Composition et propriétés des carburants usuels
– Nature et composition : Deux grands types de carburants sont actuellement utilisés selon le mode de fonctionnement des moteurs à combustion interne mis en œuvre : les essences, distribuées sous forme de divers super-carburants et destinées à alimenter les moteurs à allumage commandés et les gazoles dédiés à l’alimentation des moteurs Diesel (moteur à allumage par compression). Parce qu’on se focalise seulement sur les moteurs diesel, de façon général, les gazoles correspondent à des mélanges complexes d’hydrocarbures. Ce sont des hydrocarbures de type paraffinique, naphténique ou aromatique allant en général de C12 à C25. Leurs points d’ébullition à pression atmosphérique sont compris entre 180 et 360°C environ. La composition détaillée des gazoles au sein de chaque famille d’hydrocarbures est très variable. Les gazoles contiennent encore des composés soufrés, en dépit des opérations de désulfurations ; leur teneur en soufre est réglementée.
– Caractéristiques générales : Selon le type de moteurs, les carburants doivent posséder des caractéristiques appropriées, respectant les exigences de fonctionnement du moteur utilisé dans des conditions aussi variées que possible. Le couple moteur/carburant mis en jeu doit également répondre aux attentes de sécurité et de fiabilité exprimées par l’automobiliste, et respecter les contraintes réglementaires limitant les émissions de polluants atmosphériques.
Nature des émissions et impacts environnementaux
– Emission de dioxyde de carbone : L’émission de CO2 d’origine automobile est d’autant plus importante que la structure des hydrocarbures composant le carburant contient un nombre élevé de carbone. Le CO2 est un composé chimiquement inerte dans l’atmosphère mais son émission massive d’origine naturelle et anthropique est responsable de plus de 50% de l’effet de Serre. Pour un carburant donné, il n’existe pas de remède pour réduire les émissions de CO2 car c’est le produit final de la combustion complète des hydrocarbures. Pour un moteur à combustible interne, la seule alternative est de passer au Gaz Liquéfié de Pétrole (GPL) composé d’hydrocarbures en C3 – C4, ou mieux encore au Gaz Naturel pour Véhicule (GNV) constitué de 90% environ de méthane.
– Emission des imbrulés : L’émission des hydrocarbures imbrulés (HC) résulte de la combustion incomplète du carburant au voisinage des parois de la chambre de combustion ou lors de l’ouverture de la soupape d’échappement alors que le front de la flamme n’a pas traversé la chambre de combustion. L’apparition de combustion incomplète dépend de trois facteurs : la vitesse de rotation du moteur, le taux de remplissage et la richesse du mélange carburé. Les imbrulés émis correspondent donc aux constituants primaires des carburants, aux produits organiques intermédiaires de combustion incomplète et au monoxyde de carbone.
– Emission des NOx et N2O : Toute combustion utilisant l’air comme comburant émet des oxydes d’azotes de type NOx et en proportion beaucoup faible du protoxyde d’azote N2O. Les émissions d’oxydes d’azote en présence de soleil concourent au développement de processus chimiques complexes de photo-oxydation des Composés Organiques Volatiles présent dans la troposphère. Les processus photochimiques des polluants peuvent contribuer à la formation locale de concentration anormalement élevée d’ozone et d’aérosols nocifs pour la santé humaine et l’environnement. Quant au N2O, il est produit lors de la combustion de composés azotés réalisée en mélange pauvre. Ces conditions correspondent au mode de fonctionnement des moteurs Diesel.
– Emission de SO2 : La présence de dioxyde de soufre dans les gaz d’échappement est due à l’oxydation partielle des composés soufrés initialement contenus dans les carburants. Ces composés soufrés, plus ou moins abondants dans le pétrole brut selon son origine, subissent en raffinerie des traitements de désulfuration. L’acide sulfurique dérivé contribue à augmenter l’acidité des pluies ou des dépôts secs.
– Emission de polluants ayant directement un caractère dangereux pour la santé : Outre les polluants atmosphériques tels que les oxydes d’azote, de carbone et de soufre, émis en général en grandes quantités par les véhicules et autres procédés de combustion, on retrouve dans notre atmosphère des quantités plus faibles de substances potentiellement toxiques, susceptibles d’avoir directement des effets nocifs sur notre santé. Ces polluants atmosphériques, considérés comme dangereux, incluent les matières particulaires, le benzène, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et les aldéhydes.
CONTEXTE ECONOMIQUE
Production du carburant dans le monde
En 1900, Rudolf Diesel a présenté son moteur à allumage spontané à l’exposition universelle de Paris. Dans ce prototype, il a utilisé l’huile d’arachide comme carburant, qui devient ainsi le premier biodiesel. Des huiles végétales ont été utilisées jusqu’aux années 20 où des modifications ont été apportées aux moteurs leur permettant d’utiliser un résidu de diesel de pétrole. Avec le prix, la disponibilité et les subventions des gouvernements, le diesel est devenu rapidement le carburant de choix pour les moteurs diesels [5].
Les réserves prouvées de combustibles fossiles ou de combustibles conventionnelles dans le monde sont les suivantes [6].
1- pétrole brut : 1 638 milliards de barils (Venezuela : 297,8 milliards de barils, Arabie Saoudite : 265,4 milliards de barils et Canada : 173,1 milliards de barils).
2- gaz naturel : 192,3 billions de mètres cubes (Russie : 47,8 billions de mètres cubes, Iran : 33,6 billions de mètres cubes et Qatar : 25,2 billions de mètres cubes).
3- Charbon : 858,3 milliards de tonnes (États-Unis : 234,5 milliards de tonnes, Russie : 157,3 milliards de tonnes et Chine : 114,5 milliards de tonnes).
Le gazole est fortement taxé au Danemark et en Suisse, vendu plus cher que l’essence aux Etats-Unis mais encore très utilisé en France où il est moins cher et moins taxé que l’essence [7]. Comme ici à Madagascar, le gazole est moins cher que l’essence. A cause des ressources en pétrole devenues de plus en plus rares et avec un coût en explosion depuis quelque temps, le baril de pétrole a dépassé. Ces raisons combinées aux inquiétudes concernant le changement climatique, la qualité de l’air et de l’eau qui se dégrade de plus en plus, et les préoccupations de la santé humaine favorisent le développement des biodiesels. En effet, l’utilisation continue et croissante du pétrole comme source d’énergie amplifie la pollution de l’air et accroit le réchauffement climatique à cause de l’émission de CO2 [5].
Avantages des biocarburants face aux carburants fossiles
Les biocarburants présentent plusieurs avantages par rapport aux ressources fossiles [3]. L’utilisation du biodiesel peut fortement contribuer à réduire la pollution de l’air dans laquelle nous vivons. Ce carburant est biodégradable, non toxique et la présence d’oxygène dans sa composition permet une combustion plus complète [5]. Parmi les options pour abaisser les émissions des GES et des particules actuellement étudiées, comparés au diesel issu du pétrole, les biocarburants constituent une alternative importante [10]. L’origine des biocarburants constitue des ressources naturelles et renouvelables par exemple, les plantes, et permet de réduire au minimum l’impact au niveau des émissions de CO2, ce qui permettrait de répliquer à l’accroissement de la demande mondiale en carburant et de contribuer à combattre le problème causé par la disparition des réserves de combustibles fossiles, non renouvelables. En effet, durant sa croissance, la plante consomme par photosynthèse la même quantité de dioxyde de carbone que la combustion de carburant dégagera. En plus, les réserves de combustibles fossiles parcourent souvent des milliers de kilomètres entre leur lieu de production et d’utilisation. Ils sont parfois produits dans des pays aux gouvernements radicaux, finançant des régimes politiques aux actions déplorables, contrairement à la production du biocarburant qui peut être réalisée localement dans n’importe quel pays favorable au reboisement massif des plantes oléagineuses. La production de carburant à proximité de leur lieu d’utilisation limite les coûts financiers et écologiques du transport, les risques de déversement, encourage l’économie locale et pourrait peut être diminuer la dépendance énergétique vis-à-vis des pays aux pratiques improbables. C’est pour cette raison que l’homme cherche d’autres combustibles que le fossile. Plusieurs recherches ont abouti sur des plantes capables de produire de l’énergie renouvelable, avec comme motivation principale la substitution des combustibles fossiles dont l’épuisement est annoncé vers les années 2050 [11].
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Table des matières
Introduction
PARTIE I: ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
I- CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE
I-1- CONTEXTE ENVIRONNEMENTAL
I-1-1-Problématiques
I-1-2-Composition et propriétés des carburants usuels
I-1-3-Nature des émissions et impacts environnementaux
I-2- CONTEXTE ECONOMIQUE
I-2-1-Production du carburant dans le monde
I-2-2-Avantages des biocarburants face aux carburants fossiles
I-3- LES BIOCARBURANTS
I-3-1- Les différents types de biocarburants et leurs origines
I-3-2- Disponibilités des matières premières
I-3-3- Répartition de la teneur en acide gras de différentes huiles végétales
I-3-4- Utilisation du biocarburant par ajout
II- GENERALITE : POURQUOI AVOIR CHOISI LE JATROPHA ?
II-1- HISTORIQUE DE LA PLANTE DE JATROPHA
II-1-1- Possibilités de l’utilisation de Jatropha
II-1-2- Importance potentielle de Jatropha dans le secteur énergétique
II-2-COMPOSITION DE L’HUILE VEGETALE DES PLANTES OLEAGINEUSES EN GENERAL
II-2-1- L’huile végétale de Jatropha
II-2-2-Utilisation de l’huile végétale de Jatropha
II-2-3- Aspect protecteur de l’environnement
III- BIOCARBURANT : 1RE, 2E ET 3E GENERATION
III-1-BIOCARBURANT DE PREMIERE GENERATION
III-2-BIOCARBURANT DE DEUXIEME GENERATION
III-2-1- La filière biochimique
III-2-2- La filière thermochimique
III-3- BIOCARBURANT DE TROISIEME GENERATION
IV- SITUATION MONDIALE ET NATIONALE
IV-1- PRODUCTION MONDIALE DU BIOCARBURANT
IV-1-1-Impact environnemental
IV-2- PRODUCTION NATIONALE DU BIOCARBURANT
V- ETUDES RECENTES – BIOCARBURANT
V-1- DONNEE TECHNIQUE DE LA PRODUCTION DES DERIVES D’HUILES
V-1-1- La voie thermochimique
V-1-2- La voie chimique : seulement par la transestérification
V-2- TECHNIQUE DE PRODUCTION DE BIOCARBURANT
V-3- PARAMETRES PHYSICO-CHIMIQUES
VI- SITE ET INSTITUTION D’ACCUEIL
VI-1-Généralité sur l’OMNIS
VI-2-Responsabilité de l’OMNIS
PARTIE II : MATERIELS ET METHODES
I- EXTRACTION DES GRAINES DE JATROPHA
I-1- EXTRACTION CHIMIQUE DE LA GRAINE DE JATROPHA
I-1-1- Extraction à froid
I-1-2- Extraction à chaud
I-2- METHODE D’EXTRACTION MECANIQUE DES GRAINES : LE PRESSAGE
I-2-1- Présentation des matériels
I-2-2- Préparation de la matière première
I-2-3- Démarche du pressage des graines
II- PREPARATION DE L’HUILE VEGETALE DE JATROPHA PAR LA REACTION CHIMIQUE de Transestérification
II-1- DETERMINATION DE LA QUANTITE DE SOLVANT ET PREPARATION DU BIOCARBURANT
II-1-1-Préparation de la solution d’huile
II-1-2-Dosage de la solution d’huile préparée
II-1-3-Préparation de l’ester
II-1-4-Préparation du Biocarburant
II-2- LAVAGE ET VALORISATION DU SOUS-PRODUIT
II-2-1-Lavage du biodiesel (le produit principal)
II-2-2-Valorisation du sous-produit
III-ANALYSE PHYSICO-CHIMIQUE DES PRODUITS : HUILE VEGETALE BRUTE ET BIOCARBURANT DE JATROPHA
III-1- LA DENSITE
III-2- LA VISCOSITE
III-3- LE POINT ECLAIR
III-4- LE BSW (BASIC SEDIMENT AND WATER)
PARTIE III : RESULTATS ET DISCUSSIONS
I- PRESENTATION DES PRODUITS A ANALYSER
II- RESULTATS OBTENUS APRES EXTRACTION PAR SOLVANT
III- PRESENTATION DU PRODUIT APRES PRESSAGE
IV- PRODUCTION DU BIODIESEL A PARTIR DE L’HUILE VEGETALE DE JATROPHA
IV-1- PRODUIT DE LA REACTION DE TRANSESTERIFICATION
IV-2- VALORISATION DU SOUS-PRODUIT
IV-3- CARACTERISATION DES PRODUITS
IV-3-1- La densité
IV-3-2- La viscosité
IV-3-3- Le point éclair
IV-3-4- Le BSW (Basic Sediment and Water)
V- DISCUSSIONS
CONCLUSION
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