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DELIC Vincent – HOANG Anh-Minh – MICHAU Alexandre 1èreS6 – Groupe 5 Production

DELIC Vincent – HOANG Anh-Minh – MICHAU Alexandre 1èreS6 – Groupe 5 Production : site internet : http://anubiskote.free.fr/TPE/1024/ Travaux Personnels Encadrés Les Biocarburants Matières : Physique-Chimie Sciences et Vie de la Terre Professeurs : Madame Barbet-Massin Madame Bedouch Ce document est la version imprimable de notre site internet, conçu en cas de problèmes avec internet. Présentation : Bienvenue sur le site du TPE sur les biocarburants des 1S6 au lycée Lakanal. Ce TPE a été réalisé par le groupe 5, composé de Delic Vincent, Hoang Anh-Minh et Michau Alexandre. Il porte sur la SVT et la Physique-Chimie. Introduction au sujet : Nous parlerons des biocarburants, et plus spécialement des pollutions qu'ils engendrent, que ce soit au niveau de leur production ainsi que de leur consommation ( combustion ). Nous comparerons aussi les dégagements de CO2 par kg de carburant brûlé, avec les espèces suivantes. Pour le diesel nous prendrons du cétane ; pour le bioéthanol, de l'éthanol ; pour l'ester méthylique de colza, le trilinoléate de méthyle. Nous testerons aussi les exemples du butane, du méthane et de l'octane. Plan : Introduction, problématique. I.Transformations, de la plante au carburant. A)Pour le bioéthanol : - extraction du sucre. - fermentation du glucose. B)Pour le biodiesel ( EMHV ) : - extraction d'huile ( colza ou soja ). - transestérification II.Consommation des biocarburants, comparaison avec d'autres carburants. A)Calculs : - calculs de masse molaire et équations de combustion. - tableaux d'avancement des réactions de combustions B)Tableau : - tableau récapitulatif. - informations tirées du tableau. Conclusion : bilan final de toutes les pollutions. Introduction : Les énergies fossiles : Les énergies fossiles sont celles que nous produisons à partir de roches issues de la fossilisation des êtres vivants. Elles sont présentes en quantité limitée et ne sont pas renouvelables ( à l'échelle de plusieurs millénaires ). Elles proviennent de matières organiques enfouies dans le sol, ou sédimentées au fond des océans, lacs, ... Elles sont ensuite transformées en kérogène, puis en combustibles fossiles ( pétrole, gaz, charbon, schistes bitumeux, ... ). Lors de leur combustion, on met le composé ( combustible fossile ) au contact de la flamme, il s'oxyde, et de la chaleur se forme. L'équation de la combustion d'un combustible fossile s'écrit ainsi ( dans le cas d'une combustion complète : tous les réactifs sont consommés ) : CnH2n+2 + (3n+1)/2*02 → nCO2 + (n+1)H2O Lors de la combustion d’une énergie fossile, on observe un dégagement de dioxyde de carbone et d'eau, c'est pourquoi les énergies fossiles ne sont pas considérées comme "propres". Les énergies propres : Une énergie propre est une énergie qui ne produit pas de polluants, sans épuiser les ressources naturelles ( de la Terre ). Ces énergies produisent toutes de l'énergie thermique, mécanique ou électrique ( biomasse, traction animale, énergie marémotrice, éoliennes, solaire, hydroélectricité, ... ). Il ne faut pas les confondre avec les énergies renouvelables ( bien qu'une énergie renouvelables puisse être propre ), car il y a des déchets possibles ( éoliennes, solaire, hydroélectricité, ... ). L'effet de serre : L'effet de serre est un phénomène de capture des rayons IR ( infrarouges ), émis par la Terre, entraînant un réchauffement du globe terrestre. Les rayons IR sont absorbés par les molécules de CO2 ( mais aussi par tous les gaz à effet de serre ). L'absorption des IR dépend de la structure de ces molécules : - Les molécules "symétriques" ( H2, O2, N2, ... ) sont très peu absorbantes ( dans le domaine des IR ). - Les molécules "non symétriques" ( CO2, H2O, CH4, ... ) sont beaucoup plus absorbantes. Les gaz à effet de serre : Les principaux gaz à effet de serre sont : - Dioxyde de carbone ( CO2 ) : son émission est liée à l'activité humaine industrielle ( combustion d'énergies fossiles ). - Vapeur d'eau ( H2O ) : c'est le gaz qui contribue plus à l'effet de serre ( 55% de l'effet de serre ), en effet l'air a la possibilité de garder de la vapeur d'eau. Donc il y aura par conséquent davantage de nuages, et ils agissent comme un gaz à effet de serre. - Méthane ( CH4 ) : il est produit par la fermentation de matières organiques, sous l'action de bactéries ( ordures, zones humides, "fermentations intestinales" des ruminants). - Oxyde d'azote ( NO, N2O ) : monoxyde et protoxyde d'azote. Ils sont naturellement produits par les eaux et les sols - CFC ( Chlorofluorocarbures ) : ce sont des gaz industriels que l'on retrouve dans le liquide réfrigérant, ainsi que dans les bombes aérosols. Les biocarburants, présentation : Les biocarburants sont des carburants issus de la matière végétale ( céréales, plantes saccharifères, oléagineux, ... ), provenant de cultures ou de déchets. Ils possèdent des propriétés similaires au pétrole. On peut les utiliser dans les moteurs à essence ou à diesel en les mélangeant, en faible concentration (sans changer le moteur ).Il existe deux grands types de biocarburants : les oléagineux et les éthyliques. Problème : Peut-on dire que les biocarburants constituent une énergie propre ? I.Transformations : A)Pour le bioéthanol : Extraction du sucre : 1. Lavage. Les betteraves sont acheminées dans un lavoir où elles sont lavées et brassées par des pales pour les séparer de la terre, de l’herbe et des pierres. > eaux usées. 2. Découpage. Les betteraves propres sont envoyées dans des coupe-racines qui les débitent en lamelles appelées "cossettes". > dégagement de poussières. 3. Extraction. Le jus sucré est extrait des cossettes par diffusion dans un long cylindre : l’eau chaude qui y circule en sens inverse des cossettes s’enrichit peu à peu de leur sucre. 4. Purification. Le jus obtenu contient la quasi totalité du sucre présent dans la betterave, et des impuretés (sels minéraux, protéines végétales, ...) éliminées par adjonction de lait de chaux, de gaz carbonique puis par filtrage. > 0,75 à 20 kg de chaux ( CaO ) par tonne de betterave. > rejets de CO2. 5. Evaporation. Le jus filtré contient environ 13 % de sucre et 87 % d’eau. Porté à ébullition, il traverse une série de chaudières et se transforme en sirop contenant 65 à 70 % de saccharose. 6. Cristallisation. Dans des chaudières, de très fins cristaux sont introduits pour amorcer la cristallisation du sucre ; cristallisé, le sirop se transforme en "masse cuite", formée de multiples petits cristaux en suspension dans un sirop coloré. 7. Essorage. Dans des turbines, sous l’action de la force centrifuge, le sirop coloré est évacué : le sucre blanc cristallisé se dépose sur les parois puis est "lavé" en surface par pulvérisation de vapeur. 8. Séchage. Encore chaud et humide, le sucre cristallisé blanc est envoyé dans des appareils de séchage à air chaud, puis refroidi. Il est désormais prêt à la consommation. > poussières de sucre ( nuisibles à la santé à haute dose ). 9. Conditionnement. Après avoir été tamisé, classé, pesé, le sucre est entreposé en vrac dans de vastes silos, ensaché ou conditionné dans des ateliers spécialisés (morceaux, poudre, glace…) avant expédition. Il faut une tonne de canne à sucre pour produire 115 kg de glucose. Il faut une tonne de betterave pour produire 135 kg de glucose. Fermentation du glucose : Le glucose obtenu dans le sucre est ensuite mis en fermentation pour obtenir de l'éthanol. Voici la formule du procédé ( fermentation éthylique ) : C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + Energie libérée ( utilisable et sous forme de chaleur ) C6H12O6 : Glucose C2H5OH : Éthanol CO2 : Dioxyde de carbone Maintenant, nous allons calculer les masses de dioxyde de carbone et d’éthanol rejeté pour un kilogramme de sucre : / On commence par calculer les masses molaires des espèces Masse molaire du glucose : Mglucose = 6MC + 12MH + 6MO Mglucose = 180,0 g.mol-1 Pour 1000 g de glucose, on a 1000/180 = 5,56 moles de glucose. Masse molaire de l'éthanol : Méthanol = 2MC + 6MH + MO = 46,0 g.mol-1 Masse molaire du dioxyde de carbone : Mdioxyde de carbone = MC + 2MO = 44,0 g.mol-1 / Puis, à l’aide du réactif limitant, on calcule les rejets : Comme il n'y a qu'un seul réactif, xmax = 5,56 mol La masse d'éthanol produite vaut : méthanol = 2xmax × Méthanol = 2 × 5,56 × 46,0 = 511,5 g La masse de dioxyde de carbone produite vaut : mdioxyde de carbone = 2xmax × Mdioxyde de carbone = 2× 5,56 × 44,0 = 489,3 g Pour 1kg de glucose, on obtient 489 g de CO2 et 511 g d'éthanol. Mais ce dioxyde de carbone, qui était dans le cycle court n'augmente pas l'effet de serre ( voir consommation B), informations tirées du tableau ). Mélanges : Le bioéthanol peut être ajouté à l'essence dans n'importe quel moteur ( bien entendu dans un moteur à essence ), de 0 à 20%, sans modifier le moteur de la voiture ( légalement 5% en Europe, 10% aux États-Unis et 20% au Brésil uploads/Finance/ tpe-biocarburants.pdf