Les algocarburants, la promesse énergétique attendue ?
Un TPE de Yoann Launay, Lucas Jousseaume et Elyes Zribi.
(5) Vers la production d'une huile
Les grandes entreprises de l'industrie des algocarburants utilisent différentes méthodes afin d'extraire les lipides de leurs cultures. Cependant il existe aussi des méthodes de purification de ces lipides car certaines méthodes d'extraction peuvent les rendre impurs (car contenus dans un solvant). C'est pourquoi certains projets comme SHAMASH regroupent des spécialistes de l'extraction et de la purification.
Nous pouvons au passage expliquer ce qu 'est le projet SHAMASH afin d'améliorer votre compréhension. SHAMASH est donc un projet français qui a regroupé 8 entreprises dans le but de produire du biocarburant de qualité à partir de micro-algues. Il s'agissait d'un grand projet debuté en décembre 2006 pour une durée de 4 ans et qui a demandé financement conéquent s 'élevant a 2,8 millions d'euros.
Voici donc quelques techniques d'extraction très répandues aujourd'hui.
(A) Extraction par solvant
L'extraction par solvant est une méthode basique mais ce n'est pas forcément la plus prisée. Elle consiste à mettre dans un même récipient notre solution contenant les micro-algues et une autre solution non miscible à la première mais dont la miscibilité avec les lipides est plus importante. Cette dernière constitue le solvant. On procède alors à une décantation pour que les lipides migrent dans le solvant en quittant les micro-algues de la culture.
Cette méthode peut, dans son cas, être considerée parmis les moins efficaces. En effet, les lipides ne sont pas à l'état pur ; on doit alors procéder ensuite à une purification grâce à une distillation par exemple, afin d'éliminer le solvant et obtenir une huile. Cependant les micro-algues ne meurent pas au contact d'un solvant tel que l'hexane, elles peuvent donc être remises en culture après extraction. Ce n'est donc pas une méthode sans avantages même si elle entraîne des inconvenients majeurs, d'autant plus qu'elle constitue la moins chère des méthodes.
Animation présentant le fonctionnement de l'extraction supercritique. (Vidéo Youtube)
Graphique des diférents états de la matière en fonction de la pression et de la température (image.google.fr)
Cette méthode est rendue efficace notamment par la conservation de la pureté des lipides tout au long de la manipulation, mais aussi par la préservation de la source de lipides que sont les micro-algues.
(C) Extraction par micro-onde
L'extraction par micro-onde est une méthode complexe qui s'allie avec l'hydrodistillation. En effet, l'envoi de micro-ondes dans la solution va faire chauffer l'eau qui la compose, et la modification soudaine de température va modifier tout aussi subitement la pression à l'intérieur de la solution contenant la micro-algue. Ce phénomene soudain va faire éclater la structure des micro-algues et les lipides vont donc être liberés. En chauffant, l'eau et les élements volatils que sont les lipides vont s'évaporer. L'huile et l'eau devrait alors faire deux phases differentes, il ne restera plus qu'à extraire le phase huileuse. De même, on peut envisager l'hydrodistillation en passant par la centrifugation qui éclaterait aussi la structure moléculaire des micro-algues.
Cette méthode est pour sa part un peu moins performante car elle ne permet pas de conserver les micro-algues, mais elle reste cependant une méthode efficace en cas d'extraction unique et non en chaîne.
(D) Expérimentation
Nous avons pour notre part opté pour l'extraction par solvant car elle était avant tout à notre portée. Ainsi nous avons utilisé comme solvant la solution la plus répandue pour l'utilisation de cette méthode à l'échelle industrielle : le cyclohexane.
C'est un produit qui nécessite des précautions telles que la manipulation sous hotte aspirante (voir fiche danger à droite).
Voici nos 2 mélanges de départ dans des ampoules à décanter pour nos 2 cultures différentes :
Notre extraction sur les chlorelles
On peut constater que la phase supérieure de chaque ampoule a légèrement augmenté de quelques millilitres ; cette phase accueille donc bien des lipides. Ce phénomène était particulièrement visible après homogénéisation lorsque des bulles grasses se sont formées, ils s'agissait des lipides (voir vidéo).
Pour vérifier l'obtention de ces lipides, nous avons versé un colorant rouge qui se fixe sur les lipides : le rouge soudan (ou Nile Red). Il n'y a ensuite plus qu'à observer :
Ensuite, nous avons rencontré un problème : certes les lipides n'étaient plus dans les micro-algues mais ils étaient toujours contenus dans le cyclohexane. En effet, comme dit ci-dessus les lipides rencontrent alors une situation d'impureté. C'est pourquoi, après avoir analysé un échantillon, nous avons dû les purifier.
Nous avons choisi une simple distillation, toujours sous hotte afin de séparer les lipides du cyclohexane pour obtenir une huile.
Le cyclohexane a une température d'ébullition fixée à 80° C tandis qu'une huile boue aux alentours de 300° C. C'est donc le solvant qui s'évapore si l'on chauffe à 80°C. Le réfrigérant, en refroidissant, permet de le récupérer sous forme liquide (voir ci-dessous) :
Notre extraction sur les Phaelodactylum
Schéma du montage à distillation
Les lipides se sont ainsi retrouvés isolés et notre extraction était terminée. Nous avons obtenu 3,5 ml d'huile alguale de phaelodactylum, contre le néant avec les chlorelles ; on peut supposer que l'huile s'est dégradée puis évaporée ou que l'extraction s'est mal passée. Dans tous les cas notre rendu est très faible ; la récupération de ces substances est très élaborée.
Nous nous sommes donc posés la question suivante : cette huile peut-elle être transformée en biocarburant ? Et si oui, comment et par quel(s) moyen(s) ?