UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE DES SCIENCES AGRONOMIQUES Département des Industries Agricoles et Alimentaires

PRODUCTION BIO-ETHANOL D’IGNAMES (Dioscoréa alata )

par :

Jean Marie RAZAFINDRAJAONAJean Marie RAZAFINDRAJAONA Docteur Ingénieur en Sciences Agronomiques (Option Microbiologie et Biotechnologie Alimentaires)Enseignant Chercheur, ConsultantMembre de l’Académie Nationale Malgache

Faniry RAZAFINDRALAMBOFaniry RAZAFINDRALAMBOIngénieur en Sciences AgronomiquesOption Industries Agricoles et AlimentairesConsultante

Les transportsLes transports dépendent presque uniquement du dépendent presque uniquement du pétrolepétrole

Ils sont Ils sont à l’origine de 30% des émissions de CO2à l’origine de 30% des émissions de CO2 Cette proportion est croissanteCette proportion est croissante

Les transports sont particulièrement concernés par Les transports sont particulièrement concernés par les GESles GES

Pays développés et émergeantsPays développés et émergeants

• Limitation de la consommation des carburants fossilesLimitation de la consommation des carburants fossiles• Diversification de leurs sources d’énergie combustiblesDiversification de leurs sources d’énergie combustibles• Utilisation croissante des biocarburants et de leurs Utilisation croissante des biocarburants et de leurs

dérivésdérivés• Application des TGAP (Application des TGAP (TTaxe axe GGénérale sur les énérale sur les AActivités ctivités

PPolluantes)olluantes)

ConstatsConstats

A MadagascarA Madagascar 1.1. Rationalisation de l’utilisation des sources Rationalisation de l’utilisation des sources

énergétiques fossilesénergétiques fossiles2.2. Essais de diversification de ses sources d’énergie Essais de diversification de ses sources d’énergie

renouvelables:renouvelables: Plantes riches en huiles lourdes, comme le Jatropha Plantes riches en huiles lourdes, comme le Jatropha

(( biodiesel) biodiesel) Plantes riches en sucres comme les cannes à sucre Plantes riches en sucres comme les cannes à sucre

(( bioéthanol) bioéthanol) Plantes à tubercule comme le manioc et l’igname Plantes à tubercule comme le manioc et l’igname

(( bioéthanol) bioéthanol) Matières organiques méthanisables ( Matières organiques méthanisables ( Biogaz???) Biogaz???)

Eau ( Hydrolyse en Hydrogène + Oxygène puis combustion Eau ( Hydrolyse en Hydrogène + Oxygène puis combustion de Hde H22 en Eau) en Eau)

Les biocarburants sont des réponses à parvenir à Les biocarburants sont des réponses à parvenir à la réduction des GESla réduction des GES

ConstatsConstats

Pourquoi le BIOÉTHANOLPourquoi le BIOÉTHANOL??????1- Le bioéthanol est recyclable1- Le bioéthanol est recyclable

Le végétal se développe en Le végétal se développe en fixant de CO2 atmosphériquefixant de CO2 atmosphérique

Transformé en bioéthanol et Transformé en bioéthanol et brûlé dans le moteur, ce carbone brûlé dans le moteur, ce carbone se retrouve à nouveau dans se retrouve à nouveau dans l’atmosphère, l’atmosphère,

c’est-à-dire qu’il est recycléc’est-à-dire qu’il est recyclé

4-Le végétal 4-Le végétal

est est

renouvelablerenouvelable

2- Le bilan énergétique de l’éthanol 2- Le bilan énergétique de l’éthanol est plus efficientest plus efficient

1 unité énergétique de pétrole1 unité énergétique de pétrole

3- Le bioéthanol est plus écologique3- Le bioéthanol est plus écologique

2,5 fois mois de GES2,5 fois mois de GES que l’essence que l’essence

Chaque litre d’essence remplacé par Chaque litre d’essence remplacé par le bioéthanol permet de le bioéthanol permet de réduire de réduire de 75% l’émission de GES75% l’émission de GES qu’aurait qu’aurait produit ce litre d’essenceproduit ce litre d’essence

INTRODUCTION

0,87 unités 0,87 unités Énergétique d’éthanolÉnergétique d’éthanol

Production mondiale de bioéthanol (Production mondiale de bioéthanol (en Tonnesen Tonnes))

Source : F.A.O , 2008 Source : F.A.O , 2008

Bioéthanol à MadagascarBioéthanol à Madagascar

Répond à un espoir d’indépendance énergétique Répond à un espoir d’indépendance énergétique

Dans sa phase de lancement Dans sa phase de lancement

Parmi les 2 filières sont privilégiées : Parmi les 2 filières sont privilégiées :

le bioéthanol à partir de canne à sucrele bioéthanol à partir de canne à sucreet le biodiesel à partir de et le biodiesel à partir de jatrophajatropha

Processus universel d’obtention du bioéthanolProcessus universel d’obtention du bioéthanol

Matière première végétale Matière première végétale

BioéthanolBioéthanol

- Matière première - Matière première 

Igname Igname : Dioscoréa alata (: Dioscoréa alata (BrickavilleBrickaville))

EnzymeEnzyme : Produit par la technique de maltage  : Produit par la technique de maltage à à partir du grain de riz germé variété 1285partir du grain de riz germé variété 1285

LevureLevure :  : levure commercialelevure commerciale Saccharomyces Saccharomyces cerevisiaeacerevisiaea

Milieu fermentaireMilieu fermentaire : Bouillon de farine d’ignames  : Bouillon de farine d’ignames hydrolysée (Chydrolysée (Concentration du sucre réducteur: 60 g/l oncentration du sucre réducteur: 60 g/l – 70 g/l – 80 g/l– 90 g /l)– 70 g/l – 80 g/l– 90 g /l)

Sels de la fermentationSels de la fermentation :  : sulfate de magnésium, sulfate de magnésium, sulfate d’ammonium et acide phosphorique sulfate d’ammonium et acide phosphorique monopotassiquemonopotassique

2-1- - Méthodes adoptées pour la mise au point de 2-1- - Méthodes adoptées pour la mise au point de la technologiela technologie

Réception

Écorce

Chair

Pesage, lavage

Épluchage

Découpage

Hydrolyse enzymatique(55°C; 150 rpm ; 4 ,2; 3j)

Blanchiment (10’/ 70 °C),Égouttage

Broyage

Séchage ( 4- 6 j)

Distillation

Fermentation alcoolique(30 °C;150 rpm ; 4; 1j)

Igname

Farine

Éthanol

2-1-7- Paramètres mesurés2-1-7- Paramètres mesurés

Formation de la biomasse levurienneFormation de la biomasse levurienne

Consommation du substratConsommation du substrat

Formation du produitFormation du produit

Conversion du substrat en biomasseConversion du substrat en biomasse

Conversion du substrat en produitConversion du substrat en produit

Pour l’hydrolysePour l’hydrolyse

Teneur en sucres réducteursTeneur en sucres réducteursPour la fermentationPour la fermentation

Pour la fabrication de la farinePour la fabrication de la farine

Teneur en humiditéTeneur en humidité

Teneur en cendres brutesTeneur en cendres brutes

Teneur en amidonTeneur en amidon

1- Résultats qualitatives et quantitatives1- Résultats qualitatives et quantitatives

Tubercule Écorce et déchets

Rendement en farine

24,7 % 37,87 %

Tubercule Écorce et déchets

Humidité % 9,47 % 7 ,62 %

Matières sèches 90,53% 92,38%

Cendre % 2,43 % 5,77 %

Amidon % (MS) 49,15 % 42,53%

Autres 43,83 % 47,76 %

Résultats qualitativesRésultats qualitatives

Résultats quantitativesRésultats quantitatives

Résultats et DiscussionsRésultats et Discussions

2- Résultats de l’hydrolyse enzymatique2- Résultats de l’hydrolyse enzymatique

Équation de modélisation de la solution de glucose :Équation de modélisation de la solution de glucose : SR = (1,309 DO + 0,0021)nSR = (1,309 DO + 0,0021)n

0

10

20

30

40

50

60

0 24 48 72 96

Temps (h)

S.R

(g/l)

60

80

100

120

140

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 24 48 72 96

Temps en h

[S.R

] en

g/l

60

80

100

120

140

Cinétique de l’hydrolyse de la farine de l’écorce de l’igname

Cinétique de l’hydrolyse de la farine d’igname

3- Résultats de la fermentation alcoolique3- Résultats de la fermentation alcoolique Farine de l’écorce de l’ignameFarine de l’écorce de l’igname

Substrat (g/l)

µXmax(h-1)

vP max(h-1)

qS max(h-1)

n %

60 0,081 0,329 0,860 78,47

70 0,088 0,333 0,981 84,43

80 0,070 0,288 0,935 76,81

90 0,068 0,470 0,904 71,32

Substrat (g/l)

µXmax(h-1)

vP max(h-1)

qS max(h-1)

n %

60 0,070 0,314 0,884 78,47

70 0,078 0,554 0,959 86,11

80 0,065 0,482 0,941 77,79

90 0,064 0,459 0,934 71,19

Farine de l’ignameFarine de l’igname

Rendement de la fermentationRendement de la fermentation

4- Qualité de l’alcool4- Qualité de l’alcool Acidité de l’alcoolAcidité de l’alcool

Acidité totale Acidité volatile

Écorce et déchets 0.031± 0 ,01 0.025 ± 0 ,01

Tubercule 0.023 ± 0 ,02 0.018±0,04

Constituants Farine du tubercule (ml/l)

Farine de l’écorce et des déchets ( ml/l)

Ethanol 723.7 382.7

Acétate d’Ethyle 0.278 -

Acétaldéhyde 0.974 -

Méthyl-2 Propanol -1 0.041 0.043

Alcool isoamylique 1.845 0.749

Methano-l - 0.079

Compositions en alcoolCompositions en alcool

Chromatogramme des alcools de bioéthanol d’ignamesChromatogramme des alcools de bioéthanol d’ignames

ChromatogrammeChromatogramme Chromatogramme de l’éthanolChromatogramme de l’éthanol

Circuits de distribution du bioéthanol Circuits de distribution du bioéthanol

à Madagascarà Madagascar (court et long) (court et long)

CONSOMMATEURS

Station d’essenceGrande région de Madagascar

Station d’essence Tamatave

Groupe distributeur

USINE

Agence (Ville pilote Tamatave)

Agence (Grande ville- Antananarivo)

A court terme

A long terme

Désignation Valeur Conclusion

VNA 243 832 664Projet faisable

TRI 44,22

Projet finançable

Ip 1,87

Projet profitable

DRCI3 ans 4 mois et

9 joursProjet

réalisable

5- Indices de rentabilité5- Indices de rentabilité

Prix unitaire du Bioéthanol(Ar) VAN

TRI

2 800 243 832 664 44,22

2 500 42 311 654 24,9

2 400 37 650 374 24,2

2 300 32 989 094 23,8

Similation des Indices de rentabilitéSimilation des Indices de rentabilité

ImpactsImpacts

Impacts sociauxImpacts sociaux

Incitation des paysans à optimiser leur culture,Incitation des paysans à optimiser leur culture,Protection de la variété et amélioration de la qualité de vie Protection de la variété et amélioration de la qualité de vie des paysansdes paysans

Impacts économiquesImpacts économiques

Création d’emplois Création d’emplois Amélioration du niveau de vie des paysansAmélioration du niveau de vie des paysansDiminution de consommation d’essence (importation),Diminution de consommation d’essence (importation),Apport d’intérêt financier pour l’État malgache (PIB) ,Apport d’intérêt financier pour l’État malgache (PIB) ,

Impacts écologiquesImpacts écologiques

Diminution de l’effet de serre (climat)Diminution de l’effet de serre (climat)Amélioration de la qualité de l’airAmélioration de la qualité de l’air

Dominance de Dominance de Dioscoréa alataDioscoréa alata dans la région de dans la région de l’Est de Madagascar,l’Est de Madagascar,

Transformation en farine, biscuits enrichis en Transformation en farine, biscuits enrichis en spiruline bioéthanol, une meilleure façon de spiruline bioéthanol, une meilleure façon de valorisation de l’espèce,valorisation de l’espèce,

Pendant l’hydrolyse, concentration initiale optimal Pendant l’hydrolyse, concentration initiale optimal 120g/l120g/l

Pendant la fermentation, concentration initial en Pendant la fermentation, concentration initial en substrat optimal 70 g /l ,substrat optimal 70 g /l ,

Forte composition en éthanol jusqu’à 99%,Forte composition en éthanol jusqu’à 99%,

Implantation de l’usine réalisable et finançable.Implantation de l’usine réalisable et finançable.

CONCLUSION GENERALE

Contexte socio économique favorableContexte socio économique favorable

Politique de développement durable

Matière première renouvelable

Offre de vastes marchés pour les agriculteurs et les opérateurs

Dépendance énergétique atténuée

Création d’emplois ruraux

Résolution des préoccupations environnementales

PerspectivePerspective

En perspective d’avenir, nous envisageons de En perspective d’avenir, nous envisageons de poursuivre l’étude :poursuivre l’étude :

Multiplication et la production des semences de Multiplication et la production des semences de l’espèce l’espèce « in vitro« in vitro »  »

Essai de culture à grande échelleEssai de culture à grande échelle

Etude pratique de l’incorporation du bioéthanol Etude pratique de l’incorporation du bioéthanol dans l’essence ordinaire.dans l’essence ordinaire.

Fabrication et lancement au marché des biscuitsFabrication et lancement au marché des biscuits

Extension du projet vers les autres zones Extension du projet vers les autres zones potentiellespotentielles

Utilisation des autres variétésUtilisation des autres variétés

Merci bien de votre aimable attentionMerci bien de votre aimable attention

Docteur IngénieurDocteur IngénieurRAZAFINDRAJAONA Jean MarieRAZAFINDRAJAONA Jean Marie

IngénieurIngénieurFaniry RAZAFINDRALAMBOFaniry RAZAFINDRALAMBO