les bio car bur ants

8/2/2019 Les Bio Car Bur Ants

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UNIVERSITE DE JIJELFacult des sciences exactes et sciences de la nature et de la vie

Dpartement de la biologie molculaire et cellulaire

Anne universitaire : 2011

2O12

Ralis par:

M. Bilal

Y. Rahima


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Plan de lexpos

1-INTRODUCTION

2-HISTORIQUE

3-DEFINITION DES BIOCARBURANTS

4-GENERALITES SUR LES BIOCARBURANTS

5-LA PRODUCTION DES BIOCARBURANTS5.1-LES BIOCARBURANTS DE PREMIERE GENERATION5.2- LES BIOCARBURANTS DE DEUXIEME GENERATION

5.3- LES BIOCARBURANTS DE TROISIEME GENERATION

6- LES AVANTAGES ET LES INCONVENIENTS DES BIOCARBURANTS

7- CONCLUSION


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Les nergies fossiles dont le ptrole faitpartie taient toujours la principale sourcedapprovisionnement surtout pour le secteur

industriel et le secteur des transports.

Cependant ; devant linstabilit des prixsouvent rencontre dans le march deshydrocarbures, ainsi que les problmes lis la pollution. De nombreux pays sont engagsdans le processus de la recherche denouvelles sources dnergies.


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Enfin ; aujourdhui plusieurs milliers devhicules dans le monde roulent avec desbiocarburants. Quest ce que cest donc un

biocarburant ? Et comment peut-on produire

des biocarburants ?


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Avant 1900 :

- Les biocarburants ont ts utiliss pour la premire foisds lapparition de lindustrie automobile.

- Nikolaus August Otto, inventeur du moteur combustiona conu son invention pour rouler avec de lthanol.

- Rudolf Diesel, inventeur du moteur diesel a conu unmoteur qui march avec des huiles vgtales.

Entre 1903-1926 : Ford commercialise le model T, unevoiture qui roule avec de lthanol.


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Avant la deuxime guerre mondiale: les allemandsont utiliss un biocarburant qui est un mlange du gazoleavec de lalcool ferment partir de pomme de terre

(Reichskraftsprit).

Entre 1973- 1979 et en 1986: le choc des prix duptrole fait que de nombreux gouvernements sintressent

de plus en plus aux biocarburants.

En 2000 : linstabilit des prix du ptrole et le problmemajeur de la pollution ont pousss les pays industriels

dbloquer des budgets importants en faveur de larecherche et le dveloppement des secteurs desbiocarburants.


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Les biocarburants sont des carburantsproduits partir de la biomasse, essentiellement

dorigine agricole. Ce terme sappliquecommunment aux carburants de transportsliquides, mais il couvre galement descombustibles gazeux et solides tels que : lespastilles et coupeaux de bois.


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Lun des termes les plus rcent qui dsigne lesbiocarburants est : Agrocarburants.

Les biocarburants sont issus de la biomasse (matiresvgtales) qui est considre la fois comme une sourcednergiepropre, car elle utilise le carbone du gazcarbonique prsent dans latmosphre grce unprocessus de la photosynthse. Et une source

dnergie renouvelablecontrairement lnergie fossilequi est en cours dpuisement (Fig 1 et 2).


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Fig 1 : la biomasse est une nergie propre


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Fig 2: comparaison du cycle de carbone entre lescarburants dorigine fossile et les biocarburants


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Un biocarburant peut remplacer partiellement ou

totalement un carburant classique. On dit quil est: Bio-additiflorsquil est mlang lessence dans uneproportion de 0- 5 %, et on dit quil est : bio-composantquand la proportion est de 5- 30% comme dans leDiester.

exemples: E15 signifie un carburant qui contient 15%dthanol et 85% dessence.

E30 signifie un carburant qui contient 30%dthanol et 70% dessence.


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La biomasse utilise dans la production desbiocarburants inclut une large gamme de produit, desous-produit, et de flux de dchets comme :

- Les crales.

- Les cultures sucrires et arbales.- Les dchets de la sylviculture et de lagriculture.

- Les dchets municipaux et industriels.- Les rsidus agricoles et forestiers.- Les boues dpuration.- Le fumier.- Les algues et autres plantes.

Les cultures nergtiques sont obtenues partirdespces annuelles et prennes qui sont spcialement

cultives pour produire des formes dnergie solides,


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liquides ou gazeuses, notamment les biocarburants.Il sagit en particulier dolagineux (colza,soja,tournesol),

de crales (bl,orge, mas, seigle), de betteraves sucreet de cultures prennes (miscanthus, taillis rotationrapide, eucalyptus).

Selon, leurs nature les biocarburants peuvent tre :

solides, liquides, ou gazeux. Mais lheur actuelle troisbiocarburants couvrent presque la totalit de laconsommation dans le secteur des transports lchelle

mondial et qui sont :

- Le biothanol (principal biocarburant mondial).

- Le biodiesel.- Le biogaz (ex: mthane) . (Fig 3)


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Solides

Gazeux

LiquidesBiocarburants

Biohuile

Biodisel

Biothanol

Biogaz

Gaz de labiosynthse

Biocombustible

Fig 3: classification des biocarburants


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Il existe plusieurs classification des biocarburantsnotamment celle qui les classes ont :

- Biocarburants de premire gnration.- Biocarburants de deuxime et troisime gnration.

Cette classification est base sur la source debiomasse utilise dans la production des biocarburants ainsique sur le niveau de maturit des procds technologiquesde production.


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5- LA PRODUCTION DES BIOCARBURANTS :

5.1-LES BIOCARBURANTS DE 1ire GENERATION :

Dans les procds de production des biocarburantsde premire gnration, seule une fraction mineure de laplante qui est utilise. Cette fraction est lorgane derserve qui peut stocker soit :

- Les sucres ( Betterave et canne) .

- Lamidon (Bl et le mas).- Lhuile (Colza-Tournesol-Palme) .

Enfin, les biocarburants de premire gnrationregroupent principalement deux filires qui sont :

- La filire des huiles pour les vhicules diesel.

- La filire de lalcool pour les vhicules essence.


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A-LE BIODIESEL (Diester) : Le principe :

Cest la production dun agrocarburant par une

simple transformation chimique (Transstrification)des huiles essentiellement vgtales obtenus aprs

pressage des grains olagineuses.

Les matire premires :

- diffrents types dhuiles vgtales .(30 types)- les graisses animales.

- les graisses recycles- lhuile provenant de cultures spciales

comme : le colzale sojale canolaetc. qui sontcaractrises par une faible tenure en acide gras ce qui

facilite le traitement. (principale source de production)


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Le procd de production :

Le biodiesel est obtenu par la transformation des

triglycrides qui constituent les huiles vgtales; latransestrification de ces huiles, avec du mthanol oude l'thanol, en prsence d'un catalyseur, gnralement

de l'hydroxyde de potassium KOH ou de sodium NaOH,produit des Esters d'Huile Vgtale, respectivementmthyliques (EMHV) et thyliques (EEHV). La ractionde transestrification est ralise temprature

modre (20-80C) et pression atmosphrique. (fig. )


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Les produits et les sous-produits :

- Le produit la fin de la raction est le biodiesel qui

est enfin Lav pour tre utilis dans les vhiculesdiesel.

- les sous-produits sont :

-Les tourteaux qui sont extraits puis schs et

valoriss dans lalimentation animale.

-La glycrine est utilise dans lindustriealimentaire.


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Remarque:

Dans la filire des huiles il existe une autre voieque la voie du biodiesel dans la quelle on peut utiliserdirectement lhuile vgtale brute (HVB) dans lesmoteurs diesel, pure ou en mlange . Mais cause de

sa viscosit relativement leve , lutilisation dunefraction dhuile ncessite ladaptation des moteurs.


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B-LE BIOETHANOL :

Le principe :

le biothanol peut tre produit partir de lafermentation des sucres ( simples ou complexes)on faisant intervenir des levures et des bactries .

Lquation gnrale de la transformation du glucose

en thanol est :

C6 H12 O6 2C2H2OH + 2CO2


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Lesmatires premires:

Lesmatires premires utilises dans laproduction du biothanol dans ce cas sont soit :

Les plantes sucrires tels que : sucre cane,

betterave, et en moindre mesure le sorgho sucrier.

Les plantes cralires comme : le mas, le bl,lorge.

Les tubercules comme : la pomme de terre et lemanioc dans lesquels les sucres sont prsents sousforme dun polymre (amidon ou autres).


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Les paramtres de la fermentation :

Les paramtres qui ont une influence importante

sur la fermentation thanolique sont : le produit de laraction (thanol), la temprature, loxygne, et les

lments minraux.

Lthanol: les concentrations fortes en thanol peuventtre un facteur limitant de la fermentation. En prsencede teneur important en thanol de lordre der 8 10 % en

volume.les levures dites rsistantes lthanol modifiant

leurs composition lipidique de leurs membrane pour

augmenter la permabilit cellulaire lthanol ce quifavorise la diffusion de lalcool vers lextrieur et diminue

sa concentration intracellulaire (inhibition du processusmtabolique ).


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Les tapes et les procds de production :

les tapes de la production:

La production de biothanol regroupe plusieurstapes essentielles tels que : la prparation du substrat,la fermentation, la distillation et le traitement des

effluents et coproduits.

Cependant ; quelque soit le type de procd

employ, la fermentation reste toujours une tape cl dela production . Celle- ci se droule dans des fermenteursen mode continue, on utilisant la technologie defermentation continue en cascade. (Fig 4)


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Fig 4: Procd de fermentation en continu

( fermentation en cascade)

(Les biocarburants: tat des lieux, perspectives et enjeux du dveloppement,2006)


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Enfin, lextraction de lthanol qui permetlobtention du biothanol ce droule en deux tapes :

-la premire tape est une distillation classiqueproduisant de lthanol une voisine de lazotrope .les

huiles de Fusel sont soutires en milieu de colonne.

-la deuxime est une distillation azotropique qui conduit lthanol anhydr (99,8 % v/v), o on utilise

gnralement des solvants entraineur comme le

cyclohexane. Ce type de traitement est abandonn enfaveur de la dshydratation sur tamis molculaire. (Fig 5)


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Fig 5: la distillation de lthanol



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Les procds de production :

Les procds de production du biothanol depremire gnration varient selon la nature de lamatire premire .il faut seulement noter que laproduction de lthanol partir des plantes

cralire (mas, bl) est base sur deux types de

procds qui sont :

- Wet milling : dans ce procd, la partie huileuse dugerme de mas est extraite avant la rcupration de

la partie protique (corn gluten meal) qui estvalorise en alimentation animale.

- Dry milling: cest le grain entier qui est trait.


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Fig 6: Production dthanol ex- plantes

sucrires



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Fig 7: Production dthanol

partir des crales ( Wet milling)(Les biocarburants: tat des lieux, perspectives et enjeux du dveloppement,2006)


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Fig 8: Production dthanol partir des crales (Dry

milling)(Les biocarburants: tat des lieux, perspectives et enjeux du dveloppement,2006)


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Les produits et les sousproduits :

Le produit final de la fermentation partir des diffrentstypes de matire premire est le biothanol .Ce dernier peutremplacer compltement lessence (E100) comme il peut tremlang lessence (E15)..etc.

plusieurs types de sousproduit peuvent tre valoriss et

utiliss dans dautres domaine comme :

- les pulpes qui sont obtenus aprs la fermentation debetteraves sucrires sont utilises en alimentation

animale.

-les vinasses sont concentres pour tre utilises dansles formulations alimentaires animales.


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5.2-LES BIOCARBURANTS DE 2me GENERATION :

Contrairement aux procds de production des

biocarburants de premire gnration, les procds deproduction des biocarburants de deuxime gnrationsont bass sur lutilisation de lintgralit de la biomasse.

A-LE BIOETHANOL:

Le principe :

la biomasse est constitue essentiellement deplusieurs biopolymres tels que : la lignine (15-20%), lacellulose (35-50%) et lhmicellulose (20-30%).


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Lhydrolyse des deux derniers composants quisont des polysaccharides donne des hexoses et despentoses qui peuvent leurs tour subir une

fermentation sous laction de certaines bactries etlevures pour donner la fin du biothanol.


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Les matires premires utilises :

La biomasse lignocellulosique est utilise dans la productiondu biothanol de deuxime gnration, elle est rpartie en deuxcatgories :

La biomasse sche : cette catgorie comprend le bois et ses sous

produits (les coupeaux, la sciureetc.), les sous produits delindustrie papetires et les dchets mnagers.

La biomasse humide :ce type de biomasse regroupe les produitsdagriculture et les dchets dorigine agricole (la paille, les rafles de

masetc.)


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Les microorganismes utilises :

(Industrial microbiology: An introduction, 2001)


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Les tapes de production :

La production de biothanol de deuxime gnration

est rparti essentiellement en 04 tapes est qui sont :

Le prtraitement : il peut tre physique (mcanique-thermolyse), physicochimique (thermolyse explosion lavapeur ..etc.) Ou chimique (prtraitement alcalin,

prtraitement lacide dilu); son but est deffectuer unedlignification avec une augumentation de la porosit de lamatrice pour facilit laction des enzymes hydrolytiques.


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La fermentation :Elle se droule dans des fermenteurs en (batch, fed

batch, continu), selon le procd approprie pour le

-Une hydrolyse enzymatique : on faisant intervenirdes enzymes produites par des microorganismes

(cellulase).

Le but de lhydrolyse est de dgrader la cellulose

et hmicellulose en sucre simple.

Lhydrolyse: on emploi souvent deux types dhydrolysequi sont :

- Une hydrolyse chimique : on utilisant des acidesdilus ou des acides concentrs.


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microorganisme qui ralisera la fermentation .il fautseulement noter que la souche Saccharomyces cerevisiaequi est beaucoup plus utiliser industriellement pour la

fermentation alcoolique ne peut pas utiliser le xylosecomme source de carbone .elle est donc remplace pardautres espces tels que :Pichia stipitis, Candidashehatae.

Enfin ; plusieurs espces bactriennesthermophiles peuvent convertir le xylose en thanol.

La distillation :

Cest la dernire tape qui permet dextraction dubiothanol.


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Le produit final aprs les diffrentes tapes deproduction est le biothanol, se dernier peut tre utiliscomme biocarburant.

Cependant ; le sousproduit qui rsulte de la majoritdes procds de production du biothanol de 2me

gnration est la lignine qui est soit :

-rcupre puis traite et transforme en vapeur pour

servir de source dnergie notamment pour lesdiffrentes tapes consommatrice de vapeur etdnergie tels que : le prtraitement et la distillation.

Le produit final et les coproduits:


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-valorise comme source dnergie (lectricit lachaleur) lors de lutilisation de certaines matires

premires comme le bois.

-valorise aprs transformation en : rsines ,colle, matire

premire pour la chimie fine.


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Le biogaz est produit partir des dchets organiques,industrielles et mnagers, grce un processuscomplexe de fermentation faisant intervenir une varitde microorganismes anarobies. (Fig 10)

Cette fermentation se droule essentiellement en troisphases et qui sont :

-lhydrolyse et lacidogense.-lactogense.-La mthanogense.

B- Le biogaz (biomthane):


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Fig 10 : Microbiologie de la production du mthane

(Biotechnology. Cambridge; 2009)


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(Microbiology a humain perspective,2004)


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5 3 L bi b d 3 i


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5.3- Les biocarburants de 3me gnration :

Les procds de production des biocarburants de

troisime gnration sont bass sur lutilisation desalgues (les micro-algues).ces derniers offrent denombreux avantages car ils produisent 40 fois dnergieque produit par le mas ou les crales .de plus, ils

noccupent pas des terres ncessaires la productiondes aliments.

Principe :

Les algues utilisent la photosynthse pourfabriquer la matire organique, en fixant bien sur du CO2 .cest cette matire qui sera ensuite transforme en

biocarburant.

Procds de production :


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Procds de production :

Dans les sites destins la production desbiocarburants dorigines algales, les algues sont cultives

dans des fermenteurs spciaux (photobioracteur), et ledioxyde de Carbonne ncessaire leurs dveloppementsprovient des missions des centrales.

Ensuite, les algues peuvent tre rcolte rapidement,presser pour extraite les huiles fin de les utiliser dans laproduction du biodiesel.

Enfin ; les sous produits qui rsultent de lextraction deshuiles qui sont riche en carbohydrates et en protines,peuvent tre utiliss dans la production du biothanol ouvaloriss comme aliment pour les animaux.


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(TORTORA, 2010)

6 Avantages et inconvnients des biocarburants :


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6- Avantages et inconvnients des biocarburants :

les avantages :

-Diminution de la pollution de laire.

-Diminution des missions de gaz effet de serre.

-Valorisation et traitement des dchets industriels,agricoles et mnagers.

Les inconvnients :

Peu dinconvnients sauf pour les procds de

production de premire gnration o les matirespremires utilises sont la fois couteuses, en plus, elles

entrent en concurrence avec lalimentation humaine.


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7- CONCLUSION:

Vu limpact et la gravit du problme de la pollution

qui est lie surtout lutilisation des diffrents moyensde transport . Lhomme peut faire face en utilisantdes biocarburants.


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