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1 République Algérienne Démocratique et Populaire MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT S

1 République Algérienne Démocratique et Populaire MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE M’HAMED BOUGARA BOUMERDES FACULTE DES SCIENCES De L’INGENIEUR Département : Génie des procédés option: Génie chimique THEME : Bio production : fabrication d'éthanol par Réaliser par :  BOUZID Imene  FERKAL Sarra  HADJLOUM Mustapha 2018/2019 2 Introduction : L’éthanol est un alcool présent dans les boissons alcoolisées et qui est utilisé dans l’industrie comme solvant ou désinfectant. Concentré et hydraté, l’éthanol devient le bioéthanol, biocarburant qu’on mélange à l’essence ou au diesel pour la consommation des moteurs. Ce biocarburant est produit à partir de plantes contenant du sucre (betterave, maïs et canne à sucre) ou de matières pouvant être converties en sucre comme l’amidon de blé. L’éthanol est un « agro-carburant » car il est produit à partir de matières premières agricoles. L’utilisation d’éthanol dans les transports reste faible à travers le monde. Aux Etats-Unis, l’éthanol ne représente que 2% de la consommation intérieure de carburant contre 30% au Brésil. Définition d’éthanol : L’éthanol, ou alcool éthylique (ou plus simplement alcool), est un alcool de formule semi-développée CH3-CH2-OH. C'est un liquide incolore, volatil, inflammable et miscible à l'eau en toutes proportions. Il est utilisé par l'industrie agroalimentaire (pour la production de spiritueux notamment), la parfumerie et la pharmacie galénique (comme solvant) ainsi qu'en biocarburant(bioéthanol) qui s'agit d'un vecteur énergétique issu de l’agriculture, ou des déchets de l'industrie forestière1, et appartenant à la famille des énergies renouvelables. Cet éthanol d’origine végétale n’est rien d’autre que de l’alcool éthylique, le même que celui que l’on trouve dans toutes les boissons alcoolisées. Il est en outre utilisé dans les thermomètres à alcool, dans les moteurs à essence. 3 Définition du bioréacteur : Un bioréacteur, appelé également fermenteur ou propagateur, est un appareil dans lequel on multiplie des micro-organismes (levures, bactéries, champignons microscopiques, algues, cellules animales et végétales) pour la production de biomasse (écologie), ou pour la production d'un métabolite ou encore la bioconversion d'une molécule d'intérêt . Un fermenteur est construit en général sur le modèle d'un bioréacteur sans toutefois de système d'aération. Dans le domaine de la biotechnologie, le terme de fermenteur est parfois utilisé sans aucune distinction par rapport à celui de bioréacteur. Il permet de différencier le type de culture (bactérie, levure pour fermenteur et cellules animales pour bioréacteur). Les bioréacteurs sont en général construits sur les mêmes modèles que les réacteurs chimiques. 4 Fermentation alcoolique : La fermentation alcoolique est un processus biochimique par lequel des sucres (glucides, principalement le glucose) sont transformés en alcool (éthanol) dans un milieu liquide, privé d'air. La réaction libère de l'énergie. La plupart des ferments micro- organiques (« microbes », levures) qui ont la capacité de fermentation alcoolique utilisent cette réaction pour gagner temporairement de l'énergie quand l'oxygène nécessaire à la respiration cellulaire manque. Propriétés physico-chimiques :  Les propriétés physico-chimiques de l'éthanol proviennent principalement de la présence du groupement hydroxyle et de la courte chaîne carbonée.  L'éthanol est un liquide volatil, incolore et qui a une odeur.  Sa combustion est sans fumée et donne une flamme bleutée.  Le groupement hydroxyle peut former des liaisons hydrogène, rendant l'éthanol plus visqueux et moins volatil que des solvants organiques de masses moléculaires équivalentes.  L'indice de réfraction de l'éthanol est légèrement plus élevé que l'eau (1,3594 à 25,0 °C3).  Le point critique de l'éthanol est observé à −123,15 °C pour une pression de 4,3×10-4 Pa. 5  Les betteraves et les céréales absorbent le CO2 de l’atmosphère en quantité importante, lors de leur croissance grâce à la photosynthèse. Elles sont ensuite transformées pour  produire du bioéthanol, incorporé dans les essences. Le CO2 rejeté dans l’atmosphère lorsque le moteur fonctionne correspond au CO2 absorbé lors de la croissance de la biomasse. Bio production d’éthanol : Le bioéthanol est obtenu par un procédé de fermentation industrielle permettant la transformation du sucre contenu dans ces végétaux en alcool. Cet alcool brut (éthanol) est ensuite distillé puis déshydraté pour obtenir du bioéthanol. Ailleurs dans le monde le bioéthanol peut être obtenu à partir d’autres cultures végétales comme la canne à sucre majoritairement utilisée. 6 Il faut savoir qu’il y a 3 générations de biocarburant: 1) Première génération : Ils sont principalement de deux types : Le bioéthanol : il est produit à partir de canne à sucre, de céréales et de betterave sucrière. Il est utilisé dans les moteurs essence ; Le biodiesel : il est dérivé de différentes sources d’acides gras, notamment les huiles de soja, de colza, de palme et d’autres huiles végétales. Il est utilisé dans les moteurs diesel. 7 1) Seconde génération : Des technologies sont actuellement mises au point pour exploiter les matières cellulosiques telles que le bois, les feuilles et les tiges des plantes ou celles issues de déchets. Ces caractéristiques présentent un avantage de disponibilité supérieure et de non concurrence alimentaire par rapport à la première Génération de biocarburants. Cette technologie permet de produire du bioéthanol dit de deuxième génération, du biodiesel, du bio-hydrogène ou du biogaz. Elle n’est pas encore déployée au stade industriel mais des perspectives de mise en application à moyen terme se dessinent. Leur production à grande échelle est prévue à l’horizon 2020-2030. 2) Troisième génération : Les procédés, encore à l’étude, s’appuient principalement sur l’utilisation de micro- organismes tels que les micro-algues. Celles-ci peuvent accumuler des acides gras permettant d’envisager des rendements à l’hectare supérieurs d’un facteur 30 aux espèces oléagineuses terrestres. A partir de ces acides gras, il est possible de générer du biodiesel. Certaines espèces de micro-algues peuvent contenir des sucres et ainsi être fermentées en bioéthanol. Enfin, les micro-algues peuvent être méthanisées pour produire du biogaz. Certaines d’entre elles peuvent également produire du bio-hydrogène. 8 Les biocarburants de première génération entrent en concurrence avec la ligne alimentaire. Ils sont produits à partir de matières premières qui peuvent être utilisées dans une chaîne alimentaire animale ou humaine. Aujourd’hui, seule cette génération est produite à l’échelle industrielle et c’est le plus utilise. Etape de production d’éthanol : 1/extraction : Extraire le sucre contenu dans la betterave. Ce sucre est le saccharose, de formule C12H22O11.Grâce à la photosynthèse, une plante, comme la betterave sucrière, peut fabriquer du sucre. Pour cela, la plante n’a besoin que d’énergie lumineuse et de matières minérales, comme le dioxyde de carbone de formule CO2 et l‘eau de formule H2O. Ces matières minérales se transforment alors en saccharose (C12H22O11) qui est transporté vers la racine et en dioxygène (O2) qui est rejeté à l’extérieur par la betterave. L’équation chimique de la photosynthèse s’écrit : 12CO2 + 11H2O → C12H22O11 + 12O2 Des glucides, par exemple des oses tels que le glucose, sont synthétisés à partir du dioxyde de carbone CO2 et de l'eau H2O avec libération d'oxygène O2 comme sous-produit de l'oxydation de l'eau. Voici un schéma présentant le mécanisme de la photosynthèse: 9 2/filtration : -Au départ, il faut couper environ 50 gramme de betteraves à sucre en fins morceaux et les placer avec plus de 100ml d’eau distillée dans un ballon muni d’un réfrigérant à reflux . -Ensuite, chauffer le tout 30 minutes. -Filtrer sur un papier pour éliminer les morceaux de betteraves et obtenir donc que la solution. -On ajoute ensuite au filtrat 10 ml d’une solution de carbonate de calcium (CACO3) de concentration 10 g/L qui permet de précipiter une partie des impuretés. -On filtre ensuite en utilisant un Bêcher ou l’on récupère un jus clair. 3/fermentation : -Dans une bécher de 250 ml, introduire 100 ml d’eau distillée. -Emietter 5 g de levures de boulanger pour accélérer le processus de fermentation. -Mélanger soigneusement pour qu’il ne reste plus de grumeaux. -Ajouter 5 g de sucre en poudre (saccharose C12H22O11) -Mélanger jusqu’à dissolution puis verser dans une bouteille de 250 ml. -Découper l'embout de gonflage d'un ballon de baudruche pour réaliser un adaptateur entre le goulot de la bouteille et la cartouche d'un test d'alcoolémie. 10 -En main d’une épingle à nourrice, percer deux ou trois petit trous à travers de la cartouche pour faciliter le passage des gaz. -Placer le raccord de baudruche d’un côté sur le goulot de la bouteille de l’autre côté sir la cartouche enfoncée dans le ballon, du test selon son mode d’emploi. -Laisser la manipulation évoluée en agitant de temps en temps pour empêcher la sédimentation des levures et laisser le ballon se gonfler. 4/distillation (Purification de la solution) : Âpres obtention d’un jus de fermentation contenant de l'éthanol. Cependant ce jus contient encore en grande partie de l'eau, il faut cherchons alors à purifier au maximum cet éthanol en éliminant le plus possible d'eau. La température d'ébullition de l'eau (100°C) et celle de l'éthanol (78°C) sont différentes, de plus, ce jus ne contient pas seulement de l'eau et de l'éthanol, nous allons donc procéder à une distillation fractionnée. Voici le schéma d’un montage de distillation fractionnée Après l’expérience finie et avoir obtenue le bioéthanol, il faut enfin savoir si il a les propriétés d’un carburant. Pour cela il faut uploads/Industriel/ reacteur-expose 1 .pdf