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République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique
Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene USTHB
 La production de biocarburant à
partir des micro-algues lipidique
 Projet réalisé par :
 AMANI Chiraz
 HENNAOUI Soumia
1
PLAN DE TRAVAIL :
Introduction
Qu'est-ce qu'une micro-algues
lipidiques
Les avantages
La production des algues
Extraction des lipides
Transformation des lipides en carburant
Conclusion 2
INTRODUCTION
 De nos jours, les phénomènes de pollution,
réchauffement climatique et diminution des ressources
énergétiques fossiles, nous incitent plus que jamais à
trouver des solutions alternatives pour une production
de carburant plus propre, c’est le biocarburant.
 Un biocarburant est un carburant liquide ou gazeux crée
à partir de la transformation de matériaux organiques
non fossiles issus de la biomasse, par exemple des
matières végétales produites par l’agriculture (betterave,
blé, maïs, colza, tournesol, pomme de terre, etc.). Leur
combustion ne produit que du CO2 et de la vapeur d'eau
et pas ou peu d'oxydes azotés et soufrés (NOx, SOx).
 On distingue trois générations pour la production de ces
biocarburants :
3
Les biocarburants de première génération :
 Ils sont principalement de deux types : le bioéthanol (à partir
de plantes sucrières ou de céréales) et le biodiesel (à partir de
plantes oléagineuses). Cette génération est actuellement
produite à l’échelle industrielle et commercialisée mais
rentre en concurrence directe avec la chaîne alimentaire.
 Les biocarburants de deuxième génération :
Ces biocarburants sont produits à partir de biomasse
lignocellulosique, sans concurrence d'usage avec l'alimentaire,
obtenue en exploitant les résidus agricoles (pailles de
céréales, tiges), bois et résidus forestiers, etc
Cette génération n’est pas rentable à l’échelle industrielle car
elle reste encore très couteuse.
 Les biocarburants de troisième génération :
 Les procédés, encore à l’étude, s’appuient principalement sur
l’utilisation de microorganismes telles que les micros-algues.
4
DANS NOTRE TRAVAIL, NOUS NOUS SOMMES INTÉRESSÉS AU DÉVELOPPEMENT DES
BIOCARBURANTS VIA LA 3ÈME GÉNÉRATION.
 Qu'appelle-t-on micro-algues lipidiques ?
Ce sont des algues microscopiques, vivant en
milieu aquatique, qui produisent naturellement
des lipides (huiles). Ces organismes peuvent
être soit les eucaryotes (présence d'un noyau)
tels que les chlorophycées , soit les procaryotes
(sans de présence de noyau) ou encore les
cyanobactéries. On estime de 200 000 à 1
million d'espèces différentes de micro-algues et
dont seulement 30 000 ont été analysées.
5
6
 Deux types de micro-algues peuvent être utilisés
pour produire des biocarburants. Il y a tout
d'abord les micro-algues qui peuvent être
cultivées en milieu autotrophe, c'est à dire que
pour se développer elles ont besoin de CO2
comme source de carbone et de la lumière
comme source d'énergie. Tandis que d'autres
espèces de micro-algues peuvent être cultivées
en milieu hétérotrophe, elles n'ont besoins que
de carbone organique comme source de
carbone et d'énergie. Ces micro-algues, comme
la plupart des micro-organismes contiennent
des lipides (principalement des triglycérides ).
7
 Ces lipides (matière grasse) permettront la
production de biocarburants, mais ne sont pas,
en règle générale, produits en quantité
suffisante et de manière naturelle par les micro-
algues. Il est également possible d'ajouter un
stress à ces micro-organismes qui permettra
alors d'augmenter cette production de lipides.
En effet, une carence en azote ou une
augmentation de l'intensité lumineuse va
permettre d'augmenter la production de lipides.
De ce fait, la teneur en lipides augmente
considérablement jusqu'à atteindre 80% de la
matière sèche.
8
MICRO-ALGUE PSEUDONITZSCHIA CALLIANTHA VUE AU MICROSCOPE.
LES LIPIDES ONT ÉTÉ COLORÉS PAR UN FLUOROCHROME (LE ROUGE DU
NIL). LES RÉSERVES D’HUILE UTILISABLE DIRECTEMENT SOUS FORME
DE BIOCARBURANT SONT COLORÉES EN JAUNE.
9
L'UTILISATION DES MICRO-ALGUES PRÉSENTES PLUSIEURS
AVANTAGES :
 Il n'y a pas de compétition avec les surfaces agricoles
végétales ou animales.
 Le haut taux de développement des micro-algues (leurs
récoltes peuvent se faire à partir de 10 jours) .
 Le rendement en biomasse à l'hectare, ainsi que la teneur en
huile est supérieurs à ceux des plantes oléagineuses.
 Ces micro-organismes ont besoin de CO2 comme source
d'énergie ou de carbone, ce qui diminue la concentration de
CO2 dans l'atmosphère .
 Les micro-algues produisent différents types de produits
annexes tels que les protéines, les vitamines et les oligo-
éléments qui sont alors valorisés dans d'autres domaines
(cosmétique, pharmacie) .
10
LA PRODUCTION DE BIOCARBURANTS :
 Plusieurs sortes de micro-algues peuvent être
utilisés, et vont, de par leurs caractéristiques,
permettent de produire différents types de
biocarburants.
Les micro-algues riches en lipides pourront
former, après trans-estérification, du biodiesel.
Ces micro-algues peuvent également produire
de l'hydrogène par hydrogènase. Certaines
micro-algues riches en sucre pourront former du
bioéthanol après fermentation. 11
12
L’UTILISATION DES BIOCARBURANTS EN MÉLANGE AVEC
LES CARBURANTS TRADITIONNELS A POUR BUT DE
RÉPONDRE À QUATRE ENJEUX ESSENTIELS :
réduire les émissions de gaz à effet
de serre
anticiper l’épuisement des réserves
mondiales de pétrole
réduire la dépendance énergétique
pétrolière
13
LA PRODUCTION DE CES BIOCARBURANTS PASSE PAR 4
ÉTAPES :
1. Sélection des micro-algues pour leur richesse en
huile
2. La culture:
Il existe tout d'abord le dispositif de culture
ouverte :
Ce sont des bassins de type «raceways » (champ de
course), leur principe est de faire circuler les algues
sur une faible largeur et profondeur (entre 15 et 50
cm) mais sur une grande distance.
Le milieu dans laquelle se développent les micro-
algues est en déplacement continu grâce à des
roues à aubes.
14
 Les éléments nutritifs sont apportés de manière
continue permettant ainsi un développement
optimal des micro-algues
 La source d'énergie est apportée directement
par la lumière, ce qui permet le processus de
photosynthèse, l'apport du CO2 se fait par
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 Cependant ce système ouvert est sensible à
toutes contaminations soit par des espèces
locales qui trouvent dans ces bassins les critères
idéals pour se développer, soit par des espèces
extérieures qui se nourrissent de ces micro-
algues. 15
16
Pour éviter toutes contaminations, la culture dans des
photo-bioréacteurs peut être utilisée.
 Pour ce type de culture (fermée) l'utilisation de micro-
algues autotrophes est nécessaire car elles arrivent, à
l'aide de l'énergie lumineuse, à créer leur propre
substance organique.
 La réaction suivante montre le principe de la
photosynthèse qui permet de produire leurs propres
éléments nutritifs :
6CO2 + 6H2O+ lumière → C6H12O6 + 6O2
 Il est donc indispensables pour la croissance des
micro-algues d'utiliser des parois transparentes qui
permettent de laisser passer une intensité lumineuse
suffisante, un apport en CO2 est également
nécessaire.
17
18
19
3. RÉCOLTE ET EXTRACTION
Pour fabriquer un biocarburant on a
besoin des lipides présents à
l'intérieur des algues. Pour les
récupérer différentes solutions
existent. Dont on cite:
le passage des algues à la
centrifugeuse
traitement au solvant 20
LA CENTRIFUGATION
Elle consiste à séparer mécaniquement les éléments
constitutifs d'un mélange par rapport à leur densité
en les soumettant à la force centrifuge. L'appareil
utilisé s'appelle une centrifugeuse qui est une
machine tournant à très grande vitesse. Elle permet
ainsi la séparation des différents composés qui sont
soumis à différentes forces.
21
TRAITEMENT AU SOLVANT:
 Avec ce procédé simple en apparence il est également
possible d'extraire les lipides d'un corps végétal.
 Pour se faire il faut prendre les micro-algues ( sous
forme de poudre pour plus d'efficacité) et y ajouter un
alcool .
 L'alcool a comme action d'éclater la membrane
cytoplasmique de la cellule afin que son contenu soit
libéré dans l'alcool.
 Ensuite il faut réussir à récupérer les lipides et
uniquement ces derniers. C'est ici que les choses se
compliquent. En effet une cellule d'un être vivant ne
contient pas que des lipides. Il y a aussi des protéines,
des sucres, des alcaloïdes. Il faut donc connaître quel
solvant utiliser pour les molécules que l'on souhaite
récupérer. Ensuite après avoir trouvé le bon solvant il
n'aurait plus qu'a faire la dissolution des lipides dans ce
dernier et laisser le tout décanter puis s'évaporer pour
récupérer les lipides.
22
4. Conversion de l'huile en biocarburant.
Maintenant que les lipides ont été extraits de nos
algues on peut les utiliser pour les transformer en
biocarburant, La technique la plus utilisée est:
 la trans-esterification:
qui fait réagir l'huile algale avec du méthanol ou de l'éthanol,
produit un ester d'huile algale ou biodiesel
 On peut aussi ajouter un catalyseur (hydroxyde de
sodium ou de potassium) pour accélérer la réaction.
 Une température élevée accélère le procédé, mais
une réaction à froid reste possible bien que plus
longue.
 De plus cette transformation des huiles ou graisses
en ester éthyliques ou méthyliques permet de se
rapprocher le plus possible des propriétés physiques
du diesel utilisé dans l'industrie automobile.
23
 Le schéma ci-contre est une représentation imagée
d'une transesterification. On voit qu'en mélangeant un
alcool, un catalyseur et de l'huile on peut obtenir un
biodiesel mais aussi d'autres produits comme du
glycérol ou de la glycérine. Par la suite, il faut séparer
le biodiesel afin qu'il devienne utilisable.
24
 On va généralement procéder par dissolution du
biodiesel à l'aide d'un solvant. Puis on laisse décanter
pour séparer les 2 phases. Pour finir on laisse le solvant
s'évaporer et le biodiesel devrait être prêt.
On peut aussi tout simplement laisser le mélange
décanter pendant au moins 24h.
25
CONCLUSION :
26
27
 En effet, les micro-algues sont des ressources
renouvelables à l’échelle de la vie humaine, de plus,
elles réduisent la concentration du CO2 dans
l’atmosphère. Cependant un inconvénient de taille est
encore à améliorer : les coûts de production de ces
biocarburants restent très élevés. Pour que les
biocarburants puissent remplacer le pétrole, le gaz ou le
charbon il faudrait donc une baisse de ces coûts de
production.
 A l’avenir, plusieurs solutions peuvent être apportées à
ces différentes problématiques. Concernant la troisième
génération, son état est encore au niveau expérimental,
on ne peut donc pas encore savoir si, à grande échelle de
production, cette technologie sera fiable. Cependant aux
vues des résultats actuels, cette génération est
prometteuse et pourrait à l’avenir remplacer, ou réduire,
la part des énergies fossiles. Néanmoins, à l’heure
actuelle, les micro-algues cultivées pour la recherche
sont également revendues à différents secteurs
(cosmétique, pharmacie) et sont donc déjà une source de
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28
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Production de biocarburant

  • 1. République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene USTHB  La production de biocarburant à partir des micro-algues lipidique  Projet réalisé par :  AMANI Chiraz  HENNAOUI Soumia 1
  • 2. PLAN DE TRAVAIL : Introduction Qu'est-ce qu'une micro-algues lipidiques Les avantages La production des algues Extraction des lipides Transformation des lipides en carburant Conclusion 2
  • 3. INTRODUCTION  De nos jours, les phénomènes de pollution, réchauffement climatique et diminution des ressources énergétiques fossiles, nous incitent plus que jamais à trouver des solutions alternatives pour une production de carburant plus propre, c’est le biocarburant.  Un biocarburant est un carburant liquide ou gazeux crée à partir de la transformation de matériaux organiques non fossiles issus de la biomasse, par exemple des matières végétales produites par l’agriculture (betterave, blé, maïs, colza, tournesol, pomme de terre, etc.). Leur combustion ne produit que du CO2 et de la vapeur d'eau et pas ou peu d'oxydes azotés et soufrés (NOx, SOx).  On distingue trois générations pour la production de ces biocarburants : 3
  • 4. Les biocarburants de première génération :  Ils sont principalement de deux types : le bioéthanol (à partir de plantes sucrières ou de céréales) et le biodiesel (à partir de plantes oléagineuses). Cette génération est actuellement produite à l’échelle industrielle et commercialisée mais rentre en concurrence directe avec la chaîne alimentaire.  Les biocarburants de deuxième génération : Ces biocarburants sont produits à partir de biomasse lignocellulosique, sans concurrence d'usage avec l'alimentaire, obtenue en exploitant les résidus agricoles (pailles de céréales, tiges), bois et résidus forestiers, etc Cette génération n’est pas rentable à l’échelle industrielle car elle reste encore très couteuse.  Les biocarburants de troisième génération :  Les procédés, encore à l’étude, s’appuient principalement sur l’utilisation de microorganismes telles que les micros-algues. 4
  • 5. DANS NOTRE TRAVAIL, NOUS NOUS SOMMES INTÉRESSÉS AU DÉVELOPPEMENT DES BIOCARBURANTS VIA LA 3ÈME GÉNÉRATION.  Qu'appelle-t-on micro-algues lipidiques ? Ce sont des algues microscopiques, vivant en milieu aquatique, qui produisent naturellement des lipides (huiles). Ces organismes peuvent être soit les eucaryotes (présence d'un noyau) tels que les chlorophycées , soit les procaryotes (sans de présence de noyau) ou encore les cyanobactéries. On estime de 200 000 à 1 million d'espèces différentes de micro-algues et dont seulement 30 000 ont été analysées. 5
  • 6. 6
  • 7.  Deux types de micro-algues peuvent être utilisés pour produire des biocarburants. Il y a tout d'abord les micro-algues qui peuvent être cultivées en milieu autotrophe, c'est à dire que pour se développer elles ont besoin de CO2 comme source de carbone et de la lumière comme source d'énergie. Tandis que d'autres espèces de micro-algues peuvent être cultivées en milieu hétérotrophe, elles n'ont besoins que de carbone organique comme source de carbone et d'énergie. Ces micro-algues, comme la plupart des micro-organismes contiennent des lipides (principalement des triglycérides ). 7
  • 8.  Ces lipides (matière grasse) permettront la production de biocarburants, mais ne sont pas, en règle générale, produits en quantité suffisante et de manière naturelle par les micro- algues. Il est également possible d'ajouter un stress à ces micro-organismes qui permettra alors d'augmenter cette production de lipides. En effet, une carence en azote ou une augmentation de l'intensité lumineuse va permettre d'augmenter la production de lipides. De ce fait, la teneur en lipides augmente considérablement jusqu'à atteindre 80% de la matière sèche. 8
  • 9. MICRO-ALGUE PSEUDONITZSCHIA CALLIANTHA VUE AU MICROSCOPE. LES LIPIDES ONT ÉTÉ COLORÉS PAR UN FLUOROCHROME (LE ROUGE DU NIL). LES RÉSERVES D’HUILE UTILISABLE DIRECTEMENT SOUS FORME DE BIOCARBURANT SONT COLORÉES EN JAUNE. 9
  • 10. L'UTILISATION DES MICRO-ALGUES PRÉSENTES PLUSIEURS AVANTAGES :  Il n'y a pas de compétition avec les surfaces agricoles végétales ou animales.  Le haut taux de développement des micro-algues (leurs récoltes peuvent se faire à partir de 10 jours) .  Le rendement en biomasse à l'hectare, ainsi que la teneur en huile est supérieurs à ceux des plantes oléagineuses.  Ces micro-organismes ont besoin de CO2 comme source d'énergie ou de carbone, ce qui diminue la concentration de CO2 dans l'atmosphère .  Les micro-algues produisent différents types de produits annexes tels que les protéines, les vitamines et les oligo- éléments qui sont alors valorisés dans d'autres domaines (cosmétique, pharmacie) . 10
  • 11. LA PRODUCTION DE BIOCARBURANTS :  Plusieurs sortes de micro-algues peuvent être utilisés, et vont, de par leurs caractéristiques, permettent de produire différents types de biocarburants. Les micro-algues riches en lipides pourront former, après trans-estérification, du biodiesel. Ces micro-algues peuvent également produire de l'hydrogène par hydrogènase. Certaines micro-algues riches en sucre pourront former du bioéthanol après fermentation. 11
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  • 13. L’UTILISATION DES BIOCARBURANTS EN MÉLANGE AVEC LES CARBURANTS TRADITIONNELS A POUR BUT DE RÉPONDRE À QUATRE ENJEUX ESSENTIELS : réduire les émissions de gaz à effet de serre anticiper l’épuisement des réserves mondiales de pétrole réduire la dépendance énergétique pétrolière 13
  • 14. LA PRODUCTION DE CES BIOCARBURANTS PASSE PAR 4 ÉTAPES : 1. Sélection des micro-algues pour leur richesse en huile 2. La culture: Il existe tout d'abord le dispositif de culture ouverte : Ce sont des bassins de type «raceways » (champ de course), leur principe est de faire circuler les algues sur une faible largeur et profondeur (entre 15 et 50 cm) mais sur une grande distance. Le milieu dans laquelle se développent les micro- algues est en déplacement continu grâce à des roues à aubes. 14
  • 15.  Les éléments nutritifs sont apportés de manière continue permettant ainsi un développement optimal des micro-algues  La source d'énergie est apportée directement par la lumière, ce qui permet le processus de photosynthèse, l'apport du CO2 se fait par bullage.  Cependant ce système ouvert est sensible à toutes contaminations soit par des espèces locales qui trouvent dans ces bassins les critères idéals pour se développer, soit par des espèces extérieures qui se nourrissent de ces micro- algues. 15
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  • 17. Pour éviter toutes contaminations, la culture dans des photo-bioréacteurs peut être utilisée.  Pour ce type de culture (fermée) l'utilisation de micro- algues autotrophes est nécessaire car elles arrivent, à l'aide de l'énergie lumineuse, à créer leur propre substance organique.  La réaction suivante montre le principe de la photosynthèse qui permet de produire leurs propres éléments nutritifs : 6CO2 + 6H2O+ lumière → C6H12O6 + 6O2  Il est donc indispensables pour la croissance des micro-algues d'utiliser des parois transparentes qui permettent de laisser passer une intensité lumineuse suffisante, un apport en CO2 est également nécessaire. 17
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  • 20. 3. RÉCOLTE ET EXTRACTION Pour fabriquer un biocarburant on a besoin des lipides présents à l'intérieur des algues. Pour les récupérer différentes solutions existent. Dont on cite: le passage des algues à la centrifugeuse traitement au solvant 20
  • 21. LA CENTRIFUGATION Elle consiste à séparer mécaniquement les éléments constitutifs d'un mélange par rapport à leur densité en les soumettant à la force centrifuge. L'appareil utilisé s'appelle une centrifugeuse qui est une machine tournant à très grande vitesse. Elle permet ainsi la séparation des différents composés qui sont soumis à différentes forces. 21
  • 22. TRAITEMENT AU SOLVANT:  Avec ce procédé simple en apparence il est également possible d'extraire les lipides d'un corps végétal.  Pour se faire il faut prendre les micro-algues ( sous forme de poudre pour plus d'efficacité) et y ajouter un alcool .  L'alcool a comme action d'éclater la membrane cytoplasmique de la cellule afin que son contenu soit libéré dans l'alcool.  Ensuite il faut réussir à récupérer les lipides et uniquement ces derniers. C'est ici que les choses se compliquent. En effet une cellule d'un être vivant ne contient pas que des lipides. Il y a aussi des protéines, des sucres, des alcaloïdes. Il faut donc connaître quel solvant utiliser pour les molécules que l'on souhaite récupérer. Ensuite après avoir trouvé le bon solvant il n'aurait plus qu'a faire la dissolution des lipides dans ce dernier et laisser le tout décanter puis s'évaporer pour récupérer les lipides. 22
  • 23. 4. Conversion de l'huile en biocarburant. Maintenant que les lipides ont été extraits de nos algues on peut les utiliser pour les transformer en biocarburant, La technique la plus utilisée est:  la trans-esterification: qui fait réagir l'huile algale avec du méthanol ou de l'éthanol, produit un ester d'huile algale ou biodiesel  On peut aussi ajouter un catalyseur (hydroxyde de sodium ou de potassium) pour accélérer la réaction.  Une température élevée accélère le procédé, mais une réaction à froid reste possible bien que plus longue.  De plus cette transformation des huiles ou graisses en ester éthyliques ou méthyliques permet de se rapprocher le plus possible des propriétés physiques du diesel utilisé dans l'industrie automobile. 23
  • 24.  Le schéma ci-contre est une représentation imagée d'une transesterification. On voit qu'en mélangeant un alcool, un catalyseur et de l'huile on peut obtenir un biodiesel mais aussi d'autres produits comme du glycérol ou de la glycérine. Par la suite, il faut séparer le biodiesel afin qu'il devienne utilisable. 24
  • 25.  On va généralement procéder par dissolution du biodiesel à l'aide d'un solvant. Puis on laisse décanter pour séparer les 2 phases. Pour finir on laisse le solvant s'évaporer et le biodiesel devrait être prêt. On peut aussi tout simplement laisser le mélange décanter pendant au moins 24h. 25
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  • 28.  En effet, les micro-algues sont des ressources renouvelables à l’échelle de la vie humaine, de plus, elles réduisent la concentration du CO2 dans l’atmosphère. Cependant un inconvénient de taille est encore à améliorer : les coûts de production de ces biocarburants restent très élevés. Pour que les biocarburants puissent remplacer le pétrole, le gaz ou le charbon il faudrait donc une baisse de ces coûts de production.  A l’avenir, plusieurs solutions peuvent être apportées à ces différentes problématiques. Concernant la troisième génération, son état est encore au niveau expérimental, on ne peut donc pas encore savoir si, à grande échelle de production, cette technologie sera fiable. Cependant aux vues des résultats actuels, cette génération est prometteuse et pourrait à l’avenir remplacer, ou réduire, la part des énergies fossiles. Néanmoins, à l’heure actuelle, les micro-algues cultivées pour la recherche sont également revendues à différents secteurs (cosmétique, pharmacie) et sont donc déjà une source de revenus qui permet le financement de ces recherches. 28