Page 1
UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
FACULTE DES SCIENCES
DEPARTEMENT DE CHIMIE MINERALE ET
CHIMIE PHYSIQUE
Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du
Diplôme d’Etudes Approfondies de CHIMIE
(D.E.A.)
Option : CHIMIE PHYSIQUE
Titre
PREPARATION ET CARACTERISATION D’UN BIODIESEL OBTENU A PARTIR DE RAVENALA madagascariensis
Présenté par
RAJAONARIVONY Andriaharimanana Faniry
Présenté publiquement le 31 Octobre 2014
devant la commission d’examen composée de :
Président : Monsieur RAKOTOARIMANGA Jeannot Victor, Professeur Titulaire
Rapporteur : Monsieur RAFENOMANANTSOA Alphonse, Professeur Titulaire
Examinateurs : Monsieur RAJERISON Wilson Adolphe, Professeur Titulaire
Monsieur TIANASOA RAMAMONJY Manoelson, Maître de Conférences
Page 2
i
REMERCIEMENTS
En premier lieu, j’adresse mon plus vif remerciement à Dieu le Créateur car c’est
grâce à lui que mes études ont été menées à terme.
Ce travail a été effectué au Laboratoire de Chimie Physique des Macromolécules sous
la direction de Monsieur RAFENOMANANTSOA Alphonse, Professeur Titulaire à la Faculté
des Sciences de l’Université d’Antananarivo qui, non seulement a proposé ce sujet mais a
également consacré tout son temps pour assurer l’encadrement malgré ses nombreux
engagements. Qu’il trouve ici l’expression de ma profonde reconnaissance.
Je tiens à remercier également :
- Monsieur RAKOTOARIMANGA Jeannot Victor, Professeur Titulaire à la Faculté des
Sciences de l’Université d’Antananarivo, de m’avoir fait l’honneur de présider le jury de
Mémoire malgré ses nombreuses responsabilités.
- Monsieur, RAJERISON Wilson Adolphe, Professeur Titulaire à la Faculté des Sciences
de l’Université d’Antananarivo pour avoir bien voulu siéger au jury de cette soutenance
en qualité d’examinateur et pour toutes les connaissances qu’il nous a transmises durant
nos études.
- Monsieur, TIANASOA RAMAMONJY Manoelson, Maître de Conférences et Chef du
Département de Chimie Minérale et Chimie Physique pour sa disponibilité à juger ce
mémoire malgré ses lourdes tâches. .
J’adresse également mes vifs remerciements à tous les Enseignants ainsi qu’au
Personnel du Département Chimie Minérale et Chimie Physique, plus particulièrement
l’équipe du laboratoire pour l’ambiance sereine qu’elle a toujours su entretenir.
Je ne voudrais pas non plus oublier toutes les personnes que j’ai côtoyées chaque
jour, et qui ont fait que cette mémoire était plus qu’un simple travail.
Je n’oublierai par remercier ma famille, mes amis (es) et tous ceux qui ont contribué
de près ou de loin à la réalisation de cet ouvrage.
Page 3
ii
LISTE DES ABREVIATIONS
ADP: Adenosine DiPhosphate
ATP: Adenosine TriPhosphate
AG: Acide Gras
CPG: Chromatographie en Phase Gazeuse
CGS : Centimètre Gramme Seconde
DG: Diglycéride
EEHV: Ester Ethylique d'Huile Végétale
EMAG : Ester Méthylique d’Acide Gras
EMHV: Ester Méthylique d'Huile Végétale
ETEBE: Ethyl-TErtio-Butyl-Eter
EtOH: Ethanol
°GL: Degré Gay Lussac
HV: Huiles Végétales
HVB: Huiles Végétales Brutes
HVC: Huiles Végétales Carburants
HVP: Huiles Végétales Pures
IA : Indice d’Acide
II : Indice d’Iode
IS : Indice de Saponification
LCE : Longueur de Chaîne Equivalente
Page 4
iii
MeOH: Méthanol
MG: MonoGlycéride
PCI : Pouvoir Calorifique Inférieur
PCS: Pouvoir Calorifique Supérieur
SI : Système International
TG: Triglycéride
u.m.a : Unité de Masse Atomique
LISTE DES FIGURES
Figure I.1 : Schéma de valorisation de biodiesel…………………………………. 5
Figure I.2 : Schéma de valorisation de la bioessence ………………………... 8
Figure II.1 : Structure du triglycéride…………………………………………………… 19
Figure II.2 : Nomenclature chimique de l’acide linoléique ……………………. 26
Figure II.3 : Nomenclature physiologique de l’acide linoléique …………... 27
Figure II.4 : Principe de fonctionnement d’un CPG …………………………….. 29
Figure II.5 : Phénomène de réfraction ………………………………………………… 31
Figure IV.1 : Mécanisme de la transestérification en catalyse basique ..... 50
Figure 2.1 : Etape de mise en œuvre de la réaction de transestérification
de l’huile de Ravenala madagascariensis …………………………. 64
Page 5
iv
LISTE DES EQUATIONS
Equation I.1 : Equation de la fermentation du glucose ………………………….. 6
Equation I.2 : Equation bilan de la synthèse d’ETBE ………………………………. 7
Equation I.3 : Equation générale de la transestérification …………………….. 11
Equation I.4 : Réaction de transestérification du triglycéride avec l’alcool ... 12
Equation IV.1: Transformation du triglycéride en diglycéride …………………. 48
Equation IV.2 : Transformation du diglycéride en monoglycéride ……………. 48
Equation IV.3 : Transformation du monoglycéride en glycérol…………………. 49
LISTE DES PHOTOS
Photo II.1 : La plante de Ravenala madagascariensis …………………………. 16
Photo II.2 : Fleur et fruit de Ravenala madagascariensis ……………………. 17
Photo III.1 : Graines de Ravenala madagascariensis ……………………………. 35
Photo III.2 : Huile brute de Ravenala madagascariensis …………………….. 38
Photo III.3 : Huile raffinée de Ravenala madagascariensis…………………… 38
Photo IV.1 : Décantation du produit obtenu avec l’éthanol 96 °GL ……... 44
Photo IV.2 : Produit obtenu de la réaction de transestérification avec
l’éthanol 96 °GL ……………………………………………………………….. 44
Photo IV.3 : Séparation du biodiesel……………………………………………………. 46
Photo IV.4 : Biodiesel issu de Ravenala ……………………………………………….. 46
Page 6
v
LISTE DES TABLEAUX
Tableau II.1 : Classe des acides gras………………………………………………………. 28
Tableau III.1 : Taux d’humidité des différentes parties de la graine de Ravenala 36
Tableau III.2 : Valeur de l’huile extraite des différentes parties des la graines 37
Tableau III.3 : Composition en acides gras de I’ huile extraite des différentes
parties du fruit de Ravenala madagascariensis (% en Poids) 39
Tableau III.4 : Valeur de la densité de l’huile de Ravenala madagascariensis 40
Tableau III.5 : Caractéristiques chimiques des fruits de Ravenala
Madagascariensis…………………………………………………………….. 41
Tableau III.6: Etude comparative de l’huile de graines arillées de
Ravenala avec d’autres huiles végétales…………………………… 42
Tableau IV.1: Quantité des réactifs et produit lors de la synthèse du biodiesel 47
Tableau IV.2 : Densité du biodiesel………………………………………………………….. 53
Tableau IV.3 : Valeur de pouvoir calorifique des esters méthyliques
d’acide gras de l’huile de Ravenala ……………………………………. 55
Tableau IV.4 : Valeurs des propriétés physico-chimique de l’ester
méthylique de l’huile de Ravenala madagascariensis …...... 56
GLOSSAIRE
Inflorescence : Mode de regroupement des fleurs sur une plante. Ensemble de ces fleurs.
Plante endémique : qualifie une plante native d'une région déterminée et que l'on ne trouve
pas ailleurs en site naturel.
Siccatif : qui active le séchage des couleurs en peinture. Ce phénomène dégage une odeur
caractéristique appelée souvent goût de rance.
Page 7
vi
TABLE DES MATIERES
REMERCIEMENTS…………………………………………………………………………………………………. i
LISTE DES ABREVIATIONS …………………………………………………………………………………… ii
LISTE DES FIGURES …………………………………………………………………………………………….. iii
LISTE DES EQUATIONS………………………………………………………………………………………… iv
LISTE DES PHOTOS ……………………………………………………………………………………………… iv
LISTE DES TABLEAUX…………………………………………………………………………………………… v
GLOSSAIRE …………………………………………………………………………………………………………. v
TABLE DES MATIERES …………………………………………………………………………………………. vi
INTRODUCTION………………………………………………………………………………………………….. 1
PREMIERE PARTIE : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE I: LES BIOCARBURANTS ET LES BIODIESELS ………………………………………. 3
I.1. LES BIOCARBURANTS…………………………………………………………………………………….. 3
I.1.1 : Définition………………………………………………………………………………………. 3
I.1.2 : Buts :……………………………………………………………………………………………… 3
I.1.3 : Les différents types des biocarburants…………………………………………… 4
I.1.3.1. : Les carburants de première génération …………………………. 4
I.1.3.1.1. : Les biocarburants oléagineux ………………………….. 4
I.1.3.1.2. : Les biocarburants éthyliques …………………………... 5
I.1.3.1.3. : Les biocarburants gazeux ………………………………… 8
I.1.3.2. : Les biocarburants de deuxième génération …………………… 9
I.1.3.2.1. : la filière biochimique ………………………………………. 9
I.1.3.2.2. : la filière thermochimique………………………………. … 9
Page 8
vii
I.1.3.3. : Les biocarburants de troisième génération …………………… 9
I.2. : LES BIODIESELS……………………………………………………………………………………….. 10
I.2.1. : La réaction de transestérification …………………………………….. 11
I.2.1.1 : Généralités sur la réaction de transesterification . 11
I.2.1.2 : Transestérification des huiles ……………………………. 12
I.2.1.3 : Les procédés de transestérification …………………… 13
I.2.2. : La séparation des phases ……………………………………………….. 14
I.2.2.1 : Les esters méthyliques d’huiles végétales …………. 14
I.2.2.2 : Les esters éthyliques d’huiles végétales …………….. 15
CHAPITRE II : MATERIELS ET METHODES ……………………………………………………….. 16
II.1. : MATERIELS …………………………………………………………………………………………….. 16
II.1.1 : La plante : Ravenala madagascariensis ……………………………………… 16
II.1.1.1. : Botanique de la plante ……………………………………………….. 16
II.1.1.2. : Utilisations de la plante ……………………………………………... 18
II.1.2 : L’huile végétale ………………………………………………………………………… 18
II.1.2.1 : Définition …………………………………………………………………… 18
II.1.2.2 : Structure de l’huile végétale ………………………………………… 19
II.1.2.3 : Les différentes sources de l’huile ………………………………… 20
II.1.2.4 : Critère du choix d’huile ………………………………………………. 20
II.1.2.5 : Mode d’extraction d’huile …………………………………………… 21
II.1.2.5.1 : Extraction par pression …………………………………. 21
II.1.2.5.2 : Extraction par solvant …………………………………… 23
II.1.2.6 : Raffinage de l’huile ……………………………………………………… 24
II.1.2.7 : Composition chimique de l’huile végétale …………………… 24
II.1.2.8 : Nomenclature des acides gras ……………………………………… 25
II.2. : METHODES ……………………………………………………………………………………………… 28
Page 9
viii
II.2.1 : Méthode d’analyse d’un acide gras …………………………………………… 28
II.2.2 : Caractérisation de l’huile végétale et du biodiesel ……………………… 30
II.2.2.1 : Détermination des propriétés physiques ……………………… 30
II.2.2.2 : Détermination des propriétés chimiques …………………….. 32
II.2.3 : Caractérisation des propriétés spécifiques du biodiesel ……………… 33
DEUXIEME PARTIE : TRAVAUX PERSONNELS
CHAPITRE III : EXTRACTION ET CARACTERISATION DE L’HUILE ……………………… 35
III.1 : CARACTERISTIQUES DE LA GRAINE …………………………………………………………. 35
III.1.1 : Constitution de la graine …………………………………………………………… 35
III.1.1 : Taux d’humidité de la graine …………………………………………………….. 36
III.2 : EXTRACTION DE L’HUILE DE RAVENALA ………………………………………………….. 36
III.2.1 : Extraction de l’huile ………………………………………………………………….. 37
III.2.2 : Résultat et discussion ……………………………………………………………….. 37
III.2.3 : Raffinage de l’huile……………………………………………………………………. 37
III.3 : COMPOSITION CHIMIQUE DE L’HUILE DE RAVENALA …………………………….. 39
III.4 : CARACTERISTIQUES DE L’HUILE ……………………………………………………………… 40
III.4 : ETUDE COMPARATIVE DE L’HUILE ………………………………………………………….. 42
CHAPITRE IV : PREPARATION ET CARACTERISATION DE BIODIESEL ……………….. 43
IV.1 : SYNTHESE DU BIODIESEL ………………………………………………………………………… 43
IV.1.1 : Préparation de l’alcool ……………………………………………………………… 43
IV.1.2 : Mise en œuvre de la réaction de transestérification …………………. 44
IV.1.2.1 : Essais avec l’éthanol 96°………………………………………………. 44
IV.1.2.2 : Essais avec le méthanol 99° ………………………………………… 45
Page 10
ix
IV.1.3 : Lavage du biodiesel ………………………………………………………………….. 46
IV.1.4 : Etapes et mécanisme réactionnel ……………………………………………… 47
IV.1.5 : Cinétique et thermodynamique de la réaction …………………………. 50
IV.2. CARACTERISTIQUES DE L’ESTER METHYLIQUE D’HUILE DE RAVENALA …….. 52
CONCLUSION ET PERSPECTIVES ………………………………………………………………………. 57
TROISIEME PARTIE : PARTIE EXPERIMENTALE
1 : PREPARATION DU MATERIEL VEGETAL ET DE L’ALCOOL …………………………. 59
1.1 : Détermination du pourcentage massique de chaque partie de la graine 59
1.2 : Détermination du taux d’humidité ……………………………………………….. 59
1.3. Extraction par soxhlet ……………………………………………………………………. 60
1.4. Distillation de l’alcool ………………………………………………………………....... 61
2 : MISE EN ŒUVRE DE LA REACTION DE TRANSESTERIFICATION …………………….. 63
2.1 : Transestérification de l’huile de Ravenala …………………………………….. 63
2.2. : Séparation des produits ………………………………………………………………. 64
3. DETERMINATION DES CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES ……………… 65
3.1 : Mesure de la densité …………………………………………………………………….. 65
3.2. : Mesure de l’Indice de réfraction ………………………………………………….. 66
3.3. : Mesure de l’Indice d’acide …………………………………………………………… 66
BIBLIOGRAPHIE ……………………………………………………………………………………………….. 68
Page 11
1
INTRODUCTION
Les problèmes économiques, géopolitiques et environnementaux rendent de nos
jours, l’accès aux carburants d’origine fossile de plus en plus difficile, en particulier pour les
pays en voie de développement. L’étude et le développement des biocarburants issus de
biomasses locales peuvent être une filière énergétique complémentaire ou de substitution
et donc, constituer une bonne alternative.
Le biodiésel, permet de part ses caractéristiques physico-chimiques proches de celles
du diésel d’origine pétrolière, son utilisation sur les moteurs diésels, sans nécessiter d’une
modification majeure. Le faible degré de pollution, et la technique de fabrication facilement
décentralisable des biocarburants incite à étudier et à optimiser leur technique
d’élaboration et d’adaptation au contexte africain.
La synthèse du biodiesel repose sur quelques conditions. La plus importante est la
caractéristique de la plante oléagineuse à partir de laquelle l’on peut extraire l’huile qui
servira de base de la synthèse.
Le Ravenala madagascariensis est un arbre oléagineux et endémique de
Madagascar. On le trouve surtout dans la partie Est de l’ile. Les usages de cet arbre sont
actuellement assez limités et il nous a paru intéressant de le choisir comme matière de base
lors de notre étude.
Les objectifs de notre mémoire sont :
- extraire l’huile à partir du Ravenala,
- effectuer la transformation de l’huile en biodiésel par réaction de
transestérification ;
- caractériser le biodiésel ainsi obtenu.
Page 12
2
Ce travail comportera trois grandes parties :
� La première partie concerne l’étude bibliographique. Elle comprend deux
chapitres :
- Au premier chapitre nous donnons quelques rappels sur les biocarburants et
les biodiesels.
- Le second chapitre met en exergue le matériel et les méthodes utilisés.
� La deuxième partie présente les différents travaux effectués ainsi que les
résultats obtenus. Elle subdivise en deux chapitres :
- Le troisième chapitre concerne l’extraction et la caractérisation de l’huile du
Ravenala madagascariensis.
- Le quatrième chapitre est consacré à la préparation et la caractérisation de
biodiesel.
� La dernière partie est réservée à la partie expérimentale.
Page 13
PREMIERE PARTIE : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
Page 14
3
CHAPITRE I : LES BIOCARBURANTS ET LES BIODIESELS
I.1. LES BIOCARBURANTS
I.1.1. DEFINITION : [1] [2]
Les biocarburants sont des carburants d'origine végétale, issus de la biomasse (la
biomasse correspond aux différentes formes de carburants de substitution, produits à partir
de matières organiques non-fossiles et renouvelables comme le bois, les déchets et les
alcools, qui sont brûlés pour fournir de l'énergie). Leur combustion ne produit que du CO2 et
de la vapeur d’eau et pas ou peu d’oxydes azotés et soufrés (NOx, SOx). Ils font donc partie
d’énergies renouvelables et s’opposent ainsi au pétrole qui est issu d’énergies dites fossiles.
Ces biocarburants se substituent partiellement ou totalement aux carburants classiques.
Ainsi ils peuvent servir à alimenter les moteurs diesel ou les moteurs à essence.
Ils se révèlent donc comme un moyen d’économiser les carburants d’origine fossile
(pétrole, gaz) et de réduire la pollution de l’air (émission de CO2 en particulier).
Les principaux biocarburants produits sont le biodiesel ou EMHV (ester méthylique
d’huile végétale), le bioéthanol et le biogaz.
I.1.2. BUTS : [1]
Les principaux buts de la synthèse du biocarburant sont :
- Lutter contre le changement climatique.
- Diminuer la dépendance de l’énergie fossile.
- Réduire à court terme des émissions de gaz à effet de serre.
- Servir d’additif ou de remplacer les carburants d’origine fossile.
- Améliorer les performances énergétiques et environnementales des véhicules.
Page 15
4
I.1.3. LES DIFFERENTS TYPES DES BIOCARBURANTS [2] [3] [4]
Selon la matière première utilisée, on distingue les biocarburants de première
génération de deuxième et troisième générations. La première catégorie est basée sur
l’utilisation directe des formes de la biomasse agricole classique, la deuxième sur
l’exploitation de biomasse lignocellulosique (bois, feuilles, paille, ...), et la troisième, sur les
micro-algues.
I.1.3.1. LES CARBURANTS DE PREMIERE GENERATION
Les biocarburants de la première génération peuvent être classés principalement en
trois filières : huiles, alcool et gaz.
I.1.3.1.1. LES BIOCARBURANTS OLEAGINEUX (BIODIESEL)
Les biocarburants oléagineux (huiles) peuvent être créés à partir de n'importe quelle
huile, végétale ou animale, directement ou par conversion en biodiesel.
Les huiles de nombreuses espèces végétales comme le palmier à l’huile, le tournesol,
le soja, le jatropha ou le ricin sont utilisées comme bases de synthèse de biocarburants.
On distingue deux catégories majeures de biocarburants oléagineux
� Les "huiles végétales brutes" (HVB)
Les huiles végétales brutes (HVB), également connues sous les noms de "huiles
végétales carburants" (HVC) et les "huiles végétales pures" (HVP) sont extraites à partir des
graines oléagineuses. Elles peuvent être utilisées comme carburant pour tous les moteurs
diesel, étant donné que ces derniers ont été essentiellement inventés pour ce type de
carburant. Parfois, ces huiles sont mélangées avec le gazole, mais elles peuvent aussi
utilisées comme carburant jusqu'a 100 %, c'est à dire que le carburant est uniquement
constitué par l'huile.
Page 16
5
� Les "esters méthyliques d'huile végétale" (EMHV) ou les “esters
éthyliques d’huile végétale “ (EEVH)
L’huile végétale est transformée en EMHV ou EEHV. En général, ces esters ne doivent
pas être mélangés à plus de 5 % au gazole. En Europe par exemple, ils sont mélangés au
gazole selon la proportion indiquée. En Allemagne, exceptionnellement, ils sont utilisés purs,
dans des moteurs diesel adaptés.
Le protocole à suivre pour la synthèse du biocarburant oléagineux est représenté par
la figure I.1 suivante
Figure I.1 : Schéma de valorisation de biodiesel
I.1.3.1.2. BIOCARBURANTS ETHYLIQUES (BIOESSENCES):
Les biocarburants éthyliques sont basés sur des sucres. Ces derniers varient d’une
plante à l’autre. Les plantes dont le sucre est utilisé pour les biocarburants éthyliques sont :
la canne à sucre, la betterave sucrière (saccharose), le maïs, le blé (céréales à amidon).
Parfois on cultive aussi le bois pour en extraire la cellulose. En Europe, pour la
fabrication de biocarburants éthyliques, on cultive la betterave.
HUILES ESTERS
D’HUILE
VEGETALE
Transestérification Extraction
GRAINES
OLEAGINEUSES
MELANGE AU GAZOLE
Page 17
6
On distingue quatre principales filières de biocarburants éthyliques.
� Le Bioéthanol :
De formule chimique C2H5OH, le bioéthanol est un biocarburant utilisé dans les
moteurs à essence. Il est obtenu par fermentation des sucres présents dans les plantes
sucrières (betteraves, cannes à sucre) et des céréales (mais, blé à amidon). Pour désigner
cette filière de production de bioéthanol on parle souvent de filière «sucre ».
L’équation bilan de la fermentation est :
C6H12O6 C2H5OH CO2 ATP+ 2ADP + 2P 2 + 2 + 2glucose adénosine
diphosphatephosphate éthanol dioxyde de
carboneadénosine triphosphate
Equation I.1 : équation de la fermentation du glucose
Par la réaction d’une molécule de glucose avec deux molécules d’adénosine
diphosphate et deux molécules de phosphate, on obtient deux molécules d’éthanol, deux
molécules de dioxyde de carbone et deux molécules d’adénosine triphosphate : la molécule
d’adénosine diphosphate se transforme en adénosine triphosphate.
Cet éthanol à base végétale, qui n’est rien d’autre que l’alcool éthylique qu’on trouve
dans toutes les boissons alcoolisées, peut partiellement remplacer l’essence : elle est limitée
à 5 % dans les moteurs normaux à essence mais peut aller jusqu’à 10 %. Pour un mélange à
l’essence allant de 5 à 85 %, des ajustements du moteur sont nécessaires, spécialement si la
proportion dépasse 50 %.
A cause des propriétés chimiques plutôt nocives des carburants contenant de
l’éthanol (corrosifs), les moteurs à éthanol sont légèrement modifiés. Pour résister à l’effet
corrosif de l’alcool, les joints des moteurs sont donc améliorés et plus résistants que ceux
des moteurs à essence. Les moteurs qui sont donc spécialement conçus pour les carburants
à éthanol sont appelés «Flex-Fuel». Ces moteurs sont produits originellement pour
Page 18
7
fonctionner avec le E 85, appelé le Superéthanol. Au Brésil, plus de 30000 véhicules roulent
avec un moteur « Flex-Fuel » et plus de 90 % des véhicules ont la possibilité d’utiliser des
carburants à éthanol
� L’Ethyl-tertio-butyl-éther (ETBE)
L’ETBE de formule C6H14O, est un dérivé du bioéthanol, et est obtenu par une
synthèse entre l’éthanol et l’isobutène. Il possède des capacités égales, parfois supérieures à
celles du bioéthanol, et il est plus facilement mis en œuvre techniquement.
L’équation bilan de la réaction est :
OHOH
+
+
acide
Ethanol isobutène ETBE (éthyltertiobutyléther)
Equation I.2 : équation bilan de la synthèse d’ETBE
L’ETBE peut être mélangé jusqu’à 15 % avec l’essence, et il est constitué d’environ
50 % d’éthanol. De ce fait, il possède le même inconvénient que l’éthanol : s’il est mélangé à
plus de 85 %, des adaptations doivent être faites au moteur.
� Le Biobutanol :
De formule CH3CH2CH2CH2OH, le biobutanol est particulièrement produit à partir
d’avoines, de betteraves et de cannes à sucre (voies enzymatiques). Comme le bioéthanol et
l’ETBE, il peut être utilisé comme carburant avec la capacité à être mélangé jusqu’à 10 %
avec l’essence. Il peut aussi être mélangé avec l’éthanol et même le gazole. Le futur de ce
biocarburant éthylique semble prometteur, vu ses propriétés physiques évitant les
problèmes liés à l’usage de l’éthanol (corrosivité, etc.)
Page 19
8
� Le Méthanol :
De formule CH3OH (souvent abrégé MeOH), il est aussi connu sous les différents
noms d’alcool de bois, de carbinol, mais surtout d’alcool méthylique, c’est le plus simple des
alcools : c’est l’alcool qui remplace partiellement le mieux l’essence. Cependant, sa haute
toxicité fait qu’il n’est pas très utilisé, d’où sa faible production.
Les protocoles à suivre pour la synthèse de la bioessence sont illustrés sur la figure I.2
suivante :
Ajout d’isobutène
Figure I.2 : valorisation de la bioessence
I.1.3.1.3. BIOCARBURANTS GAZEUX :
Ce sont les biocarburants faits à partir de matières gazeuses. Les biocarburants
gazeux existent essentiellement sous trois formes : l’hydrogène, le méthane et le gazogène.
Le biocarburant utilisé dans les moteurs à partir de ces trois formes est le biogaz.
MATIERE
PREMIERE
(canne à sucre,
betterave, maïs,
blé, etc…)
Extraction du jus SUCRE Fermentation Bioéthanol
ETBE ETBE ETBE ETBE (Ethyl
tertiobutyl éther)
BIOESSENCE
Page 20
9
Le biogaz est le gaz produit par la fermentation des matières organiques animales ou
végétales en l’absence d’oxygène (anaérobie). Il est composé essentiellement de méthane
(50 à 90 %), de dioxyde de carbone, d’eau et de sulfure d’hydrogène. L’énergie du biogaz
provient uniquement du méthane qu’il contient.
I.1.3.2. LES BIOCARBURANTS DE DEUXIEME GENERATION [4]
Ils sont obtenus à partir de biomasse sans concurrence avec l'utilisation alimentaire :
paille de céréales, bois et résidus forestiers et cultures dédiées. Il y a deux filières de
production possibles :
I.1.3.2.1. LA FILIERE BIOCHIMIQUE
Il s’agit de la production d'éthanol cellulosique par fermentation. Cette voie
s'effectue en trois grandes étapes. La première étape consiste à extraire la cellulose puis à la
transformer en glucose par hydrolyse à l'aide des enzymes ; le glucose est fermenté par des
levures en éthanol lors de la seconde, et la dernière concerne la purification par distillation
et déshydratation du bioéthanol.
I.1.3.2.2. LA FILIERE THERMOCHIMIQUE
Pour cette voie, la biomasse est d'abord traitée par pyrolyse. Ensuite elle est
gazéifiée à plus de 1 000 °C en présence de vapeur d’eau ou d’oxygène. On obtient ainsi le
gaz de synthèse, constitué de monoxyde de carbone (CO) et dihydrogène (H2). L'étape
suivante est la transformation chimique ou catalytique du gaz de synthèse en paraffines
linéaires qui, hydrocraquées et isomérisées, produiront un gazole de synthèse.
I.1.3.3. LES BIOCARBURANTS DE TROISIEME GENERATION [4]
Il s’agit des agrocarburants obtenus à partir de micro-algues ou les algocarburants.
Les micro-algues peuvent fournir différents types d’énergies renouvelables. Il s'agit
Page 21
10
notamment du méthane produit par la digestion anaérobie des algues, du biodiesel dérivé
de l’huile des micro-algues ainsi que de la production d’hydrogène par photobiologie.
L’idée d’utiliser les micro-algues comme sources de carburant n’est pas nouvelle,
mais elle commence à être prise en compte sérieusement en raison de l'escalade des prix du
pétrole et du réchauffement de la planète qui est associé à la consommation des
combustibles fossiles.
La culture des micro-algues semble, d’un point de vue théorique, 30 à 100 fois plus
efficace que les oléagineux terrestres d'après certains auteurs. Pour obtenir un rendement
optimal en huile, la croissance des micro-algues doit s'effectuer avec une concentration en
CO2 d'environ 13 %. Ceci est possible à un coût très faible grâce à un couplage avec une
source de CO2, par exemple une centrale thermique au charbon, au gaz naturel, au biogaz,
ou à une unité de fermentation alcoolique, ou encore une cimenterie. La culture de micro-
algues dans des bassins ouverts est aussi expérimentée dans des fermes d'algues au
Nouveau Mexique et dans le désert du Néguev. Cependant, d'importants défis demeurent
entiers (prix, apport d’engrais, impact sur l’environnement, limitation par le rendement de la
photosynthèse…).
I.2. LES BIODIESELS [5]
Le biodiesel est diesel produit à partir de l’huile végétale ou animale. Nous disposons
de plusieurs méthodes de synthèse du biodiésel à partir des huiles végétales, parmi
lesquelles nous pouvons citer :
� La pyrolyse
� La dilution
� Le craquage et l’hydrocraquage
� La microémulsion
� La transestérification
Page 22
11
Cependant notre choix s’est porté sur la transestérification car elle est la plus
adaptée au contexte de carburant de remplacement.
I.2.1. LA REACTION DE TRANSESTERIFICATION
La méthode de transestérification est une méthode différente des autres et qui a sa
particularité d’être simple à manipuler et à moindre coût. Chimiquement elle consiste à ôter
la molécule de glycérine des chaînes d’acides gras et de substituer dans chacune d’elles par
une molécule d’alcool léger.
I.2.1.1. GENERALITES SUR LA REACTION DE TRANSESTERIFICATION
La réaction de transestérification nommée aussi alcoolyse, c’est la réaction entre un
ester et un alcool conduisant à un autre ester différent du premier.
R C
O
O R'
R'' OH R C
O
O R''R' OH+ +
Equation I.3: équation générale de la transestérification
Dans notre cas, il s’agit de la réaction entre le triglycéride contenu dans une huile
végétale avec un alcool pour former le glycérol et un mélange de mono-esters utilisés
comme biocarburant.
Elle est catalysée aussi bien par les acides que par les bases. Elle est favorisée par
une augmentation de température, un excès d’alcool ou lorsque les conditions opératoires
permettent la décantation du glycérol. Les détails de la réaction de transestérification, les
procédés de production du biodiesel et les diverses voies en développement (catalyse
hétérogène et catalyse en supercritique) sont étudiés dans la partie suivante.
Page 23
12
I.2.1.2. TRANSESTERIFICATION DES HUILES [6] [7] [8] [9]
• Définition:
La transestérification est la technique classique de production de biodiesel. Il s'agit
d'un procédé dans lequel les huiles végétales, les graisses animales ou les huiles sont
mélangées à un alcool (éthanol ou méthanol) en présence d'un catalyseur (hydroxyde de
sodium ou de potassium).
• But de la réaction :
La transformation des huiles ou des graisses en esters éthyliques ou méthyliques
permet de réduire la masse moléculaire à un tiers de celle de l'huile, de réduire la viscosité
d'un facteur huit, de réduire la densité et d'augmenter la volatilité.
• Equation bilan de la réaction :
Les huiles végétales sont essentiellement des triglycérides. Leur réaction avec l’alcool
conduit à des esters alkyliques d’huiles végétales et au glycérol.
H2C OCOR1
HC OCOR2
H2C OCOR3
ROH
ROCOR1
ROCOR2
ROCOR3
H2C
HC
H2C
OH
OH
OH
+ 3catalyseur
+
triglycéride alcool esters alkylique glycérol
+
+
Equation I.4 : Réaction de transestérification de triglycéride avec l’alcool
C'est une réaction réversible, catalysée par un acide ou une base. Pour rendre la
réaction complète, on met un gros excès d'alcool ROH qui sert souvent de solvant.
Page 24
13
Cette réaction peut être effectuée par catalyse homogène, avec des catalyseurs
solubles dans le milieu réactionnel, ou par catalyse hétérogène, avec des catalyseurs
totalement insolubles dans les réactifs.
I.2.1.3. LES PROCEDES DE TRANSESTERIFICATION [3]
La transestérification dépend beaucoup de la nature du catalyseur utilisé (acide ou
basique) ainsi que les procédés à suivre (homogène ou hétérogène).
• Les procédés de catalyse homogène
La production courante du biodiesel est effectuée par transestérification par catalyse
acide ou basique homogène d'huiles végétales avec du méthanol ou l’éthanol.
Les catalyseurs acides sont rarement utilisés du fait de leur moindre réactivité et des
risques élevés de corrosion des installations industrielles. Les alcoolates ou oxydes de
métaux sont surtout employés pour la synthèse d’esters d’alcools lourds à partir de
différentes coupes d’esters méthyliques d’acides gras.
La soude en solution méthanolique ou éthanolique ou le méthylate de sodium sont
les catalyseurs retenus pour la production de biodiesel.
Le mécanisme de réaction de transestérification alcaline homogène est simple mais
englobe plusieurs étapes qui seront détaillées ultérieurement.
• Les procédés de catalyse hétérogène
La catalyse hétérogène présente des avantages significatifs en matière de respect de
l’environnement. Elle répond aux critères associés aux nouveaux concepts de « chimie verte
», car la pureté des produits obtenus, associée à des rendements de synthèse élevés,
conduit à une disparition pratiquement totale de rejets polluants. De plus, l’absence de sels
dans les produits de réaction n’impose pas, à la différence de la catalyse homogène, des
Page 25
14
traitements coûteux de purification, et élargit les possibilités de débouchés industriels de la
glycérine, sans avoir à la purifier au préalable.
Comme mentionné précédemment, les procédés, qui utilisent actuellement la
catalyse homogène en milieu basique, fonctionnent à catalyseur perdu. Ces choix
s’accompagnent d’une complication des processus de purification des deux produits, les
EMHV et la glycérine et d’une dépense en consommables, comme par exemple l’acide
chlorhydrique employé lors de la neutralisation de la glycérine.
I.2.2. LA SEPARATION DES PHASES [10]
La séparation des deux phases est effectuée par une simple décantation à l’aide
d’une ampoule à décanter pendant certain temps.
Après la décantation donc, les deux phases se séparent : la phase supérieure est
constituée essentiellement par de l’alkyl ester, d’une faible quantité de mono et di-glycéride,
d’une trace de triglycéride, d’une faible quantité de savon et de catalyseur ; tandis que la
phase inférieure est constituée de glycérol, d’une certaine quantité d’alcool, d’une faible
quantité de mono et di-glycéride 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 les constituants du biodiesel obtenue.
Si la séparation des phases n’a pas été suffisamment achevée, certains agents comme
les savons, les mono et di-glycérides sont encore présents en grande quantité dans la phase
supérieure.
I.2.2.1. LES ESTERS METHYLIQUES D’HUILES VEGETALES (EMHV)
Les esters méthyliques sont obtenus par réaction de transestérification des
triglycérides avec le méthanol. Les taux de conversion ainsi que les rendements sont très
satisfaisants avec cet alcool, ce qui s’explique par son pouvoir solvant, son faible
Page 26
15
encombrement stérique et son caractère acide plus élevé par rapport aux autres alcools
linéaires ou ramifiés.
I.2.2.2. LES ESTERS ETHYLIQUES D’HUILES VEGETALES (EEHV)
La réaction de transestérification peut également être conduite avec de l’éthanol, et
plus particulièrement du bioéthanol. La production d’EEHV augmente sans cesse du fait de
ses multiples applications dans le domaine alimentaire et cosmétique. En effet, ces
molécules sont à 100 % d’origine biomasse grâce à l’utilisation d’huiles végétales et de
bioéthanol.
Page 27
16
CHAPITRE II : MATERIELS ET METHODES
Cette partie est consacrée sur la description des matériels et méthodes appropriés à
la réalisation de notre travail.
II-.1.- MATERIELS
II.1.1. LA PLANTE : Ravenala madagascariensis
II.1.1.1. BOTANIQUE DE LA PLANTE [11] [12] [13] [14]
• Description :
Plante endémique de Madagascar, le Ravenala madagascariensis, à tronc dur et
fibreux, appartient à la famille de Musacées. Pouvant atteindre 20 m de hauteur et 60 cm de
diamètre en forêt primitive, il est beaucoup plus court en forêt secondaire. Les feuilles sont
disposées en éventail de 2 à 4 m de long. (Photo II.1)
Photo II.1 : la plante Ravenala madagascariensis
Lorsque cet arbre fleurit, il produit de grandes fleurs blanches, à trois (3) sépales,
trois (3) pétales et six (6) étamines, dans des spathes de 15-20 cm. Sa période de floraison
dure toute l’année. Le fruit est une capsule qui a l’aspect d’une petite banane jaunâtre,
fibreuse, sèche et déhiscente. (Photo II.2).
Page 28
17
Photo II.2 : fleur et fruit de Ravenala madagascariensis
Sa graine, à téguments rougeâtres, est enveloppée d'un arille de couleur bleue.
• Dénomination :
Nom binomial : Ravenala madagascariensis
Nom vernaculaire : Ravenala, arbre du voyageur
Nom vulgaire : Ravinala ; Ravinamafy ; Fontsy ; Ontsy ;
• Distribution à Madagascar :
Cet arbre est très répandu de 0 à 900 m d’altitude sur tout le versant oriental de l’ile
et dans le domaine du Sambirano. Il est plus rare et localisé dans les marais ou près des eaux
sur le versant occidental, où il ne descend d’ailleurs pas, vers le sud au-delà de Tsiribihina.
Disséminé dans la forêt primitive, il est grégaire au contraire dans les savoka, surtout sur la
côte orientale où il constitue, sur l’emplacement d’anciennes forêts détruites, ce qu’on a
appelé la zone à ravenala.
• Distribution dans le monde :
L'arbre du voyageur est également présent dans l'Île de la Réunion, à l'Île Maurice,
sur l'archipel des Comores (sur l'île de Mayotte notamment), en Guyane, en Guadeloupe, à
la Martinique, et dans les jardins de diverses régions tropicales (Thaïlande, Cameroun, etc.)
où il a été importé en tant que plante d'ornement et devient parfois plante envahissante.
Page 29
18
II.1.1.2. UTILISATION DE LA PLANTE :
Sur la côte Est de Madagascar, ses différentes parties sont utilisées comme matériaux
pour la construction des cases végétales traditionnelles, fraîches et fonctionnelles. Les
pétioles fendus, appelés falafa, servent à confectionner des panneaux muraux. Les feuilles
une fois séchées, appelées raty, sont utilisées pour la réalisation des couvertures et enfin du
tronc, on tire des planches souples, appelées rapaka, avec lesquelles on fabrique le
plancher.
La graine farineuse est consommée après avoir été broyée finement et cuite dans du
lait. Elle constitue un très bon aliment pour les jeunes enfants. La tige produit une liqueur
sucrée comestible. L'arille renferme une abondante substance grasse, solide et parfumée.
C'est l’emblème de Madagascar, stylisé sur les avions de la compagnie aérienne
nationale.
Il fournit une matière grasse comestible, un peu comme l'arbre à beurre des pays
tropicaux.
Un coup de machette sur la base du tronc fait couler une sève particulièrement
liquide dont le gout est proche de l'eau. Il est possible de récupérer un litre par coup de
machette après la saison des pluies, quand l'arbre est gorgé d'eau.
II.1.2. L’HUILE VEGETALE
II.1.2.1. DEFINITION [3] [15]
Les huiles végétales sont des substances hydro-insolubles produites à partir des
différentes parties d’une plantes telles que le soja (graine), ou de la noix de coco pour ne
citer que celles-là. Elles sont majoritairement composées de triglycérols communément
appelés triglycérides. Ceux-ci sont les composés d’une molécule de glycérol et trois
molécules d’acides gras. Ce sont donc des triesters du glycérol (glycérine) et d’acides gras.
Page 30
19
Les huiles végétales sont composées à environ de 95 % des glycérides (triglycéride
(TG) majoritaire, diglycéride (DG) et monoglyceride(MG)) [16]
II.1.2.2. STRUCTURE DE L’HUILE VEGETALE [10]
Du point de vue structural, un triglycéride est une molécule de glycérol connectée à
trois molécules d’acides monocarboxyliques, à longue chaîne hydrocarbonée appelés acide
gras. Contrairement aux hydrocarbures constitués exclusivement d’hydrogène et de
carbone, les molécules d’huile végétale contiennent de l’oxygène et ont la structure
chimique suivante :
CH2
CH
CH2
C
C
C
O
O
O
O
O
O
R
R'
R''
Figure II.1 : Structure de triglycéride
R, R’et R’’ désignent des chaînes d’acides gras et diffèrent en longueur et en nombre de
doubles liaisons.
Il existe plusieurs types d’huiles selon les acides gras qui les constituent. Parmi ces
huiles nous pouvons citer :
� les huiles de type palmitique qui possèdent plus de 25 % d’acide
palmitique : ce sont généralement des huiles semi-concrètes, comme
l’huile de palme, et saturées.
� les huiles ou beurre de type stéarique : ce sont le beurre de karité, de
cacao également saturées.
Page 31
20
� Les huiles de type oléique, les plus répandues des huiles, et dont l’indice
d’iode est compris entre 80 et 110. Elles contiennent peu d’acide
linoléique et pas ou peu d’acide linolénique (huile d’olive, d’arachide, …).
� Les huiles de type linoléique très liquides, leurs indices d’iode sont
généralement supérieurs à 110. Elles sont généralement semi-siccatives
(tournesol, hévéa, coco, coton etc.).
� Les huiles tri-insaturées qui contiennent des acides de plus de 18 carbones
(lin, poisson, colza).
Le tableau II.1, montre la structure des acides gras les plus fréquents dans les huiles
végétales. L’acide gras est saturé s’il n’existe pas de doubles ou triples liaisons dans la chaine
hydrocarbonée. Si deux carbones adjacents manquent d’atomes d’hydrogène, un point
d’insaturation est créé. S’il y a plus d’une double liaison dans la chaine, l’acide gras est
polyinsaturé.
II.1.2.3. LES DIFFERENTES SOURCES DE L’HUILE [4]
En principe toute plante oléagineuse peut être utilisée pour extraire de l’huile. Celle-
ci peut être obtenue à partir des différentes parties de la plante (fruit, graines, …).
II.1.2.4. CRITERE DU CHOIX D’HUILE [4] :
La source de biodiesel doit répondre le plus possible à trois critères très importants :
• Pas de concurrence avec l’alimentation
• Bas prix de production
• Une large échelle de production
Page 32
21
On peut choisir l’huile végétale comme matière première de biodiesel, tant qu’elle ne
concurrence pas l’alimentation humaine.
Le prix des huiles comestibles, comme l’huile de soja par exemple, est plus élevé que
le diesel. C’est pourquoi les déchets d’huiles végétales et les huiles végétales non
comestibles sont préférés comme source de corps gras pour la production du biodiesel. On
peut même utiliser les huiles de friture, d’équarrissage, des huiles animales variées, comme
les huiles de poisson, et même des graisses, car pour les esters formés à partir de ces huiles,
on peut gagner plus de 10 °C en point d’écoulement.
D’autre part, pour choisir la source de biodiesel, il est important de prendre en
considération le pourcentage d’huile dans la plante et le rendement d’huile par hectare.
II.1.2.5. MODE D’EXTRACTION D’HUILE [2] [16]
Selon les matières premières, l’extraction d’huile végétale peut être faite par simple
pression de l’espèce, par voie chimique en utilisant un solvant approprié, ou même par
combinaison des deux méthodes. Dans cette étude, on considère surtout l’extraction par
pression et l’extraction au solvant, et qui sont toutes les deux compatibles aux graines
oléagineuses telles que celle du Ravenala.
II.1.2.5.1. EXTRACTION PAR PRESSION
La première pression des graines donne, d’une part de l’huile dite «de première
pression » et d’autre part, un résidu solide de tourteau.
Pour la transformation des graines en huile, il y quelques étapes à suivre
� Nettoyage :
Il est nécessaire pour l’élimination des impuretés. Les impuretés sont : sable,
terre, poussières, débris de bois, feuillages, ficelle.
Page 33
22
� Décorticage :
C’est l’opération de débarrasser les graines de leurs enveloppes ou coques.
Elle peut aussi provoquer une diminution de la quantité du corps gras extrait
� Depelliculage :
La coque enlevée, certaines graines possèdent encore une pellicule qu’il est
nécessaire d’enlever pour ne pas risquer de donner à l’huile un goût non apprécié et
pour avoir des tourteaux peu colorés.
� Séchage :
Le séchage dépend des conditions climatiques.
� Broyage :
Il a pour but de déchirer les parois de cellule où l’huile est emprisonnée de
manière à en faciliter l’écoulement.
Le broyage comprend en général deux phases :
• Un concassage ou broyage préliminaire
• Une mouture, qui donne une poudre ou farine fine
� Chauffage :
Avant de la soumettre au pressage il est mieux de chauffer la farine ce qui
facilite la sortie du corps gras en le fluidifiant et permet de coaguler les matières
mucilagineuses, qui gênent son écoulement.
Le chauffage est rarement à feu nu, car on court le risque d’une certaine
carbonisation de la masse traitée. Il est presque toujours réalisé par la vapeur d’eau
circulant dans une enveloppe.
� Pressage :
Le pressage est l’opération par laquelle le corps gras est extrait de la masse
broyée. Il est réalisé à l’aide des presses qui sont les unes, à vis et les autres,
hydraulique.
� Filtrage :
C’est l’étape finale de l’extraction par pression. Filtrer c’est enlever les
impuretés solides pour obtenir de l’huile.
Page 34
23
II.1.2.5.2. EXTRACTION PAR SOLVANT
� Principe :
Les substances à traiter sont mises en contact avec un liquide susceptible
d’entraîner en solution les matières grasses qu’elles contiennent.
On évapore les solvants pour obtenir les produits qu’il avait dissous. En répétant
ces lavages, on peut théoriquement entrainer la totalité de l’huile des substances
traitées.
En pratique industrielle on arrête l’opération quand elles ne contiennent plus
que 1 % environ de matières grasses.
Ce procédé est réservé à celles qui sont pauvres en corps gras ; si elles sont
riches, il est indiqué de les traiter au préalable par pression et de faire agir ensuite un
solvant qui assure l’épuisement total de la matière première.
� Choix du solvant :
Le choix du solvant repose sur quelques conditions qui sont pratiquement
nécessaire.
Un solvant doit être entrainé entièrement et facilement la substance à extraire
et rien que cette matière ; être facile à évaporer et a condenser totalement ; ne pas
attaquer les appareils ni les produits avec laquelle il est en contact, être d’un prix
suffisamment basse ; très stable ; ininflammable,…
� Opération a faire :
Après la préparation préalable des graines (nettoyage, décorticage, dépelliculage
…), il y a quelques étapes à suivre pour l’extraction par solvant :
� Broyages : il est conseiller de broyer les graines à fin d’augmenter la surface de
contact entre le solvant et les matières grasse de la graine.
� Entrainement en dissolution des matières grasses contenues dans les produits traités.
� Séparation de miscella obtenue qui est une solution de l’huile dans le solvant.
Page 35
24
II.1.2.6. RAFFINAGE DE L’HUILE
Les huiles végétales extraites peuvent avoir une destination alimentaire ou
industrielle. Dans les deux cas, elles doivent être traitées tant pour leur donner la qualité
correspondante au but poursuivi que pour faciliter leur conservation.
Les huiles brutes extraites des graines oléagineuses contiennent, outre les
triglycérides qui les constituent, une série d’impuretés et des substances, plus ou moins
abondantes qu’il est nécessaire d’éliminer pour obtenir des denrées comestibles de bonne
qualité. Ces impuretés peuvent être physiques ou chimiques. La plupart des impuretés sont
éliminées avant le stockage de l’huile brute,
Cette opération a pour but d’éliminer les matières qui donnent à l’huile un aspect
trouble et de la rendre limpide.
II.1.2.7. COMPOSITION CHIMIQUE DE L’HUILE VEGETALE [4]
L’intérêt de connaître la composition d’une huile est évident puisque celle-ci va avoir
une influence sur les caractéristiques physiques essentielles pour évaluer la qualité du
biodiesel qui en résulte comme la viscosité, le point de fusion et la stabilité thermique. D’un
point de vue chimique, la composition des huiles est fonction des variations de conditions de
culture (sol, amendement, climat, hygrométrie…). Les huiles végétales sont constituées
essentiellement de triglycérides, d’acide gras libres et de produits secondaires.
Les produits secondaires, dont la teneur maximale est de l’ordre de 1 à 5 %, dans une
huile brute normale sont essentiellement :
• Les phospholipides (léchitine, céphaline) source de gomme,
• Les carotènes et les xantophylles (polyinsaturés) très polymérisables,
• Les tocophérols (antioxydants naturels),
• Les stérols libres ou estérifiés
• Les alcools triterpéniques
• Les monoglycérides (qui risquent de cristalliser),
Page 36
25
• Les diglycérides,
• Des traces d’eau, de silice, etc.
Dans certains cas, une mauvaise fabrication artisanale de l’huile ou un stockage
inadéquat peuvent entraîner une présence importante de ces produits secondaires
Les acides libres, issus de l’hydrolyse des triglycérides peuvent être présents à des
teneurs variées, selon la nature et la manière de stockage de l’huile. Leur pourcentage peut
aller de moins de 0,5 % pour les huiles comestibles jusqu’à 60 % ou même plus pour les
huiles très acides
Les acides gras sont répartis en trois catégories : majeurs, mineurs et inhabituels. Les
acides gras majeurs sont les plus répandus et en grande quantité dans les plantes : l’acide
laurique (C12), myristique (C14), palmitique (C16), stéarique (C18), oléique (C18:1),
linoléique (C18:2), et linolénique (C18:3). Les acides gras mineurs, sont des constituants
secondaires des corps gras. Les acides gras inhabituels sont des acides gras polyinsaturés à
doubles liaisons conjuguées ou écartées, des acides gras acétyléniques (à triple liaison) ou
encore des acides gras à fonction secondaire (exemple de la fonction alcool de l’acide
ricinoléique mais aussi des fonctions cétones, de groupes époxy et d’acides gras cycliques).
Les acides gras des triglycérides diffèrent par la longueur de la chaîne, le degré
d’insaturation et la présence d’autres fonctions chimiques.
II.1.2.8. NOMENCLATURE DES ACIDES GRAS [17]
- ACIDES GRAS INSATURES :
Il existe deux nomenclatures des acides gras : nomenclature chimique et
nomenclature physiologique.
Page 37
26
• NOMENCLATURE CHIMIQUE : (Figure II.2).
Pour la nomenclature chimique, la numérotation se fait à partir de l’extrémité de la
chaine carbonée et on mentionne la position de toutes les insaturations et les substituant
rattachés à la longue chaine.
Exemple: l’acide linoléique : C18:2 Δ9,12
Où 18 : le nombre d’atomes de carbones dans la chaine
2 : le nombre d’insaturation
Δ9,12 : indique la position de nombre d’insaturation dans la chaine
« : » Indique qu’on est en présence de composés éthylénique
COOHCH3 2
3
4
5
6
7
8
910
11
1213
14
15
16
17
Acide linoléique : C18:2 Δ9,12
Figure II.2 : Nomenclature chimique de l’acide linoléique
• NOMENCLATURE PHYSIOLOGIQUE : (Figure II.3).
Pour la nomenclature physiologique, la numérotation se fait en sens inverse c'est-à-
dire comptée à partir du méthyle terminal
Exemple: prenons toujours l’acide linoléique : C18:2, ω6
Où 18 : le nombre de carbone dans la chaine
2 : le nombre d’insaturation
ω6 : indique la position de nombre d’insaturation dans la chaine
Page 38
27
COOHCH3
2
3
4
5
6 7
8
9 10
11
12
13
14
15
16
17
Acide linoléique : C18:2, ω6
Figure II.3 : Nomenclature physiologique de l’acide linoléique
- ACIDES GRAS SATURES :
Pour les acides gras saturés, la nomenclature utilisée est : Cn : 0
Où n : est le nombre d’atomes de carbone
Exemple : l’acide palmitique C16:0 CH3-(CH2)14- COOH
Le tableau suivant montre quelques exemples d’acides gras :
Tableau II.1 : Classe des acides gras
Acides
gras
Nombre
d’atomes de
carbone
FORMULE CLASSE
laurique C12 :0 CH3-(CH2)10-COOH Saturé
Myristique C14 :0 CH3-(CH2)12-COOH Saturé
Palmitique C16 :0 CH3-(CH2)14-COOH Saturé
Stéarique C18 :0 CH3-(CH2)16-COOH Saturé
Oléique C18 : 1 Δ9 CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH Mono insaturé
Linoléique C18 : 2 Δ9,12 CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-COOH
Poly insaturé
Page 39
28
Linolénique C18 : 3 Δ9,12,15 CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-
(CH2)7-COOH
Poly insaturé
Arachidique C20 :0 CH3-(CH2)18-COOH Saturé
Béhénique C22 :0 CH3-(CH2)20-COOH Saturé
Lignocérique C24 :0 CH3-(CH2)22-COOH
Saturé
Les acides gras peuvent être saturés, monoinsaturés ou polyinsaturés.
Ces doubles liaisons se trouvent dans les chaînes de plus de 14 atomes de carbone et
ne sont pas présentes en fin de chaîne. Elles sont fragiles et facilement oxydables pour
former des peroxydes puis des acides carboxyliques. C’est pourquoi une huile doit toujours
être stockée à l’abri de la lumière, de la chaleur et de l’humidité. L’influence de la longueur
de chaîne est prioritaire sur le degré d’insaturations.
Certains acides possèdent des groupements fonctionnels tels que la présence de OH
dans les triglycérides (inhabituels).
II.2. METHODES
II.2.1. METHODE D’ANALYSE DES ACIDES GRAS [5] [18]
L’huile végétale est principalement constituée d’un mélange de triesters d’acides
gras. La nature et la proportion de ces acides sont différentes selon les huiles. La
chromatographie en phase gazeuse (CPG) permet d’obtenir ces informations.
Le principe de fonctionnement d’une chromatographie en phase gazeuse est décrit
dans le paragraphe suivant:
Page 40
29
La chromatographie en phase gazeuse (CPG) est une méthode de séparation de
composés susceptibles d’être vaporisés par chauffage (sans décomposition)
La séparation se fait dans une colonne par adsorption. Elle permet :
� La microanalyse (du µg au mg)
� La séparation des mélanges complexes
� Une analyse qualitative et quantitative aisée
� Des analyses dans des nombreux domaines d’applications.
Un appareil de CPG comprend 3 modules spécifiques : un injecteur, une colonne
contenue dans une enceinte thermostatée (four) et un détecteur relié à un intégrateur ou
un ordinateur. Figure II.4
L’analyse débute à l’instant où on introduit une très petite quantité de l’échantillon,
sous forme liquide ou gazeuse, dans l’injecteur, qui a la double fonction de le porter à l’état
de vapeur et de l’amener dans le flux gazeux en tête de la colonne. Celle-ci se présente
comme un tube de faible section enroulé sur lui-même, de un à plus de 100 m de longueur
suivant les cas et contenant la phase stationnaire. Cette colonne est placée dans une
enceinte à température régulée. Elle peut servir à des milliers d’injections successives. La
phase gazeuse qui a traversé la colonne passe dans détecteur avant de sortir à l’air libre. Les
signaux donnés par ce dernier seront interprétés pour avoir une information sur la
composition de l’échantillon analysé.
Figure II.4 : Principe d’une installation de CPG
Gaz vecteur entrée échantillon sortie gaz vecteur
Traitement du signal
Régulateur de pression
débitemètres
Enceinte thermostatée (-30, 450°C)
Injecteur COLONNE détecteur
Page 41
30
II.2.2. CARACTERISATION DE L’HUILE VEGETALE ET DU BIODIESEL [4] [5]
Pour caractériser les huiles ou les biodiesels, on utilise deux types de propriétés à
savoir : les propriétés physiques et les propriétés chimiques.
II.2.2.1. DETERMINATION DES PROPRIETES PHYSIQUES
• DENSITE
La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à une
température t à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence
est l'eau pure.
Pour les liquides, une mesure précise de densité utilise un pycnomètre. La densité est
une grandeur sans dimension et sa valeur s'exprime sans unité de mesure. La densité légale
a pour symbole
eaud' volumemêmeun d' masse
néchantilloun d' un volumed' masse d =
Pour l’huile, elle renseigne sur le degré d’insaturation, l’état d’oxydation ou la
polymérisation.
Les biodiesels sont légèrement plus lourds que le gasoil. Leurs densités sont aux
alentours de 0,88 (0,84 pour le gasoil). La connaissance de cette caractéristique peut aider à
détecter les falsifications subies par le biodiesel.
• VISCOSITE
La viscosité est une grandeur physique qui mesure la résistance interne à
l’écoulement d’un fluide, résistance due au frottement des molécules qui glissent l’une
contre l’autre. La viscosité dynamique ou absolue µ s’exprime en poises ou centipoises dans
le système CGS ; la poise correspond à une force d’une dyne qui déplace une surface plane
d’un centimètre carré, distante de 1 cm par rapport à la première :
vitesse x surface
longueur x force μ =
Page 42
31
La viscosité cinématique ν est le rapport de la viscosité absolue à la densité mesurée
à la même température. Elle s’exprime en Stokes et en centistokes dans le système CGS.
L’unité SI de la viscosité cinématique est le m2/s le Stokes vaut 10-4 m2/s.
d
μ ν =
Les biodiesels ont des viscosités 1,3 à 2,1 fois plus élevées que le gasoil. La valeur de
la viscosité est limitée dans un certain intervalle puisque non seulement elle influe sur la
propriété lubrifiante du biodiesel mais aussi elle contrôle l'efficacité de son injection au
niveau des moteurs diesels (tailles des gouttes, caractéristiques des particules pulvérisés,
etc.). D'une manière générale, les esters éthyliques ont des viscosités légèrement
supérieures par rapport aux esters méthyliques.
• INDICE DE REFRACTION [19]
L’indice de réfraction est le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide et sa
vitesse dans le milieu considéré : v
C n0 = . Mais il est pratiquement toujours mesuré par
rapport à l’air. C’est le rapport entre les sinus de l’angle d’incidence d’un rayon lumineux
dans l’air et l’angle de réfraction du rayon réfracté dans le milieu considéré. (Figure II.5).
n = R sin
I sin
Figure II.5 : Phénomène de réfraction
Page 43
32
• POINT DE FUSION
Par définition, le point de fusion est la température à laquelle l’huile passe de l’état
solide à l’état liquide.
Mais cette une grandeur est difficile à mesurer pour les corps gras, car ceux-ci n’ont
pas de point de fusion, mais un intervalle de fusion plus ou moins étendu.
Cet intervalle dépend en outre du traitement préalable de la graisse : fusion,
refroidissement rapide ou lent, avec ou sans agitation…, par conséquent, les résultats ne
peuvent pas être reproductibles; des écarts de près de 10 °C ont pu être observés sur un
même échantillon entre diverses opérations.
II.2.2.2. DETERMINATION DES PROPRIETES CHIMIQUES
• INDICE DE SAPONIFICATION
L’indice de saponification est la quantité de potasse exprimée en milligramme
nécessaire pour saponifier 1 g de corps gras.
La réaction de saponification est lente et incomplète. Pour l’accélérer et la rendre
aussi complète que possible, il faut, opérer en phase homogène et à température élevée en
présence d’un excès de base.
• INDICE D’ACIDE
C’est la quantité en milligramme de solution basique pour neutraliser un gramme
d’ester.
Cet indice est déterminé à froid. Il donne une idée de la stabilité thermique de l’huile
notamment le point de fumée et le point éclair qui baissent fortement lorsque l’acidité de
l’huile augmente. Celle-ci peut aussi entraîner des problèmes de corrosion.
Page 44
33
• INDICE D’IODE
L'indice d'iode est la masse d'iode (en grammes) absorbée par 100 grammes
d'échantillon par réaction d'addition.
L'indice d'iode permet de mesurer le degré d'insaturation d'un carburant.
L'insaturation peut entraîner la formation de dépôts et des problèmes de stabilité du
carburant (biodiesel ou huile végétale) entreposé.
II.2.3. CARACTERISATION DES PROPRIETES SPECIFIQUES DU BIODIESEL
[4] [10]
Les esters alcooliques d’huile végétales doivent répondre à des certaines
caractéristiques spécifiques pour qu’elles soient utilisées comme combustible dans un
moteur diesel. Parmi ces caractéristiques, on en trouve :
• POINT D’ECLAIR
C'est la température minimale à laquelle le biodiesel s'enflamme instantanément en
présence d'une flamme ou d'une étincelle. Elle est d’environ 160 °C pour les biodiesels mais
peut diminuer radicalement si les alcools résiduels n'ont pas été effectivement éliminés lors
du lavage.
• TENEUR EN EAU
Elle mesure la quantité d'eau dissoute et/ou dispersée dans le biodiesel. Sa
connaissance est aussi importante que pour les autres paramètres. En effet une quantité
excessive d'eau dans le biodiesel conduit à la corrosion du système d'alimentation des
moteurs: l'eau attaque directement le métal par phénomène de corrosion, ou elle s'acidifie
au cours du temps et dissout le métal.
Page 45
34
• POINT DE TROUBLE
C’est la température à partir de laquelle l’ester perd sa fluidité et où les premières
particules solides apparaissent.
• POUVOIR CALORIFIQUE MOYEN
Le pouvoir calorifique massique représente la quantité d’énergie par unité de masse
ou de volume du carburant lors de la réaction chimique de combustion complète conduisant
à la formation du CO2 et de H2O. Le carburant est pris, sauf mention contraire à une
température de référence, généralement à 25 °C. L’air et les produits de combustion sont
considérés à cette même température.
On fait la distinction entre le pouvoir calorifique supérieur (PCS) et le pouvoir
calorifique inférieur (PCI) selon que l’eau obtenue par combustion se trouve à l’état liquide
ou à l’état gazeux.
• MASSE MOLECULAIRE MOYENNE
La masse moléculaire est le rapport entre la masse d'une molécule et l'unité de
masse des atomes: u.m.a. (équivalente à 1/12 de la masse d'un atome de carbone 12).
Pour les échantillons polymoléculaires on doit parler de la masse moléculaire
moyenne, mathématiquement elle est définie par M=iiMX∑ , où Xi et Mi sont les fractions
molaire et masse molaire de chaque constituant.
Page 46
DEUXIEME PARTIE : TRAVAUX PERSONNELS
Page 47
35
CHAPITRE III : EXTRACTION ET CARACTERISATION DE
L’HUILE
III.1. CARACTERISTIQUE DE LA GRAINE :
Du point de vue constitution et taux d’humidité, les graines de Ravenala ont une
caractéristique un peu particulière par rapport aux autres graines.
III.1.1. CONSTITUTION DE LA GRAINE
Après la récolte et le traitement préalable du fruit de Ravenala, on obtient deux
parties différentes : les graines de couleur marron sombre et les arilles de couleur bleue et
qui entourent les graines.
Les graines forment les 85 % en masse du fruit tandis que les arilles constituent le
reste : 15 %. Ces parties sont toutes les deux, oléagineuses, et on peut extraire l’huile sur les
graines arillées ou en séparant les graines des arilles. (Photo III.1).
Photo III.1 : Graines de Ravenala madagascariensis
Page 48
36
III.1.2. TAUX D’HUMIDITE DE LA GRAINE
Pour déterminer le taux d'humidité, les différentes parties ont été placées à l'étuve à
une température de 100 °C puis refroidies dans un dessicateur et pesées. Cette opération a
été répétée jusqu’à obtenir un poids constant. Les résultats sont les suivants (tableau II.1):
Tableau III.1 : taux d’humidité des différentes parties du fruit de Ravenala
Partie étudiée Graine Graine arillée Arille
Taux d’humidité 9 % 2,5 % 1 %
III.2. EXTRACTION D’HUILE DE RAVENALA:
Il y existe deux modes d’extraction que l’on peut utiliser selon la matière première
utilisée. Dans notre cas nous avons choisi l’extraction par solvant.
II.2.1. EXTRACTION DE L’HUILE
Dans ce travail, nous avons étudié trois sortes d'huiles: l’huile issue des graine
dépourvue de l’arille et broyée ; graine arillée, elle n'étant pas broyée, et enfin l’huile de
l'arille débarrassé de la graine.
Pour extraire les huiles des différentes parties nous avons utilisé un soxhlet en
prenant comme solvant de l’hexane distillé. Une fois l’extraction terminée, le solvant a été
évaporé à une température de 70 °C environ sous la pression atmosphérique pendant 5
heures.
A la fin de l’opération, la solution obtenue est une solution formée par le solvant
résiduel (hexane) et l’huile extraite. Pour la séparation de l’huile du solvant, le mélange est
soumis à une distillation fractionnée, de telle sorte que le résidu forme l’huile brute, et le
distillat le solvant.
Page 49
37
III.2.2. RESULTAT ET DISCUSSION :
Les valeurs obtenues lors de l’extraction par l’hexane des différentes parties de la
graine de Ravenala madagascariensis sont récapitulées dans le tableau II.2 :
Soit « m » la masse d’huile obtenue et « M » celle de la graine initiale, la teneur en huile T
est alors donnée par :
T (%) = M
100 x m
Tableau III.2 : Valeur de l’huile extraite des différents parties des la graines
Partie étudiée Masse initiale : M (g) Masse de l’huile
extraite : m (g)
Teneur en huile :
T (%)
Graine arillée 132,325 31,39 23,66 %
Graine 93,76 3,56 3,80 %
Arille 15,55 10,57 68,00 %
Ce tableau montre que la quantité de l’huile extraite à partir de la graine est faible ce
qui indique que la graine est relativement pauvre en matière grasse (3,56 %).
Au contraire, l’arille est suffisamment riche en matière grasse avec un pourcentage
de 68 %.
On peut donc conclure que la matière grasse est essentiellement située dans l’arille.
III.2.3. RAFFINAGE DE L’HUILE
L’huile issue de différentes parties de la graine n’est pas pure car elle contient encore
des impuretés physiques ou chimiques qui seront éliminées par l’opération de raffinage.
Pour le raffinage de l’huile, nous avons procédé à l’opération de dégommage.
Page 50
38
Cette opération consiste à chauffer préalablement l’huile à une température
comprise entre 80 et 90 °C. Ensuite on ajoute l’eau tout en agitant pendant un quart
d’heure.
On laisse à se reposer le miscella obtenu dans une ampoule à décanter pendant 5
heures. La décantation sera terminée lorsque trois phases apparaissent (Photos III.2 et III.3):
- La première phase la plus dense forme les gommes,
- La deuxième phase est constituée par de l’eau qui surnage au-dessus des
gommes,
- et la dernière phase est l’huile qui forme la phase supérieure.
Photo III.2 : Huile brute de Ravenala Photo III.3 : Huile raffinée de Ravenala
madagascariensis madagascariensis
Nous avons effectué des essais pour trouver la quantité d’eau nécessaire pour cette
opération en utilisant le même volume d’huile. Nous avons ainsi trouvé que le meilleur
rendement en huile (88,66 %) est obtenu pour une quantité d’eau de 7 mL pour traiter
15 mL d’huile.
Lors de cette opération la coloration bleue de l’huile a disparu puisque les pigments à
l’origine de cette coloration sont entraînés dans les gommes.
Page 51
39
III.3. COMPOSITION CHIMIQUE DE L’HUILE DE RAVENALA [12]
La séparation des acides gras sous forme d’esters méthyliques a été réalisée à l’aide
de la chromatographie en phase gazeuse en utilisant une colonne Carbowax 20M.
L'identification de tous les pics a été faite par l'utilisation des courbes établies avec des
chromatogrammes d'huiles connues et par comparaison avec le travail de Flanzy (voir
annexe A) sur la longueur des chaînes équivalentes. Nous avons pu caractériser 11 acides
gras (Tableau III.3).
Tableau III.3 : Composition en acides gras de I’ huile extraite des différentes parties du fruit
de Ravenala madagascariensis (% en Poids) [12]
ACIDES GRAS graine graine Arillée Arille
14 : 0 Myristique 0,5 0,5 0,5
15 : 0 - Trace trace Trace
16 : 0 Palmitique 34,4 41,5 40,9
16 : 1 ω 7 Palmitoléique 0,5 0,5 0,6
17 : 0 Margarique - trace Trace
18 : 0 Stéarique 9,3 13,2 13,5
18 : 1 ω 9 Oléique 38,8 38,4 38,7
18 : 1 ω 7 Vaccénique 1,3 1,4 1,6
18 : 2 ω 6 Linoléique 14,6 4,2 3,8
18 : 3 ω 3 Alpha-linolénique 0,3 trace 0,2
20 : 0 Arachidique 0,2 0,3 0,2
Nous pouvons ainsi constater que les acides gras majoritaires dans les différentes
parties étudiées (graine, graine arillée, arille) sont les acides palmitique et oléique avec des
teneurs voisines de 40 % pour les deux acides. Viennent ensuite les acides stéarique (9-13 %)
et linoléique (3,8 – 14,6 %). Les autres acides (vaccénique, alpha-linolénique, palmitoléique,
arachidique et margarique sont minoritaires ou à l’état de trace.
Page 52
40
III.4. CARACTERISTIQUES DE L’HUILE
La caractérisation de l’huile a une grande importance puisqu'elle va dicter les
conditions de leurs utilisations et permet d'apprécier leurs qualités.
Les critères de caractérisation de l’huile sont nombreux. Dans cette partie nous
étudions certaines caractéristiques de l’huile de Ravenala. Celles-ci concernent notamment :
la densité, l’indice de réfraction, l’insaponifiable, l’indice de saponification et l’indice d’iode.
L'huile de Ravenala obtenue de couleur jaune vert pale, se solidifie assez rapidement
à la température ambiante.
• Densité
La mesure de la densité de cette huile se fait à l’aide d’un pycnomètre de 25 mL à
une température de t° = 42 °C.L’huile que nous avons étudiée était l’huile issue de la graine
arillée.
Les valeurs obtenues sont rassemblés da le Tableau III.4 suivant :
Tableau III.4 : valeur de la densité de l’huile de Ravenala madagascariensis
Masse du
pycnomètre à vide
Masse du
pycnomètre chargé
d’huile
masse du
pycnomètre chargé
d’eau
densité
d’huile (d)
31,94 g 54,24 g 56,73 g 0,8995
• Indice de réfraction
Les mesures sont effectuées à l’aide d’un réfractomètre type Abbe sous la raie D du
sodium. Et nous avons fait deux essais.
Page 53
41
Premier essai : 1,469
Deuxième essai : 1,467
L’indice de réfraction permet d’avoir une idée sur les insaturations des acides gras de
l’huile. En effet :
Pour les huiles siccatives : 1,48 <n < 1,523
Pour les huiles semi-siccatives : 1,47 <n< 1,48
Pour les huiles non siccatives : 1,468 <n< 1,47
Les résultats obtenus permettent de déduire que les huiles obtenues à partir du
Ravenala sont non siccatives.
• Teneur en insaponifiable, indice d’acide et indice de saponification.
La détermination de ces trois caractéristiques a été effectuée suivant les méthodes
classiques
Tableau III.5: Caractéristiques chimiques des fruits de Ravenala madagascariensis [12]
Partie étudiée
Graine
Graine arillée
Arille
Insaponifiable (%) 3,5 1,5 1,6
Indice de saponification 192 199 195
Indice d’iode 63 46 47
La valeur de l’indice d’iode est significativement faible (46 -63), c'est-à-dire que le
degré d’insaturation de l’huile est assez faible.
L’indice de saponification est relié à la longueur moyenne des chaînes grasses
contenues dans un corps gras. Il est inversement proportionnel au poids moléculaire. Ainsi
pour le cas de nos échantillons, les valeurs observées sont 192 pour la graine, 199 pour la
graine arillée et 195 pour l’arille, cela indique qu’ils sont constitués d’acide gras de faible
poids moléculaire.
Page 54
42
III.5. ETUDE COMPARATIVE DE L’HUILE
L’étude comparative de l’huile issue de la graine arillée de Ravenala avec d’autres
huiles est donnée dans le tableau III.6.
Tableau III.6 : Etude comparative de l’huile de graine arillée de Ravenala avec d’autres
huiles végétales [4 ; 12 ; 20]
Acides gras (%) Huile
végétale 14 :0 16 :0 18 :0 20 :0 22 :0 24 :0 18 :1 22 :1 18 :2 18 :3
Maïs 0 12 2 Trace 0 0 25 0 6 Trace
Coton 0 28 1 0 0 0 13 0 58 0
Lin 0 5 2 0 0 0 20 0 18 55
Arachide 0 11 2 1 2 1 48 0 32 1
Cacao - 27,3 34,7 0,6 - - 34,0 - 3,2 -
Colza 0 3 1 0 0 0 64 0 22 8
Soja 0 12 3 0 0 0 23 0 55 6
tournesol 0 6 3 0 0 0 17 0 74 0
Palme 1,1 46,8 5,3 0,5 - - 36,6 - 8,6 0,4
Ravenala 0,5 41,5 13,2 0,3 - - 34,4 - 4,2 Trace
L’huile de Ravenala est constituée majoritairement par l’acide gras saturé
(palmitique), sa teneur est voisine de celle de l’huile de palme (46,8 %).
L’acide gras mono insaturé (oléique) prend ensuite le deuxième rang de
prépondérance, de l’ordre de 34 % cette teneur est proche de celle des huiles de palme et
de cacao
Si l’on compare alors la composition en acides gras de I’ huile de Ravenala
madagascariensis à celles des autres huiles végétales, nous pouvons alors constater qu'elle
se situe entre celles de l’huile de palme et de l’huile de cacao.
Page 55
43
CHAPITRE IV: PREPARATION ET CARACTERISATION DE BIODIESEL
IV.1. SYNTHESE DU BIODIESEL
IV.1.1. PREPARATION D’ALCOOL
Lors des réactions de transésterification deux types d’alcools ont été utilisés : le
méthanol et l’éthanol. Comme le méthanol a déjà un degré très élevé : 99 °GL donc un alcool
presque anhydre, il n’est plus nécessaire de modifier son degré alcoolique. Seul l’éthanol
ayant un faible degré (75 °GL) a besoin de purification en procédant à l’opération de
distillation.
DISTILLATION DE L’ETHANOL :
La distillation fractionnée de 500 cm3 d’éthanol 75 °GL sous pression atmosphérique
conduit à trois fractions :
- la première fraction est la tête : volume 5,3 cm3, couleur jaune clair, température
de passage : 68 – 73 °C ;
- la seconde : le cœur de distillation qui est de l’éthanol à 96 °GL ayant un volume
de 232 cm3, liquide incolore passant à 76 °C ;
- la dernière fraction constitue le résidu : volume 260 cm3 de couleur jaune clair.
Le titre alcoométrique de l’éthanol obtenu est mesuré à l’aide d’un alcoomètre à une
température de référence de 20 °C. L’alcoomètre est plongé dans une éprouvette de 100
cm3 contenant 80 cm3 d’éthanol à mesurer. Après immobilisation de l’alcoomètre, le titre
alcoométrique est lu directement sur les graduations.
Le degré d’alcool obtenu est d’autant plus élevé que le temps de distillation est long.
Ce temps dépend de la température utilisée au cours de la distillation ; si celle-ci est élevée,
l’équilibre liquide-vapeur ne s’établit pas au niveau des plateaux. Il est donc nécessaire de
faire la distillation à la température modérée. Si possible, la température ne devrait pas
Page 56
44
dépasser 76 °C. Les matériels employés jouent aussi un grand rôle sur la durée de distillation
(tailles du ballon et du chauffe-ballon, longueur de la colonne et type de réfrigérant utilisé).
IV.1.2. MISE EN ŒUVRE DE LA REACTION DE TRANSESTERIFICATION
Les alcools utilisés le plus fréquemment à la mise en œuvre de la réaction de
transestérification sont le méthanol et l’éthanol et spécialement le méthanol vu son coût bas
et ses avantages physiques et chimiques (chaîne d’alcool plus courte et plus polaire)
IV.1.2.1. ESSAIS AVEC L’ETHANOL 96 °
L’essai de mis en œuvre de la réaction de transestérification avec l’éthanol 96 ° en
utilisant la soude caustique comme catalyseur conduit à un savon.
Ainsi la réaction de transestérication de l’huile de Ravenala madagascariensis ne
s’effectue pas tant qu’il y présence d’eau dans le réactif si on utilise la soude comme
catalyseur.
Comme la réaction de transestérification se fait en trois étapes, et qu’à chaque étape
il y a formation d’eau dont la quantité augmente, celle-ci empêche l’évolution de la réaction
vers la formation du glycérol (loi de modération de Le Chatelier).
En d’autres termes l’eau présente dans l’éthanol 96 °, défavorise la réaction de
transestérification aux dépens de la réaction de saponification.(Photos IV.1 et IV.2).
Photo IV.1 : Décantation du produit
obtenue avec l’éthanol 96°GL
Photo IV.2: produit de la réaction de
transestérification avec l’éthanol
96°GL
Page 57
45
La réaction de saponification influe fortement sur l’avancement de la réaction de
transestérification et donc sur le rendement en biodiesel. Non seulement elle diminue le
taux de conversion mais elle empêche totalement la formation des esters alkyliques.
Cette réaction de saponification est due à l’utilisation excessive de catalyseur basique
et/ou à la présence d’eau dans le milieu réactionnel. Elle est aussi favorisée à température
élevée.
IV.1.2.2. ESSAIS AVEC LE METHANOL 99 °
La réaction de transestérification des triglycérides de l’huile de Ravenala est réalisée
en catalyse basique par de la soude caustique, en utilisant le méthanol comme réactif.
Une quantité précise de soude (1 % de la masse de l’huile à transestérifier) est
introduite dans le méthanol absolu et donne une solution de méthylate de sodium. L’huile
de Ravenala est alors introduite dans la solution précédente sous agitation.
Après 24 h d’agitation, l’ester méthylique et le glycérol formés sont ensuite séparés à
l’aide d’une ampoule à décanter.
Après 48 h de décantation, on observe la présence de deux phases distinctes où la
phase supérieure correspond à l’ester méthylique et la phase inférieure à celle du glycérol.
(Photo IV.3).
Page 58
46
Photo IV.3 : Décantation de biodiesel
Le glycérol est soutiré du décanteur puis l’ester méthylique est récupéré. Celui-ci
forme le biodiesel. (Photo IV.4).
Photo IV.4 : biodiesel issu de Ravenala
On peut alors conclure que l’utilisation de l’alcool anhydre favorise la conversion de
l’huile en ester alkylique.
IV.1.3. LAVAGE DU BIODIESEL
Pour effectuer le lavage, on ajoute environ 15 % en volume d’eau distillée par rapport
au biodiesel, afin d’enlever l’excès d’alcool et de catalyseur.
Ce nouveau mélange est agité lentement. A la fin de l’agitation, le mélange est
décanté de nouveau pendant lequel la phase inférieure est formée par l’eau contenant les
impuretés.
Page 59
47
Cette opération est délicate, elle doit être réalisée très doucement avec une faible
agitation possible car l'agitation très forte provoque la formation d'une émulsion qui
diminue le rendement de la synthèse.
RESULTAT ET DISCUSSION
Tableau IV.1: Quantité des réactifs et produit lors de la synthèse du biodiesel
Réactifs et produit Quantité (g)
Huile de Ravenala 31,39
Soude caustique 0,31
Méthanol 30
Biodiesel brut 30,04
Biodiesel lavé 25,71
Le rendement massique en esters méthyliques par rapport à l’huile est de 95,69 %
pour le biodiesel brut. Les pertes correspondent aux acides gras contenus dans l’huile qui
réagissent avec le catalyseur pour former des savons alcalins (réaction de saponification).
Pour le biodiesel rincé le rendement est de 81,90 % par rapport à la masse d’huile
initiale. Cette diminution de rendement signifie que le biodiesel brut contient encore des
composés autres que les esters d’acide gras comme l’excès d’alcool ou de catalyseur ou le
glycérol qui ne sont pas séparés.
IV.1.4. ETAPES ET MECANISME REACTIONNEL
ETAPES DE LA REACTION
La réaction de transestérification de triglycéride avec l’alcool en présence d’un
catalyseur basique se fait en trois étapes successives :
Page 60
48
PREMIERE ETAPE : transformation du triglycéride (TG) en diglycéride (DG) et le premier
ester d’alkyl
Equation IV.1 : Transformation du triglycéride en diglycéride
DEUXIEME ETAPE : transformation du diglycéride (DG) en monoglycéride (MG) et le
deuxième ester d’alkyl
CH2
CH
CH2
OH
COOR''
COOR'''
ROH
CH2
CH2
OH
OH
R'''COORCH COOR'' (2)+ +
(DG) (MG)
Ester d'alkyl
Equation IV.2 : transformation du diglycéride en monoglycéride
TROISIEME ETAPE : transformation du monoglycéride (MG) en glycérol (G) et le troisième
ester d’alkyl
CH2
CH
CH2
COOR'
COOR''
COOR'''
ROH
CH2
CH2
OH
COOR'''
R'COORCH COOR'' (1)+ +
(TG) (DG)
Ester d'alkyl
Page 61
49
CH2
CH
CH2
OH
COOR''
OH
ROH
CH2
CH2
OH
OH
R''COORCH OH (3)+ +
(G)
Ester d'alkyl
(MG)
Equation IV.3 : transformation de monoglycéride en glycérole
La réaction de transestérification est chimiquement équilibrée. Les étapes (1) et (2)
sont rapides car les fonctions esters primaires sont transestérifiées en premier, l’étape (3)
est plus lente.
MECANISME REACTIONNEL
Le mécanisme de la réaction de transestérication de l’huile végétale en catalyse
homogène basique est décrit ci-dessous. Il consiste d’abord en une attaque nucléophile du
carbonyle (du triglycéride) par l’anion alcoolate pour former un anion intermédiaire (phase
d’addition).
Puis, un départ de nucléofuge lors du rabattement du doublet de l’oxygène (phase
d’élimination). La base est régénérée dès l’apparition d’une fonction alcool du glycérol.
ROH B OR H+
B+ + (1)
R1COO CH2
CHR2COO
H2C O CR3
O
RO
R1COO
R2COO
CH2
CH
H2C O CR3
O
OR+ (2)
Page 62
50
R1COO
R2COO
CH2
CH
H2C O CR3
OR
O
R1COO
R2COO
CH2
CH
H2C O
RCOOR3+ (3)
R1COO
R2COO
CH2
CH
H2C O
H+
B
R1COO
R2COO
CH2
CH
H2C OH
B+ + (4)
Figure IV.1 : Mécanisme de la transesterification en catalyse basique : passage du
triglycéride en diglycéride
Le passage du diglycéride en monoglycéride et de ce dernier en glycérol suit le même
mécanisme que celui de la première étape.
La troisième réaction semble être l’étape déterminante de la réaction car les
monoglycérides sont des intermédiaires plus stables que les diglycérides.
IV.1.5. CINETIQUE ET THERMODYNAMIQUE DE LA REACTION
La transestérification d’huile végétale est une séquence de trois réactions réversibles.
Si l’on désigne le méthanol, le triglycéride, le diglycéride, le monoglycéride, le glycérol et
l’ester méthylique d’acide gras respectivement par MeOH, TG, DG, MG, G et EMAG ; DG et
MG étant les intermédiaires de la réaction, on obtient les équations chimiques suivantes :
K1
TG + MeOH DG + EMAG (1)
K -1
K2
DG + MeOH MG + EMAG (2)
K -2
Page 63
51
K3
MG + MeOH G + EMAG (4)
K -3
La cinétique de la réaction de transestérification est complexe car ces trois réactions
sont chacune équilibrées. Certaines études cinétiques ont été faites afin d’exprimer les
vitesses de disparition de réactifs (TG et M), les vitesses d’apparition des produits (G et
EMAG) et les vitesses d’apparition et de disparition des intermédiaires [3].
Y.C. Sharma, B. Singh et S.N. Upadhyay [21] ont trouvé pour la transestérification d’un
triglycéride par le méthanol les valeurs des constantes de vitesse suivantes : 5,00 ; 4,93 et
29,67 dm3 mol-1 min-1 pour K1, K2 et K3. Pour la constante de vitesse du sens inverse K -1, K -2
et K -3, ils ont trouvé les valeurs successives suivantes : 3,54 ; 2,99 et 0,79 dm3 mol-1 min-1.
L’équation globale de la réaction s’écrit
K4
TG + 3MeOH G + 3EMAG (5)
K -4
Cette équation montre que nous avons deux réactions inverses l’une de l’autre. Ces
deux réactions se limitent mutuellement puisque l’ester formé par la réaction de
transestérification est détruit en partie par la réaction inverse. Par conséquent, la
transestérification constitue une réaction lente et réversible conduisant à un équilibre
chimique où les quatre composés coexistent dans des proportions constantes.
La constante d’équilibre de cette réaction s’écrit :
[ ] [ ][ ] [ ]3
3
MeOH x TG
G x EMAG K =
Pour avoir un rendement plus élevé, il convient alors de déplacer l’équilibre de la
réaction dans le sens direct. Cela s’obtient :
- En utilisant d’un excès d’alcool
- En opérant à température élevée.
Page 64
52
Il est à noter cependant que le rendement dépend peu du choix de l’huile utilisée.
Par contre, il dépend beaucoup du type et de la classe de l’alcool utilisé comme réactif. Il est
préférable alors d’utiliser un alcool primaire pour éviter l’encombrement stérique qui gène
l’évolution de la réaction, et le plus réactif de ces alcools est le méthanol.
IV.2. CARACTERISTIQUE DE L’ESTER METHYLIQUE D’HUILE DE
RAVENALA
L’identification des caractéristiques physico-chimiques de l’ester obtenu est très
importante car elle permet d’avoir une idée sur le mélange qu’on peut réaliser avec le
gazole, ou l’adaptation du moteur à utiliser. Dans notre travail nous avons déterminé les
caractéristiques suivantes de l’ester méthylique d’huile de Ravenala :
• MASSE MOLECULAIRE MOYENNE D’ESTER METHYLIQUE
D’HUILE DE RAVENALA
On peut estimer que l’ester méthylique d’huile de Ravenala comme un mélange de :
42 % d’ester formé à partir de l’acide palmitique (C17H34O2)
39 % d’ester formé à partir de l’acide oléique (C19H36O2)
13 % d’ester formé à partir de l’acide stéarique (C19H38O2)
Les masses moléculaires de ces esters sont successivement les suivantes : 270 ; 296 et 298
g/mol.
Si on prend une masse mE de l’ester : n1, n2 et n3 le nombre de moles correspond à chaque
ester, tel que :
E1 m x 270
0,42 n = ; E2 m x
296
0,39 n = et E3 m x
298
0,13 n =
Le nombre total de moles de l’ester sera nt = 3,30936 10-3 mE mol
Page 65
53
En utilisant la formule de la fraction molaire Xi = t
i
n
n nous avons obtenu les résultats
suivants :
X1 = 0,47 ; X2= 0,3981 et X3 =0,1318
En appliquant la formule M=iiMX∑ , la masse moléculaire moyenne de l’ester méthylique
de l’huile de Ravenala est :
ME = 284 g.mol -1.
• DENSITE
La mesure est faite à la température de 23 °C
On obtient ainsi le résultat consigné dans le tableau IV.2
Tableau IV.2 : Densité du biodiesel
Masse du
pycnomètre à
vide
Masse du
pycnomètre remplie
de biodiesel
Masse de
pycnomètre remplie
d’eau
densité de
biodiesel
(d)
31,94 g 52,56 g 56,73 g 0,8317
Si on compare notre valeur avec celle des autres trouver par d’István Barabás et Ioan-
Adrian Todorut [22], on a remarqué qu’elle est inferieur par rapport au biodiesel standard
qui est généralement varie de 0,86 à 0,90 à une température de 15 °C. La valeur la plus
proche de la notre est celui de l’ester éthylique de l’huile de soja qui est de 0,833.
Page 66
54
• INDICE DE REFRACTION
L’Indice de réfraction mesuré à l’aide d’un réfractomètre du type Abbe est de 1,419.
• POINT DE FUSION
Il est compris entre 23 ° et 30 °C.
• POINT DE TROUBLE
Il est mesuré en plaçant un échantillon dans de la glace et en lisant la
température à l’aide d’un thermomètre. Le point de trouble d’un ester méthylique de
Ravenala est T = 12 °C.
A cette température des particules solides commencent à apparaître dans les
esters méthyliques d’huile de Ravenala
• INDICE D’ACIDE
C’est la quantité en mg d’une solution basique pouvant neutraliser un gramme
d’ester.
Suivants les normes en vigueur, cet indice s’exprime en mg KOH/g d’ester. Pour sa
détermination, on utilise : - Une solution de KOH de normalité N=0,2N
- mester = 9,81g
Le volume VKOH versé pour le virage de l’indicateur coloré est 0,3 mL
En appliquant la formule Ia = 56,1 x m
N x V , on trouve
Ia = 0,343 mg KOH/g d’ester
Cette valeur indique que l’échantillon ne renferme que très peu d’acides gras libres.
Page 67
55
• POUVOIR CALORIFIQUE MOYEN
On peut considérer que les esters méthyliques de l’huile de Ravenala ont les mêmes
proportions que ces acides gras d’origine.
Les valeurs de chaque ester issu des différents acides gras constituant l’huile de
Ravenala sont rassemblées dans le tableau suivant :
Tableau IV.3 : Valeur de pouvoir calorifique des esters méthylique d’acide gras
Acides gras Pourcentages
en poids
Pouvoir calorifique de
l’ester méthylique (KJ/Kg)
Myristique 14 : 0 0,5 192,155
Palmitique 16 : 0 41,5 16371,335
Palmitoleique 16 : 1ω7 0,5 192,155
Stéarique 18 : 0 13,2 5293,068
Oléique 18 : 1ω9 38,2 15395,328
vaccénique 18 : 1ω7 1,4 -
Linoleique 18 : 2ω6 4,2 1667,316
Arachidique 20 : 0 0,2 -
Ces valeurs de pouvoir calorifique sont calculées à partir des travaux d’István
Barabás et Ioan-Adrian Todorut [22].
En additionnant les valeurs de pouvoir calorifique de chaque ester méthylique
d’acide gras, nous avons la valeur de celui du biodiesel. On trouve PCI= 39111 kJ/Kg.
Le tableau IV.4 suivant résume les valeurs des différentes propriétés physico-
chimiques de l’ester méthylique de l’huile de Ravenala madagascariensis obtenues lors de
notre travail.
Page 68
56
Tableau IV.4 : Valeurs des propriétés physico-chimique de l’ester méthylique
de l’huile de Ravenala madagascariensis
propriétés physico-chimique du biodiesel valeur obtenue
masse moléculaire moyenne 284 g.mol-1
densité 0,82593
indice de réfraction 1,419
point de fusion 23 – 30 °C
point de trouble 12 °C
indice d’acide 0,343 mg KOH/ mg d’ester
pouvoir calorifique inférieur moyen 39 111 kJ/Kg
Page 69
57
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Au terme de ce travail nous pouvons apporter plusieurs constatations.
� Concernant l’extraction et la caractérisation de l’huile de Ravenala madagascariensis
nous remarquons les faits suivants :
- Du point de vue constitution et taux d’humidité : les graines de Ravenala forment
les 85 % en masse du fruit tandis que les arilles constituent le reste : 15 %. Le taux
d’humidité des graines est relativement faible.
- L’arille a un teneur en huile plus élevée que la graine, de l’ordre de 68 % en
masse contre 3,8 %.
- L’étude de la composition chimique de l’huile de Ravenala permet également de
dire qu’elle est constituée majoritairement d’acide palmitique et oléique.
- En nous servant de diverses caractéristiques physico-chimiques de l’huile comme
la densité, les indices de réfraction, de saponification, et d’iode, nous avons pu
déterminer la nature chimique de l’huile : elle est non siccative et son degré
d’insaturation est assez faible.
- Si l’on compare la composition en acides gras de l’huile de Ravenala à celle des
autres huiles végétales, nous pouvons constater qu’elle se situe entre celle de
l’huile de palme (46 ; 36 % en acide palmitique et oléique) et celle
cacao (palmitique 27 %; oléique 34 %)
� La préparation et la caractérisation de biodiesel à partir de l’huile de Ravenala
madagasariensis permet d’apporter les constatations suivantes :
- La réaction de transestérification de l’huile de Ravenala est favorisée en utilisant
un alcool anhydre, la présence d’eau dans les réactifs rend la réaction en
saponification.
- l’évolution de la réaction montre qu’elle est favorisée en utilisant un excès
d’alcool et en opérant à une température assez élevée.
Page 70
58
- Le rendement massique en esters méthyliques par rapport à l’huile est
suffisamment élevé de l’ordre de 95 %.
- L’étude de différentes caractéristiques du biodiesel issu de l’huile de Ravenala
nous renseigne qu’elles sont proches de celles des biodiesels obtenus à partir
d’autres huiles.
Notre prochain étude portera sur :
- L’étude approfondie de l’huile pour l’intérêt alimentaire ou comestible
- Les essais de la combustion du biodiesel obtenu sur un moteur.
.
Page 71
TROISIEME PARTIE : PARTIE EXPERIMENTALE
Page 72
59
1.- PREPARATION DU MATERIEL VEGETAL ET DE L’ALCOOL
1.1. DETERMINATION DU POURCENTAGE MASSIQUE DE CHAQUE PARTIE DE LA GRAINE
• Matériels
� Balance de précision,
• Mode opératoire
Peser la graine arillée avec la balance : soit M la masse trouvée.
Séparer la graine avec l’arille, et peser chaque partie. Soient Ma et Mg la masse de
l’arille et celle de la graine.
Le pourcentage massique de la graine est donné par la relation X(%) = M
Mg x 100 et celle de
l’arille est Y(%)= 100 - X
1.2. DETERMINATION DU TAUX D’HUMIDITE
• Matériels
- Etuve : marque TITANOX de portée maximal 200 °C.
- Dessicateur ;
- Balance de précision ;
- Boîte de Pétri.
• Mode opératoire :
Séparer l’arille de la graine.
Peser la boîte de Pétri, soit M cette masse.
Peser chaque partie, la graine étant broyée. Soit M1 sa masse avec la boite. On en
déduit alors la masse initiale Mi de chaque partie Mi = M1 – M.
Placer la boîte contenant la prise d’essai dans l’étuve réglé à 100 °C.
Page 73
60
Après une heure de séjour, on refroidit la boîte dans le dessicateur puis on la pèse
lorsqu’elle atteint la température du laboratoire.
Remettre de nouveau l’échantillon dans l’étuve, puis sécher et peser.
L’opération est répétée jusqu’à l’obtention d’une masse constante de l’échantillon.
Soit Mf cette masse finale.
La teneur en eau est donnée par la formule : teau = 100 x M
M - M
i
fi
1.3. EXTRACTION PAR SOXHLET
• Conditions optimales d’extraction
Afin d’optimiser les conditions d’extraction il faut définir les paramètres suivants :
� Durée d’extraction :
La durée d’extraction est un facteur très important au cours de l’opération car elle
est responsable de la teneur en huile extraite par le solvant.
Dans notre pratique, nous avons fait l’extraction pendant 8 h.
� Température d’ébullition :
La température utilisée pour l’extraction est celle de la température d’ébullition de
l’hexane soit environ de 70 °C sous la pression atmosphérique.
• Matériels
Pour réaliser cette extraction nous disposons de :
- Une balance de précision ;
- Un ballon de 2000 mL ;
- Un extracteur de Soxhlet de volume 250 mL ;
- Un réfrigérant ;
- Un chauffe-ballon
- Matériel végétal : graines arillées ;
Page 74
61
- Hexane distillé.
• Mode opératoire
Les graines arillées sont pesées à l’aide de la balance de précision, puis placées dans
la cartouche du Soxhlet. Ensuite, 1000 mL d’hexane pur sont introduits dans le ballon.
Le chauffe ballon est mis en marche et la température est réglée à celle de
l’ébullition de l’hexane.
1.4. DISTILLATION DE L’ALCOOL :
La distillation est la principale méthode de séparation des constituants d’un
mélange généralement liquide en utilisant les volatilités différentes de ces constituants.
Après une succession de vaporisation et de condensation, le distillat est recueilli. Dans le cas
d’une seule séquence vaporisation/condensation, la distillation est dite simple.
Les caractéristiques physiques des constituants, l’appareillage utilisé et les méthodes
de distillation utilisées présentent une grande importance dans l’efficacité de la séparation.
La distillation pourrait être utilisée pour purifier ou isoler un composé, éliminer ’un
solvant ou séparer des constituants d’un mélange, etc.
A cette fin, on utilise deux types de distillation : la distillation fractionnée et la
distillation azéotropique.
• Appareil pour la distillation fractionnée :
L’ensemble comprend : un ballon de distillation surmonté d’une colonne de Vigreux
muni d’un thermomètre en tête de la colonne et d’un réfrigérant droit, un ballon de
récupération et un chauffe ballon muni d’un thermostat.
Page 75
62
• Mode opératoire
Introduire dans un ballon de 2 000 mL surmonté d’une colonne, un échantillon
d’éthanol de 75° GL avec quelques grains de pierre ponce, puis l’eau qui circule dans le
réfrigérant est mise en marche.
La chauffe ballon est chauffé assez rapidement jusqu’au voisinage de température
d’ébullition d’éthanol, 76 °C, puis la vitesse de chauffe est réglée de manière à recueillir à
peu près une goutte de distillat par seconde avec un débit régulier.
Page 76
63
2. MISE EN OEUVRE DE LA REACTION DE TRANSESTERIFICATION
2.1. TRANSESTERIFICATION DE L’HUILE DE RAVENALA :
• Matériels
- Balance de précision
- Erlenmeyer de 20ml
- Agitateur magnétique avec chauffage
- Ampoule à décanter
- Réfrigérants à reflux
- Huile de Ravenala
- Soude caustique
- Ethanol 96 °GL
- Méthanol absolu (99 °GL)
• Mode opératoire
Première étape : Pesée des réactifs
A l’aide dune balance de précision, peser successivement :
� 10 g d’huile
� 0,1 g de soude caustique
� 10 g de méthanol 99 °GL
Deuxième étape : préparation de la solution de catalyseur
Dissoudre la soude caustique dans le méthanol pour préparer la solution de
méthylate de sodium. Pour cela, verser le méthanol dans un erlenmeyer puis y mettre la
soude caustique. Agiter ensuite l’ensemble à vitesse réduite jusqu’à dissolution complète de
la soude caustique.
Page 77
64
Troisième étape : réaction de transestérification
Verser avec soin l’huile de Ravenala dans la solution déjà préparée. Placer
l’erlenmeyer surmonté d’un réfrigérant à reflux sur l’agitateur chauffant. Chauffer à 40 °C et
agiter à forte vitesse pendant 24 h.
2.2. SEPARATION DES PRODUITS
Verser la solution obtenue dans une ampoule à décanter, puis laisser reposer
pendant 24 h. La phase supérieure est le biodiesel et la phase inférieure est constituée par
du glycérol. Récupérer le biodiesel.
La figure suivante 2.1 résume les différentes opérations effectuées.
Figure 2.1 : Différentes étapes effectuées lors de la réaction de transestérification de l’huile de Ravenala
1 : dissolution de la soude par l’alcool absolu
2 : agitation du mélange (alcool + NaOH + huile) avec chauffage à reflux
3 : décantation du mélange
1 2
3
Page 78
65
3. DETERMINATION DES CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES
3.1. MESURE DE LA DENSITE
La méthode du pycnomètre permet d’obtenir la densité d’un liquide avec précision.
Un pycnomètre est un flacon constitué de deux parties. La partie inferieure possède un col
assez large pour que le liquide puisse y pénétrer. Un bouchon de verre creux et rodé
s’adapte exactement au col du flacon. Ce bouchon est prolongé par un tube fin à entonnoir
sur lequel est gravé un trait de jauge. Lorsqu’on remplit le flacon par le liquide, on règle le
niveau en face de ce trait en utilisant éventuellement du papier Joseph.
• Appareillage :
L’appareillage comprend :
- Un pycnomètre de 25 mL ;
- Une balance de précision électronique ;
- Papier Joseph
• Mode opératoire :
Le pycnomètre est soigneusement nettoyé puis rincé avec de l’alcool et séché avec
du papier Joseph.
Peser le pycnomètre vide sur la balance de précision. Soit M1 cette valeur.
Le pycnomètre est ensuite rempli d’eau distillée à la température choisie pour
l’échantillon, puis pesé. Soit M2 cette valeur.
L e pycnomètre est alors rempli avec la solution dont la densité est à déterminer, puis
pesé. Soit M3 cette valeur.
La densité de l’échantillon sera :
d = 12
13
M - M
M - M
Page 79
66
3.2. MESURE DE L’INDICE DE REFRACTION
• Appareillage :
- Réfractomètre d’Abbe
- Coton
- Alcool
• Mode opératoire :
- Nettoyer et sécher la plaque de verre du réfractomètre avec du coton imbibé
d’alcool
- Mettre quelques gouttes de l’échantillon sur la plaque de verre.
- Régler l’appareil.
- Lire sur l’appareil la valeur de l’indice de réfraction de chaque échantillon.
3.3. MESURE DE L’INDICE D’ACIDE :
• Matériels :
- Un bécher de 50 mL,
- Une burette de 10 mL,
- Phénolphtaléine,
- solution de KOH.
• Mode opératoire
Remplir la burette par la solution de KOH et ajuster à zéro.
Mesurer 5 mL de solution à doser que l’on introduit dans le bécher en ajoutant
quelques gouttes de phénolphtaléine.
Ajouter goutte à goutte la solution de KOH jusqu’au virage de la couleur de la
solution.
Page 80
67
En tenant compte que 1 ml de solution normale d’hydroxyde de potassium
correspond à 56,1 mg d’hydroxyde de potassium, l’indice d’acide est égal à
Ia = 56,1 x m
N x V
Page 81
68
BIBLIOGRAPHIE
1. Daniel BALLERINI. (2007), «Le plein de biocarburants : enjeux et réalités », Editions
TECHNIP, Paris, 158 pages.
2. http://tpelfcbiocarburant.over-blog.com/article-1ere-partie-le-biocarburant
3. Dalila MESBAHI (2012) « La transestérification hétérogène de l’huile de tournesol
sous alumine : production de biodiesel EEVH », Thèse, Université ABOU BEKR
BELKAÏD de TLEMCEN, ALGERIE.
4. Berna HAMAD (2009) « Transésterification des huiles végétales par l’éthanol en
condition douces pour catalyse hétérogène acide et basique », Thèse, Université
CLAUDE BERNARD – LYON.
5. YA SANGHARE « Production et caractérisation physico-chimique de biodiesel à partir
d’une huile végétale pure», Thèse, Université CHEIKH ANTA DIOP, DAKAR.
6. http://webpeda.ac-montpellier.fr/wspc/ABCDORGA/Famille/TRANS...
7. Ulf schuchardt , Ricardo Sercheli ,Rogério Matheus vargas (1998) « Transesterification
of vegetable oils » , J. Braz. Chem. Soc. 9(1) : 199-210
8. Romain RICHARD (2011) « Transestérification éthanolique d'huile végétale dans des
microréacteurs : transposition du batch au continu » Thèse, Institut National
Polytechnique de TOULOUSE, FRANCE.
9. http://www.actu-environnement.com/ae/dictionnaire_environnement/defi...
10. SadatouSanadatou NKOUONDAWOUO (2012): « Contribution a la production du
biodiesel a partir de quelques huiles végétales camerounaises : cas des huiles de
palme, maïs, arachide et coton » Mémoire de DIPES II (diplôme de professeur de
l’enseignement secondaire deuxième grade), Université de Yaoundé I. CAMEROUN.
11. H. PERRIER DE LA BATHIE, (1946). « Flore de Madagascar ».H Humbert, 46ème famille,
Musacée. Antananarivo
12. RABARISOA ISABELLE, JEAN- PIERE BIANCHINI, et EMILE GAYDOU, (1981),
« Composition des huiles extraites du fruit de Ravenala madagascariensis », Can. J.
Plant Sci. 61, 691-695.
13. http://WWW.folyage.com/F_arbre_du_voyageur.html
Page 82
69
14. http://fr.wikipedia.org/wiki/arbre_du_voyageur
15. Fatim B. DIALLO, Denis BEGIN, Michel GERIN, (2010) « Bilans de connaissances : la
substitution des solvants par les esters méthyliques d’acides gras d’huile végétales »,
journal d’IRSST (Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail)
16. Jean. ADAM (1941) « Composition et caractéristique des corps gras ; botanique ;
extraction ; usages ; production ; commerce », hallanel, Paris. 302 pages.
17. Tsiory Andrinirina (2008) « Contribution à l’étude des caractérisations de l’huile des
graines de Moringa Drouhardii » Mémoire d’ingéniorat, département génie
chimique, Ecole Supérieure Polytechnique Université d’Antananarivo.
18. Francis ROUESSAC, Annick ROUESSAC, Daniel CRUCHE (2004) « Méthodes et
techniques instrumentales modernes : cours et exercices corrigés » 6ème édition,
DUNOD, Paris.
19. M. Hamon, F. Pellerin, M. Guernet, G. Mahuzier (1990) « Chimie analytique :
Méthodes spectrales et analyse organique » tome 3, deuxième édition Masson, Paris.
20. Lalaina Manitra Eugénie RAKOTONINDRAINY (2006) « Contribution à la production de
biodiesel à partir d’huile végétale : cas de l’arachide », mémoire d’Ingéniorat,
département de génie chimique, Ecole Supérieure Polytechnique, Université
d’Antananarivo.
21. Y.C. Sharma, B. Singh et S.N. Upadhyay (2008) «Advancements in development and
characterization of biodiesel» FUEL 87, 2355 - 2373.
22. István Barabás and Ioan-Adrian Todoruţ (2011). Biodiesel Quality, Standards and
Properties, Biodiesel- Quality, Emissions and By-Products, Dr. Gisela Montero (Ed.)
Page 83
ANNEXE A : TABLEAU DES LCE THEORIQUES DE QUELQUES ACIDES GRAS
Formules Flanzy Carbowax
20M
Iterg Carbowax 20M Noms
Iso 14 13,53 13,53 -
14 : 0 14,00 14,00 Acide myristique
Iso 15 : 0 14,53 14,52 -
Antéiso 15 14,67 14,68 -
15 : 0 15,00 15,00 -
16 : 0 16,00 16,00 Acide palmitique
16 : 1ω9 16,21 16,18 -
16 : 1ω7 16,27 16,24 Acide palmitoléique
16 : 2 ω4 - - -
Iso 17 - 16,51 -
Antéiso 17 16,67 16,66 -
17 : 0 17,00 17,00 Acide margarique
17 :1ω8 17,23 17,20 -
Iso 18 17,53 17,51 -
18 : 0 18,00 18,00 Acide stéarique
18 :1ω9 18,20 18,20 Acide oléique
18 : 1ω7 18,23 - Acide vaccénique
18 : 2ω6 18,63 18,58 Acide linoléique
18 : 3 ω6 18,91 18,90 Acide gamma-
linoléique
18 :3 ω3 - - Acide alpha-
linoléique
20 : 0 20,00 20,00 Acide Arachidique
20 : 1 ω9 20,17 20,15 Acide gadoléique
20 : 2 ω6 20,61 20,54 -
20 : 3 ω3 21,22 - -
20 : 4 ω6 21,06 - Acide arachidonique
Page 84
20 : 5 ω3 21,67 - -
22 : 0 22,00 22,00 Acide béhénique
22 : 1 ω9 22,14 22,15 Acide érucique
22 : 1 ω11 22,08 22,06 -
Page 85
Nom : RAJAONARIVONY
Prénom : Andriaharimanana Faniry
Adresse : lot G II 16 Soamanandrariny - 101 ANTANANARIVO
E-mail : [email protected]
Téléphone : +261 33 04 619 94
PREPARATION ET CARACTERISATION D’UN BIODIESEL OBTENU A PARTIR DE RAVENALA madagascariensis
RESUME
Le présent travail a pour objets l’extraction de l’huile de Ravenala, la transformation de l’huile en esters par réaction de transestérification ainsi que la caractérisation physico-chimique de l’huile et de l’ester obtenus.
Les résultats de l’extraction montrent que les matières grasses sont essentiellement situées sur l’arille. On peut aussi constater que les acides gras majoritaires dans les différentes parties étudiées (graine, graine arillée, arille) sont les acides palmitique et oléique avec des teneurs voisines de 40 % pour les deux acides. Viennent ensuite les acides stéarique (9-13 %) et linoléique (3,8 – 14,6 %). De plus la mesure de l‘indice de réfraction montre que l’huile de Ravenala est non siccative.
La mise en œuvre de la réaction de transestérification de l’huile de Ravenala avec un alcool léger en catalyse basique (NaOH) est concurrencée par la réaction de saponification tant qu’il y a présence d’eau dans les réactifs.
Les caractéristiques physico-chimiques (densité, indice d’acide, pouvoir calorifique, masse moléculaire moyenne) du biodiesel sont proches des biodiesels obtenus à partir d’autres huiles.
Mots clés : Ravenala madagascariensis, huile végétale, biodiesel, transestérification.
ABSTRACT
The purpose of the present work is the extraction of the Ravenala oil, the transformation of oil in esters, by transestérification reaction as well as the physico-chemical characterization of oil and the ester obtained.
The extraction results show that the fatty matters are essentially situated on the aril. We can also note that the majority fatty acids in the different studied parts (seed, seed arillate, aril) are the palmitate acids and oleate with contents neighboring of 40 % for the two acids. Come then the stearate acids (9 -13 %) and linoleate (3.8 – 14.6 %). The measures of refraction number watch that the Ravenala oil is nondrying.
The implementation of the transesterification reaction of the Ravenala oil with a light alcohol in basic catalysis (NaOH) is competed for the saponfication reaction so much by that there is presence of water in the reagents The physico-chemical characterization (density, acid number, calorific power, middle gram molecule) of the biodiesel are near of the biodiesels gotten from other oils
Key words: Ravenala madagascariensis, vegetable oil, biodiesel, transesterification
Encadreur : Monsieur RAFENOMANANTSOA Alphonse – Professeur Titulaire
