Comment ça marche ?

La fabrication du biodiesel 

Pour pouvoir fabriquer le biodiesel, il faut tout d'abord avoir produit les oléagineux, comme le tournesol, le colza. C'est le métier des agriculteurs. Après récolte de ces oléagineux, il faut en extraire les graines.
L'étape suivante, le pré-traitement, consiste à séparer les graines des coques.
Après cette séparation effectuée, il faut presser ou extraire par solvant les graines, puis séparer l'huile obtenue des graines et des tourteaux. On appelle cette étape la trituration. Une fois l'huile obtenue, le raffinage est une étape qui consiste à éliminer les impuretés dans l'huile. L'huile obtenue est alors comestible sans ses impuretés.

Pour fabriquer du biodiesel à partir de cette huile, vient alors une des étapes les plus importantes. C'est la réaction à effectuer entre l'huile obtenue et un alcool, la transestérification, de sorte à « séparer » les chaines qui constituent une molécule de l'huile pour obtenir quelque chose de plus fluide et qui peut servir de combustible dans un moteur. Il se fabrique alors l'ester méthylique appelé aussi biodiesel.
Enfin, on sépare l'ester et les déchets obtenus (catalyseur et autre produit de la réaction) et on fait un lavage de l'ester du méthanol. Cette dernière étape s'appelle la purification.
Une fois que toute ces étapes ont été respectées, on possède de l'ester méthylique sans impuretés, c'est le biodiesel.


Nous avons nous mêmes réalisé du biodiesel, à partir d'huile de colza que l'on trouve dans le commerce. Il restait alors à effectuer la transestérification.

Pour cela, voici la liste complète du matériel et des produits nécessaires:
- huile de colza
- éthanol
- hydroxyde de potassium KOH
- balance de précision
- plaque chauffante
- agitateur aimanté
- ampoule à décanter
- réfractomètre
- et tout le matériel plus « habituel », pipette Pasteur, béchers, éprouvette graduée, spatule, capsule à solide, ...

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On commence tout d'abord par prendre les bonnes quantités d'huile de colza (250g), d'éthanol (72g) et d'hydroxyde de potassium (2,5g). La quantité de catalyseur, l'hydroxyde de potassium, correspond à 1% de la masse d'huile utilisée. La réaction chimique finale est stoechiométrique.


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On place un bécher vide sur la balance de précision. Il faut ensuite tarer la balance pour revenir à une masse 0. On peut alors verser la quantité d'huile recherchée, c'est à dire 250 grammes. Cette même opération est ensuite réalisée avec l'éthanol. L'hydroxyde de potassium se présente sous la forme de grains solides, on remplace donc le bécher par une capsule à solides.


< Pesée de l'huile de colza


Pesée de l'hydroxyde de potassium >




Il faut ensuite dissoudre le catalyseur dans l'éthanol. Cette dissolution demande de chauffer légèrement le tout, et d'agiter. On place donc le bécher d'éthanol sur une plaque chauffante, on verse l'hydroxyde de potassium, et pour finir on place un agitateur aimanté qui va dissoudre totalement le catalyseur.

Après 5 minutes environ, lorsque la dissolution complète a été réalisée, la solution peut être ajoutée à l'huile de colza. A nouveau sur une plaque chauffante, le mélange doit être agité vigoureusement pendant 120 minutes cette fois-ci. Le mélange très foncé au départ change assez rapidement de couleur, pour devenir plus limpide après 5 minutes. Et la couleur continue de varier pendant tout la durée de l'agitation.

Lorsque les 120 minutes d'agitation sont écoulées, le mélange obtenu est très clair. Pour obtenir notre biodiesel final, il faut encore le séparer des autres éléments, le catalyseur et les autres éléments restant de la réaction qui sont des impuretés dans le biodiesel souhaité. Le mélange est donc versé dans des ampoules à décanter afin de laisser les différentes phases se séparer. Cette décantation est longue, nous la laissons s'effectuer pendant 24 heures.

Après cette période, nos phases ne se distinguent pas clairement. Pour limiter les erreurs, nous séparons la solution en 3 parties au lieu de 2. La phase inférieure composée des impuretés et du catalyseur, la phase supérieure qui est le biodiesel et une phase placée entre les deux, qui est la limite entre ces deux produits. Cette phase du milieu enlevée permet de nous garantir une marge d'erreur.
(Si nous avions été dans le cadre d'une production industrielle, cette séquence aurait été bien mieux contrôlée car le but aurait été d'avoir la plus grande quantité produite possible, donc le moins de pertes possible. )

On obtient donc un bécher de biodiesel, plus limpide et plus fluide que l'huile de colza de départ.

Pour vérifier que nous avons bien transformé cette huile de colza en biodiesel, nous allons maintenant comparer leurs densités et indices de réfractions respectifs. En faisant la vérification avec deux critères physiques différents, on multiplie ainsi la fiabilité du résultat.

Le calcul de densité tout d'abord, il faut se munir de la balance de précision. On y pose une éprouvette graduée vide. Après avoir appuyé sur « Tare » pour se remettre à zéro et supprimer la masse de l'éprouvette, on prélève dans cette même éprouvette graduée 20 mL d'huile de colza. L'ajustement est réalisé à l'aide d'une pipette Pasteur. Le poids obtenu est de 18,06 g.


densité = d
masse volumique = ρ
masse = m
volume = V


On obtient alors la densité de notre huile de colza, qui est ici de 0,9030.



Les mêmes mesures doivent être réalisées, ainsi que le même calcul, en remplaçant l'huile de colza par le biodiesel obtenu. On peut aussi intégrer dans ces calculs la phase du dessous, c'est à dire les autres produits obtenus au moment de la trans-esterification. Ainsi, nous pourrons confirmer le fait qu'il y a bien eu une décantation, et une réaction chimique de réalisée.

Au obtient alors une densité pour les « impuretés » de 0,8725, et une densité pour le biodiesel produit de 0,8825, toutes les deux différentes de celle de l'huile de colza de départ. La réaction a donc bien été réalisée.
Pour confirmer ce résultat, nous avons ensuite comparé les indices de réfraction distincts de ces trois milieux.


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L'indice de réfraction peut-être mesuré à l'aide d'un réfractomètre. On place le milieu à tester entre les deux prismes. Puis il faut ajuster le placement de la croix avec les deux vis latérales, de telle sorte à ce quelle soit exactement sur la limite noire. On lit ensuite l'indice de réfraction sur les graduations en dessous.




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Les indices de réfraction obtenus sont :
1,4734 pour l'huile de colza.
1,4545 pour le biodiesel.
1,4527 pour la phase à éliminer.

On constate donc que cet indice a changé au cours de
la réaction, au même titre que la densité, l'huile a été transformée, notre réaction est donc valable.

Le produit synthétisé est bien du biodiesel.