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Institut International d’Ingénierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou

Institut International d’Ingénierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou 01 - BURKINA FASO Tél. : (+226) 50. 49. 28. 00 - Fax : (+226) 50. 49. 28. 01 - Mail : 2ie@2ie-edu.org - www.2ie-edu.org SYNTHESE DE NOUVEAUX BIOCARBURANTS A BASE DE CNSL MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU MASTER EN ENERGIE OPTION : GENIE ENERGETIQUE ------------------------------------------------------------------ Présenté et soutenu publiquement le [10/07/2015] par Nabonswendé Aïda Nadège OUEDRAOGO Travaux dirigés par : Promotion [2014/2015] Dr Igor OUEDRAOGO, Enseignant chercheur 2ie Dr Yohan RICHARDSON, Enseignant chercheur 2ie Jury d’évaluation du stage : Présidente : Dr. Sylvie MOURAS Membres et correcteurs : Dr. Wilfried MOUSSAVOU Dr. Yohan RICHARDSON N. Aïda Nadège OUEDRAOGO Promotion 2014-2015 Juillet 2015 Page i Le savant n'est pas celui qui fournit les vraies réponses; C’est celui qui pose les vraies questions. Claude LEVI-STRAUSS Celui qui trouve sans chercher est celui qui a longtemps cherché sans trouver. Gaston BACHELARD Ce que je sais c’est que je ne sais rien. SOCRATES N. Aïda Nadège OUEDRAOGO Promotion 2014-2015 Juillet 2015 Page ii DEDICACES A mes très chers parents, Tasséré OUEDRAOGO et Haguiratou SANKARA, pour leur amour et soutien inconditionnel, recevez ici l’expression de mon profond respect et de toute ma gratitude. Je n’ai jamais manqué de rien grâce a vous. Vous êtes mon modèle et inspiration. Puisse ce travail être à la hauteur des efforts que vous avez fourni pour mon éducation. Je vous aime. A ma sœur Safiétou Gertrude OUEDRAOGO et à mon frère Ben Rahim Dimitri OUEDRAOGO, merci pour votre amour fraternel. Restons toujours unis. A ma très grande Amie Constance Satio Rachida KONE, tant d’années passées ensemble. Merci pour cette belle amitié. Puisse-t- elle perdurer à travers le temps. N. Aïda Nadège OUEDRAOGO Promotion 2014-2015 Juillet 2015 Page iii REMERCIEMENTS Avant tout, je souhaite adresser mes sincères remerciements à mes encadreurs Dr Igor OUEDRAOGO et Dr Yohan RICHARDSON pour m’avoir accordé leur confiance en me permettant de réaliser ce stage ainsi que pour leur encadrement et leur grand suivi tout au long de mes travaux. J’adresse aussi mes remerciements à tout le personnel du Laboratoire Biomasse Energie Biocarburant (Enseignants, Chercheurs, Techniciens) dirigé par Dr Sayon Dit Sadio SIDIBE pour leur disponibilité tout au long de mon stage. J’exprime ma profonde gratitude à David Blaise TSUANYO pour tout son soutien, sa disponibilité, ses conseils, et orientation durant mes deux années de Master. Cela me fut d’une grande aide. Je ne manquerai d’exprimer ma reconnaissance à mes collègues stagiaires du LBEB ainsi qu’à tous les doctorants du LBEB en particulier Eric Serges NOUMI pour sa gentillesse et sympathie. Merci pour la bonne ambiance. Je ne pourrai terminer ces remerciements sans y associer tout le corps enseignant, le personnel administratif du 2iE, mes collègues stagiaires du LESEE et de la promotion. A toutes et à tous je leur dis merci pour tout. N. Aïda Nadège OUEDRAOGO Promotion 2014-2015 Juillet 2015 Page iv RESUME Les industries agroalimentaires de noix d’anacarde produisent d’énormes quantités de déchets de coques d’anacarde. Ces dernières contiennent du Cashew Nut Shell Liquid (CNSL), un liquide très visqueux et corrosif qui rend difficile la valorisation des coques, et dont la demande sur le marché international est fluctuante. Ainsi, une nouvelle valorisation énergétique du CNSL, liquide à fort pouvoir calorifique, est une solution attractive à la problématique de sa gestion tout en répondant à un besoin de carburants pour l’électrification. Cette présente étude à caractère exploratoire avait ainsi pour objectif de tester une voie originale de production d’un biocarburant à partir du CNSL. Notre approche au cours de ce travail a été de réduire l’acidité et la viscosité du CNSL à travers des réactions d’estérification en présence de catalyseurs acides et basiques ; puis de procéder à la caractérisation du produit obtenu. L’estérification a été réalisée dans des conditions douces de température et de pression sur différents types d’échantillons : le CNSL de la société ANATRANS, le CNSL extrait à l’éthanol et l’acide anacardique préalablement extrait. Les résultats ont montré que le CNSL obtenu par extraction à l’éthanol est riche en acide anacardique alors que celui d’ANATRANS en contient très peu, expliquant l’absence d’une réaction d’estérification. D’autre part, la caractérisation physico-chimique du produit obtenu de l’estérification éthylique du CNSL montre aussi une estérification partielle de l’acide anacardique dans les conditions expérimentales suivantes : 5 mL de CNSL, 50 mL d’éthanol, 15% H2SO4, 70°C, 100 heures de réaction. A l’issue de cette étude, des recommandations ont été proposées pour améliorer la réaction d’estérification et développer un procédé de valorisation du CNSL en biocarburant. Mots Clés : 1- CNSL 2 - Coques d’anacarde 3 - Biocarburant 4 - Estérification 5- Acide anacardique N. Aïda Nadège OUEDRAOGO Promotion 2014-2015 Juillet 2015 Page v ABSTRACT The food industry of cashew nuts produces huge amounts of waste cashew nut shells. These contain the Cashew Nut Shell Liquid (CNSL), a highly viscous, corrosive liquid which makes it difficult valorization of shells and whose demand in the international market is fluctuating. Thus, a new energy valorization of CNSL, a high calorific value liquid, is an attractive solution to the problem of its management while responding to a need for fuels for electrification. This present study was exploratory and designed to test a novel way of producing biofuel from CNSL. Our approach in this work was to reduce the acidity and viscosity of CNSL through esterification reactions in the presence of acid and basic catalysts; then proceeding to the characterization of the product obtained. The esterification was carried out under mild conditions of temperature and pressure on different types of samples: CNSL from the ANATRANS society, CNSL extracted with ethanol and anacardic acid beforehand extracted. The results showed that the CNSL obtained by ethanol extraction is rich in anacardic acid while that of ANATRANS contains very little, explaining the absence of an esterification reaction. Moreover, the physic-chemical characterization of the product obtained from ethyl esterification of CNSL also shows a partial esterification of anacardic acid in the following experimental conditions: 5 ml of CNSL, 50 mL of ethanol, 15% H2SO4, 70 ° C, and 100 hours of reaction. Following this study, recommendations have been proposed to improve the esterification reaction and develop a process to convert CNSL into biofuel. Key words: 1 – CNSL 2 - Cashew nut shell 3 - Biofuel 4 - Esterification 5 – Anacardic acid N. Aïda Nadège OUEDRAOGO Promotion 2014-2015 Juillet 2015 Page vi LISTE DES ABREVIATIONS ANAC : Analysis Compared (Laboratoire d’analyse carburants et lubrifiants) BtL : Biomass to Liquid CNSL : Cashew Nut Shell Liquid CO2 : Dioxyde de Carbone dTG : dérivé Thermogravimétrique H2SO4 : Acide sulfurique HCl : Chlorure d’hydrogène KOH : Hydroxyde de potassium kPa : Kilos Pascale LBEB : Laboratoire Biomasse Energie et Biocarburant LESEE : Laboratoire Energie Solaire et Economie d’Energie : Masse de Cashew Nut Shell Liquid : ’ NaOH : Hydroxyde de sodium : Taux d’extraction du Cashew Nut Shell Liquid NOX : : Monoxyde d’azote Rendement d’extraction du Cashew Nut Shell Liquid SONABEL : Société Nationale Burkinabè d’Electricité SOX : Monoxyde de soufre %m : Pourcentage massique N. Aïda Nadège OUEDRAOGO Promotion 2014-2015 Juillet 2015 Page vii TABLE DES MATIERES DEDICACES ...................................................................................................................... II REMERCIEMENTS ......................................................................................................... III RESUME ........................................................................................................................... IV ABSTRACT ......................................................................................................................... V LISTE DES ABREVIATIONS ......................................................................................... VI TABLE DES MATIERES ................................................................................................ VII LISTE DES TABLEAUX .................................................................................................. IX LISTE DES FIGURES ........................................................................................................ X INTRODUCTION ................................................................................................................1 I. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE....................................................................................5 I.1. LES BIOCARBURANTS ...................................................................................................5 I.1.1. Les biocarburants de première génération ..........................................................5 I.1.1.1. Le bioéthanol ...............................................................................................5 I.1.1.2. Les huiles végétales .....................................................................................6 I.1.1.3. Le biodiesel .................................................................................................6 I.1.2. Les biocarburants de seconde génération ............................................................7 I.2. REACTION D’ESTERIFICATION .......................................................................................7 I.2.1. Influence de la température .................................................................................8 I.2.2. Influence d’un catalyseur ....................................................................................8 I.2.3. Influence du ratio molaire des réactifs.................................................................9 I.2.4. Influence de la nature des réactifs. ......................................................................9 I.3. ETAT DE L’ART SUR LE CNSL .................................................................................... 10 I.3.1. Généralités sur l’anacardier ............................................................................. 10 I.3.2. Valorisation énergétique de coques d’anacarde ................................................ 12 I.3.2.1. Valorisation énergétique des coques par combustion directe ...................... 12 I.3.2.2. Valorisation énergétique des coques par gazéification ................................ 13 I.3.2.3. Valorisation énergétique des coques par pyrolyse ...................................... 13 I.3.3. Extraction du CNSL .......................................................................................... 13 N. Aïda Nadège OUEDRAOGO Promotion 2014-2015 Juillet 2015 Page viii I.3.3.1. Extraction du CNSL par solvant ................................................................ 13 I.3.3.2. Extraction thermique du CNSL .................................................................. 14 I.3.3.3. Extraction mécanique du CNSL ................................................................. 15 I.3.4. Composition chimique et caractéristiques du CNSL .......................................... 15 I.3.5. Travaux réalisés sur l’utilisation du CNSL comme carburant ............................ 18 I.3.6. D’autres applications du CNSL ......................................................................... 19 I.4. SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE ..................................................................................... 19 II. MATERIELS ET METHODES ................................................................................. 21 II.1. PREPARATION DES ECHANTILLONS .......................................................................... 21 II.2. PRODUCTION DU BIODIESEL .................................................................................... 21 II.2.1. Extraction du CNSL .......................................................................................... 21 II.2.2. Extraction de l’acide anacardique ..................................................................... 22 II.2.3. Réaction d’estérification ................................................................................... 23 II.3. CARACTERISATION DES PRODUITS OBTENUS............................................................ 24 II.3.1. Analyse thermogravimétrique ............................................................................ 24 II.3.2. Analyse chromatographique sur couche mince (CCM) ...................................... 24 II.3.3. Détermination de l’acidité ................................................................................. 26 II.3.4. Détermination de la viscosité ............................................................................ 28 III. RESULTATS-ANALYSES ET DISCUSSIONS ........................................................ 29 III.1. ETUDE PRELIMINAIRE SUR LE CNSL TECHNIQUE ..................................................... 29 III.2. EXTRACTION A L’ETHANOL ET CARACTERISATION DU CNSL ................................... uploads/Geographie/ memoire-aida-nadege-ouedraogo-final.pdf