Word 2007

TP23
S
Sy yn nt th hè ès se e d d’ ’u un n b bi io oc ca ar rb bu ur ra an nt t
Objectif :
- Réaliser la synthèse d’un biocarburant.
Dès 1987, la France a autorisé la fabrication de biocarburants,
destinés à être incorporés aux carburants et au fioul domestique.
Les biocarburants sont des carburants issus de la biomasse, c'est-à-
dire issus de matières végétales. Ils sont produits à partir de plantes
(betterave, maïs, canne à sucre, colza,). Ils se substituent
partiellement aux carburants pétroliers.
Il existe plusieurs types de biocarburants. Parmi eux, on trouve les
esters éthyliques d’huiles végétales (E.E.H.V) synthétisés à partir
d’huile de colza ou d’huile de tournesol.
DOCUMENTS MIS A DISPOSITION :
D
DO OC C. . 1 1 : : La réaction de transestérification
Les réactions d’estérification ou de transestérification sont des réactions limitées (nécessité d’introduire un réactif
en excès), lentes (nécessité d’un catalyseur pour accélérer la réaction) et athermiques (le fait de chauffer le milieu
réactionnel permet d’atteindre l’équilibre plus rapidement mais n’intervient pas dans le rendement).
- L’équation générale d’une estérification est : acide + alcool ⇌ ester + eau
- L’équation générale d’une transestérification est : ester1 + alcool1 ⇌ ester2 + alcool2
La transestérification est la technique classique de production de biodiesel : les huiles végétales, les graisses
animales ou les huiles à base de microalgues sont mélangées à froid à un alcool (éthanol ou méthanol) en présence
d'un catalyseur (hydroxyde de sodium ou de potassium).
D
DO OC C. . 2 2 : : Caractéristiques de quelques espèces chimiques
Nom
Huile de colza
Éthanol
Diester
Potasse
Glycérol
Formule chimique
Masse molaire (g/mol)
884
46
310
92
Masse volumique (g/mL)
0,90
0,79
0,88
1,25
Température d'ébullition (°C)
> 200
78
> 200
148
Miscibilité dans l'éthanol
moyenne
-
forte
faible
forte
Miscibilité dans le diester
forte
forte
-
nulle
moyenne
Miscibilité dans l'eau salée
très faible
forte
faible
forte
Forte

D
DO OC C. . 3 3 : : Les deux grandes filières de production des biocarburants
 La filière biocarburant essence
Cette filière comprend l’éthanol et l’ETBE (éthyl-tertiobutyl-éther)
 La filière biocarburant gazole
Elle correspond aux EMAG (esters méthyliques d’acides gras), qui sont fabriqués à partir d’huiles végétales, de
graisses animales ou d’huiles usagées recyclées.
D’après IFP Énergies Nouvelles
1. Étude préliminaire
L'Huile Végétale Brute (HVB, ou HVP) peut être utilisée directement dans les moteurs diesels adaptés. Les
triglycérides qui constituent les huiles végétales peuvent également être transformés en monoesters éthyliques
(Esters Éthyliques d'Huile Végétale ou EEHV) et en glycérol par une réaction de transestérification avec des
molécules d’éthanol. Les molécules plus petites du biodiesel ainsi obtenues peuvent alors être utilisées comme
carburant dans les moteurs à allumage par compression. Ce biodiesel (appelé « diester » en France) ne contient pas
de soufre, n'est pas toxique et est hautement biodégradable.
2. Synthèse du biodiesel
2.1. Synthèse
Diester est la contraction des mots Diesel et ester. Il est produit à partir d'huile de colza et d'éthanol. L’huile de colza
subit en présence d’éthanol une transformation chimique, appelée transestérification. Il se forme ainsi du glycérol et
le diester que l’on veut récupérer, suivant la réaction :
Huile de colza + éthanol  glycérol + diester
Q
Q1 1. . Écrire les formules des acides gras suivants (le préfixe « octadéc- » correspond à 18 C) :
- acide oléique ou acide octadéc-9-ènoïque ;
- acide linoléique ou acide octadéca-9,12-dièneoïque ;
- acide linolénique ou acide octadéca-9,12,15,-triènoïque.
Q
Q2 2. . @ Qu’appelle-t-on biocarburants de première, deuxième et troisième génération ?
Q
Q3 3. . Compléter la première ligne du tableau du document 2.
Q
Q4 4. . @ Pourquoi le biocarburant est-il qualifié d’agroressource ?
Q
Q5 5. . Définir le tep (tonne équivalent pétrole).
Q
Q6 6. . Convertir 1 million de tep en joule puis en kWh.
Questions

Remarque : L’huile de colza est constituée essentiellement de trioléate de glycéryle (58 %) , trilinoléate de glycéryle
(22 %) et de trilinolénate de glycéryle (9 %), qui sont des triesters du glycérol (propane 1-2-3 triol) et d’acides gras
insaturés et d’autres triester d’acide gras saturés mais on considérera néanmoins, pour simplifier, uniquement le
constituant majoritaire, le trioléate de glycéryle.
L’équation de la réaction est :
 La réaction de transestérification permet ici de transformer un alcool (l'éthanol) et un ester (ici « naturel »,
présent dans le colza) en un autre ester (ici le biocarburant ) et un autre alcool ( ici, le glycérol ). Elle se réalise en
milieu non-aqueux (vaisselle sèche).
Protocole expérimental :
 Hémi-synthèse
 Allumer le chauffe-ballon et régler le thermostat pour obtenir un chauffage modéré.
 Introduire, dans un ballon bicol sec de 250 mL, 0,9 g de potasse ou hydroxyde de potassium KOH(s) (catalyseur) et
50 mL d'éthanol.
 Agiter longuement à l’aide d’un bâton de verre pour dissoudre au maximum la potasse.
 Ajouter 100 mL d'huile de colza puis des grains de pierre ponce (il est impératif d’agiter en permanence le milieu
réactionnel).
 Porter le milieu à reflux pendant 50 min.
 Extraction
 Défaire le montage et laisser refroidir le contenu du ballon en le posant sur un valet.
Relargage (pour gagner du temps, il sera effectué sur une production antérieure)
 Verser le mélange réactionnel dans une ampoule à décanter.
 Ajouter très doucement environ 50 mL d’eau salée saturée.
 Agiter doucement afin de ne pas créer d’émulsion, puis laisser décanter dix minutes.
 Séchage
 Récupérer la phase organique. La sécher à l’aide de sulfate de magnésium anhydre.
2.2. Identification
On peut identifier l’oléate d’éthyle (diester) par :
- Sa densité ;
 Élaborer et mettre en œuvre un protocole pour réaliser cette méthode d’identification).
- La mesure de son indice de réfraction à 25°C. Sa valeur théorique est : 1,443 < n < 1,450.
 Le réfractomètre d’Abbe permet cette mesure (notice à côté de l’appareil)
On peut aussi enflammer le diester obtenu afin de vérifier une propriété essentielle pour un carburant : celle d’être
facilement inflammable (mais ce n’est pas à proprement parler une identification).
COO
COO
COO
C17H33
C17H33
C17H33
+ 3 CH3CH2OH 3 C17H33 C
O
O CH2CH3 + HO
HO
HO
éthanol glycérol
trioléate de glycéryl oléate d'éthyle

2.3. Exploitation
3. Conclusion
Faites un bilan de la séance en répondant à la question suivante : que doit-on retenir de cette activité ?
Q
Q7 7. . Légender le schéma du montage ci-dessus.
Q
Q8 8. . Dresser un tableau d’avancement (avec valeurs numérique) de la réaction et déterminer le réactif limitant.
Q
Q9 9. . Calculer le volume de glycérol obtenu si la réaction était totale
Q
Q1 10 0. . Quelle opération supplémentaire pourrait-on envisager pour purifier le produit ?
Questions

C
CO OR RR RE EC CT TI IO ON N
1. Étude préliminaire
Q
Q2 2. .
Biocarburants de première, deuxième et troisième génération :
Q
Q3 3. .
Tableau à compléter :
Nom
Huile de colza
Éthanol
Diester
Potasse
Glycérol
Formule chimique
C57H104O6
C2H6O
C20H38O2
KOH
C3H8O3
Q
Q4 4. .
Le biocarburant est un carburant produit à partir de matériaux organiques non fossiles, provenant de la
biomasse : c’est un agrocarburant. Les agroressources sont les végétaux qui fournissent des composés de base
nécessaires à l'énergie, la chimie et les matériaux, ce sont des matières premières renouvelables.
Q
Q5 5. .
Le tep : unité conventionnelle permettant de réaliser des bilans énergétiques multi-énergies avec comme
référence l'équivalence en pétrole. Elle vaut par définition 41,868 gigajoules (GJ), ce qui correspond au pouvoir
calorifique d'une tonne de pétrole.
2. Synthèse du biodiesel
Q
Q7 7. .
Schéma légendé :
1 GJ = 1  109 J