Production et caractérisation de substituts d’hydrocarbures par transestérification d’huiles végétales non conventionnelles issues de la biomasse oléagineuse du Bénin

Production and characterization of hydrocarbon substitutes by transesterification of non-conventional vegetable oils from the oleaginous biomass of Benin

• Auteur / Autrice : Papin Sourou Montcho
• Direction : Dominique Codjo Koko Sohounhloue, David Bessières
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 16/11/2020
• Etablissement(s) : Pau en cotutelle avec Université d'Abomey-Calavi (Bénin)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (Pau) - Laboratoire des fluides complexes et de leurs réservoirs (Pau)
• Jury : Président / Présidente : Félicien Avlessi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Félicien Avlessi, Anna Laporte-Chrostowska

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bénin

Huiles végétales

Transestérification

Mots clés libres

Ceiba pentandra

Afzelia africana

Chrysophyllum albidum

Huiles végétales non conventionnelles

Biodiesel éthylique

Mélanges biodiesel-diesel

Propriétés physicochimiques et thermophysiques

Ceiba pentandra

Afzelia africana

Chrysophyllum albidum

Unconventional vegetable oils

Ethyl biodiesel

Biodiesel-diesel mixtures

Physicochemical and thermophysical properties

Résumé

Les huiles végétales non conventionnelles constituent une ressource potentielle et prometteuse utilisable dans la production des biodiesels, en raison de leurs coûts et de leurs faibles impacts environnementaux. Ainsi, cette étude porte sur la production et la caractérisation de biodiesels éthyliques ainsi que de leurs mélanges avec le diesel fossile en vue de leurs usages dans les moteurs. Pour ce faire, les huiles végétales non conventionnelles issues de trois espèces oléagineuses à savoir Ceiba pentandra (Cp), Afzelia africana (Aa) et Chrysophyllum albidum (Ca) ont été converties en esters éthyliques par l’éthanolyse en catalyse homogène combiné (acide et basique) dans des conditions opératoires optimales. Une partie des biodiesels a été utilisée pour préparer des mélanges à 5%, 10% et 20% en volume pour chacun des biodiesels avec le diesel pur. Enfin, la caractérisation des huiles végétales, des biodiesels et des mélanges biodiesel et diesel pur, a été faite à travers les propriétés physicochimiques et thermophysiques selon les normes ASTM D6751 et EN 14214. De l’analyse des résultats obtenus, il ressort que les graines de C. pentandra, d’A. africana et de C. albidum présentent un bon potentiel lipidique supérieur à 20% (m/m). Les indices de qualité, notamment les indices d’acide, de peroxyde, de saponification, d’esters et d’iode, obtenus confèrent une bonne qualité à ces huiles végétales. En effet, les indices de peroxyde qui caractérisent le niveau d’oxydation des huiles ont donné des valeurs comprises entre (2,16 et 10,46) méq O2/Kg-Huile. La composition en acide gras montre que les huiles végétales de C. pentandra, d’A. africana et de C. albidum sont riches en acides gras polyinsaturés. Les acides gras majoritaires sont les acides linoléiques et linoléniques (C. pendandra (C18 : 2): 38,10%, A. africana (C18 : 3): 29,99% et C. albidum (C : 18 : 3) : 36,88%). Les expériences d’éthanolyse ont permis d’identifier les conditions opératoires optimales pour atteindre le maximum de taux de conversion. Ainsi, des taux de conversion de 98,91 ; de 95,03 et de 96,20 % (m/m) en esters éthyliques ont été atteint à 333,15 K, respectivement, pour les huiles végétales de C. pentandra, d’A. africana et de C. albidum. Les conditions opératoires optimales retenues sont : C. pentandra (Rapport molaire (Rm) éthanol : huile (6 :1), cKOH= 1,1 % m/huile) ; A. africana (Rm éthanol : huile 8 :1 ; cKOH=1,5% m/huile) et C. albidum (Rm 6 :1 ; cKOH=1% m/huile). Les propriétés thermophysiques ont été évaluées pour les biodiesels éthyliques ainsi pour les mélanges biodiesel et diesel pur. Les valeurs de masse volumique et de viscosité cinématique des biodiesels ainsi que des mélanges biodiesel et diesel pur trouvées à 313,15 K, sont en accord avec celles recommandées par les normes ASTM D 6751 et EN 14214. L’estimation de la compressibilité isotherme a permis d’expliquer le comportement des biocarburants lors de leurs injections dans la chambre de combustion.

Unconventional vegetable oils are a potential and promising resources that can be used in the production of biodiesels, due to their costs and low environmental impacts. Thus, this study is about the production and characterization of ethyl biodiesels as well as their mixture with the fossil diesel for their use in engines. To do this, unconventional vegetable oils from three oleaginous species namely Ceiba pentandra, Afzelia africana and Chrysophyllum albidum were converted into ethyl esters by ethanolysis in combined homogeneous catalysis (acid and basic) under optimal operating conditions. A part of each biodiesel was used to prepare mixtures at 5 %, 10 % and 20 % by volume with pure diesel. Finally, the characterization of the vegetable oils, the biodiesels and of the biodiesel and pure diesel mixture was carried out through the physicochemical and thermophysical properties according to ASTM D6751 and EN 14214 standards. From the analysis of the results obtained, it appears that the seeds of C. pentandra, A. africana and C. albidum have a good lipid potential greater than 20 % (m / m). The quality indexes obtained, especially the acid, peroxide, saponification, ester and iodine indexes, confer a good quality on these vegetable oils. Indeed, the peroxide indexes that characterize the oxidation level of oils are between 2.16 and 10.46 meq O2 / Kg-Oil. The fatty acids composition shows that the vegetable oils of C. pentandra, A. africana and C. albidum are rich in polyunsaturated fatty acids. The major fatty acids are linoleic and linolenic acids (C. pendandra (C18: 2): 38.10 %, A. africana (C18: 3): 29.99 % and C. albidum (C 18: 3): 36.88 %). The ethanolysis experiments made it possible to identify the optimal operating conditions to achieve the maximum conversion rate. Thus, conversion rates of 98.91, 95.03 and 96.20 % (m / m) in ethyl esters were reached at 333.15 K, respectively for the vegetable oils of C. pentandra, A. africana and C. albidum. The optimum operating conditions adopted are: C. pentandra (molar Ratio (mR) ethanol: oil (6: 1), cKOH = 1.1 % m / oil); A. africana (mR ethanol: oil (8: 1); cKOH = 1.5 % m / oil) and C. albidum (mR 6: 1; cKOH = 1 % m / oil). The thermophysical properties were evaluated for the ethyl biodiesels as well as for the biodiesel and pure diesel mixtures. The density and kinematic viscosity values of biodiesels as well as of biodiesel and pure diesel mixtures, found at 313.15 K, agree with those recommended by ASTM D 6751 and EN 14214 standards. The estimation of the isothermal compressibility made it possible to explain the behavior of biofuels during their injections into the combustion chamber.