TPE 2006-2007: Le Bioethanol
I- Les différents procédés d'extraction du sucre
Le
bioéthanol peut être fabriqué
à partir de
différentes filières. Chaque filière,
chaque
végétal va servir à donner du sucre
qui pourra
fermenter pour donner de l'alcool. Cependant, chaque filière
va
nécessiter une extractiont particulièr. On
s’est
donc intéressé aux différents
traitements propres
à chaque filière.
1/Les plantes "sucrées" :
En théorie, avec les plantes sucréesil suffit d’extraire le sucre déjà présent dans la plante sous forme de saccharose . L’extraction du sucre est toutefois réalisée différemment selon le produit. Nous avons choisi de détailler l’extraction du sucre à partir des deux principales plantes sucrées : la canne à sucre et la betterave.
- La canne à sucre est broyée deux fois, de manière donner un jus sucré (à hauteur d’environ 10 à 18% de saccharose) appelé le « vesou ».
-La betterave nécessite un procédé plus complexe. L’extraction du sucre de betterave est dite extraction par « diffusion ». Le procédé consiste à plonger les betteraves dans une eau chaude (environ 70-75°C) dans laquelle le saccharose contenu par la betterave va difffuser.
En effet, le saccharose est contenu dans le tissu cellulaire de la betterave, et retenu par une membrane (la membrane ectoplasmique , représentée sur le schéma). Sous l’action de la chaleur cette membrane est dénaturée, et le saccharose peut alors se répendre dans la cellule, contre la membrane cellulosique, comme on le voit sur le dessin. De là, le saccharose peut alors se répandre dans l’eau, la membrane cellulosique étant totalement perméable.
Le jus sucré alors recueilli contient de manière variable 10 à 15 % de saccharose.
2/ Les plantes amylacées :
L’obtention de sucre à partir d’une plante amylacée est un procédé beaucoup plus long et difficile. En effet, il va nécessiter un traitement très important. Contrairement aux plantes sucrées, les plantes amylacées de contiennent pas de sucres, mais elles sont riches en amidon . Il va donc falloir transformer cet amidon pour obtenir du glucose, grace à une réaction d’hydrolyse.
Ici on va « décomposer » les molécules d’amidon grâce à l'action d'une enzyme. En effet, l’amidon est un polymère de glucose (de formule (C6H10O5)n), c’est à dire qu’il est composé de plusieurs molécules de glucose liées entre elles. Pour accélérer la réaction, on va utiliser un catalyseur biologique : l'amylase. L’enzyme va aider et va accélerer la dégradation de l’amidon.
On peut résumer la réaction par l’équation bilan suivante :
3/ La matière lignocellulosique:
La matière “lignocellulosique”, telle que le bois ou l’herbe, est une ressoucre abondante qui peut être la source de sucres destinés ensuite à la fermentation et à la production de bioéthanol.
Pour comprendre en quoi l’herbe et le bois peuvent constituer des produits menant au bioéthanol, il faut d’abord expliquer la composition de cette “biomasse lignocellulosique”. A l’aide du schéma ci-dessous, nous tenterons donc de décrire la composition de ces espèces végétales.
La matière lignocellulosique est principalement constituée de cellulose, d’hémicellulose, et de lignine (distinguées sur le croquis).
Les molécules de cellulose sont les constituants majoritaires des parois cellulaires chez la plupart des plantes. La molécule de cellulose se présente sous la forme d’une longue chaîne de molécules de glucose. Les différentes molécules de cellulose sont reliées entre elles par une autre molécule : l’hémicellulose.
L’hémicellulose est elle constituée elle aussi d’une chaîne de sucres (mais ici ce sont des pentoses, c’est à dire des sucres à 5 carbone, alors que le glucose en possède 6), elle a pour formule . Ces sucres sont majoritairement des molécules de xylose .
Enfin, le dernier élément, la lignine, effectue la liaison entre les “faisceaux” de cellulose (les sortes de batonnets apparaissant sur le schéma).
De ces trois types de molécules, deux vont permettre l’obtention de sucres : la cellulose et l’hémicellulose. En effet, grâce à une réaction d’hydrolyse enzymatique (voir paragraphe précédent), ces deux molécules vont être dégradées en sucres simples: la cellulose en glucose, et l’hémicellulose en xylose.
On peut modéliser les réactions d’hydrolyse avec les “équations” très simplifiées suivantes :
Bilan : Après avoir vu quelles étaient les différentes façons d’obtenir des sucres simples à partir de différentes filières de la biomasse, nous nous sommes intéressés à la deuxième étape du processus de fabrication du bioéthanol, étape commune à toutes les filières : la fermentation.
Aller à la page Fermentation
1/Les plantes "sucrées" :
En théorie, avec les plantes sucréesil suffit d’extraire le sucre déjà présent dans la plante sous forme de saccharose . L’extraction du sucre est toutefois réalisée différemment selon le produit. Nous avons choisi de détailler l’extraction du sucre à partir des deux principales plantes sucrées : la canne à sucre et la betterave.
- La canne à sucre est broyée deux fois, de manière donner un jus sucré (à hauteur d’environ 10 à 18% de saccharose) appelé le « vesou ».
-La betterave nécessite un procédé plus complexe. L’extraction du sucre de betterave est dite extraction par « diffusion ». Le procédé consiste à plonger les betteraves dans une eau chaude (environ 70-75°C) dans laquelle le saccharose contenu par la betterave va difffuser.
Source
:Prof. Mathlouthi, MC Barbara Rougè, Université
de Reims.
En effet, le saccharose est contenu dans le tissu cellulaire de la betterave, et retenu par une membrane (la membrane ectoplasmique , représentée sur le schéma). Sous l’action de la chaleur cette membrane est dénaturée, et le saccharose peut alors se répendre dans la cellule, contre la membrane cellulosique, comme on le voit sur le dessin. De là, le saccharose peut alors se répandre dans l’eau, la membrane cellulosique étant totalement perméable.
Le jus sucré alors recueilli contient de manière variable 10 à 15 % de saccharose.
2/ Les plantes amylacées :
L’obtention de sucre à partir d’une plante amylacée est un procédé beaucoup plus long et difficile. En effet, il va nécessiter un traitement très important. Contrairement aux plantes sucrées, les plantes amylacées de contiennent pas de sucres, mais elles sont riches en amidon . Il va donc falloir transformer cet amidon pour obtenir du glucose, grace à une réaction d’hydrolyse.
Ici on va « décomposer » les molécules d’amidon grâce à l'action d'une enzyme. En effet, l’amidon est un polymère de glucose (de formule (C6H10O5)n), c’est à dire qu’il est composé de plusieurs molécules de glucose liées entre elles. Pour accélérer la réaction, on va utiliser un catalyseur biologique : l'amylase. L’enzyme va aider et va accélerer la dégradation de l’amidon.
On peut résumer la réaction par l’équation bilan suivante :
n Amidon + n Eau
---> n Glucose
(C6H10O5)n + n H2O ---> n C6H12O6
(C6H10O5)n + n H2O ---> n C6H12O6
n est un réel
C6H12O6 est la formule du glucose
C6H12O6 est la formule du glucose
3/ La matière lignocellulosique:
La matière “lignocellulosique”, telle que le bois ou l’herbe, est une ressoucre abondante qui peut être la source de sucres destinés ensuite à la fermentation et à la production de bioéthanol.
Pour comprendre en quoi l’herbe et le bois peuvent constituer des produits menant au bioéthanol, il faut d’abord expliquer la composition de cette “biomasse lignocellulosique”. A l’aide du schéma ci-dessous, nous tenterons donc de décrire la composition de ces espèces végétales.
La matière lignocellulosique est principalement constituée de cellulose, d’hémicellulose, et de lignine (distinguées sur le croquis).
Les molécules de cellulose sont les constituants majoritaires des parois cellulaires chez la plupart des plantes. La molécule de cellulose se présente sous la forme d’une longue chaîne de molécules de glucose. Les différentes molécules de cellulose sont reliées entre elles par une autre molécule : l’hémicellulose.
L’hémicellulose est elle constituée elle aussi d’une chaîne de sucres (mais ici ce sont des pentoses, c’est à dire des sucres à 5 carbone, alors que le glucose en possède 6), elle a pour formule . Ces sucres sont majoritairement des molécules de xylose .
Enfin, le dernier élément, la lignine, effectue la liaison entre les “faisceaux” de cellulose (les sortes de batonnets apparaissant sur le schéma).
De ces trois types de molécules, deux vont permettre l’obtention de sucres : la cellulose et l’hémicellulose. En effet, grâce à une réaction d’hydrolyse enzymatique (voir paragraphe précédent), ces deux molécules vont être dégradées en sucres simples: la cellulose en glucose, et l’hémicellulose en xylose.
On peut modéliser les réactions d’hydrolyse avec les “équations” très simplifiées suivantes :
Cellulose + Eau
--->Glucose
Hémicellulose + Eau ---> Xylose
Hémicellulose + Eau ---> Xylose
Bilan : Après avoir vu quelles étaient les différentes façons d’obtenir des sucres simples à partir de différentes filières de la biomasse, nous nous sommes intéressés à la deuxième étape du processus de fabrication du bioéthanol, étape commune à toutes les filières : la fermentation.
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