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Essai d'élaboration et caractérisation d'un biocarburant à  base de manihot esculenta grantz


par Zacharie Merlin AYISSI
Université de DOUALA - DIPET II (Master II) 2007
  

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ESSAI D'ELABORATION ET ANALYSE

CHIMICO-CALORIFIQUE D'UN BIOCARBURANT À

BASE DE MANIOC

MINISTÈRE DE L'ENSEIGNEMENT REPUBLIQUE DUCAMEROUN

SUPERIEUR PAIX-TRAVAIL-PATRIE

UNIVERSITE DE DOUALA

UNIVERSITY OF DOUALA

DIVISION DES TECHNIQUES INDUSTRIELLES
DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE
OPTION: MECANIQUE AUTOMOBILE

BP 1872 DOUALA Tél. / Fax: 340 42 91 e-mail : enset@ camnet.cm

ECOLE NORMALE SUPERIEURE D'ENSEIGNEMENT TECHNIQUE

MEMOIRE DE FIN D'ETUDE PRESENTE EN VUE DE L'OBTENTION
DU DIPLÔME DE PROFESSEUR D'ENSEIGNEMENT TECHNIQUE
DE 2ème GRADE (DIPET II)

Rédigé et présenté par:

AYISSI Zacharie Merlin

(DIPET I Technique Automobile)

Directeur :

NJEUGNA Ebenezer

Encadreurs :

Dr. AZEBAZE Anatole Guy Blaise (HDR-Chargé de Cours à L'ENSET) Dr. DJUINA André

(Chargé de Cours à L'ENSET)

M. TIMBA Sadrack

(Chargé de Cours à L'ENSET)

Année académique 2006 - 2007

« Essai d'élaboration et analyse chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc »

Mémoire DIPET II - ENSET de Douala 2007

UNIVERSITE DE DOUALA

ECOLE NORMALE SUPERIEURE

D'ENSEIGNEMENT TECHNIQUE (ENSET)

Ce mémoire intitulé :

« ESSAI D'ELABORATION ET ANALYSE CHIMICO-
CALORIFIQUE D'UN BIOCARBURANT À BASE DE
MANIOC »

Présenté par:

AYISSI Zacharie Merlin

En vue de l'obtention du diplôme de Professeur d'Enseignement
Technique de Deuxième Grade (DIPET II)

A été soutenue le Jeudi 07 Juin 2007

Devant un Jury constitué de :

o Pr. NJEUGNA Ebenezer (Président)

o Dr AZEBAZE Anatole Guy Baise (Rapporteur) o Dr. DJUINA André (Membre)

o M. NZUSSUO Bernabé (Membre)

« Essai d'élaboration et analyse chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc »

Mémoire DIPET II - ENSET de Douala 2007

A mes parents :

AYISSI NG'AWONA Cyprien et ESSOLA Marie

« Essai d'élaboration et analyse chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc »

Mémoire DIPET II - ENSET de Douala 2007

REMERCIEMENTS

Ce travail a été rendu possible grâce au précieux concours de nos encadreurs qui sont : Pr. NJEUGNA Ebenezer

Dr. DJUINA AndréDr. AZEBAZE Anatole Guy Blaise

M. TIMBA Sadrack

Nous tenons à leur adresser nos sincères remerciements et à leur exprimer notre profonde reconnaissance pour leur disponibilité et leur suivie.

Nous remercions également le :

- Personnel et enseignants de l'ENSET pour leur disponibilité.

- Mlle. Augustine ; le personnel du Lycée Technique de Nkolbison

Je remercie mes frères et soeurs :

NGAWONA Julie ; ESSAH Angeline ; ZANG Michel B. et Madame ZANG; NVONDO AYISSI Maurice ; NVONDO AYISSI Maurice ; KOA Reine Marie ; EMBOLO AYISSI Pierrette ; NAMA Marthe M. ; KENENG Augustine ; AYISSI Cyprien Junior ; BALLA Ndzie ; NFOUMOU Delphine ; MENGUE NDZIE ; EYENGA Ndzie ; ZANG Ndzie ; ABENA N...

Je remercie :

Monsieur EPEE Jules sa femme ainsi que leurs enfants.

M. et Mme. POM ; POM Victorien ; POM Alvine.

Mme MENGUE Jeanne ; BEBENE Lucie.

M. et Mme ESSAMA NGONO Gérard ; M. NOAH MENOUNGA B. M. AMOUGUI Sylvestre

M.NKODO ; M. FOUDA ZIBI J. M; M. et Mme NDZIE Joseph

La Révérende soeur Apolline BIAKOLO AVIDI.

Mes amis : ETETI Ambassa Olivier ; NGO Minette ; ZE Eric ; MPIANG NJATTOH G. ; EKOMANE ; MANI Barthélemy ; EBOUGA Claude.

Tous mes camarades de promotion.

Mon coéquipier PAKA TCHINDA Basile.

Que tous ceux qui ne trouveront pas leurs noms sur cette page, veuillent croire à ma sympathie et ma reconnaissance.

« Essai d'élaboration et analyse chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc »

Mémoire DIPET II - ENSET de Douala 2007

RESUME

Prix du pétrole, dépendance énergétique, pollution atmosphérique, valorisation des espaces cultivables, les biocarburants apparaissent aujourd'hui comme une réponse crédible face à ces problèmes. En effet, les combustibles fossiles ont démontré leurs limites à travers les problèmes qu'ils ont fait naître jusqu'à présent (menaces sur l'écosystème...)

Ce travail est destiné à extraire du manioc (Manihot Esculenta Grantz), de l'éthanol et d'en faire un carburant végétal pour moteurs à combustion interne. Considérant que la combustion de l'éthanol en présence du dioxygène est une réaction exothermique, nous avons utilisé cette énergie pour faire fonctionner les moteurs à combustion interne. Pour y parvenir, il a été question tout d'abord, d'extraire l'amidon du manioc. La procédure d'élaboration du biocarburant a consisté à la fermentation de cet amidon suivie d'une distillation primaire (effectuée à AYENE, banlieue de Yaoundé) et d'une distillation fractionnée, réalisée au lycée Technique de Nkolbisson. La deuxième étape du travail a consisté à effectuer les analyses chimico-physiques du bioéthanol élaboré. Par la méthode pycnométrique nous avons déterminé sa masse volumique et en déduit son degré d'alcool. La réfractométrie nous a permis de le caractériser en évaluant son indice de réfraction. Nous avons ensuite effectué des dilutions Ethanol-Essence tout en respectant les coupes en vigueurs. La combustion des différentes coupes de carburant ainsi obtenues dans un calorimètre à la bombe de type PARR, nous a permis de déterminer la chaleur de combustion et le pouvoir calorifique de chaque coupe ici réalisée.

Les princjaux résultats obtenus au cours de ce travail nous montre que : le bioéthanol a un pouvoir calorifique important bien qu'il soit inférieur à celui de l'essence et qu'il est miscible à l'essence en toute proportion.

Ces résultats sont d'une importance capitale pour le développement de la science en général et celui de l'industrie de la mécanique automobile en particulier, parce qu'ils montrent que le bioéthanol issus du manioc est capable au même titre que l'essence de faire fonctionner un moteur à combustion interne, et réduire de deux tiers au moins le taux de CO2 à l'échappement. La filière biocarburant peut générer des recettes directes et indirectes. Il peut être source d'emploie dans les régions de production et même <<booster>> l'agriculture camerounaise sur laquelle repose notre économie.

Le bioéthanol ici élaboré, pourra alimenter les véhicules classiques dilué à hauteur de 05 à 20% dans de l'essence super sans plomb et à 100% dans les moteurs modifiés de type <<flex-fuel >>

« Essai d'élaboration et analyse chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc »

Mémoire DIPET II - ENSET de Douala 2007

ABSTRACT

Price of oil, energizing dependence, air pollution, arable space valorization, biofuels appear today like a believable answer facing these problems. Indeed, the fossil fuels demonstrated their limits through the problems that they made born until now. This work is destined to fetch cassava (Manihot Esculenta Grantz), bioethanol alcohol and make a plant fuel for internal combustion engines (as additive or surrogate gas).

Considering that the combustion of the ethanol alcohol in presence of the oxygen is an exothermic reaction, we have been brought to use this energy to make operate the internal combustion engines. To arrive there, it was first of all questions, to extract the starch of cassava. The method we used is fermentation of Brazilian arrowroot followed by a primary distillation (done at AYENE, a suburb of Yaoundé) follwed by a fractional distillation, achieved at the Technical high school of Nkolbisson. The second stage of work consisted to do the chemical analyses and calorimetric of the elaborate bioethanol. By the pychnométric method we determined its density and deducted its alcoholic degree. The refractométry permitted us to characterize this bioethanol while valuing its refractive index. We did Ethanol - Gas dilutions then while respecting the cuts in vigor. The combustion of the different cuts of fuel thus gotten in a calorimeter PARR type, permitted us to determine the combustion heat as well as the heating value of every cut here realized.

The main results gotten during this work shows us that: the bioéthanol has an important heating value well that it is lower than the one of gas and that, it is miscible to gas in all proportion. These results have in general a fundamental importance for the development of the science and the one of the industry of the automotive mechanics in particular, because they show that the bioéthanol descended of cassava is capable for the same reason as gas to make operate an internal combustion engine, and to reduce two third party at least the rate of CO2 the exhaust. Path biofuel can generate some returns direct and indirect through the development economic of our country Cameroon. it can be source of uses in the regions of production and same booster the Cameroonian agriculture on which rests our economy.

The bioethanol alcohol here made will be able to nourish the vehicles classic to dilute from height of 05 to 15% in the terrific gas without lead and at 100% in the motors modified of «flex - fuel-oil» type.

« Essai d'élaboration et analyse chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc »

Mémoire DIPET II - ENSET de Douala 2007

SOMMAIRE

Résumé..........................................................................................................v Abstract...................................................................................................... ..iv Listedes figures..............................................................................................xii Listedes tableaux...........................................................................................xiv Liste des sigles et abréviations...........................................................................xvi Cahierde charges...........................................................................................xvii Introduction....................................................................................................1

PARTIE I : LES COMBUSTIBLES AUTOMOBILES ET LEURS

MATIERESPREMIERES.............................................................................3 CHAPITRE I : GENERALITES SUR LES CARBURANTS.......................................4

I.1 Définition...................................................................................................4

I.2 Critères de performance d'un carburant................................................................4

I.3 Classification des carburants.............................................................................5

I.4 Etude des carburants fossiles.............................................................................5 I.4.1 Pétrole brut................................................................................................5 I.4.2 Les types de carburants fossiles........................................................................5 I.4.2.1 Le kérosène.............................................................................................5 I.4.2.2 Le gasoil................................................................................................6

I.4.2.3 Les essences... .........................................................................................6

I.4.2.3.1 Types d'essence... ..................................................................................7

I.4.3 Impact environnemental des carburants fossiles.....................................................7 I.4.3.1 Exploitation pétrolière et pollution..................................................................7 I.4.3.2 Les éléments polluants des gaz d'échappement...................................................8 I.4.3.3 Combustion des carburants fossiles et réchauffement climatique..............................9

I.5 Etude des biocarburants.................................................................................10
I.5.1 La biomasse.............................................................................................11

I.5.2 Présentation des biocarburants...... ..................................................................11

I.5.2.1 Le biodiesel... ........................................................................................12

I.5.2.1.1 Méthode de production du biodiesel.............................................................13 I.5.2.1.2 Statistique de production du biodiesel dans le monde........................................14 I.5.2.2 Le bioéthanol.........................................................................................14 I.5.2.2.1 Les alcools..........................................................................................15 I.5.2.2.2 Techniques de production de l'éthanol.........................................................16 I.5.2.2.3 Statistiques de production du bioéthanol dans le monde.....................................21 I.5.2.3 Les Estéroles... .......................................................................................21 I.5.3 Valeur énergétique des biocarburants...............................................................22 I.5.4 Les atouts des biocarburants..........................................................................22 CHAPITRE II : GENERALITES SUR LE MANIOC...............................................25

II.1 Origine et diffusion du manioc........................................................................25

II.2 Les variétés de manioc.............................................................................. ...25

II.3 Caractéristiques morphologique du manioc.........................................................26

II.4 Ecologie du manioc.....................................................................................26

II.5 Répartition géographique du manioc au Cameroun................................................27

II.6 Les utilités du manioc...................................................................................28

II.7 Facteurs non nutritionnels du manioc.................................................................31

« Essai d'élaboration et analyse chimico-calorifique d'un biocarburant à base de manioc »

Mémoire DIPET II - ENSET de Douala 2007

II.8 La récolte, la post-récolte et la qualité des produits................................................31

II.9 Etat actuel de production mondiale du manioc......................................................31

II.10 L'amidon de manioc...................................................................................32

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