La caractérisation a été effectuée à partir des échantillons d’esters méthyliques
obtenus à partir d’huile d’arachide issue du genre « mena kely ». Ainsi, elle a pour but de
vérifier que l’ester obtenu représente des caractéristiques voisines du carburant fossile.
Les opérations de caractérisation comprennent : la densité et la viscosité, l’indice
d’acidité, l’indice de cétane, et le pouvoir calorifique.
II.5.1. la densité et la viscosité La transestérification de l’huile d’arachide entraîne la diminution de sa densité et elle
devient moins visqueuse. La densité et la viscosité des esters méthyliques d’huile
d’arachide décroissent ainsi avec la température. Le tableau suivant nous donne les
valeurs de ces caractéristiques en fonction de la température.
Température 15°c 20°c 25°c 37°c
Densité 0.87 - 0.86 -
Viscosité - 12.60 - 12.3
Tableau 22 : densité et viscosité des EMHV
II.5.2. Indice d’acidité Avant la réaction de transésterification, l’indice d’acidité de l’huile brute d’arachide a
été déterminé expérimentalement ; les résultats indiquent ainsi une acidité de 0.4 à 0.6.
Cependant, après avoir transestérifié l’huile, les résultats expérimentaux montrent que
l’acidité des esters méthyliques et éthyliques d’huile d’arachide est de 0.2 à 0.3. Ce qui
indique que le procédé de transestérification permet de réduire le taux d’acidité de l’huile.
Deuxième Partie
62
Il est à noter que l’acidité de l’huile influence beaucoup les quantités du catalyseur
utilisées lors de la réaction de transestérification ; en effet, les huiles ayant une acidité
élevée consomment beaucoup plus de catalyseur que celles ne contenant que peu ou
même pas d’acide gras libres.
II.5.3. Indice de cétane L’indice de cétane est une caractéristique qui exprime l’aptitude d’un combustible
diesel à l’auto inflammation et à la combustion dans un moteur diesel.
Il représente la quantité de cétane dans un mélange cétane – alphaméthylnaphtalène
qui donne la propriété auto inflammation de l’huile estérifiée identique à celle du gazole.
L’indice de cétane peut être déterminée selon l’équation de Klopfenstein :
Ic = 58.1 + 2.8 * 2
)8( −n - 15.9 * N
Avec n = nombre de carbone
N = nombre de doubles liaisons
Cependant, l’Ic peut aussi être calculé à partir d’indice d’iode et de saponification des
esters obtenus expérimentalement :
Ic = 58.1 + 2.8 * x
5458 - 0.225 * y
Avec x = Indice de saponification
Y = Indice d’iode
Après calcul donc, l’indice de cétane pour les esters méthyliques d’huile d’arachide
est estimé à 56.1 ; une valeur qui est proche et même plus élevée que celle d’un
carburant fossile.
II.5.4. Pouvoir calorifique Le pouvoir calorifique est l’un des caractéristiques qui différencient les EMHV d’un
carburant fossile ; il en sort que les EMHV ont un pouvoir calorifique plus élevé que le
gazole
Ainsi, le pouvoir calorifique peut être estimé à partir d’une équation empirique :
Pc = 11380 – Ii – 9.15 * Is
Avec Ii = indice d’iode
Is = Indice de saponification
Deuxième Partie
63
Après calcul, le pouvoir calorifique des esters méthyliques d’huile d’arachide est
estimé à 39 647
II.5.5. Caractéristiques des esters d’huile d’arachide et du
gazole
caractéristiques Huile d’arachide brute EMHV Gazole
Densité à 15°c 0.91 – 0.92 0.87 0.82 -0.87
Viscosité à 20°c 71.07 – 86.15 12.60 3 – 4
Pouvoir calorifique KJ /
litre
39 647 38 400
Indice de cétane 56.1 45 - 52
Indice d’acide 0.4 – 0.6 0.2 – 0.3 nulle
Indice de saponification 188-195 57.50
Point d’éclair 55
Point de pulvérisation - 50
Tableau 23 : caractérisation des EMHV et du gasoil
II.5.6. Essai moteur des esters méthyliques et éthyliques d’huile
d’arachide Le moteur que nous avons utilisé est un moteur de Kubota marque chinois HS. Les
spécificités du moteur ne sont pas toutes connues mis à part sa puissance qui est de 7
chevaux.
Avant l’essai avec les esters d’huile d’arachide, des problèmes du moteur liés à des
facteurs mécaniques ont été rencontrés. En effet :
• Le moteur est resté longtemps inactif.
• La dernière utilisation du moteur a été faite avec de l’huile de pourghère pur
sans modification. Cette dernière a favorisé des dépots de résidus dans le
réservoir du moteur ainsi que dans la pompe.
• De l’air s’est introduit dans le carburateur d’où la nécessité de la purger.
Ces problèmes ont provoqué la difficulté de démarrage à froid du moteur.
Lorsque le moteur est mis en marche, les esters méthyliques et éthyliques d’huile
d’arachide ont été testés.
Deuxième Partie
64
Cliché 11 : moteur alimenté par l’huile d’arachide
Le moteur a bien démarré et est resté en marche pendant une dizaine de minute
jusqu’à l’épuisement des esters utilisés. On n’a pas rencontré alors des problèmes
majeurs du moteur.
Mais comme le moteur utilisé ne disposait pas des instruments de mesures adéquats,
nous n’avons pas pu évaluer les valeurs exactes de chaque paramètre que sont la
consommation, la puissance, la température des gaz émis.
Nous avons toutefois pu constater qu’en utilisant le biodiesel, il y a moins de
dégagement de fumée noire qu’en utilisant le gazole. Nous avons également observé
que le bruit du moteur a été le même avec les deux carburants (biodiesel et carburant
fossile).
Deuxième Partie
65
Conclusion partielle
Le biodiesel est obtenu à partir de la réaction de transesterification pendant laquelle
l’huile ajoutée à l’alcool (méthanol ou éthanol) en présence de catalyseur produit le
diester avec de la glycérine.
Avec de l’huile d’arachide, la réaction est surtout favorisée en utilisant l’huile issue
des graines genre « mena kely » et en procédant avec de l’alcool absolu en présence de
potasse comme catalyseur.
On a pu définir que le taux de catalyseur optimal est de 0,6g de KOH pour 100g
d’huile. De plus, on a constaté que plus on augmente la quantité d’alcool plus le
rendement s’améliore.
Troisième Partie :
Impacts socio-économiques et environnementaux
Troisième Partie
67
ChapitreI: Impacts socio-économiques
I.1. Impacts socio économiques à Madagascar
L’étude socio économique est faite selon l’état de la situation de l’arachide à
Madagascar. Ainsi, l’exploitation de la plante peut être vulgarisée et peut aboutir en une
activité lucrative pour certaines populations rurales.
En effet, une analyse micro et macro économique sera étudiée pour faire l’évaluation
de la plante.
I.1.1. Analyse micro économique [11]
Après une étude sur la plante d’arachide, il en ressort que l’extraction de l’huile peut
être pratiquée à faible coût dans les milieux ruraux et dans les zones où la plantation est
favorable ; cependant, les arachides si elles ne sont pas rôties, pourraient produire des
aflatoxines mortelles, il s’agit de moisissures qui ont entraîné le développement de
cancer chez les animaux de laboratoires. On note également que nombreux sont ceux
qui ont une allergie aux arachides et aux noix ; mis à part des préférences d’autres huiles
à la place d’huile d’arachide sur le plan alimentaire. De ces faits, la transformation de
l’huile en biodiesel pourrait être intéressante et faisable et permet ainsi d’approvisionner
sur les plans énergétiques les différentes zones.
Ainsi, comme le gazole est une ressource non renouvelable, en plus de son prix qui
ne cesse de grimper ; la mise en place d’un carburant de substitution comme celui à
base d’huile d’arachide est devenue importante pour remédier à ce problème. Le tableau
ci-dessous représente l’évolution des prix du gasoil affiché à la pompe des produits
pétroliers du 2003 à 2006. Entre autre, la consommation mondiale des carburants diesels
ne cesse de croître ; comme pour notre pays, la quantité du gazole importée est de
234 420m3 en 2003 et devient 403 710m3 en 2006.
La valorisation de ce projet permet aussi aux populations dans les zones rurales
d’étendre la plantation afin de disposer plus de graines permettant de produire de
grandes quantités d’huile.
Entre autre, pour le coût de l’huile d’arachide, en partant du prix des graines, de
l’extraction de l’huile et les frais de mains d’œuvre ; le prix de revient du litre d’huile
arachide brute est de 2000 ariary.
On note également les avantages obtenus à partir des coques et des tourteaux
d’arachide qui servent comme engrais organique
Troisième Partie
68
Année Mois Prix (TTC en ariary / Litre)
2003 Novembre
Décembre
718
734
2004 Octobre
Décembre
1545
1478
2005 Octobre
Novembre
1830
1720
2006 Octobre
Novembre
2100
2080
Tableau 24 : évolution des prix du gasoil affiché à la pompe des produits pétroliers du 2003 en
2006 (prix TTC en Ariary / Litre)
I.1.2. Analyse macro économique
L’arachide a été la première matière de base pour les huileries à Madagascar et dont
la culture est connue des paysans. La production arachidière est passée d’une moyenne
de plus de 44 000 tonnes entre 1970 et 1977 à moins de 32 000 tonnes entre 1981 et
1984 ; ainsi, le sud de Madagascar, principal producteur d’arachide du pays n’intervient
plus dans ce domaine que d’une façon relativement faible.
A la suite de cette diminution de production, le projet PNUD/FAO/MAG/87/001
« Promotion des cultures oléagineuses » fut mis en œuvre. Il fut prolongé par une
deuxième phase « l’intensification de la production arachidier ». Ce projet qui avait pour
but de contribuer à la relance des cultures oléagineuses s’est cantonné à l’arachide.
En effet, actuellement, l’arachide est cultivée dans tout Madagascar et la production
augmente progressivement. En 1991, Madagascar produit 0.55 tonnes d’arachides par
hectares ; en 2000, la production est de 35030 tonnes sur une superficie de 47 205
hectares, soit 0.74 tonnes par hectare ; actuellement, les rendements se situent autour
de 1.5 tonnes par hectare c'est-à-dire une production de 71 006 tonnes sur une
superficie de 95 685 hectares ; ce rendement peut ainsi donner 54 millions de litres par
an ; un rendement qui peut être amélioré et de ce fait, la production et l’utilisation de
l’huile d’arachide pourrait favoriser un meilleure potentiel économique pour le pays qui
bénéficie ainsi la moindre dépense pour les importations de carburant qui ne cessent de
croître.
Troisième Partie
69
En plus sur le marché mondial, la production mondiale arachidier enregistre une
progression soutenue, le commerce mondial des produits arachidiers porte seulement
15,5% de la production d’où l’importance de l’auto consommation sous toute les formes ;
nous verrons dans les annexes les valeurs des arachides importés et exportés.
I.1.3. Rendement et coût du biodiesel de l’huile d’arachide
Pour des raisons économiques, il et plus avantageux de produire le biodiesel à partir
d’huile d’arachide dans des endroits où l’accès à la production d’huile est facile c'est-à-
dire le plus près possible du centre d’extraction.
Ainsi, on peut évaluer le coût de production des esters méthyliques et éthyliques à
partir de l’huile d’arachide selon les données citées dans le tableau ci-dessous
Dans ce tableau, on utilise seulement comme alcool l’éthanol, pour la raison par
laquelle le méthanol n’est pas produit localement et que l’éthanol est beaucoup plus
moins cher que le méthanol.
Ainsi, les produits chimiques de grandes qualités sont remplacés par les produits
disponibles et bon marché afin d’éviter la difficulté d’accès aux produits nécessaires mais
aussi de produire des esters à faible coût.
Donc, le calcul des produits nécessaires à grande échelle a été extrapolé à partir des
essais faits dans les laboratoires ; c'est-à-dire sur des échantillons de 100g d’huile avec
de l’éthanol 98° et en utilisant le potasse comme catalyseur.
Ainsi, selon ces conditions expérimentales, les quantités nécessaires seront
indiquées dans le tableau suivant :
Produits Arachide Huile Ethanol Potasse diester
Echelle
laboratoire
100g 47g 0.6g 118.75g
Grande
échelle
100kg 36kg = 38l 17.860kg 0.228kg 31.98Kg
Tableau 25 : quantité nécessaire pour une production de diester à grande quantité
A partir de ce tableau, le prix des produits nécessaires ont été calculé selon les bases
de calcul suivant, prise en compte suivant notre enquête personnelle :
Pour l’huile (enquête réalisée au niveau de quelques vendeurs) : 100kg d’arachide
peut produire 38kg d’huile. Et 1 litre d’huile se vend à 2 000 ariary.
Troisième Partie
70
Pour l’éthanol (enquête réalisée au niveau de SIRAMA) : 100 litres d’alcool 90° vaut
200 000 ariary, or l’alcool nécessaire devrait être 98° au moins. Donc avec la quantité de
la chaux nécessaire pour rendre l’alcool à 98°, 17.860 kg d’alcool (quantité nécessaire
pour 36 kg d’huile, tableau 21) coûte 47 855 ariary.
On peut ainsi estimer le coût de production des esters éthyliques :
produits huile éthanol potasse Diester
obtenu
quantité 34.96kg
(= 38l)
17.860kg 0.228kg 31.061 Kg
(35.70l)
Prix
(ariary)
76 000 47 855 1866.81 125 721.81
Tableau 26 : coût d’esters éthyliques.
A partir de ce tableau, on peut obtenir 35.75 litres de biodiesel dont le coût global est
125 721.81 ariary, soit 3516.69 ariary le litre.
Etant donné que ce coût ne tient pas encore compte des frais des mains d’œuvres
avec les autres infrastructures (eau, electricité,…), le coût du biodiesel est supérieur au
coût du carburant fossile, donc la déclaration faite dans d’autre pays sont alors vérifiées
que produire des biocarburants selon une réaction de transestérification entre une huile
végétale et un alcool en présence de catalyseur, représente un coût élevé par rapport au
prix du carburant fossile.
En alignant ce prix (3516.69 ariary/ litre) avec celui du gazole à la pompe, c'est-à-dire
1990 ariary / litre, il y aura une perte de 1526,69 ariary / litre de diester.
Or, on obtient également comme sous produit de la glycérine, et sa vente peut
compenser la perte.
Cela revient à dire qu’à partir de la quantité de matière première utilisée ci-dessus, on
peut produire 20 litres de glycérine à coté des 35.70 litres de diester ; donc, à coté de 1
litre de diester on a 0.56 litres de glycérine qui coûte alors 1521 ariary. Par conséquent,
le glycérine doit coûter 2716 ariary le litre afin que le prix de revient des esters éthyliques
soit rentable et que le biodiesel pourrait concurrencer le gazole (un litre de glycérine
purifié est de 12000 ariary).
Aussi, en indemnisant les paysans, le prix des matières premières diminue
largement ; et en absence de taxe du produit obtenu, les biocarburants peuvent très bien
concurrencer le carburant fossile sur le marché du diesel.
Troisième Partie
71
On note également la présence d’autre sous produits tels que les tourteaux
d’arachide ; des sous produits utilisés comme engrais chimiques et en alimentation de
bétail.
En résumé donc :
38 litres d’huile d’arachide brute
35,70 litres de diester = 125 721, 81 ariary
1 litre biodiesel = 3516,69 ariary
Coût élevé par rapport au carburant fossile (gazole:1990 ariary, prix à la pompe)
38 l d’huile 35,70l diester + 20l de glycérine
Vente de glycérine constitue une compensation du prix de diester
Ainsi, pour que le diester obtenu puisse être compétitif, il faudrait que le litre de
glycérine soit vendu à au moins 2716Ar.
I.2. Bilan économique dans le monde [16] ; [17] ; [22]
Le biodiesel, comme d’ailleurs la plupart des carburants renouvelables est pénalisé
par le coût plus élevé des matières premières, ce qui le rend moins compétitif que les
carburants fossiles. Le tableau suivant nous donne la variation des prix des huiles
végétales :
Variations des prix à la tonne
Moyenne à la tonne Surcoût des biodiesels avant taxe
Huile de friture (huile
usagée)
400 $ à 500$ /tonne 450 $ 20€/l
Huile végétale (huile
vierge)
450 $ à 1080$ /tonne 765 $ 49€/l
Tableau 27 : variations des prix des huiles végétales et biodiesels [19]
Ainsi, le coût de production des biocarburants est supérieur au prix du carburant fossile (hors
taxes) même si dans le contexte actuel, le prix du baril, l’écart se réduit
Troisième Partie
72
EMHV Europe Carburant pétroliers 25$/baril Carburant pétroliers 50$/baril
0.35 – 0.65€/l 0.2$/l 0.4$/l
Tableau 28 : comparaison des prix des carburants [19]
Toutes fois, le coût supplémentaire de l’EMHV dépend dans une large mesure du prix
du pétrole brut et des variations des prix des produits pétroliers.
En France, plus de 300 000 ha sont ensemencés chaque année pour fabriquer le
diester. D’ici 2008, on estime que l’on pourra occuper entre 650 000 et 700 000 ha en
oléagineux afin de produire autour d’un million de tonnes de diester. Pour les
agriculteurs, ce biocarburant constitue un débouché en pleine expansion
I.3. Les autres intérêts des esters d’huile végétale
Les esters d’huiles végétales trouvent d’autres applications en dehors des
biocarburants :
• Les industries les utilisent pour leurs qualités de solvant non toxique et
biodégradable. Par exemple, les EHV ont contribué en 2000 au nettoyage
final des roches souillées par la marrée noire due à l’Erika sur la côte
Atlantique ; puis au pompage du fuel resté dans les cuves de l’épave ;
• Le coproduit du diester, la glycérine, est utilisé dans divers secteurs. En effet,
la glycérine, produite en même temps que le diester, répond à la forte
demande des produits d’origine végétale pour la cosmétique et la pharmacie.
Plus de 2000 applications existent actuellement pour ce coproduit issu de la
fabrication du biocarburant ;
• La consommation de diester contribue à la production des protéines
végétales ; la demande et la production croissante de diester impliquent
l’augmentation de la production des tourteaux d’oléagineux. Ceux-ci
constituent une source de protéine végétale qui est valorisée en alimentation
animale.
Comme le biodiesel peut être fabriqué à partir de cultures oléagineuses, on peut
considérer que chaque litre de biodiesel produit localement réduit les importations de
pétrole brut et favorise ainsi le développement économique et la création d’emploi des
diverses populations.
Troisième Partie
73
ChapitreII: Impacts environnementaux
II.1. Description de la situation du problème
Elle consiste à l’analyse des plus grandes villes du monde sur la pollution de
l’environnement causé par les voitures roulant à carburant diesel.
Donc, le but du projet « production du carburant vert » est de faire découvrir aux
populations des grandes villes la nouvelle technologie des voitures non polluantes qui ne
rejettent que de l’eau.
II.2. Bilan environnemental [20]
L’utilisation du biodiesel de l’huile d’arachide présente plusieurs avantages sur le plan
environnemental
II.2.1. Une réduction significative de la pollution urbaine • Le biodiesel représente une solution immédiatement exploitable pour lutter
contre la pollution par les transports.
• Le biodiesel permet de réduire les émissions de particules de monoxyde
carbone (CO) et d’hydrocarbures gazeux (HC).
• Le biodiesel augmente les émissions d’oxydes d’azote (Noix). On constate
une nette diminution des émissions de particules accompagnée d’une
diminution de la fraction insoluble et d’une augmentation de la fraction soluble
(FS).
• Il est biodégradable et améliore la combustion du carburant grâce à son
oxygène.
• Il ne contient pratiquement pas de soufre.
• Son action avec les filtres à particules est efficace, le produit est compatible
avec le système de dépollution.
Troisième Partie
74
Figure 18 : Cycle CO2 du biocarburant et du pétrole diesel [23]
II.2.2. Un bilan énergétique très positif
Les études de bilan énergétique, sur l’ensemble de la filière de la graine jusqu’à
l’incorporation du diester, montrent que la quantité d’énergie renouvelable fournie par la
combustion d’un seul carburant diester est trois fois supérieure à celle obtenue avec de
l’énergie fossile.
II.2.3. Le diester, un atout contre l’effet de serre • L’effet de serre réchauffe la température de l’air et des océans et crée des
bouleversements climatiques importants. Ce phénomène est principalement
du au CO2 ; ainsi, le secteur du transport ne parvient pas à respecter ses
engagements concernant la limitation des rejets de ce gaz. Et le diester a
l’avantage de ne pas avoir d’incidence sur l’enrichissement de l’atmosphère
en CO2 car il est une source d’énergie renouvelable contrairement au gasoil ;
entre autre, le biodiesel participe donc à la réduction de l’effet de serre.
Cycle CO2 des biocarburants
Cycle CO2 du pétrole-diesel
Troisième Partie
75
• Selon l’ADEME (Agence de l’Environnement et de la Maitrise de l’Energie) ;
un véhicule roulant avec du biocarburant économise près de 25% de ses
émissions en gaz à effet de serre par rapport à celui roulant au gazole pur.
• Une tonne de diester consommée permet d’économiser près de 2.5 tonnes
d’équivalent CO2. En 2008, cela représentera une économie de plus de 5
millions de tonnes de CO2.
Figure 19 : bilan gaz à effet de serre [23]
II.2.4. Le diester préserve la santé contre la pollution de l’air
Une étude démontre que 16 000 décès par année au Canada sont attribuables à la
pollution de l’air ce qui représentent 8% de tous les décès non accidentels au pays. Par
ailleurs, 80% des risques de cancer liés aux polluants atmosphériques sont directement
associés à l’inhalation des émissions de pétrodiesel. Autrement, l’utilisation du biodiesel
permet de diminuer l’incidence de la consommation des carburants fossiles sur les
problèmes de la santé publique.
Entre autre, l’installation d’une unité de production de biodiesel à partir d’huile
d’arachide ne présente aucune pollution ; tout est transformé : coque en combustible,
paraffine en industrie, tourteau en alimentation de bétail.
0102030405060708090
Gazole HuileColza
HuileTourn
EMHVColza
EMHVTour
Indi
cate
ur e
ffet d
e se
rre p
ar M
J g
eq
CO
2/MJ
2%
-9% -6%
-11% -10%
Troisième Partie
76
Conclusion partielle
Sur le plan technique, la production du biodiesel nécessite un coût un peu plus élevé
par rapport au prix du carburant fossile.
Cependant, avec une abondance et une accessibilité facile aux matières premières
(en augmentant la surface cultivée en plante végétale et en améliorant les rendements
obtenus en huile) ; ajoutée à la détaxation des biodiesels obtenus ; on peut dire que les
esters d’huile d’arachide peuvent bien concurrencer le gasoil sur le marché du diesel. Et,
selon le procédé de la production du biodiesel, on peut obtenir à part le diester des
coproduits tels que la glycérine et des tourteaux d’arachide qui peuvent combler le prix
du revient de la production
Ainsi, non seulement le biodiesel est une ressource renouvelable qui peut très bien
s’améliorer, mais est surtout efficace pour une meilleure protection de l’environnement en
évitant la pollution de l’air par les émissions des gaz carbonique et favorisant ainsi une
nette amélioration de la santé humaine.
Conclusion
A Madagascar, les conditions sont favorables pour la culture d’arachide ; ensuite,
l’arachide offre une très grande possibilité de valorisation ou de transformation :
production d’huile alimentaire, des tourteaux utilisés comme engrais organique ou en
alimentation animale.
Une autre exploitation de l’huile d’arachide est son utilisation comme carburant dans
les moteurs diesels, c’est une meilleure façon de bénéficier d’une autre ressource
énergétique. Sa faible acidité favorise la réaction de transestérification permettant
d’obtenir un diester ayant une viscosité et une densité quasi-identique à celles du gazole.
Ainsi, l’expérience que nous avons menée consiste en la production de biodiesel à partir
d’huile d’arachide.
Nous avons réussi à produire du diester et également de la glycérine en utilisant de
l’alcool méthylique et éthylique comme réactif et en présence d’un catalyseur (soude ou
potasse). C’est ainsi que des taux de conversion de 90.16% par rapport au poids initial
ont pu être obtenu à partir de l’alcool méthylique et ces taux sont de 88.85% avec l’alcool
éthylique.
Une analyse économique par extrapolation des données expérimentales nous a
permis de déterminer que le prix de revient du biodiesel est supérieur à celui du gazole.
Pour pouvoir baisser ce prix de revient et rendre le biodiesel compétitif, voici nos
recommandations : vulgarisation de la culture d’arachide, indemnisation des paysans,
détaxation du produit obtenu.
Enfin, en raison du potentiel de développement extraordinaire du biodiesel et de ses
effets bénéfiques sur l’environnement, on doit rapidement prendre des mesures
concrètes en faveur de ce biocarburant ce qui nous permettra ainsi d’atteindre 4 objectifs
principaux :
• Réduire de façon sensible les émissions de CO2.
• Revaloriser les coproduits issus de la réaction de transestérification.
• Réduire la dépendance envers les produits pétroliers.
• Favoriser l’établissement d’une industrie verte à haut potentiel de croissance.
Références bibliographiques
Références bibliographiques
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deart_moteur_huile_palm/Rapport%20d'essai%20150%20h%20%20version%20site%
20CODEART.pdf
Table des matières INTRODUCTION………………………………………………………………………………………………..1
Première Partie CHAPITREI: LES CARBURANTS……………………………………………………………………………..2
I.1. LE CARBURANT FOSSILE : LE GAZOLE .......................................................................................................... 2 I.2. LES BIOCARBURANTS ................................................................................................................................... 3
I.2.1. Caractéristiques des filières actuelles de biocarburant ....................................................................... 3 I.2.1.1. Modalité de fabrication, d’incorporation, et d’utilisation de biocarburant ..................................................... 3 I.2.1.2. Les avantages des biocarburants par rapport aux carburants fossiles ............................................................. 3
I.2.2. La situation des biocarburants dans le monde et ses perspectives d’évolution technologique ............ 4 I.2.2.1. La situation dans le monde ............................................................................................................................. 4 I.2.2.2. Perspectives d’évolution technologique ......................................................................................................... 5
I.2.3. Contraintes et besoin du marché des carburants ................................................................................. 5
CHAPITREII: LES MATIERES PREMIERES DU BIODIESEL…………………………………………....7
II.1. LES HUILES VEGETALES PURES ................................................................................................................... 7 II.1.1. Généralités.......................................................................................................................................... 7
II.1.1.1. Définition ...................................................................................................................................................... 7 II.1.1.2. Composition chimique des huiles végétales.................................................................................................. 7 II.1.1.3. Différentes propriétés et caractéristiques .................................................................................................... 10 II.1.1.4. Les modes d’extraction des huiles végétales............................................................................................... 14 II.1.1.5. Le raffinage des huiles végétales ................................................................................................................ 15 II.1.1.6. Utilisation des huiles végétales comme carburant....................................................................................... 17
II.1.2. Cas de la plante : Arachis hypogea ................................................................................................. 17 II.1.2.1. Historique ................................................................................................................................................... 17 II.1.2.2. Classification des arachides ........................................................................................................................ 18 II.1.2.3. Botanique et systématique de la plante ....................................................................................................... 19 II.1.2.4. L’huile d’arachide....................................................................................................................................... 23
II.2. LES ALCOOLS ............................................................................................................................................ 28 II.2.1. Généralités sur les alcools................................................................................................................ 28
II.2.1.1. Classification des alcools ............................................................................................................................ 28 II.2.1.2. Différents critères de sélection des alcools utilisés en biodiesel ................................................................. 28
II.2.2. Les méthanols ................................................................................................................................... 29 II.2.3. Les éthanols ...................................................................................................................................... 29
II.2.3.1. Obtention de l’éthanol................................................................................................................................. 29 II.2.3.2. Différents modes de déshydratation de l’éthanol ........................................................................................ 29
CHAPITREIII: LE BIODIESEL………………………………………………………………………………31
III.1. LES ESTERS D’HUILE VEGETALE : LE DIESTER .......................................................................................... 31 III.2. LA REACTION DE TRANSESTERIFICATION ................................................................................................. 32
III.2.1. Définition......................................................................................................................................... 32 III.2.2. La réaction de transesterification.................................................................................................... 34
III.2.2.1. Equation générale ...................................................................................................................................... 34 III.2.2.2. La séparation des phases............................................................................................................................ 34 III.2.2.3. Le lavage du biodiesel ............................................................................................................................... 35 III.2.2.4. Procédé de transestérification complète..................................................................................................... 36
III.2.3. Caractéristiques et cinétiques de la réaction................................................................................... 36 III.2.3.1. Effet de la qualité de l’huile....................................................................................................................... 36 III.2.3.2. Effet de la nature et quantité de l’alcool .................................................................................................... 37 III.2.3.3. Effet de la nature et de la concentration du catalyseur............................................................................... 37 III.2.3.4. Effet de la température de réaction ............................................................................................................ 38 III.2.3.5. Effet du temps de réaction ......................................................................................................................... 38
III.3. ESSAIS DE CARBURANT DE SUBSTITUTION DANS LES MOTEURS DIESELS .................................................. 39 III.3.1. essais de performance et d’endurance avec des combustibles végétaux non modifiés.................... 39
III.3.1.1. test de performance.................................................................................................................................... 39 III.3.1.2. test d’endurance......................................................................................................................................... 40
III.3.2. essais de performance et d’endurance avec des huiles végétales estérifiées................................... 41
Deuxième Partie CHAPITREI: PREPARATION DES ALCOOLS ……………………………………………………………44
I.1. AVANT PROPOS........................................................................................................................................... 44 I.2. PREPARATION DE L’ETHANOL ..................................................................................................................... 44
I.2.1. Préparation de l’agent de déshydratation.......................................................................................... 44 I.2.2. Enrichissement de l’éthanol ............................................................................................................... 45
I.2.2.1. La distillation fractionnée............................................................................................................................. 45 I.2.2.2. Mise en œuvre de la déshydratation par la chaux vive ................................................................................. 45
CHAPITREII: MISE EN ŒUVRE DE LA REACTION DE TRANSESTERIFICATION………………..47
II.1. AVANT PROPOS.......................................................................................................................................... 47 II.2. TRANSESTERIFICATION AVEC DE L’HUILE BRUTE ISSUE DE L’ARACHIDE « MARA BE » .............................. 48
II.2.1. Obtention de l’huile .......................................................................................................................... 48 II.2.2. Caractéristiques de l’huile................................................................................................................ 49
II.2.2.1. Réaction avec le méthanol .......................................................................................................................... 49 II.2.2.2. Pour le ratio molaire 3 :1............................................................................................................................. 51 II.2.2.3. Pour le ratio molaire 4 :1............................................................................................................................. 51 II.2.2.4. Interprétation............................................................................................................................................... 52
II.3. TRANSESTERIFICATION AVEC L’HUILE BRUTE ISSUE DE L’ARACHIDE « MENA KELY » ............................... 54 II.3.1. Réaction avec le méthanol ................................................................................................................ 54
II.3.1.1. Pour le ratio molaire 3 :1............................................................................................................................. 54 II.3.1.2. Pour le ratio molaire 4 :1............................................................................................................................. 54 II.3.1.3. Interprétation............................................................................................................................................... 55
II.3.2. Réaction avec l’éthanol 95° :............................................................................................................ 56 II.3.2.1. Pour le ratio molaire 3 :1............................................................................................................................. 56 II.3.2.2. Pour le ratio molaire 4 : 1............................................................................................................................ 57 II.3.2.3. Interprétation............................................................................................................................................... 58
II.3.3. Réaction avec l’éthanol 98° .............................................................................................................. 58 II.3.3.1. Pour le ratio molaire 3 :1............................................................................................................................. 58 II.3.3.2. Pour le ratio molaire 4 :1............................................................................................................................. 58 II.3.3.3. Interprétation............................................................................................................................................... 59
II.4. LE LAVAGE DU BIODIESEL ......................................................................................................................... 60 II.5. CARACTERISATION DU BIODIESEL ............................................................................................................. 61
II.5.1. la densité et la viscosité .................................................................................................................... 61 II.5.2. Indice d’acidité ................................................................................................................................. 61 II.5.3. Indice de cétane ................................................................................................................................ 62 II.5.4. Pouvoir calorifique ........................................................................................................................... 62 II.5.5. Caractéristiques des esters d’huile d’arachide et du gazole............................................................. 63 II.5.6. Essai moteur des esters méthyliques et éthyliques d’huile d’arachide ............................................. 63
Troisième Partie CHAPITREI: IMPACTS SOCIO-ECONOMIQUES………………………………………………………...67
I.1. IMPACTS SOCIO ECONOMIQUES A MADAGASCAR ........................................................................................ 67 I.1.1. Analyse micro économique................................................................................................................. 67 I.1.2. Analyse macro économique................................................................................................................ 68 I.1.3. Rendement et coût du biodiesel de l’huile d’arachide........................................................................ 69
I.2. BILAN ECONOMIQUE DANS LE MONDE ........................................................................................................ 71 I.3. LES AUTRES INTERETS DES ESTERS D’HUILE VEGETALE .............................................................................. 72
CHAPITREII: IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX………………………………………………………..73
II.1. DESCRIPTION DE LA SITUATION DU PROBLEME .......................................................................................... 73 II.2. BILAN ENVIRONNEMENTAL ...................................................................................................................... 73
II.2.1. Une réduction significative de la pollution urbaine.......................................................................... 73 II.2.2. Un bilan énergétique très positif....................................................................................................... 74 II.2.3. Le diester, un atout contre l’effet de serre ........................................................................................ 74 II.2.4. Le diester préserve la santé contre la pollution de l’air ................................................................... 75
Conclusion générale………………………………………………………………………..77
Références bibliographiques…………………………………………………………..79
Annexes
Annexes
A-1
Annexe 1 : Déroulement de la réaction de transésterification
• Peser 100g d’huile dans un bécher ou dans un erlenmeyer.
• Peser le taux du catalyseur correspondant (potasse ou soude).
• Peser la quantité de l’alcool selon le type et selon le ratio molaire utilisé.
• Verser l’alcool dans le catalyseur puis agiter le mélange jusqu’à dissolution complète
du catalyseur.
• Verser la solution alcool potassique ou alcool sodique dans de l’huile suffisamment
chauffée.
• Agiter le mélange obtenu (huile+alcool+catalyseur) pendant 2 heures à une
température de 50°c.
• Après deux heures d’agitation, verser le mélange dans une ampoule à décanter.
• Laisser reposer pendant au moins 24 heures puis séparer les phases obtenues.
Annexe 2 : Indice de saponification
La saponification devrait être effectuée dans un bécher ou erlenmeyer résistants aux
alcalins, et l’ébullition doit se faire lentement lors du chauffage.
Réactifs :
• Huile végétale
• Alcool potassique (KOH+CH3COOH)
• Acide chlorhydrique (HCl 0.5N)
• Papier filtre pour l’élimination des impuretés et les traces d’eau
• Phénophtaléine comme indicateur
Mode opératoire :
• Préparation de l’alcool potassique :
o Dissoudre 40g de KOH dans 1l d’alcool éthylique et maintenir la température
au dessous de 15°c jusqu’à dissolution complète du KOH
o Porter à l’ébullition la solution claire au bain marie pendant 30 à 60 minutes
o Distiller la solution et récupérer l’alcool pur à 95%
• Filtrer l’huile à l’aide du papier filtre pour éliminer les impuretés et les traces d’eau.
• Préparer la détermination du blanc de la même façon.
• Peser 2 à plus ou moins 0.001g d’huile filtrée et ajouter 25ml avec de l’alcool
potassique préparé précédemment.
Annexes
A-2
• Porter à ébullition lente pendant 1 heure.
• Ajouter 4 à 5 gouttes de phénophtaléine pendant que le produit est encore chaud.
• Titrer avec de l’HCl 0.5N jusqu’à la disparition complète de la couleur rouge.
• Calculer l’indice de saponification selon :
IS=P
VV )'(*05.28 −
Avec V = volume en ml de HCl 0.5N consommé pour le titrage du blanc
V’ =volume en ml de HCl 0.5N consommé pour le titrage de l’échantillon
P = masse en gramme de l’échantillon
IS = indice de saponification
Annexe 3 : Indice d’acidité
Réactifs :
• Alcool éthylique absolu
• Solution de phénophtaléine 1%
• Hydroxyde de potassium 0.1N
• Hydroxyde de potassium 0.5N
• Ether éthylique
• Mélange alcool éthylique et éther éthylique neutralisé exactement avec la solution
d’hydroxyde de potassium 0.1N ou 0.5N (dans l’éthanol) et avec de la
phénophtaléine comme indicateur.
Mode opératoire :
• Peser avec une précision de 0.01g 5 à 10g d’huile dans un bécher de 250ml
• Dissoudre l’huile dans 50ml du mélange éthanol – éther.
• Ajouter quelques gouttes de phénophtaléine et agiter continuellement.
• Titrer avec la solution d’hydroxyde de potassium 0.5N (ou 0.1N si l’acidité est
inférieure à 2) jusqu’au virage de l’indicateur.
• Calculer l’indice d’acide selon :
IA= P
NV **1.56
Avec V = volume en ml de solution éthanolique de KOH utilisé
N = normalité de la solution de KOH utilisé
P = masse en gramme de l’échantillon
IA = indice d’acide
Annexes
A-3
Annexe 4 : détermination de la densité
La densité a été mesurée à l’aide d’un pycnomètre.
L’expérience est effectuée en deux temps :
• Mesure avec l’huile brute d’arachide
• Mesure avec l’huile estérifiée
Mode opératoire :
• Rincer le pycnomètre avec de l’eau distillée puis le faire sécher
• Verser l’échantillon dans le matériel
• Mesurer la densité de la manière suivante : la solution monte le long du tube du
pycnomètre jusqu’à une certaine valeur
• Prendre la valeur indiquée et calculer la densité
Annexe 5 : Productions d’arachide et superficie cultivée par Faritany
SUPERFICIE (ha) PRODUCTION (tonnes)
1997 1998 1999 2000 1997 1998 1999 2000
Antananarivo 14 245 14 095 14 095 14 150 9 660 9 170 9 360 9 510
Antsiranana 1 425 1 410 1 410 1 420 1 080 1 026 1 035 1 080
Fianarantsoa 10 450 10 340 10 340 10 360 8 945 8 500 8 680 8 875
Mahajanga 7 135 7 060 7 060 7 095 6 090 5 750 5 805 5 890
Toamasina 2 850 2 820 2 820 2 830 2 145 2 040 2 060 2 100
Toliara 11 395 11 275 11 275 11 350 7 880 7 485 7 560 7 575
Nationale 47 500 47 000 47 000 47 205 35 800 33 971 34 500 35 050
Source : Statistiques agricoles Minagri 2000
Annexes
A-4
Annexe 6 : Variétés d’arachide vulgarisées à Madagascar
Variétés Type Cycle Valencia 247 Arachide de bouche 90-120 Hauts plateaux et baiboho du nord
ouest Spanish 61-24 Pour huile 90-100 Sud ouest Hybride H33 De bouche pour huile 90-100 Sud ouest Bunch Pour huile 120 Régions chaudes et humides (est) Valencia 57-103 Pour huilerie 120 ouest SA 291 De bouche et d’huilerie 120-140 Moyen ouest SA 156 De bouche et d’huilerie 140 Centre ouest (700-900mm alt/
pluvieuse) mwintude D’huilerie 150 Hauts plateaux
Source : Valy agridéveloppement - Cultures vivrières 2001
Annexe 7 : commerce extérieur de l’arachide
Exportation
1999 2000 2001
PRODUITS Pays de destination
Valeur FOB
Millions Fmg
Poids net
(tonnes)
Pays de destination
Valeur FOB
Millions Fmg
Poids net
(tonnes)
Pays de destination
Valeur FOB
Millions Fmg
Poids net
(tonnes)
Arachides non grillées
- 402,4 123,7 - 1 276,2
538,4 - 524,2 192,3
Arachides non grillées en coques
- Comores
France Maurice Réunion
293,5 4,2 3,6
125,2 160,4
91,40,10,2
48,042,9
-91,40,10,2
MauriceRéunion
457,3--
219,7237,5
161,5--
87,474,0
91,4 0,1 0,2
Maurice Réunion
256,3 - -
92,8 163,5
94,0--
36,757,2
Arachides non grillées décortiquées
- -
Comores Maurice Réunion
108,8 3,2
50,8 54,8
32,31,318
12,9
-ComoresMauriceRéunion
France
818,92,0
735,177,6
4,1
376,91,5
336,937,8
0,5
- -Comores
Maurice Réunion
267,8 0,8
134,6 132,6
-
98,30,9
59,937,5
-
Pistaches - -
Comores Maurice Réunion
63,2,8 0,07 62,8
0,4
20,90,004
18,42,5
--
Maurice-
43,0-
43,0-
35,3-
35,3-
- Singapour
- -
14,9 14,9
5,45,4
- - 867,9 268,3 - 2 595,4
1 112,1
1 063,2
390
Source : Min Commerce 2001
Annexes
A-5
Importation
Importation
1999 2000 2001
PRODUITS Pays de destination
Valeur CAF
Millions Fmg
Poids net
(tonnes)
Pays de destination
Valeur CAF
Millions Fmg
Poids net
(tonnes)
Pays de destination
Valeur CAF
Millions Fmg
Poids net
(tonnes)
Pistaches -- France
Afrique du S
ZFI M/car
20,07 1,5
13,9 4,6
1,40,13
1,04,6
---France
Afrique du S
ZFI M/car
66,59,5
52,64,4
5,61,1
40,5
---- France
UE -
26,3 17,8
8,5
2,51,7
Huile d'arachide
- France
Réunion Singapour
26,9 0,2 0,1
26,5
3,010,040,03
3
--France
ItalieUE
Chine
5,30,60,41,32,9
0,40,060,04
0,10,1
0,4 France
Italie UE
Japon
9,2 4,5 0,3 4,0 0,2
0,90,50,10,2
0,02
Huile d'arachide brute
- -France
0,1 0,1
0,010,01
- - - - - -
Source : Min Commerce 2001
Annexe 8 : production de gaz à effet de serre
Annexes
A-6
Annexe 9 : contenu énergétique des carburants
Annexes
A-7
A
NN
EXE
10 :
Effe
t de
la s
truc
ture
chi
miq
ue s
ur le
s po
ints
de
fusi
on e
t
d’éb
ullit
ion
des
acid
es g
ras
et d
e le
urs
este
rs m
éthy
lique
s
Annexes
A-8
Annexe11 : Evolution des importations d’huiles végétales de Madagascar
HUILES VEGETALES
Q/V 2000 2001 2002 2003
Q 698 1 788 2 634 2 568 Huile de palme brute V 1 778 980 4 170 672 8 577 047 11 353 877
Q 66 014 31 491 18 840 40 766 Huile de soja brute V 226 064 829 87 344838 64 650 233 162 915 917
Q 0.4 1 2 1 Huile d’arachide brute V 5 245 9 188 16 900 11 496
Q 0.2 2 0.01 Huile de ricin ou autre V 4 773 29 223 102
Q 16 143 1 Huile de colza V 92 998 631 418 4 205 Q 623 1 171 602 2 274 Huile de coco
coprah V 2 706 143 3 176 595 2 207 812 9 692 979 Q 1 047 1 592 62 680 Huile de tournesol V 3 605 971 7 839 437 414 901 2 640 448
Source : Statistique agricole, MAEP, 2003 Q : Quantité (Tonne) V : valeur en milliers de fmg
Annexe12 :marché des carburants à madagascar
Marché local
2002 (*) 2003 %var 01/03
2004 %var 03/04
2005 %var 04/05
2006 %var 05/06
GAZ (T) EA JET SC ET PL GO FO
4 031 742 20 417 3 458 91 159 35 440 270 014 19 979
6 341 +27%720 -27%
42 059 -24% 5 699 -17% 119 615 -12% 43 923 - 4 % 356 243 +5 % 30 700 -19%
7 924 +25% 921 +28%
55 274 +31% 6 928 +22% 112 781 - 6 % 46 374 + 6 % 401 938 +13% 33 081 + 8 %
8 008 + 1% 795 -14% 63 673 +15% 7 339 + 6% 105 285 -7 % 41 174 -11% 403 739 +0% 29 209 -12%
6 822 -15% 553 -30% 65 572 +3% 12 671 +73% 90 612 -14% 39 809 -3 % 400 900 -1 % 25 590 -12%
Total 445 238 605 300 -4% 665 220 +10% 659 221 -1 % 642 528 -3 %% variatio-on(#)
-29,1% -3,6% +9,9% -0,9% -2,5%
EXPORTATIONS
2002 (*) 2003 %var 01/03
2004 %var 03/04
2005 %var 04/05
2006 %var 05/06
GAZ (T) GO FO
344 -
71 238
449 -- -
216 678 +99%
- -- -
117 517 -46%
- - 1 172 -
- -
- -- -- -
71 582 217 127 +100% 117 517 -46% 1 172 -99% - -% variation (#) -34,2% +99,6% -45,9% -99,0% -100%
Annexes
A-9
IMPORTATIONS
2002 (*) 2003 %var 01/03
2004 %var 03/04
2005 %var 04/05
2006 %var 05/06
GAZ (T) EA JET/DPK SC ET GO FO
2 903 256
39 452 2 784
73 632 218 420 38 457
3 735 +8%768 -62%
39 958 -21%4 927 +133%
29 948 -54%234 940 -6%102 595 +66%
6 794 +82%1 360 +77%
66 240 +66%4 726 -4%
56 159 +88%320 560 +36%21 116 -79%
6 444 -5% 768 -44%
115 237 +74% 8 558 +81%
108 750 +94% 409 631 +28%
8 182 -61%
8 128 +26%699 -9%
97 394 -15%13 333 +56%91 253 -16%
403 710 -1%35 913 +339%
Pdts Finis 375 904 416 871 -4% 476 955 +14% 657 570 +38% 650 429 -1%Pétrole Brut 214 275 414 677 +7% 254 552 -39% - - - -Total 590 179 831 548 +1% 731 507 -12% 657 570 -10% 650 429 -1%% variation (#) -28,2% +1,2% -12,0% -10,1% -1,1%
______________ (#) Variation par rapport à la même période de l’année 2003, cf. note (*) (*) pour année 2003, % variations rapportées à l’année 2001 ( au lieu 2002) en raison de la crise politique du 1er semestre 2002 (§) Stocks en volumes et en jours d’autonomie; autonomies calculées sur base du marché local du mois (ou année) écoulé(e) PRIX CAF MOYENS ( $/TM )
2002 2003 2004 2005 2006 Brut 247 237 267 0 0 GAZ EA JET/PL SC ET GO FO
420 1154 281 326 316 254 170
261 1231 298 338 348 282 168
647 1289 438 456 439 383 169
543 1253 572 576 569 508 374
693 1873 685 719 682 615 376
Pdts Finis 260 258 392 527 621 EA : Essence aviation SC : Super carburant ET : Essence touriste GO : Gazoil FD : Fioul doméstique.
Source OMH
