Optimisation De l'Hydrolyse Acide Diluée De La Composante Hémicellulosique De La Bagasse De La Betterave Sucrière

ines. Dans le domaine automobile, les biocarburants semblent être une bonne alternative aux carburants fossiles. Un biocarburant est un carburant produit à partir de matériaux organiques renouvelables et non fossiles. Celui-ci peut présenter trois intérêts : l'indépendance énergétique, des prix plus compétitifs dans le domaine énergétique et une meilleure protection de l'environnement.

La production de biocarburants est aujourd'hui en plein essor, et est devenu un sujet d’actualité. Les volontés politiques sont encourageantes, et les industriels de différents secteurs (agriculture, Pétroliers…) ont abandonné leurs réticences devant des perspectives prometteuses. Cependant l’apport attendu de la filière biocarburant reste minoritaire par rapport la couverture énergétique et chimique réalisée par le secteur pétrolier. Ceci est du essentiellement au fait que seule une partie de la plante est exploitable (problèmes d’obtention de sucres fermentescibles par hydrolyse enzymatique et chimique confondu) aboutissant à des rendements jusqu’à ce jours faibles.

La biomasse provient de l'accumulation des produits de la photosynthèse dans les végétaux au cours de leur vie. Le bois est la principale source de biomasse (combustion), viennent ensuite les déchets ménagers et déjections animales (incinération, méthanisation), puis les cultures annuelles ou pérennes (fermentation), mais les plantes annuelles (céréales, oléagineux, betterave sucrière, cane sucre, lin, chanvre...) ou leurs sous-produits (paille, son, bagasse…) ainsi que les cultures pérennes (légumineuses, fétuques...) et les taillis à courte rotation (saules, peupliers) offrent de nouvelles perspectives.

La biomasse lignocellulosique est un substrat complexe, constitué de trois principales fractions que sont la cellulose, l'hémicellulose et la lignine. Le procédé de production de biocarburant le plus rentable, à l’heure actuelle, consiste à convertir cette biomasse en éthanol, après récupération par hydrolyse, du maximum de sucres issus des fractions cellulosique et hémicellulosiques, puis à fermenter ces sucres en éthanol. La troisième composante, la lignine, sera utilisée avant tout pour son apport énergétique au procédé de conversion. Toutefois d'autres possibilités de valorisation de la lignine pourront être étudiées si elles constituent un débouché significatif et économiquement plus intéressant.

II-REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

1- Historique :

En Amérique du Nord, l’utilisation de l’éthanol comme source d’énergie motrice remonte au début du siècle dernier. Le fameux Modèle T de Ford (1908) avait dès lors été conçu pour accueillir de l’essence, de l’éthanol ou un mélange des deux. Il suffisait de quelques ajustements de carburateur pour que le moteur puisse utiliser les différents carburants. Henri Ford adhérait lui-même à l’idée de produire un carburant renouvelable produit localement. De 1920 à 1930, l’éthanol était couramment utilisé comme carburant et bien des efforts furent alors déployés pour soutenir le programme américain de production d’éthanol. Durant cette période, la compagnie Standard Oïl commercialisait déjà un carburant contenant 25 % d’éthanol dans la région de Baltimore au Maryland.

Au milieu des années 1930, alors que le prix du maïs chute, les Etats-Unis voient naître la première usine de production de masse d’éthanol à Atchison au Kansas en 1938. Sa capacité de production est alors de 60 millions de litres d’éthanol par an, ce qui permet de répondre à la demande de 2000 stations-service du Midwest américain. L’avenir semblait donc prospère pour l’industrie de la production d’éthanol. Or, après la 2ième guerre mondiale, le pétrole et le gaz naturel devinrent fort abondants et peu coûteux. L’intérêt d’utiliser des cultures agricoles pour produire un carburant liquide s’en trouve alors affaibli. Par conséquent, les incitatifs économiques disparurent rapidement et les distilleries construites pendant la guerre sont démantelées ou tout simplement transformées afin de produire de l’alcool de consommation.

Une vingtaine d’années plus tard, le marché de l’éthanol est ravivé principalement au Brésil et aux Etats-Unis à cause de la crise golf de 1973. Alors que le prix du pétrole atteint des sommets vertigineux à la fin des années 1970, l’intérêt américain et brésilien pour l’éthanol découle d’une volonté commune en matière de sécurisation des approvisionnements énergétiques face au marché instable du Moyen-Orient.

Aux Etats-Unis, plusieurs compagnies profitent de la situation et commercialisent le « gasohol », un carburant contenant 10 % d’éthanol et 90 % d’essence. Puis, en 1978, le Congrès Américain approuve le National Energy Act. Il en découle une exemption de taxe fédérale pour l’essence contenant 10 % d’éthanol. Les subsides gouvernementaux servent alors à ramener l’éthanol à un prix compétitif par rapport à l’essence. La croissance de la filière éthanol est également appuyée par certains états américains par le biais de réductions de taxes. Au tournant des années 1980, ce sont 25 états qui mettent de l’avant cet incitatif financier. La production passe alors de 38 millions de litres en 1979 à 660 millions de litres en 1980. Depuis, mis à part quelques ralentissements, la production américaine d’éthanol à partir de grains a grimpé relativement rapidement (Figure 1).

Figure 1 : Production américaine d’éthanol à partir de grains (Solomon et al. 2007)

Du côté brésilien, la réponse à l’instabilité du marché du Moyen-Orient fût beaucoup plus radicale, si bien qu’à la fin des années 1980, plus de la moitié du parc automobile est propulsé au moyen d’un carburant contenant 95 % d’éthanol anhydre (E95). Cependant, une rupture de stock dans la canne à sucre occasionne une flambée des prix de l’éthanol durant cette même période, ce qui fragilise le marché. Avec le temps, la situation se rétablit et aujourd’hui, toute essence utilisée au Brésil doit comprendre un minimum de 25 % d’éthanol. Ce biocarburant correspond également à 40 % de l’ensemble des carburants utilisés pour les véhicules du pays sud-américain. Le Brésil, premier pays producteur au monde (15,9 milliards de litres en 2005), a exporté plus de 378 millions de litres d’éthanol en Inde et aux Etats-Unis en 2005. Malgré que la reconstruction de l’industrie de l’éthanol se soit orchestrée plus lentement aux Etats-Unis qu’au Brésil, les Américains demeurent néanmoins au 2e rang des producteurs mondiaux avec 14,7 milliards de litres en 2005.

Le potentiel d’utilisation de la cellulose issue de la biomasse ligneuse pour produire de l’éthanol est beaucoup plus important que celui des cultures servant à la production alimentaire (maïs, blé, orge, canne à sucre, betterave, etc.). Toutefois, cet éthanol de 2ième génération est actuellement plus difficile à produire en raison de difficultés rencontrées notamment lors de l’hydrolyse de la biomasse en sucres fermentescibles. Il n’en demeure pas moins que cette technologie reste prospère.

2- Origine potentielle du substrat lignocellulosique

La lignocellulose est le premier constituant de la matière végétale. L'énergie que l'on pourrait tirer des ressources lignocellulosiques est considérable. On estime que seule la moitié de la biomasse végétale récupérable est effectivement utilisée.

La ressource lignocellulosique considérée sera la biomasse lignocellulosique d'origine végétale provenant des résidus agricoles et forestiers, des cultures énergétiques dédiées herbacées ou ligneuses ainsi que des déchets issus de la collecte et la première transformation.

Les ressources exploitables proviennent:

• des déchets agricoles : pailles de céréale, tiges, bagasse de cannes à sucre, bagasse de la betterave sucrière, etc.…

• des déchets d'exploitation forestière

Il s'agit des branches, rameaux, feuilles et troncs abîmés qui sont laissés en forêt.

• des déchets de l'industrie du bois (sciures, rebuts) et du papier (papiers usagés, liqueurs noires)

Ces industries ont déjà l'habitude de valoriser énergétiquement leurs déchets.

3- Sucres constituants les hémicelluloses :

Les hémicelluloses sont largement réparties au sien de la biomasse végétale et comprennent : des sucres neutres, des acides uroniques et des groupements acétyls. Les hémicelluloses sont présents sous forme de leurs anhydrides : pour le D-xylose, l’anhydride est le xylane, représente 24 à 40 % en masse du bois dur (angiosperme) et 25 à 35 % du bois tendre (gymnosperme). L’anhydride de L-arabinose est l’arabinane, celui du D-mannose est le mannane et se trouvent en proportions beaucoup plus faible que le xylane, exception faite pour les conifères où le sucre hémicellulosique le plus représenté est le D-mannose. Pour les résidus issus de l’activité agricole, le sucre simple le plus répandu est le D-xylose et représente environ 30 % de ces résidus.