Biodiesel - Définition et Explications

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Introduction

Le biodiesel, ou biogazole est une alternative au carburant pour moteur diesel classique : gazole ou pétrodiesel. Le biodiesel peut être utilisé seul dans les moteurs (B100) ou mélangé avec du pétrodiesel (B20, B5, B2, etc). Ce biocarburant (Un biocarburant ou agrocarburant est un carburant produit à partir de matériaux organiques non fossiles, provenant de la biomasse. Il existe...) est obtenu à partir d'huile (L'huile est un terme générique désignant des matières grasses qui sont à l'état liquide à température ambiante et qui ne se...) végétale ou animale, transformée par un procédé chimique appelé transestérification faisant réagir cette huile avec un alcool (méthanol ou éthanol), afin d'obtenir du EMHV ou du EEHV (suivant l’alcool utilisé).

En France, on parle aussi de Diester. Le diester, mot-valise formé par la contraction de diesel et ester, est une marque déposée par Sofiproteol. C’est aussi un terme devenu commun pour désigner en France, les esters méthyliques d’huiles végétales (EMHV), le biodiesel (Le biodiesel, ou biogazole est une alternative au carburant pour moteur diesel classique : gazole ou pétrodiesel. Le biodiesel peut être utilisé seul dans les moteurs (B100) ou mélangé...) en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme...) et en Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et l'Océanie par le détroit de Béring et l'océan Pacifique; et...) du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.).

Procédé de fabrication

Huiles utilisées

Champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de Colza (Le colza (Brassica napus ou plus précisément Brassica napus var. napus) est une plante annuelle à fleurs jaunes de la famille des Brassicacées, famille...).

En principe, toutes les huiles peuvent être utilisées, cependant, certaines sont privilégiées à d'autres. Ainsi, en France, les producteurs utilisent plus souvent de l'huile de colza, tandis qu'aux États-Unis, les fabricants préfèrent le soja (Le soja, ou soya, est une plante grimpante de la famille des Fabacées, du genre Glycine (à ne pas confondre avec la glycine, Wisteria sp.), proche...) et dans une moindre mesure le canola. Les États-Unis sont par ailleurs les plus gros producteurs de soja devant le Brésil. L'huile est obtenue par simple pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) à froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) des graines. Mais c'est peut-être à partir d'algues que les huiles pourront être produites avec le meilleur rendement, rendant ainsi envisageable une production de biodiesel à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte...).

Transestérification par le méthanol (Le méthanol, également connu sous le nom d’alcool méthylique, de carbinol, d’alcool de bois, de naphte de bois ou d’esprit de bois est un composé chimique de formule :...)

Équation chimique de la réaction de transestérification :

1 mol de trilinoléate de glycéryle + 3 mol de méthanol → 1 mol de glycérol (Le glycérol ou la glycérine (C3H8O3) est un polyol. Son nom officiel est le propan-1,2,3-triol (ou 1,2,3-propanetriol). C'est un triol, il possède 3 fonctions alcool.) + 3 mol d'E.M.H.V

Une trans-estérification est la réaction d'un ester sur un alcool pour donner un autre ester. En ce qui nous concerne, c'est la trans-estérification de trilinoléate de glycéryle (huile de colza) par le méthanol (CHOH) et l’on obtient de l’ester méthylique d'huile végétale (EMHV) et du glycérol (CHO). La trans-estérification est une réaction chimique qui est à l'origine du diester. Les molécules plus petites du biodiesel ainsi obtenues peuvent alors être utilisées comme carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.) dans les moteurs à allumage (Pour s'enflammer, le mélange air-essence, un gaz contenu dans le cylindre doit subir une élévation de température permettant de porter une partie de sa masse au-dessus de sa température...) par compression (moteur diesel).

Pour augmenter la vitesse (On distingue :) de réaction, il faut chauffer le liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) vers 50 °C et ajouter une base comme catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des...). La base peut être, par exemple, de l'hydroxyde de sodium (L'hydroxyde de sodium est un solide ionique de formule statistique NaOH. La solution issue de la dissolution de ce cristal est appelée soude, voire soude caustique. La solution aqueuse d'hydroxyde de sodium peut...). Pour un meilleur rendement énergétique global, on peut aussi choisir de laisser simplement réagir sans chauffer, la réaction prenant alors quelques heures (L'heure est une unité de mesure  :). Il faut approximativement 100 kg de méthanol pour transestérifier une tonne ( La tonne représente différentes unités de mesure ; Une tonne est un grand et large tonneau ; Une tonne-pompe est un fourgon d'incendie ; En zoologie, la tonne cannelée...) d'huile végétale (ester d'acides gras et de glycérol) de colza en présence d'un catalyseur alcalin. On obtient alors une tonne de diester (ester d'acides gras et de méthanol) et 100 kg de glycérine réutilisable dans l'industrie chimique ou alimentaire.

La vitesse de la réaction chimique peut être améliorée par ultrasonification augmentant ainsi le rendement de la transestérification des huiles végétales et des graisses animales en biodiesel. Ceci permet de changer la production de batch à débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers d'une surface quelconque.) continu et de réduire le coût d’investissement et d’opération.

En résumé, la transésterification des huiles végétales en ester méthylique consiste également à supprimer la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui...) de glycérine présente naturellement dans les huiles. Or, lorsque la glycérine subit une combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.) (ce qui pourrait se produire dans un moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...) diesel), elle libère de l'acroléine (L'acroléine est une substance chimique de formule brute C3H4O aussi connue sous divers noms comme propènal, prop-2-ènal,prop-2-èn-1-al,...) qui est une molécule hautement cancérigène. La transestérification rend donc l'huile compatible avec une combustion de qualité dans les moteurs diesel.

Hydrogénation (L'hydrogénation est une réaction chimique qui consiste en l'addition d'une molécule de dihydrogène (H2). Cette réaction est habituellement employée pour réduire ou saturer des composés organiques. Cette...)

Industrie « Neste » de biocarburant, en Finlande.

Le procédé d'hydrogénation, breveté par la société finlandaise « Neste Oil », consiste à transformer les triglycérides de l'huile végétale en leurs alcanes correspondants. Comme dans le procédé traditionnel, il s'agit d'une réaction catalytique, mais cette fois-ci l'huile est mise en présence d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) au lieu de méthanol. Les avantages de cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) par rapport à la précédente sont multiples. La co-production de glycérine, pour laquelle il n'existe pas toujours de débouché local, est évitée. L'hydrogénation permet par ailleurs d'ôter tous les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement constitué...) d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.). En effet, l'absence de molécules oxygénées rend le produit final plus stable. Enfin, les produits de la réaction sont essentiellement des alcanes, ce qui permet d'obtenir des indices de cétane (Le cétane ou hexadécane, IUPAC hexadecane est un hydrocarbure saturé de la famille des alcanes. Il possède 16 atomes de carbone (C) et 34 atomes d'hydrogène (H). Il entre dans la...) élevés, proches d'un gazole (Le gazole (terme recommandé en France par la DGLFLF), ou gas-oil, ou encore gasoil, ou diesel (terme recommandé par l'Office québécois de la langue française), est le nom d'un carburant pour moteur Diesel. Physiquement,...) idéal (En mathématiques, un idéal est une structure algébrique définie dans un anneau. Les idéaux généralisent de façon féconde l'étude de la divisibilité pour les entiers. Il est ainsi...).

Par certains aspects, le biodiesel obtenu est supérieur au gazole de source pétrolière: point (Graphie) de trouble plus élevé, émissions nocives plus faibles. Ce procédé sera déployé à grande échelle dès 2010 dans une usine à Singapour, qui transformera de l'huile de palme (L'huile de palme, extraite par pression à chaud de la pulpe des fruits du palmier à huile (Elaeis guineensis), est l'huile végétale la...). Il s'agira (Agira est une commune italienne de la province d'Enna dans la région Sicile en Italie.) alors de la plus grosse usine de biocarburants au monde (Le mot monde peut désigner :) (800 000 tonnes par an).

Performances comparées

Par rapport au biodiesel, les huiles végétales possèdent une viscosité plus importante (jusqu'à 10 fois plus), une indice de cétane plus faible, et une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de...) de solidification (La solidification est l'opération au cours de laquelle un liquide passe à l'état solide. Cela peut se faire par refroidissement (cas le plus...) plus élevée. La viscosité du pétrodiesel est plus basse, jusqu'à deux fois moins, et le pétrodiesel est moins corrosif que le biodiesel. Le biodiesel pur dégrade le caoutchouc naturel et pour cette raison, il convient de vérifier la nature des joints si l'on veut utiliser du biodiesel pur.

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