MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU DIPLOME D’INGENIEUR DE L ...

Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO

ETUDE DE L’EMISSION DE GAZ ET DES PERFORMANCES D’UN MOTEUR DIESEL FONCTIONNANT AUX HUILES VEGETALES

CONDITIONNEES À L’ADDITIF ADERCO

MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU DIPLOME

D’INGENIEUR DE L’EQUIPEMENT RURAL

Présenté et soutenu publiquement le 2 juillet 2008 par

Djivénou Yaovi TOMETY

Travaux dirigés par : Dr. Yao AZOUMAH

Enseignant-chercheur

UTER-GEI

Dr. Joël BLIN

Enseignant-chercheur

UTER-GEI

Jury d’évaluation du stage :

Président : M .Yezouma COULIBALY

Membres et correcteurs : M. Yao AZOUMAH

M. Joël BLIN

M. Francis SEMPORE

Promotion 2007-2008

Djivénou Yaovi TOMETY Juin 2008



II


Remerciements

Les travaux faisant l’objet de ce mémoire ont été réalisés au Laboratoire Biomasse Energie et

Biocarburant (LBEB) à Ouagadougou (Burkina Faso) en collaboration avec les laboratoires

de la SONABHY à Ouagadougou (Burkina Faso) et du CIRAD de Montpellier (France).

Je ne saurais présenter ce travail sans commencer par remercier ceux là même qui ont bien

voulu me témoigner de leur confiance en me confiant cette étude et qui ont été d’un concours

indispensable dans son aboutissement. Je tiens à exprimer toute ma gratitude en particulier à :

L’équipe du laboratoire LBEB et plus particulièrement à mes directeurs de mémoire M. Yao

AZOUMAH et M. Joël BLIN pour les conseils qu’ils m’ont prodigués, la confiance qu’ils

m’ont témoigné tout au long de ce travail et le temps qu’ils ont consacré pour le bon

déroulement de cette étude;

Toute l’équipe du laboratoire de la SONABHY et en particulier M. Alfa Aliou DIALLO pour

l’appui technique et les précieux conseils qu’il a bien voulu m’apporter ;

M. Augustin SAMADOULOUGOU de la société ORAIDA-Consulting pour avoir mis à ma

disposition l’additif ADERCO 5000 ;

M. Tizane DAHO de l’Université de Ouagadougou d’avoir mis à ma disposition la

documentation et une partie du matériel d’essai ;

M. Philippe GIRARD et M. Sayon SIDIBE pour leur soutien matériel qu’ils m’ont apporté en

favorisant les essais dans le laboratoire de CIRAD à Montpellier.

Je tiens également à remercier M. Arthur TOMETY, M. Jérôme AMEGNAGLO et Mlle

Beresse DAKUYO pour le soutien moral et financier qu’ils m’ont apporté tout au long de ce

travail.

Ces remerciements vont aussi à mes parents et amis pour le soutien, les encouragements et les

conseils ; ainsi qu’à tous ceux qui de prêt ou de loin ont, d’une manière ou d’une autre,

contribué au bon déroulement de cette étude.


III


Liste des abréviations AAN : Anlangen-und Antriebstechnik Nordhausen CIRAD : Centre de coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement Csp : Consommation spécifique η : Efficacité énergétique HAP : Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques HVP : Huiles Végétales Pures LBEB : Laboratoire Biomasse Energie et Biocarburant ORAIDA-Consulting : Office de Recherche et d’Appui aux Initiatives de développemnt en Afrique Consulting PCI : Pouvoir Calorifique Inférieur SN Citec : Société Nouvelle huilerie et savonnerie Citec SONABHY : Société Nationale Burkinabè des Hydrocarbures


IV


Sommaire

Introduction ............................................................................................................................... 4

Chapitre 1 : Les huiles végétales carburant et l’additif ADERCO 5000................................. 6 1.1 Les huiles végétales Pures1 : Une perspective pour l’Afrique .......................................... 6 1.2 Les caractéristiques physico-chimiques des huiles végétales ........................................... 8

1.2.1 Les caractéristiques physiques des huiles végétales........................................................................ 8 1.2.1.1 La viscosité ........................................................................................................................... 9 1.2.1.2 La densité.............................................................................................................................. 9 1.2.1.3 Le point éclair ..................................................................................................................... 10 1.2.1.4 Le point d’inflammation ..................................................................................................... 11 1.2.1.5 Le point d'auto-inflammation.............................................................................................. 11 1.2.1.6 Le pouvoir calorifique ........................................................................................................ 11 1.2.1.7 Le point trouble................................................................................................................... 12 1.2.1.8 Le point d’écoulement ........................................................................................................ 12 1.2.1.9 Le point d’ébullition ........................................................................................................... 12 1.2.1.10 Indice de cétane .................................................................................................................. 12

1.2.2 Caractéristiques chimiques............................................................................................................ 13 1.2.2.1 Indice d’iode ....................................................................................................................... 14 1.2.2.2 Indice d’acide ..................................................................................................................... 14 1.2.2.3 Indice de peroxyde.............................................................................................................. 14 1.2.2.4 Indice de saponification...................................................................................................... 15

1.3 La combustion des huiles végétales dans les moteurs diesel .......................................... 15 1.3.1 Les moteurs à injection directe...................................................................................................... 15 1.3.2 Les moteurs à injection indirecte................................................................................................... 16

1.4 Les problèmes rencontrés dans l’utilisation des huiles végétales dans les moteurs diesel 17 1.5 Quelques remèdes apportés dans l’utilisation des biocarburants dans les moteurs diesel 18 1.6 Additif ADERCO 5000 ...................................................................................................... 19

1.6.1 Action d’ADERCO 5000 sur les carburants ................................................................................. 20 1.6.2 Les caractéristiques physiques d’ADERCO 5000......................................................................... 20

Chapitre 2 : Caractéristiques physico-chimiques des huiles de coton et de palme mélangées à l’additif ADERCO ................................................................................................................ 21

2.1 Rappel des objectifs ........................................................................................................... 21 2.2 Echantillonnage.................................................................................................................. 21 2.3 Résultats des mesures ........................................................................................................ 22

2.3.1 La masse volumique...................................................................................................................... 22 2.3.2 La viscosité.................................................................................................................................... 23 2.3.3 Le point de trouble et le point d’écoulement................................................................................. 24 2.3.4 La couleur...................................................................................................................................... 26 2.3.5 Le point éclair ............................................................................................................................... 27 2.3.6 Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) .......................................................................................... 28 2.3.7 Détermination des caractéristiques physiques de l’additif ADERCO 5000 .................................. 30

2.4 Discussion et analyses des résultats .................................................................................. 30 2.4.1 La masse volumique...................................................................................................................... 31 2.4.2 La viscosité.................................................................................................................................... 31 2.4.3 Le point trouble et le point d’écoulement...................................................................................... 31 2.4.4 La couleur...................................................................................................................................... 32 2.4.5 Le point éclair ............................................................................................................................... 32 2.4.6 Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) .......................................................................................... 33



2.5 Conclusion .......................................................................................................................... 33 Chapitre 3 : Emissions de gaz et performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles de coton et de palme mélangées à l’additif ADERCO ........................................................... 34

3.1 Rappel des objectifs ........................................................................................................... 34 3.2 Description du matériel et des méthodes ......................................................................... 34

3.2.1 Description du matériel ................................................................................................................. 34 3.2.2 Les conditions expérimentales et méthodes .................................................................................. 37

3.3 Les résultats........................................................................................................................ 38 3.3.1 Les émissions de gaz issues de la combustion des huiles de coton et de palme pures comparés aux mélanges de ces huiles avec l’additif ADERCO 5000. ............................................................................... 38 3.3.2 Performance du moteur diesel fonctionnant aux huiles de palme et de coton comparée aux mélanges de ces huiles avec l’additif ADERCO 5000 ................................................................................ 40

3.3.2.1 La consommation spécifique .............................................................................................. 40 3.3.2.2 La température des gaz d’échappement.............................................................................. 42 3.3.2.3 L’efficacité énergétique ...................................................................................................... 43

3.4 Discussions et analyses....................................................................................................... 45 3.4.1 Les émissions des gaz .................................................................................................................. 45

3.4.1.1 Les émissions de NO .......................................................................................................... 45 3.4.1.2 Les émissions de CO2 ......................................................................................................... 45

3.4.2 La performance du moteur diesel .................................................................................................. 46 3.4.2.1 La consommation spécifique .............................................................................................. 46 3.4.2.2 La température des gaz d’échappement.............................................................................. 47 3.4.2.3 L’efficacité énergétique ...................................................................................................... 49

3.5 Conclusion .......................................................................................................................... 50 Conclusion générale................................................................................................................ 51

Perspectives de recherche ....................................................................................................... 53

Bibliographie ........................................................................................................................... 54

Annexes.................................................................................................................................... 58


2


Liste des tableaux Tableau 1 : Propriétés physiques des huiles végétales comparées à celles du gazole [5] ....................................... 8 Tableau 2: Composition approximative de quelques huiles végétales ou animales (% masse pour chaque

groupement) [8] ........................................................................................................................................... 13 Tableau 3: Masse volumique à 25°C et à 15°C des huiles de palme et de coton mélangées à l'additif ADERCO

5000............................................................................................................................................................. 23 Tableau 4: Couleur des huiles de palme et de coton mélangées à l'additif ADERCO 5000 par la méthode ASTM

D 1500 ......................................................................................................................................................... 27 Tableau 5: Evolution du PCI des huiles de coton et de palme en fonction de la concentration de l’additif

ADERCO 5000............................................................................................................................................ 29 Tableau 6: Caractéristiques physiques de l'additif ADERCO 5000 ...................................................................... 30 Tableau 7: Spécifications du groupe électrogène.................................................................................................. 36 Tableau 8: Caractéristiques techniques de l'analyseur de gaz TESTO 350........................................................... 36 Tableau 9: Les produits industriels du laboratoire ADERCO............................................................................... 68

Liste des figures Figure 1:Viscosité des huiles de palme et de coton en fonction de la concentration de leur mélange à l’additif

ADERCO 5000............................................................................................................................................ 24 Figure 2: Point de trouble et point d’écoulement de l’huile de coton en fonction de la concentration de l’additif

ADERCO 5000............................................................................................................................................ 25 Figure 3: Point de trouble et point d’écoulement de l’huile de palme en fonction de la concentration de l’additif

ADERCO 5000............................................................................................................................................ 26 Figure 4: Evolution du point éclair des huiles de coton et de palme en fonction de la concentration de l’additif

ADERCO 5000............................................................................................................................................ 28 Figure 5 : Schéma du dispositif expérimental ....................................................................................................... 35 Figure 6 : Emission du CO2 issue de la combustion de l’huile de coton pure comparée aux mélanges d’huiles de

coton-additif ADERCO 5000 en fonction de la charge ............................................................................... 38 Figure 7: Emission du CO2 issue de la combustion de l’huile de palme pure comparée aux mélanges d’huiles de

palme-additif ADERCO 5000 en fonction de la charge .............................................................................. 39 Figure 8 : Emission du NO issue de la combustion de l’huile de coton pure comparée aux mélanges d’huiles de

coton-additif ADERCO 5000 en fonction de la charge ............................................................................... 39 Figure 9 : Emission du NO issue de la combustion de l’huile de palme pure comparée aux mélanges d’huiles de

palme-additif ADERCO 5000 en fonction de la charge .............................................................................. 40 Figure 10 : Consommation spécifique de l’huile de coton conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée à

huile de coton pure ...................................................................................................................................... 41 Figure 11 : Consommation spécifique de l’huile de palme conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée

celle à huile de palme pure .......................................................................................................................... 41 Figure 12 : Température des gaz d’échappement issue de la combustion de l’huile de coton conditionnée à

l’additif ADERCO 5000 comparée celle de l’huile de coton pure. ............................................................. 42 Figure 13 : Température des gaz d’échappement issue de la combustion de l’huile de palme conditionnée à

l’additif ADERCO 5000 comparée celle de l’huile de palme pure ............................................................. 43 Figure 14 : Efficacité énergétique de l’huile de coton conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée celle de

l’huile de coton pure.................................................................................................................................... 44 Figure 15 : Efficacité énergétique de l’huile de palme conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée celle

de l’huile de palme pure .............................................................................................................................. 44 Figure 16 : Phénomène de micro-explosion dans l’émulsion de l’additif ADERCO 5000/huile de coton ........... 48 Figure 17: Mécanisme de distillation séquentielle dans l'émulsion de l'additif ADERCO 5000/huile de palme.. 48Figure 18 : Courbe de combustion [18] ................................................................................................................ 64 Figure 19 : Injection directe [18]........................................................................................................................... 65 Figure 20: Injection indirecte avec préchambre [18] Figure 21: Injection indirecte avec chambre de turbulence

[18] .............................................................................................................................................................. 66


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Introduction

La consommation d’énergie fossile est de plus en plus importante du fait de la

croissance démographique du monde et des besoins multiples auxquels sont confrontées les

industries.

Le monde se voit donc dans l’obligation de trouver d’autres alternatives pour substituer cette

énergie. Les biocarburants sont l’une des solutions énergétiques importantes pour un «après

pétrole» puisqu’ils s’intègrent bien dans le dynamisme de la protection de l’environnement

avec l’avantage qu’ils ne rejettent pas de CO2 fossile dans la nature.

Bien que controversé par certains auteurs quand à son utilisation à grande échelle, les

biocarburants demeurent néanmoins une des sources d’énergie que pourront développer les

pays pauvres en vue d’être plus indépendants sur le plan énergétique.

L’utilisation directe des huiles végétales comme carburant dans les moteurs posent

souvent des problèmes de dépôt, de mauvaise combustion… [1]. Ces problèmes sont

essentiellement dus à la viscosité élevée des huiles végétales et à leur point éclair très élevé

par rapport au gazole.

Depuis un certain temps, des recherches se font pour rapprocher les caractéristiques

des huiles végétales pures aux combustibles classiques soit en les mélangeant à faible dose

avec le gazole, soit en faisant leur estérification pour obtenir le biodiesel, soit en les

préchauffant à l’aide des gaz d’échappements…De grands efforts ont permis de modifier des

moteurs dans le but d’utilisation directe de ces huiles végétales en dotant par exemple les

moteurs d’un système de bicarburation (gazole et huile végétale).

Actuellement, le laboratoire canadien ADERCO, dans sa vision d’accompagner le

monde dans la réduction de la crise énergétique et environnementale, a mis au point un additif

du nom de ADERCO 5000 susceptible :

• d’améliorer la combustion des carburants ;

• de réduire les émissions de gaz

• de réduire la consommation de combustibles dans les moteurs…

Bien que certains tests aient été effectués sur ce produit confirmant ainsi la réduction

de la consommation de combustibles classiques dans certaines conditions spécifiées, il

n’existe pas d’étude pour cet additif vis-à-vis des biocarburants, particulièrement sur la



réduction des émissions de gaz et la performance des moteurs (utilisant des huiles végétales

dosées à cet additif).

Le laboratoire biomasse, énergie et biocarburant (LBEB) du 2iE, en collaboration avec

la société ORAIDA-Consulting, basé à Ouagadougou, promoteur de l’additif ADERCO en

Afrique de l’ouest et avec l’appui des laboratoires de la SONABHY à Ouagadougou et de

CIRAD à Montpellier, voudraient contribuer à la connaissance plus approfondie de ce

produit.

L’absence de recherches effectuées sur ces aspects justifie les études menées par notre

équipe à travers les trois chapitres suivants :

Le premier chapitre présente une synthèse des connaissances actuelles sur les caractéristiques

physico-chimiques des huiles végétales et des paramètres moteurs lors de leur combustion

suivi d’une présentation de l’additif ADERCO 5000.

Le deuxième chapitre présente l’étude de l’impact de l’additif ADERCO 5000 sur les

propriétés physico-chimiques (la viscosité, le point éclair, le pouvoir calorifique inférieur, le

point trouble…) des huiles locales. Les huiles retenues sont des huiles de coton et de palme.

Enfin le troisième chapitre aborde les études des émissions de gaz et des performances d’un

moteur diesel fonctionnant aux mélanges huiles végétales et l’additif ADERCO.

Cette troisième partie permet de comparer :

o les émissions de gaz d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales pures et

aux mélanges de ces huiles avec l’additif ADERCO ;

o les performances en termes de consommation spécifique et de l’efficacité énergétique

du moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales pures et aux mélanges de ces

huiles avec l’additif ADERCO.


5


Chapitre 1 : Les huiles végétales carburant et l’additif ADERCO 5000

Ce premier chapitre rappelle quelques généralités sur les connaissances actuelles des

caractéristiques physico-chimiques des huiles végétales.

1.1 Les huiles végétales Pures1 : Une perspective pour l’Afrique

Les huiles végétales sont une alternative de substitution de l’énergie fossile et surtout pour des

applications en « circuits-courts» (production locale d’électricité, pompage…) des pays en

voie de développement mais elles posent certains problèmes de disponibilité de terres

agricoles.

En effet, certains pays comme le Cameroun et la Côte d’ivoire ont une très forte

production en huile de palme. La culture du palmier à huile s’est fortement accentuée à partir

des années 60 au Cameroun par des sociétés agro-industrielles qui ont mis en place des

plantations de palmiers sélectionnés à hauts rendements.

L’huile de coton, peu connue des européens, se situe en cinquième position de la

production mondiale devant l’huile d’arachide avec 5 millions de tonnes par an sur un total de

128 millions de tonnes.

Le Burkina Faso, à travers la SN Citec, devrait produire 7000 tonnes de biodiesel [2] à partir

de l’huile de coton tout en préservant les débouchés alimentaires afin d’écrêter les prix très

élevés de l’électricité.

La compétitivité alimentaire que défendent certains auteurs face à leur utilisation

comme biocarburant serait évitée en cultivant les algues et le jatropha, par exemple.

1 Le terme anglais Pure Vegetable Oil se traduit mal en français par «Huiles Végétales Pure». En effet le mot «pure» signifie« utilisée seule» alors que le sens désigne ici une huile végétale non modifiée chimiquement soit une huile végétale «naturelle »


6


Peu de contraintes d'entretien, poussant sous les climats les plus hostiles ou sur des terrains

arides, espèce non appétée par les animaux, riche en huile (35% d’huile non comestible), le

Jatropha présente tous les critères de la «plante miracle». La culture de jatropha a un avantage

principal de l’emploi de son huile comme biocarburant puisqu’elle ne compromet pas la base

de nutrition des petits exploitants. Cette plante n’est pas comestible. Elle échappe ainsi au

conflit «alimentaire/énergétique » et permet aussi d’accroitre le revenu des paysans qui la

cultivent.

Afin d’arriver au stade prospère de l’utilisation des biocarburants, il faut mobiliser un

gisement plus important en biomasse lignocellulosique en levant toute sorte de contraintes

techniques, environnementales, législatives, économiques et informatives [3].

Les huiles végétales pures sont de véritables biocarburants qui peuvent être utilisés

dans les moteurs diesel sous certaines conditions (mélange huile/gazole, adaptation des

moteurs, préchauffage des huiles végétales pures, bicarburation…). Notons que les huiles

végétales sont aussi de véritables combustibles biodégradables. Elles peuvent provenir d’une

multitude de sources. Certaines comportent toutefois des qualités supérieures à d’autres. Il est

certain que la viscosité de l’huile est un des éléments qui détermine sa qualité pour une

application de biocombustible.

Du point de vue qualité de combustion que ce soit :

Par ordre de temps total d’évaporation croissant ;

Par ordre de grandeur croissant des délais d’inflammation ;

Par ordre décroissant de l’indice de cétane ;

Les huiles peuvent être classées du meilleur au moins bon [4, 5] :

- Huile de coprah ;

- Huile de palme ;

- Huile de coton ;

- Huile de tournesol ;

- Huile d’arachide ;

- Huile de Soja ;

- Huile de colza ;

- Huile de lin.

Il est indispensable de caractériser des HVP pour mieux connaître les propriétés physico-

chimiques et trouver de procédés de production fiable et reproductibles pour usage carburant.


7


1.2 Les caractéristiques physico-chimiques des huiles végétales

Les caractéristiques physico-chimiques permettent de bien connaître les huiles

végétales afin d’étudier leurs comportements pour diverses utilisations.

1.2.1 Les caractéristiques physiques des huiles végétales Tableau 1 : Propriétés physiques des huiles végétales comparées à celles du gazole [5]

Densité

20 oC

Viscosité

20 oC

(mm2/s)

Point

écoulement

(oC)

Point de

trouble

(oC)

Point

éclair

(oC)

Indice

de

cétane

Pouvoir

calorifique

(PCI)

MJ/kg

Combustible

Diesel 0,836 3 à 7,5 –18 < – 5 93 50 43,8

Ester

méthylique

de colza 0,880 7 – 12 – 4 183 52 41

Ester

méthylique

de coton 0,870 7 1 2 178 54 40

Copra 0,915 30a 23/26 28 230 43 37,1

Palme 0,945 60a 23/40 31 280 39 36,9

Coton 0,921 73 – 2 – 1 243 34 36,8

Pourghère 0,920 77 – 3 2 236 35 38,8

arachide 0,914 85 –1 9 258 34 39,3

Colza 0,920 78 – 2 – 11 285 36 37,4

Soja 0,920 61 – 4 – 4 330 31 37,3

Tournesol 0,925 58 – 6 – 5 316 36 37,8 aviscosité à 40 °C.


8


1.2.1.1 La viscosité

La viscosité, définie comme la capacité d’un fluide à s’écouler, est une des propriétés

physiques les plus importantes à analyser dans le cas des huiles végétales carburant. Le

tableau 1 montre que les huiles végétales ont une viscosité très élevée que celle du gazole

(entre 5 à 15 fois plus importante).Elle varie suivant l’origine de l’huile. La viscosité peut

s’exprimer de deux manières différentes :

• Viscosité dynamique : elle s’exprime en centipoise (cPo), (1Po= 10-1 Pa.s).

• Viscosité cinématique : elle est la viscosité dynamique divisée par la masse

volumique. Elle s’exprime en centistokes (cSt) ou en mm²/s (1cSt=1mm²/s).

La viscosité dynamique est la propriété qu’a tout fluide d’opposer une résistance aux forces

qui tendent à déplacer les unes par rapport aux autres les particules qui le constituent. La

mesure de cette viscosité est très complexe. La viscosité cinématique fait intervenir un

paramètre additionnel qu’est la masse volumique du liquide. La gravité est utilisée comme

force entrainant le liquide à travers le capillaire lors de sa mesure par des viscosimètres

capillaires. Elle est facilement mesurable.

Nous nous intéresserons à la viscosité cinématique des huiles. Nous désignerons, pour la

suite, viscosité par la viscosité cinématique. Cette viscosité varie en fonction de la

température.

La viscosité est importante pour savoir comment se comporte l’huile sous forme

liquide, ce qui va permettre d’évaluer le potentiel d’une huile comme carburant. La viscosité,

en effet détermine la fluidité au pompage et la distribution sur les buses d’injection d’entrée et

le comportement en cas de démarrage à froid et à chaud. Plus la valeur est élevée, plus la

substance est visqueuse.

1.2.1.2 La densité

La densité de toutes les huiles est supérieure à 0,9. Cette densité est plus élevée que

celle du gazole (0,836). Elle sert surtout pour tester la pureté du combustible.


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1.2.1.3 Le point éclair

Le point éclair est la température la plus basse à laquelle le liquide considéré fournit

suffisamment de vapeurs pour former, avec l'air ambiant, un mélange gazeux qui s'enflamme

sous l'effet d'une source d'énergie calorifique telle qu'une flamme pilote ou une étincelle, mais

pas suffisamment pour que la combustion s'entretienne d'elle-même (pour ceci, il faut

atteindre le point d’inflammation). Si l'inflammation ne nécessite pas de flamme pilote, on

parle alors d’auto-inflammation.

La mesure de la valeur du point éclair dépend non seulement de l'appareillage mais également

de la bonne vue de l'opérateur qui doit déceler le début d'inflammation. Il faut donc toujours

préciser l’appareil qui a été utilisé quand on fournit une valeur de point éclair.

La réglementation européenne différencie les liquides en :

• Extrêmement inflammables - point éclair inférieur à 0°C et point d’ébullition < 35°C

(Exemple : point d'éclair de l’essence < -40°C);

• Facilement inflammables - point éclair inférieur à 21°C et point d'ébullition supérieur

à 35 °C. (Exemple : point éclair du méthanol = 11°C; de l'acétone = -18°C); Notez le

point éclair négatif pour l'acétone, qui doit son classement facilement inflammable

uniquement à sa température d'ébullition de 56 °C.

• Inflammables - point éclair compris entre 21 et 55°C.

Un liquide dont le point éclair est supérieur à 55°C est considéré comme combustible

(Exemple du gazole dont le point éclair est 93°C et de l’huile de palme dont le point

éclair est 280°C);

Le point éclair de l’huile de palme et de l’huile de coton sont respectivement 280°C et

243°C contre 93°C pour le gazole. Ce qui rend les huiles végétales difficilement

inflammables. Un dépôt s’observe sur les “ nez” des injecteurs et dans la chambre de

combustion lors de la combustion de ces huiles dans les moteurs diesel [5]. Ce

problème est dû justement à ce point éclair très élevé.


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1.2.1.4 Le point d’inflammation

Le point d’inflammation est la température la plus basse à laquelle un liquide émet

suffisamment de vapeurs pour former avec l'air ambiant un mélange inflammable dont la

combustion une fois débutée puisse s'entretenir d'elle-même après retrait de la source

d'allumage. Il est supérieur au point éclair de quelques degrés. Entre le point éclair et le point

d'inflammation, les vapeurs s'enflamment mais ne peuvent continuer à brûler sans apport

extérieur d'énergie.

1.2.1.5 Le point d'auto-inflammation

Le point d'auto-inflammation (ou d'auto-ignition) est la température à partir de laquelle

un gaz ou une vapeur s’enflamme spontanément en l’absence de flamme pilote ou d’une

étincelle.

1.2.1.6 Le pouvoir calorifique

Pour apprécier un combustible comme fournisseur de la chaleur, la quantité de chaleur

dégagée lors de la combustion d’une unité quantitative ou volumique est importante. Les

pouvoirs calorifiques massiques des HVP sont évidemment plus faibles que ceux des

hydrocarbures classiques, compte tenue de la présence d’oxygène dans leurs structures

chimiques. Les écarts par rapport au gazole sont de l’ordre de 15%. Nonobstant, en raison de

la masse volumique élevée des huiles, le pouvoir calorifique inférieur volumique est en

moyenne supérieur à celui du gazole de 5 à 6%. Outre le pouvoir calorifique volumique, on

distingue le pouvoir calorifique supérieur (PCS) et le pouvoir calorifique inférieur (PCI). Ils

sont mesurés en MJ/Kg.

• Le pouvoir calorifique supérieur (PCS)

C’est la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète de 1 m3 de combustible,

lorsque les produits de la combustion sont refroidis à la température de départ (température de

référence 25°C) et l’eau issue de la combustion est à l’état liquide.


11


• Le pouvoir calorifique inférieur (PCI)

C’est la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète de 1 m3 de combustible,

lorsque les produits de la combustion sont refroidis à la température de départ (température de

référence 25°C) et l’eau issue de la combustion est à l’état gazeux.

Le PCS et le PCI sont liés par la relation suivante :

PCS = PCI + Chaleur latente de vaporisation (1)

1.2.1.7 Le point trouble

Le point trouble est la température à laquelle un produit liquide devient trouble par

l’apparition de cristaux lorsque le produit est refroidi dans les conditions normalisées.

1.2.1.8 Le point d’écoulement

Le point d’écoulement est la température la plus basse à laquelle un produit liquide

peut encore couler lorsqu’il est refroidi dans les conditions prescrites.

1.2.1.9 Le point d’ébullition

Le point d’ébullition est la température la plus élevée que peut atteindre un corps avant

de s’évaporer sous forme gazeuse à la pression atmosphérique.

Le point d’ébullition est une constante reproductible qui permet de vérifier la pureté du

liquide distillé. Il peut également apporter des informations sur la structure d’un composé.

1.2.1.10 Indice de cétane

Les indices de cétane varient de 30 à 40, selon les types d’huiles et leur degré de

pureté. Les huiles saturées (palme, coprah) présentent des indices de cétane plus élevés

que les huiles fortement insaturées (lin). D’une manière générale, ils expriment la qualité

d’auto-inflammation d’un combustible. Plus l’indice de cétane d’un carburant est élevé,

plus son délai d’inflammation est court [5]. Ces indices sont certes faibles mais suffisants

pour obtenir une combustion de type diesel acceptable dans certaines conditions.

Certains procédés chimiques tels que l’estérification et la transestérification permettent

de synthétiser l’huile végétale brute pour avoir des esters qui ont des propriétés très

proches du gazole. Dans le tableau 1, l’ester méthylique de colza et l’ester méthylique de

coton ont bien leurs propriétés physiques semblables au combustible diesel.


12


1.2.2 Caractéristiques chimiques

Les huiles végétales, dans la plupart des cas, comprennent un mélange de 95% de

triglycérides et 5% d’acide gras libres, de stérols, carotène, cires et impuretés.

Le tableau 2 montre la composition approximative de quelques huiles et la position des

doubles liaisons qui montrent la saturation des huiles. Les huiles peuvent être subdivisées

en quatre grands groupes [6]:

- Les huiles dites saturées : Coprah, palme…

- Les huiles mono insaturées (semi-siccatives) : olive, arachide, colza…

- Les huiles di-insaturées (semi-siccatives) : coton, tournesol, maïs, …

- Les huiles tri-insaturées (siccatives) : lin Tableau 2: Composition approximative de quelques huiles végétales ou animales (% masse pour chaque groupement) [8]

Groupe C4 C6 C8 C10 C12 C14 C16 C18 C20 C22 C24 C16 C18 C18 C18 C20 C22

Position

double

liaison C7 C9

C6

C9

C3

C6

C9 C9 C9

Coprah 1.2 9.7 6.3 45.4 18.2 8.7 1.8 6.9 1.8

Palmiste 4.0 3.0 47.0 16.0 8.0 3.0 16.0 3.6

Palme 1.5 47.1 5.2 0.5 35.7 9.3 0.5 0.2

Olive 11.5 2.8 0.5 0.8 75.1 8.5 0.8

Arachide 0.3 9.6 3.7 1.8 3.5 1.6 0.1 55.0 23.0 1.4

Colza 4.8 1.5 60.3 21.5 7.6 2.0 2.3

Coton 0.8 23.1 2.2 0.3 0.6 17.8 55.0 0.2

Maïs 12.0 2.1 0.6 0.2 30.0 53.6 1.5

Tournesol 6.5 3.8 0.6 0.8 0.1 28.0 59.5 0.3

Soja 0.1 10.5 3.9 0.7 0.4 0.1 22.0 53.3 9.0

Lin 5.0 3.5 0.2 0.1 13.0 17.5 60.5 0.2

Suif 0.2 4.0 32.4 22.4 0.5 3.5 38.6 1.6 0.4

Saindoux 0.5 29.6 12.0 3.0 46.3 8.5 0.7

L’huile de palme est constituée en majorité de l’acide palmitique (47.1% des

groupements C16 saturés) et en quantité relativement importante de l’acide oléique (35.7%

des groupements C18 mono insaturés).


13


L’huile de coton est constituée en majorité de l’acide linoléique (55% des groupements

C18 di-insaturés) et en quantité relativement importante de l’acide palmitique (23.1% des

groupements C16 saturés).

Chimiquement, les huiles sont caractérisées par certain nombres d’indice.

1.2.2.1 Indice d’iode

L’indice d’iode est caractéristique pour chaque huile. C’est la masse d’iode (en

gramme) absorbée par 100 grammes d’échantillon par réaction d’addition. Il est en rapport

direct avec le degré d’insaturation d’un corps gras. L’insaturation peut entraîner la

formation de dépôts et des problèmes de stabilité des HVP entreposées.

Plus une huile est insaturée, plus l’indice d’iode est élevé. Du point de vue qualité

carburant, une huile saturée est meilleure qu’une huile insaturée [6].

Le tableau 2 montre que sur la base de l’indice d’iode, l’huile de palme (saturée) est

meilleure que l’huile de coton (insaturée). En revanche, les huiles saturées ont des

températures de solidification élevées ce qui posent ainsi des problèmes pratiques

d’utilisation dans les pays tempérés. Ces problèmes ne se posent pas, en général, dans les

pays tropicaux.

1.2.2.2 Indice d’acide

L’indice d’acide est le nombre de milligrammes de potasse nécessaire pour neutraliser

les acides gras libres d’un gramme de corps gras. Les corps gras en s’altérant

naturellement donnent naissance par hydrolyse des acides gras libres et du glycérol. La

mesure de l’acidité libre de ces corps gras permet de déterminer l’altération de l’huile.

1.2.2.3 Indice de peroxyde

En présence de l'oxygène de l'air, les acides gras insaturés entrant dans la composition

des corps gras s'oxydent en donnant des peroxydes. Ce phénomène a lieu au cours du long

stockage des corps gras, pendant leur rancissement2. La détermination de la quantité des

peroxydes d'un corps gras montre son altération par oxydation.

On définit l'indice de peroxyde comme étant le nombre de milliéquivalent d'oxygène par

kilogramme de corps gras.

2 Rancissement : Oxydation des huiles dégradant l’odeur et le gout de l’huile


14


1.2.2.4 Indice de saponification

L’indice de saponification correspond à la masse de potasse en milligramme

nécessaire pour neutraliser les acides gras libres et pour saponifier les acide gras combinés

dans un gramme de corps gras.

La quantité de la potasse utilisée varie en fonction de la masse molaire des acides gras.

Plus la masse molaire est élevée, plus l’indice de saponification est faible : l’indice de

saponification est donc une mesure indirecte de la masse molaire des acides gras.

1.3 La combustion des huiles végétales dans les moteurs diesel

La combustion est la décomposition d’une substance carbonée par la chaleur et

l’inflammation des gaz émanant de cette décomposition pour produire la chaleur (Voir

annexe 2). Outre les propriétés physico-chimiques des huiles végétales rendant la

combustion insatisfaite, la variation de la pression, le gradient négatif de température de la

chambre de combustion, l’hétérogénéité chimique du milieu réactionnel et le phénomène

d’oxydation influent sur le bon déroulement de la combustion entrainant parfois la

formation des particules, des suies et des HAP pour le gazole[7].

Nous n’allons pas faire de la théorie sur la combustion et de la flamme produite dans

les moteurs mais nous verrons quelques impacts de l’utilisation des huiles végétales sur la

combustion des moteurs diesel.

Selon la forme de la chambre de combustion, on distingue deux types de moteur diesel :

• les moteurs à injection directe

• les moteurs à injection indirecte

1.3.1 Les moteurs à injection directe

Ils équipent les tracteurs agricoles et routiers. La technique d’injection directe donne un

rendement très important et est adaptée pour la gamme de puissance moyenne et élevée

[8]. La température de la chambre de combustion avoisine 200 - 220°C or la température

du point éclair des huiles végétales est nettement supérieure à celle de fuel et de la

chambre de combustion (280°C pour l’huile de palme contre 93°C pour le gazole), ce qui

entraine la formation de gouttelettes d’huile non brulées sur la paroi.

L’utilisation des huiles végétales dans ces moteurs n’est possible que s’ils ont subit de

modification pour accroitre la température en fin de combustion (annexe 2 : figure 18)


15


afin d’améliorer la combustion. D’autres paramètres liés aux propriétés physico-

chimiques des huiles végétales (viscosité, composition riche en acide gras…) rentrent

aussi en ligne de compte pour cette modification.

Les problèmes fréquemment rencontrés sur les moteurs à injection directe sont listés ci-

après :

• dépôts au nez des injecteurs ;

• encrassement des chambres de combustion ;

• polymérisation.

Ce dernier problème généralement peu évoqué se rencontre avec les huiles semi-siccatives ou

siccatives dans certaines pompes d’injection [9] ou dans les réservoirs de stockage. L’huile en

se polymérisant sous l’effet de la température et d’un incitateur (oxygène), peut provoquer des

phénomènes d’obstruction des orifices des têtes d’injecteur entrainant ainsi une mauvaise

distribution des gouttelettes de l’huile dans la chambre de combustion.

Plusieurs techniques ont été mises au point [10] (avance sur injection, recyclage des gaz par le

système EGR3, Chauffage des parois de la chambre de combustion…) pour palier en partie ou

totalement à certains de ces problèmes.

1.3.2 Les moteurs à injection indirecte

Les moteurs à injection indirecte équipent les véhicules automobiles, certains gros moteurs

industriels et une très grande gamme de petits moteurs industriels. Ces moteurs sont

minoritaires sur le marché car leur consommation de carburant est très élevée par rapport à

celle des moteurs à injection directe. La température de la chambre de combustion atteint

rapidement 500- 600°C.

Les huiles végétales, dans ces conditions de combustion, brulent totalement.

Elles peuvent être directement utilisées dans ces moteurs à condition que ces huiles soient

filtrées efficacement.

3 EGR est la recirculation d’une fraction des gaz d’échappement dans la turbine d’admission afin de diluer le

mélange air-combustible avec les gaz neutres.


16


1.4 Les problèmes rencontrés dans l’utilisation des huiles végétales dans les moteurs diesel

Les HVP utilisées dans les moteurs diesel entrainent quelques problèmes liés à leurs

natures physique et chimique.

Les propriétés physiques des huiles végétales pures sources de problèmes dans leur

utilisation comme biocombustible :

• Le point éclair très élevé par rapport aux fuels et au gazole ;

• La viscosité nettement supérieure à celle du gazole. A une même température, la

viscosité est 5 à 15 fois supérieure à celle du gazole. Elle entraine le colmatage des

filtres à carburant. Elle crée également des pertes de charges très élevées par les

filtres à carburant classique qui peut provoquer une sous alimentation des organes

d’injection ;

• Le pouvoir calorifique relativement plus faible de 10% que celui du gazole ;

• La densité relativement élevée ;

• Le point trouble et le point d’écoulement : dans nos climats tropicaux, cela ne

cause pas tellement un problème mais dans les climats tempérés, les filtres

chauffants et lignes d’alimentation calorifugées sont nécessaires pour toujours

faire circuler l’huile dans le moteur diesel à l’état liquide.

Les problèmes liés à la nature chimique des huiles végétales pures :

• Les réactions chimiques : la polymérisation et l’oxydation des huiles ;

• Les dépôts aux nez des injecteurs ;

• Encrassement dans les chambres de combustion.

Les principales différences entre les huiles et le gazole sont une viscosité plus

importante pour l’huile surtout lorsque la température diminue.

L’huile ne contient pas d’azote, pas de soufre (responsable des pluies acides), pas de

métaux lourds et pas de benzène. La qualité de l'huile utilisée pour la carburation doit être

filtrée efficacement.


17


1.5 Quelques remèdes apportés dans l’utilisation des biocarburants dans les moteurs diesel

Des travaux antérieurs effectués ont permis de citer ci après certains remèdes permettant une

utilisation facile de l’huile végétale comme carburant dans les moteurs diesel [7-11] :

• Emulsion de l’huile avec l’eau afin de rendre plus fines les gouttelettes d’huiles

au moment de la combustion. En effet, l’eau contenue dans l’huile :

o réduit la température dans la chambre de combustion par absorption de la

chaleur lors de l’évaporation de l’eau ;

o augmente la quantité de vapeur dans le cylindre et avec la pression

intérieure du cylindre tout en réduisant les pertes d’énergie dans

l’échappement ;

o améliore la qualité de la combustion et réduit sa durée grâce aux

phénomènes de micro-explosions permettant d’obtenir des gouttelettes

d’huiles beaucoup plus petites et donc des conditions plus favorables pour

la combustion.

• Un retard de l’avance à injection de 5 à 8 degrés Vilebrequin par rapport au

réglage du diesel permet d’augmenter la température des gaz d’échappement

de 40°C. Ce qui prouve que la température de la chambre de combustion a

également augmenté. La combustion est alors plus complète. Cette élévation

est adaptée au moteur à injection indirecte du fait de la présence de la

préchambre.

• Chauffage de la paroi de la chambre de combustion pour diminuer l’effet du

gradient négatif de température dans la chambre.

• Chauffage de l’air de combustion.

• Modification de la tête du piston. Les ingénieurs d’AAN (Anlangen-und

Antriebstechnik Nordhausen) situé à Nordhausen en Allemagne, ont mis au

point un matériau spécial du non de ferrotherm. C’est un matériau plus

résistant qui permet de garder la température élevée en fin de combustion dans

la chambre d’injection afin de favoriser la vaporisation rapide et complète des

huiles. Cette technique est utilisée pour les moteurs à injection directe.


18


• Préchauffage de l’huile à une température de 80 - 90°C. A cette température la

viscosité de l’huile diminue. Il est fort déconseillé de franchir la température de

110°C par crainte de phénomène d’oxydation conduisant à la polymérisation.

• Utilisation des filtres de diamètre 27 micromètres pour les huiles au lieu de 5

micromètres pour le gazole afin de réduire les risques du colmatage. Cette

dimension provient des dimensions standards américaines ou anglaises

disponibles sur le marché.

• Filtrage efficace de l’huile avant son utilisation dans les moteurs.

• Définir les normes de standardisation labélisées de production de biocarburant

afin de garantir sa reproductibilité pour finalement aboutir à un consensus

formalisé par un texte pour développer le marché du biocarburant.

• Doter le moteur d’un système de bicarburation. Le démarrage du moteur diesel

est effectué avec du gazole pour permettre à la chambre de combustion

d’atteindre les températures élevées avant le basculement en fonctionnement

huile végétale. L’arrêt du moteur se fait aussi en mode gazole. L’étude

détaillée de l’automatisation du groupe électrogène fait l’objet d’autres travaux

de recherche (Mémoire d’ingénieur de Miafo SOBGUI 2iE/Ouagadougou-

2008). Ces travaux permettront d’automatiser ce basculement qui jusqu’alors

se faisait manuellement.

Toutes ces solutions sont proposées mais les résultats ne sont pas efficacement satisfaisants.

Les recherches continuent dans cette même voie.

L’additif ADERCO serait t-il un des moyens pour améliorer la combustion de l’huile végétale

dans les moteurs diesel ?

1.6 Additif ADERCO 5000

ADERCO est une société canadienne qui a développé en 1970, un additif qui ne servait

que dans le transport maritime. Cette société est devenue, par la suite, le leader mondial en

technologie des additifs pour tous types de carburants.

ADERCO commercialise, selon les domaines d’utilisation (chaudière d’usine électrique,

chaudière électrique ou fourneaux, transport maritime et terrestre), plusieurs types

d’additif :

• Organo métallique ;

• Suspension métallique ;


19


• Hybrides ;

• Agent tensio-actif.

ADERCO 5000, se trouvant dans le dernier type d’additif (transport terrestre), ferra l’objet de

notre étude.

(Voir annexe 3 pour la description des autres types d’additif et leurs actions sur le carburant)

1.6.1 Action d’ADERCO 5000 sur les carburants

ADERCO 5000 est un additif qui n’a qu’une action physique sur le carburant. Un agent 100%

organique, détergent, auto dispersant, ADERCO 5000 (annexe 10 : photo 1) agit sur le

carburant en brisant toutes les agglomérations en particules très petites tout en les maintenant

en suspension afin de les disperser d’une manière homogène dans le carburant.

La vaporisation du carburant est améliorée grâce à son action sur la combustion dans le

moteur, ce qui lui confère sa qualité d’agent tensio-actif.

Les statistiques ont prouvé que l’utilisation de l’additif entraine une réduction de la

consommation du fuel de 3,5% à 4% et réduit les émissions de particules issues de la

combustion de 50% [12].

1.6.2 Les caractéristiques physiques d’ADERCO 5000

ADERCO 5000 possède certaines propriétés physiques à savoir :

• Couleur : jaune - vert

• Le point éclair : 151°C

• Il est uniquement soluble dans les carburants (essence, diesel,…)

• pH=9,9

• Point d’ébullition > 250°C

• Densité : 0,884 à 20°C

Selon [13-14] cet additif serait reconnu comme un produit pouvant:

- améliorer la combustion des carburants (carburants classiques) ;

- réduire les émissions polluantes, fumées, suies… ;

- réduire la consommation de combustibles (essence, gazole…) dans les moteurs ;

- permettre une maintenance réduite.

Nous verrons plus loin l’action de l’additif ADERCO 5000 sur les huiles de coton et de

palme.


20


Chapitre 2 : Caractéristiques physico-chimiques des huiles de coton et de palme mélangées à l’additif ADERCO

2.1 Rappel des objectifs

Ce chapitre traite des propriétés physico-chimiques des huiles de coton et de palme dosées à

divers concentration de l’additif ADERCO 5000. Les travaux effectués ont consisté à faire

ressortir l’action de l’additif sur les propriétés physiques des huiles de coton et de palme :

• la viscosité ;

• le point éclair ;

• la densité ;

• le point trouble ;

• le point d’écoulement ;

• le pouvoir calorifique inférieur.

2.2 Echantillonnage

Les échantillons sont préparés en ajoutant :

0,2 ml de produit ADERCO 5000 par litre d’huile végétale (200 ppm) ;



0,8 ml de produit ADERCO 5000 par litre d’huile végétale (800 ppm).

Les essais sont réalisés sur les échantillons suivants (annexe 10 : photo 2) :

C000 : Huile de coton sans additif

C200 : Huile de coton dosée à l’additif ADERCO (200 ppm)





21


P000 : Huile de palme sans additif

P200 : Huile de palme dosée à l’additif ADERCO (200 ppm)




Les huiles de coton et de palme utilisées sont des huiles raffinées commercialisées

respectivement par les sociétés SN- Citec du Burkina Faso et Cosmivoire de la Côte d’ivoire.

L’additif ADERCO 5000 a été fourni par l’ORAIDA-Consulting, promoteur du produit

ADERCO au Burkina Faso.

Un prélèvement de chaque échantillon a été effectué pour les tests sur les propriétés physico-

chimiques dans le laboratoire de la SONABHY. Les tests sur le pouvoir calorifique inférieur

ont été réalisés dans le laboratoire de CIRAD à Montpellier en France.

2.3 Résultats des mesures

2.3.1 La masse volumique

La mesure de la masse volumique est effectuée suivant la norme NF EN ISO 12185

(description de la norme en annexe 4).

Le dispositif expérimental est un système électronique (annexe10 :photo3).

Principe

La masse volumique est mesurée à une température constante par la méthode du tube en U

oscillant reposant sur le phénomène de changement de fréquence d’oscillation en fonction du

changement de masse et sur un étalonnage à air et à eau. Le dispositif de mesure ramène dans

notre cas la température du produit à 25°C avant d’afficher sa valeur sur l’écran. En pratique,

cette valeur est convertie à l’aide de la table AMST pour avoir la masse volumique à 15°C,

température à laquelle est exprimée la masse volumique des produits pétroliers.

Les différentes valeurs de la masse volumique sont consignées dans le tableau 3.


22


Tableau 3: Masse volumique à 25°C et à 15°C des huiles de palme et de coton mélangées à l'additif ADERCO 5000

Echantillons Masse volumique à 25°C (g/cm3) Masse volumique à 15°C (g/cm3)

C000 0.914 0.919 C200 0.914 0.919 C400 0.914 0.919 C600 0.914 0.919 C800 0.914 0.919

P000 0.908 0.914 P200 0.908 0.914 P400 0.908 0.914 P600 0.908 0.914 P800 0.908 0.914

Le tableau 3 montre que l’ajout de l’additif n’a pas d’influence ni sur la masse volumique de

l’huile de palme ni sur celle de l’huile de coton.

2.3.2 La viscosité

La mesure de la viscosité est effectuée suivant la norme ISO 3105 :1994(description de la

norme en annexe 5).Le dispositif expérimental est un viscosimètre Ubbelohde baignant dans

un bain thermostatique (annexe 10 : photo 4).

Principe

Le viscosimètre contenant de l’huile est placé dans un bain d’huile à température constante.

Dans notre cas la température de mesure est 40°C. L’huile coule suivant la gravité entre les

deux traits du viscosimètre. La viscosité est proportionnelle au temps d’écoulement. La

constante de proportionnalité est la constante du viscosimètre.

Elle se détermine donc par la formule suivante :

ν = C*T (2)

Avec :

ν : viscosité cinématique en centistokes (cSt).

C : constante du viscosimètre.

T : Temps d’écoulement en seconde(s).


23


Les résultats de mesure de la viscosité sont représentés sur la figure 1.

30

32

34

36

38

40

42

44

0 200 400 600 800 1000Concentration (ppm)

Visc

osité

à 4

0°C

(cSt

)

Huile de coton

Huile de palme

Figure 1:Viscosité des huiles de palme et de coton en fonction de la concentration de leur mélange à l’additif ADERCO 5000

La figure 1 montre que la viscosité de l’huile de palme et les mélanges d’huiles de palme-

additif sont quasiment identiques. La même observation est faite pour l’huile de coton et les

mélanges huile de coton-additif.

2.3.3 Le point de trouble et le point d’écoulement

Les mesures du point de trouble et le point d’écoulement sont effectuées respectivement

suivant les normes NF EN 23015 et NF T60 105 (la description de ces normes en annexes 6

et 7).

Le dispositif expérimental est un bain réfrigérant comportant plusieurs bains à températures

différentes (annexe 10 : photo 5).


24


Principe

Point de trouble : L’huile végétale est refroidie à une vitesse déterminée et est observée à des

intervalles de température de 1°C. La température à laquelle est observée la première

apparition d’un trouble au fond du tube à essai est notée : elle correspond au point de trouble.

Point d’écoulement : L’huile végétale est refroidie à une vitesse bien déterminée, et ses

caractéristiques d’écoulement sont observées à des intervalles de température de 3°C. La

température la plus basse à laquelle l’huile coule encore est notée, elle correspond au point

d’écoulement, lequel est exprimé sous forme de nombre entier positif, négatif ou nul, multiple

de trois.

Les résultats de la mesure du point de trouble et du point d’écoulement sont représentés sur

les figures 2 et 3.

-5

-4.5

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

00 200 400 600 800 1000

Concentration (ppm)

Tem

péra

ture

(°C

)

Point de trouble del'huile de cotonPoint d'écoulement del'huile de coton

Figure 2: Point de trouble et point d’écoulement de l’huile de coton en fonction de la concentration de l’additif ADERCO 5000


25


0

2

4

6

8

10

12

14

0 200 400 600 800 1000

Concentration (ppm)

Tem

péra

ture

(°C

)

Point de trouble del'huile de palmePoint d'écoulement del'huile de palme

Figure 3: Point de trouble et point d’écoulement de l’huile de palme en fonction de la concentration de l’additif ADERCO 5000

Comme l’on peut le remarquer sur les figures 2 et 3, les points de trouble et d’écoulement des

huiles de coton et de palme ne sont quasiment pas influencés par l’ajout de l’additif

ADERCO. Cependant, on note une légère décroissance du point de trouble de l’huile de

palme avec l’augmentation de la concentration du mélange.

2.3.4 La couleur

La détermination de la couleur est effectuée suivant la norme ASTM D 1500 (description de

la norme en annexe 8)

Le dispositif expérimental est une source lumineuse standard qui compare les couleurs

(annexe 10 : photo 6)

Principe

Une source lumineuse standard éclaire le disque de couleur gradué sur une échelle de 0.5 à

8.0 à travers un tube à essai contenant de l’eau. Lorsque la couleur du disque correspond à la

couleur de l’huile, on note la valeur correspondante sur l’échelle. C’est donc la couleur de

l’huile par la méthode ASTM D 1500.


26


Les résultats de la mesure sont consignés dans le tableau 4. Tableau 4: Couleur des huiles de palme et de coton mélangées à l'additif ADERCO 5000 par la méthode ASTM D 1500

Echantillons Couleur

C000 1.5 C200 1.5 C400 1.5 C600 1.5 C800 1.5

P000 L1.5 P200 L1.5 P400 L1.5 P600 L1.5 P800 L1.5

Le tableau 4 fait ressortir que les couleurs des huiles de palme et de coton sont restées

invariantes malgré l’ajout de l’additif ADERCO 5000 sur l’échelle ASTM. La lettre L devant

le nombre 1.5 signifie que la valeur de couleur de l’échantillon n’excède pas 1.5 mais reste

supérieure à 1.

2.3.5 Le point éclair

La mesure du point éclair est effectuée suivant la norme ASTM D 93(description de la norme

en annexe 9).Le dispositif expérimental est l’analyseur point éclair FP 93 5G2 en vase clos

(annexe 10 : photo 7).

Principe

Une prise d’essai de 75 ml d’huile est chauffée lentement à vitesse uniforme en vase clos avec

agitateur à vitesse constante. A la température de la première application de la flamme, une

petite flamme est présentée par l’ouverture d’un volet dans le couvercle (fermé à d’autres

moments). La flamme est abaissée jusqu’au dessus de la surface de l’huile où sont émises les

vapeurs d’huile. La flamme est ensuite appliquée à des intervalles réguliers de température

jusqu’à température la plus basse à laquelle l’application de la flamme test provoque


27


l’inflammation des vapeurs au dessus de l’huile. On estime que l’échantillon a atteint le point

éclair lorsqu’une flamme franche apparaît et se propage instantanément à la surface de l’huile.

La figure 4 rend compte de la variation du point éclair des huiles de coton et de palme en

fonction des concentrations de l’additif ADERCO 5000.

255

260

265

270

275

280

285

290

295

0 200 400 600 800 1000

Concentration (ppm)

Poin

t éc

lair

(° C

)

Huile de coton

Huile de palme

Figure 4: Evolution du point éclair des huiles de coton et de palme en fonction de la concentration de l’additif ADERCO 5000

Contrairement aux autres propriétés analysées plus haut, l’ajout de l’additif ADERCO

influence le point éclair des deux huiles. En effet, la figure 4 montre une décroissance du

point éclair des deux huiles avec l’augmentation de la concentration de leur mélange à

l’additif. On note pour l’huile de palme un minimum à 600 ppm. Nous n’avons pas eu le

temps de confirmer cette observation en faisant des mesures à 1000 ppm par exemple.

2.3.6 Le pouvoir calorifique inférieur (PCI)

Le dispositif expérimental est une bombe calorimétrique d’une capacité de 250 à 350 ml

plongée dans un vase calorimétrique lui-même entouré d’une jaquette isolante.

Principe

La combustion d’une prise d’essai de masse déterminée est réalisée en présence d’oxygène

dans une bombe calorimétrique plongée dans un volume d’eau connu.


28


Le pouvoir calorifique supérieur déterminé dans ces conditions, c’est-à-dire à volume

constant, se calcule à partir de la mesure de l’élévation de température constatée de l’eau.

Le pouvoir calorifique inférieur est déterminé par calcul à partir du pouvoir calorifique

supérieur et de la connaissance de la taxe d’hydrogène dans le combustible.

L’équivalent en eau du calorimètre est déterminé préalablement à l’aide d’un étalon.

Parallèlement, on doit procéder à une détermination de la quantité d’eau présente dans

l’échantillon par la méthode de titration Karl Fisher.

Les tests du PCI sont effectués sur les huiles de coton pure et de palme pure ainsi que sur

l’additif ADERCO. Les PCI des mélanges sont déterminés à partir de la loi des mélanges

suivante :

PCIm = Σ (Xi*PCIi) (3)

Avec :

PCIm : pouvoir calorifique inférieur du mélange

PCIi : pouvoir calorifique inférieur du mélange du constituant i

Xi : fraction massique du constituant i

Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau 5.

Tableau 5: Evolution du PCI des huiles de coton et de palme en fonction de la concentration de l’additif ADERCO 5000

Echantillons PCI (kJ/kg)

C000 37362 C200 37362.58 C400 37363.16 C600 37363.73 C800 37364.31 P000 37393 P200 37393.57 P400 37394.15 P600 37394.72 P800 37395.3

Les valeurs du tableau 5 font ressortir une invariance du PCI des huiles de coton et de palme

avec l’ajout de l’additif. Cela est prévisible puisque la fraction massique de l’additif est très

faible par rapport à celle de l’huile.


29


2.3.7 Détermination des caractéristiques physiques de l’additif ADERCO 5000

La détermination des caractéristiques physiques de l’additif est effectuée suivant les mêmes

normes utilisées pour les huiles végétales.

Les résultats sont consignés dans le tableau 6.

Tableau 6: Caractéristiques physiques de l'additif ADERCO 5000

Echantillon Viscosité à 40°C

(cSt) Densité à 15°C

Point de trouble

(°C)

Point d’écoulement

(°C)

Point éclair (°C)

Pouvoir calorifique inférieur (kJ/kg)

ADERCO 5000

7.56

0.886

-

< -20

139.2

40359

Le tableau 6 présente les caractéristiques physiques de l’additif ADERCO 5000. La viscosité,

la densité et le point éclair sont faibles par rapport à ceux observés sur les huiles. Notons

également que la viscosité de l’additif est très faible par rapport à celle des huiles de coton et

de palme (environ 5 fois plus faible). Le point éclair est environ deux fois plus faible que

celui des huiles de coton et de palme. Par ailleurs, la densité de l’additif est proche de celle du

gazole. Il coule toujours à la température de -20°C.

2.4 Discussions et analyses des résultats

L’analyse des résultats obtenus se fera au regard de la fidélité de la méthode définie par les

normes pétrolières [20-21]. Cette fidélité implique deux notions : La répétabilité4 et la

reproductibilité5.

La répétabilité serait dans notre cas plus significative puisqu’il s’agit des essais réalisés par le

même opérateur, le même appareillage et dans les mêmes conditions expérimentales.

4 La répétabilité : La différence entre deux résultats d’essais successifs, obtenus par le même opérateur, avec le même appareillage, dans les conditions opératoires identiques et sur le même produit ne doit, au cours d’une série d’essais effectués en appliquant normalement et correctement la méthode d’essai, dépasser les valeurs fixées par la norme. 5 La reproductibilité : La différence entre deux résultats uniques et indépendants, obtenus par différents opérateurs travaillant dans des laboratoires différents, sur un même produit, ne doit, au cours d’une longue série d’essais effectués en appliquant normalement et correctement la méthode d’essai, dépasser la valeur fixée par la norme.


30


2.4.1 La masse volumique

La fidélité de la méthode utilisée prenant en compte la répétabilité et la reproductibilité,

respectivement égal à 0.4 kg/m3 et 1.5 kg/ m3 permet de conclure que tous les résultats

obtenus sur les masses volumiques des mélanges sont dans l’intervalle défini par la méthode.

Les résultats obtenus, consignés dans le tableau 3, montrent donc que l’additif ADERCO

5000 n’a pas d’influence sur la masse volumique des huiles coton et de palme.

En effet, l’additif ADERCO en faible proportion (200 ppm à 800 ppm) dans les huiles

explique les résultats obtenus puisque la masse volumique du mélange (huile de coton-additif,

huile de palme-additif) dépend du pourcentage volumétrique et des masses volumiques de

chaque constituant du mélange.

2.4.2 La viscosité

Les variations de la mesure de viscosité obtenues entre chaque type d’échantillons ne sont pas

significatives au regard de la fidélité de la méthode.

Les écarts maxima observés (figure 1) entre les mélanges huile de palme-additif et huile de

coton-additif sont respectivement 0.15% et 0.2%. Les écarts seraient considérables s’ils

étaient supérieurs à 0.35% pour la répétabilité et 0.70% pour la reproductibilité selon la

méthode.

En effet, la viscosité du mélange, dépendant en partie des proportions volumétriques de

chaque constituant du mélange, explique donc ces résultats du fait de la faible proportion de

l’additif ADERCO dans les huiles de palme et de coton. L’additif ADERCO 5000 n’a donc

pas d’incidence sur la viscosité des huiles de palme et de coton.

2.4.3 Le point trouble et le point d’écoulement

Le point trouble des mélanges d’huile de palme-additif varie peu (figure 3) mais cette

variation n’est pas significative pour conclure sur l’incidence de l’additif sur les huiles

puisqu’il reste inférieur à la marge de fidélité exigée par la méthode qui est de +2 pour la

répétabilité et de +4 pour la reproductibilité. Le point de trouble des mélanges d’huile de

coton-additif ne varie pas (figure 2).

Les figures 2 et 3 montrent que le point d’écoulement des mélanges d’huile de palme-additif

et huile de coton-additif sont invariables.


31


L’additif ADERCO n’a donc pas d’incidence sur le point de trouble et le point d’écoulement

des huiles de palme et de coton.

2.4.4 La couleur

Il ressort du tableau 4 que les résultats obtenus pour la couleur ne varient pas. Tous ces

résultats sont dans la marge de fidélité de la méthode utilisée qui est 0.5 pour la répétabilité et

+1 pour la reproductibilité.

La couleur de l’additif ADERCO 5000 n’influe pas sur la couleur des huiles de palme et de

coton puisqu’il est utilisé à très faible proportion dans ces huiles.

2.4.5 Le point éclair

Les résultats obtenus montrent une influence de l’additif ADERCO sur le point éclair des

huiles de palme et de coton. Le plus grand écart du point éclair, observé sur la figure 4, entre

deux concentrations consécutives de l’additif ADERCO 5000 sur l’huile de palme est de 20°C

et celui sur l’huile de coton est de 17°C. Les écarts dépassent largement la marge de fidélité

de la méthode qui est de +5 pour la répétabilité et de +10 pour la reproductibilité. Le point

éclair diminue au fur et à mesure que la concentration de l’additif augmente (figure 4).

En effet, le point éclair de l’additif étant faible par rapport aux huiles de palme et de coton, il

en ressort que les vapeurs issues des mélanges d’huile de palme-additif et huile de coton-

additif s’enflamment plus rapidement quand la concentration de l’additif augmente dans le

mélange. La figure 4 montre la décroissance observée du point éclair.

Ainsi, le point éclair, qui décroit en fonction des dosages de l’additif, contribuerait à une

vaporisation rapide des mélanges des huiles de palme et de coton avec l’additif. Cet additif

réduirait donc le phénomène d’encrassement des huiles dans la chambre de combustion et

probablement les dépôts aux nez des injecteurs. Il contribuera à résoudre le problème du point

éclair élevé des huiles, un des indicateurs les plus importants pour les huiles végétales

carburant.

Par conséquent, l’ajout de l’additif ADERCO sur les huiles de palme et de coton améliorerait

la combustion de ces huiles dans les moteurs diesel réduisant ainsi les émissions des

imbrulées.


32


2.4.6 Le pouvoir calorifique inférieur (PCI)

Les pouvoirs calorifiques inférieurs des huiles de coton et de palme sont respectivement

36362 kJ/Kg et 36393 kJ/Kg. Les pouvoirs calorifiques inférieurs des deux huiles sont

voisins. Le tableau 5 montre que le PCI des mélanges de chacune de ces huiles à l’additif

ADERCO ne varie pas. En effet, Le PCI du mélange est fonction du PCI de chaque

constituant du mélange et de leur proportion massique dans le mélange. Le PCI de l’additif

(40359 kJ/Kg) est certes relativement supérieur à ceux des deux huiles mais additionné en

faible proportion n’apporte pas assez de carbone pour faire varier le PCI de ces mélanges.

L’additif ADERCO n’a donc pas d’influence sur le PCI des huiles de coton et de palme.

2.5 Conclusion

Les tests réalisés sur les échantillons énoncés, utilisés dans les proportions de concentration et

des conditions d’expérimentation ci-dessus indiquées ne permettent pas de conclure quant à

l’influence de l’additif ADERCO sur la masse volumique, la viscosité, la couleur, le pouvoir

calorifique inférieur, le point trouble et le point d’écoulement des huiles de coton et de palme.

Cependant le point éclair décroit avec la forte concentration de l’additif dans les huiles. Cette

décroissance du point éclair des huiles de palme et de coton due à l’additif ADERCO 5000

améliorerait la combustion réduisant ainsi le dépôt dans la chambre de combustion et les

émissions des imbrulées.

La valeur minimale atteinte par cette décroissance du point éclair des mélanges d’huile de

palme-additif et huile de coton-additif est supérieure au point éclair de l’additif ADERCO qui

est de 139.2°C déterminé dans les conditions expérimentales ci-dessus mentionnées.

Hormis l’influence significative de l’additif ADERCO 5000 sur le point éclair des huiles de

palme et de coton, cet additif n’a pas d’impact sur les autres propriétés physico-chimiques

étudiées et ne dégrade non plus la qualité de ces huiles.


33


Chapitre 3 : Emissions de gaz et performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles de coton et de palme mélangées à l’additif

ADERCO

3.1 Rappel des objectifs

Ce chapitre traite de deux volets particuliers qui permettront de comparer :

• Les émissions de gaz d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales pures et

aux mélanges de ces huiles avec l’additif ADERCO.

• Les performances en termes de consommation spécifique et de l’efficacité énergétique

du moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales pures et aux mélanges de ces huiles

avec l’additif ADERCO.

Ces travaux ont été effectués au laboratoire LBEB du 2iE.

3.2 Description du matériel et des méthodes

3.2.1 Description du matériel

Les essais ont été réalisés sur un groupe électrogène comportant un système de

bicarburation (annexe 10 : photo 8).

Les caractéristiques techniques du groupe sont indiquées dans le tableau 7. Deux bancs de

charges résistives de puissance maximale 4 kW chacun sont utilisés comme charge à la sortie

de l’alternateur pour simuler l’exploitation du groupe. Le schéma du dispositif expérimental

est indiqué à la figure 5.

Le circuit de carburation comporte deux circuits séparés avec une partie commune. Le

gazole passe du réservoir au filtre à gazole par gravité puis passe par une électrovanne avant

son arrivée dans la pompe d’injection. Le gazole est ensuite injecté dans la chambre de

combustion. Le retour du gazole au niveau de la pompe d’injection passe à travers

l’électrovanne avant sa collecte dans le conduit de collecte du retour au niveau des injecteurs.

L’ensemble du gazole collecté passe ensuite dans le réservoir de gazole.


34


Le circuit d’huile végétale est un circuit similaire à celui du gazole dans le principe.

Cependant, il comporte en plus de celui-ci, une pompe de pré-gavage située après le réservoir

d’huile végétale, du fait de la viscosité élevée de celle-ci. La partie commune des deux

circuits se situe entre l’électrovanne et la pompe d’injection (aller et retour du carburant entre

l’électrovanne et la pompe d’injection).

L’électrovanne permet le passage d’un carburant à l’autre tout en évitant leur mélange à

l’exception de la partie commune. Un compteur volumétrique, placé alternativement sur le

circuit du gazole et sur celui de l’huile végétale permet la mesure de la consommation du

carburant. Un dispositif de commande de l’électrovanne et de la pompe de pré-gavage permet

le passage d’un circuit à l’autre.

L'analyse des émissions des gaz à l'échappement (O2, CO2, NO, NO2) est réalisée à

l'aide d'un analyseur de gaz TESTO 350. Les caractéristiques techniques de celui-ci sont

indiquées dans le tableau 8. Un thermocouple de type K permet la mesure de la température

des gaz d’échappement.

Vegetable oil circuit

Neat diesel circuit

Vegetable oil/Neat diesel circuit

Neat dieseltank

Vegetable oil tank

Pump+Filter

Diesel engine A.C. Alternator

135689563

Exhaustgasanalyser

Load bank

Flow counter + Filter

Pump+Filter

Solenoidcontrol valve

Figure 5 : Schéma du dispositif expérimental


35


Tableau 7: Spécifications du groupe électrogène

Caractéristique Spécification

Type Lombardini 9LD 561-2/L, quatre temps,

refroidissement à air

Combustion Injection directe

Nombre de cylindres 2

Alésage 90 mm

Course 88 mm

Cylindrée 1120 cm3

Puissance maximale

(constructeur)

12 kW à 2200 tr/min

Moteur

Taux de compression 17,5 :1

Type Genelec

Puissance 8kVA à

Génératrice

Cosϕ 0,8

RPM 1500

Tableau 8: Caractéristiques techniques de l'analyseur de gaz TESTO 350 Gaz Détecteur Résolution Echelle Précision

CO2 Calcul à partir de O2 0,1% 0-CO2max -

O2 Cellule

électrochimique

0,1% 0-21% 0,2%

NO Cellule

électrochimique

1 ppm 0-3000 ppm ± 5 ppm (<100 ppm)

± 5% v.m (<2000 ppm)

± 10% v.m (<3000 ppm)

NO2 Cellule

électrochimique

1 ppm 0-500 ppm ± 10 ppm (<100 ppm)

± 5% v.m (<200 ppm)


36


3.2.2 Les conditions expérimentales et méthodes

Les paramètres d’entrée sont les types d’huiles à diverses concentrations d’ADERCO

5000 et la charge. Les paramètres de sortie sont la consommation de carburant, la température

d’échappement et les émissions de CO2, O2, NO, NO2.

Les essais sont effectués à une température ambiante d’environ 36 °C. Après une période de

fonctionnement du groupe électrogène au gazole à vide (0% de charge) pendant 15 min, la

charge du moteur est portée à une charge voisine de la pleine charge (90% de la pleine

charge) à l’aide du banc de charges résistives. Le moteur fonctionne ensuite pendant 5 min au

gazole pour permettre l’établissement d’un régime permanent où la température moyenne des

gaz d’échappement est voisine de 500 °C.

Pour un essai à l’huile végétale pure ou aux mélanges huile végétale et l’additif, après

l’établissement du régime permanent à 90% de la pleine charge au gazole, le passage à l’huile

végétale ou aux mélanges est effectué grâce à la commande de l’électrovanne. Le

basculement doit s’effectuer nécessairement après une période de stabilisation du moteur à

forte charge pour éviter la formation des dépôts dans le moteur. En effet, dans un moteur

diesel à injection directe, les conditions de température relativement basse dans la chambre de

combustion à faible charge sont telles que la combustion de l’huile conduit à la formation de

dépôts. La température moyenne de la chambre est inférieure à 200°C lorsque le moteur

délivre jusqu’à la moitié de sa puissance nominale [19]. A cette température, l’huile subit une

polymérisation conduisant à la formation des dépôts et l’émission des composés tels

l’acroléine en quantité notable [1]. Ainsi, le fonctionnement à l’huile végétale ou aux

mélanges à 90% de la pleine charge s’effectue pendant 10 à 15 min après le fonctionnement à

cette même charge au gazole (5 min) avant le relevé des paramètres de sortie. Les travaux

antérieurs réalisés sur le même groupe électrogène ont montré que son fonctionnement

optimal est autour de 70% de sa charge maximale [22]. Ainsi, les charges sont ensuite portées

successivement à 80%, 70%, 60% de la charge maximale afin d’encadrer la zone optimale de

fonctionnement du moteur. A chaque point de fonctionnement (vitesse constante de 1500

tr/min, charge), les paramètres de sortie sont relevés.


37


3.3 Les résultats

Les résultats sont présentés en deux parties :

Une première partie présentant l’analyse de gaz émis et une deuxième partie portant sur la

performance du moteur diesel.

3.3.1 Les émissions de gaz issues de la combustion des huiles de coton et de palme pures comparés aux mélanges de ces huiles avec l’additif ADERCO 5000.

Les figures 6, 7, 8, 9 ci-dessous présentent les émissions de gaz mesurées lors des essais sur le

moteur diesel :

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

50 60 70 80 90 100Charge(%)

CO

2(%

)

C000 C200

C400 C600C800

Figure 6 : Emission du CO2 issue de la combustion de l’huile de coton pure comparée aux mélanges d’huiles de coton-additif ADERCO 5000 en fonction de la charge


38


3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

50 60 70 80 90 100Charge (%)

CO

2 (%

)

P000 P200P400 P600P800

Figure 7: Emission du CO2 issue de la combustion de l’huile de palme pure comparée aux mélanges d’huiles de palme-additif ADERCO 5000 en fonction de la charge

400

500

600

700

800

900

1000

50 60 70 80 90 100Charge(%)

NO

(ppm

)

C000 C200C400 C600C800

Figure 8 : Emission du NO issue de la combustion de l’huile de coton pure comparée aux mélanges d’huiles de coton-additif ADERCO 5000 en fonction de la charge


39


400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

50 60 70 80 90 100Charge (%)

NO

(ppm

)

P000 P200P400 P600P800

Figure 9 : Emission du NO issue de la combustion de l’huile de palme pure comparée aux mélanges d’huiles de palme-additif ADERCO 5000 en fonction de la charge

Les figures 6, 7, 8 et 9 montrent que les émissions de gaz issues de la combustion des huiles

de palme et de coton et leur mélange à l’additif ADERCO ont le même comportement. En

effet, les émissions de NO et de CO2 issues de la combustion de ces huiles ainsi que de leur

mélange à l’additif augmentent pratiquement de la même manière avec la charge.

3.3.2 Performance du moteur diesel fonctionnant aux huiles de palme et de coton

comparée aux mélanges de ces huiles avec l’additif ADERCO 5000

3.3.2.1 La consommation spécifique

La consommation spécifique dépend de plusieurs paramètres :

• La masse volumique du combustible ;

• La consommation volumétrique du moteur ;

• La charge appliquée.

Elle s’exprime en g/kWh.

Les figures 10 et 11 montrent les consommations spécifiques des huiles de coton et de palme

dosées à diverses concentrations de l’additif ADERCO.


40


300

320

340

360

380

400

420

50 60 70 80 90 100Charge (%)

Con

som

mat

ion

spéc

ifiqu

e (g

/kW

h) C000 C200

C400 C600C800

Figure 10 : Consommation spécifique de l’huile de coton conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée à huile de coton pure

300

305

310

315

320

325

330

335

340

50 60 70 80 90 100Charge (%)

Cons

omm

atio

n sp

écifi

que

(g/k

Wh) P000 P200

P400 P600

P800

Figure 11 : Consommation spécifique de l’huile de palme conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée celle à huile de palme pure .


41


Les figures 10 et 11 font remarquer que les huiles de palme et de coton et leur mélange à

l’additif ADERCO ont le même comportement vis-à-vis de leur consommation spécifique. En

effet, cette consommation spécifique diminue quand la charge croit pour les huiles de palme

et de coton ainsi que pour leur mélange à l’additif ADERCO.

3.3.2.2 La température des gaz d’échappement

Les températures de gaz d’échappement sont représentées en fonction de la charge sur les

figures 12 et 13.

300

350

400

450

500

550

50 60 70 80 90 100Charge (% )

Tem

péra

ture

des

gaz

d'é

chap

pem

ent (

°C)

C000 C200C400 C600C800

Figure 12 : Température des gaz d’échappement issue de la combustion de l’huile de coton conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée celle de l’huile de coton pure.


42


300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

500

50 60 70 80 90 100Charge (% )

Tem

péra

ture

des

gaz

d'é

chap

pem

ent(°

C)

P000 P200P400 P600P800

Figure 13 : Température des gaz d’échappement issue de la combustion de l’huile de palme conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée celle de l’huile de palme pure .

Les températures des gaz d’échappement des huiles de palme et de coton et de leur mélange à

l’additif ADERCO croissent avec la charge comme le montrent les figures 12 et 13.

3.3.2.3 L’efficacité énergétique

L’efficacité énergétique dépend de plusieurs paramètres :

• le pouvoir calorifique du combustible ;

• le débit massique du combustible ;

• la charge appliquée.

Les résultats obtenus sont représentés sur les figures 14 et 15.


43


0.2

0.22

0.24

0.26

0.28

0.3

0.32

50 60 70 80 90 100Charge (%)

Effic

acité

éne

rgét

ique

C000 C200C400 C600C800

Figure 14 : Efficacité énergétique de l’huile de coton conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée celle de l’huile de coton pure

0.2

0.22

0.24

0.26

0.28

0.3

0.32

0.34

50 60 70 80 90 100Charge (%)

Effic

acité

éne

rgét

ique

P000 P200P400 P600P800

Figure 15 : Efficacité énergétique de l’huile de palme conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée celle de l’huile de palme pure


44


L’efficacité énergétique croit avec la charge (figures 14 et 15). Nous observons que les huiles

de coton dosées à 600 ppm et 800 ppm ont une efficacité énergétique d’environ 15 % plus

grande que les huiles de coton dosées à 200 ppm et 400 ppm ainsi que l’huile de coton pure

(figure 14). Nous ne remarquons pas une variation notable pour l’huile de palme comparée

aux mélanges huile de palme-additif (figure 15).

3.4 Discussions et analyses

3.4.1 Les émissions des gaz

3.4.1.1 Les émissions de NO

L’émission du NO évolue avec la charge pour l’ensemble des huiles de palme et de coton

ainsi que leur mélange à l’additif ADERCO 5000 (figures 8 et 9). Ceci est dû à la

prédominance du mécanisme de NO « thermique » dans les moteurs diesel. L’injection d’une

masse importante des huiles entrainant ainsi les pics de températures observés à forte charge

expliquent l’abondance de l’émission de NO à forte charge.

Cependant, on observe une réduction de l’émission de NO pour les concentrations de 600

ppm et de 800 ppm des mélanges d’huile de coton-additif. Cette réduction est d’environ 20%

pour C600 et de 8% pour C800 (figure 8).

La figure 9 ne permet pas de conclure quant à une réduction ou une augmentation des

émissions du NO pour les mélanges d’huile de palme-additif.

L’effet observé pourrait s’expliquer par le fait que le mélange du milieu réactionnel est plus

homogène pour les mélanges des huiles de coton-additif en améliorant ainsi la pénétration de

l’huile de coton dans la masse d’air surtout à la concentration de 600 ppm de l’additif.

3.4.1.2 Les émissions de CO2

L’émission du CO2 augmente avec la charge pour l’ensemble des huiles de palme et de coton

ainsi que leur mélange à l’additif ADERCO 5000 (figure 6 et 7). Cette augmentation est due

à l’injection d’une masse plus importante des huiles dans la chambre de combustion.

Pour toute charge, on observe une réduction de l’émission de CO2 pour l’huile de coton pour

des concentrations en additif ADERCO de 600 ppm et 800 ppm d’environ 11% par rapport à

l’huile de coton pure. Cette réduction de CO2 serait due à la vaporisation plus rapide des


45


mélanges d’huiles de coton-additif (600 ppm et 800 ppm) favorisée par l’abaissement du

point éclair de l’huile de coton par l’additif ADERCO 5000 donc un meilleur

rendement/efficacité, d’où la consommation de carburant est plus faible (combustion de

moins d’huile) pour même production d’énergie. Par conséquent, le CO2 émis à ces

concentrations de l’additif est en faible quantité.

L’observation n’est pas pareille sur les huiles de palme. Pour des concentrations de 200 ppm

et 400 ppm, on observe une légère réduction du rejet de CO2 d’environ 1.5% par rapport à

l’huile de palme pure à très forte charge (80% à 90% de la charge maximale), par contre une

augmentation du CO2 d’environ 5% s’observe, à ces mêmes charges, pour les concentrations

de 600 ppm et de 800 ppm. Le phénomène inverse se produit à moyenne charge (60% à 70%

de la charge maximale). Ce phénomène pourrait être dû aux comportements du point éclair

des mélanges des huiles de palme-additif. Nous ne saurons expliquer d’avantage ce

phénomène sans faire d’autres études complémentaires.

Les émissions de CO2, si elles permettent d’apprécier le comportement comparé des

différentes huiles ainsi qu’à leur mélange à l’additif, elles ne suffisent pas pour évaluer la

qualité de la combustion de celles-ci. Une mesure de l’émission du CO pourrait compléter

cette étude.

3.4.2 La performance du moteur diesel

3.4.2.1 La consommation spécifique

Les figures 10 et 11 montrent le même comportement quant à la consommation spécifique des

huiles de palme et de coton et aux mélanges de ces huiles avec l’additif ADERCO. Elle est

élevée à faible charge et diminue au fur et à mesure que la charge augmente.

Les huiles de palme dosées à 600 ppm et à 800 ppm ont une consommation spécifique élevée

respectivement d’environ 3% et 2 % par rapport à celle de l’huile de palme pure. Par contre

les huiles de palme dosées à 200 ppm et à 400 ppm ont une consommation spécifique

semblable à celle de l’huile de palme pure. En effet, cette augmentation serait due à une

instabilité du régime moteur entrainant ainsi une injection d’une masse plus importante de

l’huile de palme. Le couple moteur délivré aurait augmenté suite aux inégalités locales de

richesse et des échanges thermiques aux parois.


46


Pour l’huile de coton, les consommations spécifiques ont diminué de 13% pour les huiles

dosées à 600 ppm et à 800 ppm par rapport à celle de l’huile de coton pure. A concentration

de 200 ppm et 400 ppm de l’huile de coton, nous n’observons pas une influence de l’additif

ADERCO 5000 sur la consommation spécifique.

Cette baisse de consommation spécifique de l’huile de coton à forte concentration de l’additif

peut s’expliquer par le fait que le point éclair a baissé considérablement d’une part et d’autre

part, le rapport r

PCI (r est la richesse du mélange) a augmenté, ce qui serait dû à l’excès d’air

du mélange qui probablement serait plus important .Le mélange global présenterait un excès

d'air très important proche de la richesse moyenne de l'ordre de 0,4, ce qui permettrait une

augmentation du rendement de combustion du moteur et une diminution des pertes par

pompage donc la réduction de la consommation spécifique. Les PCI des huiles étant presque

voisins, la variation de la consommation spécifique utilisée comme un des critères de

comparaison de la performance du moteur ne peut que provenir de la variation de la richesse

du mélange. Notons cependant que la plage d'utilisation de ce mode de combustion est

physiquement limitée par le remplissage maximum en air des cylindres associés à la pression

maximum en pleine charge de l’air.

3.4.2.2 La température des gaz d’échappement

Les températures des gaz d’échappement augmentent avec la charge (figures 12 et 13).

Nous notons une baisse de température de 15% pour les huiles de coton dosées à 600 ppm et

800 ppm de l’additif ADERCO 5000 par rapport à celle de l’huile de coton pure. Les

températures obtenues pour C200 et C400 sont très proches de celles de l’huile de coton pure.

En effet, l’additif ADERCO 5000 réduit la température de la chambre de combustion par

absorption de la chaleur lors de son évaporation améliorant ainsi la qualité de la combustion

par le phénomène de micro-explosion dans l’émulsion additif/huile (figure 16).


47


Figure 16 : Phénomène de micro-explosion dans l’émulsion de l’additif ADERCO 5000/huile de coton .

La température des gaz d’échappement lors de la combustion d’huile de coton pure est

légèrement supérieure de celle obtenue pour l’huile de palme.

Le phénomène contraire s’observe pour les huiles de palme dosées à 600 ppm et 800

ppm. Une augmentation de 12% des températures de ces huiles par rapport à celle de l’huile

de palme pure. Nous émettons l’hypothèse selon laquelle cette contradiction observée serait

liée au mécanisme de la distillation séquentielle (figure 17).

Figure 17: Mécanisme de distillation séquentielle dans l'émulsion de l'additif ADERCO 5000/huile de palme

En effet, la température et la composition du mélange sont constamment homogénéisées

spatialement de manière à ce qu’elles ne varient qu’en fonction du temps. Le processus de

vaporisation suit alors le mécanisme de distillation séquentielle : c'est-à-dire qu’à chaque

instant le corps le plus volatile possède le taux de vaporisation le plus élevé, relativement à sa


48


concentration. Ce phénomène apparaît préférentiellement dans les situations où les vitesses de

circulation interne de l’additif ADERCO sont plus importantes dans la goutte du mélange

huile de palme-additif. Cette vitesse de circulation interne élevée amène le plus rapidement

possible l’additif à la surface de la goutte du mélange huile de palme-additif. Les phénomènes

de micro-explosions ne peuvent apparaître lors d’une distillation séquentielle où la

température instantanée est contrôlée par le corps le plus volatile. La température de

vaporisation est donc contrôlée premièrement par l’additif ADERCO (corps plus volatile que

l’huile de palme) puis après par l’huile de palme. Une vaporisation plus lente et un temps de

combustion plus longue pourraient s’observer entrainant ainsi cette augmentation de la

température du mélange huile de palme-additif à concentration de 600 ppm et de 800 ppm

dans la chambre de combustion.

Le phénomène de micro-explosion dépend de la taille de la goutte. Une goutte plus

grosse est propice au phénomène de micro-explosion. La viscosité des huiles de palme et de

coton étant très voisine, la taille des gouttes des huiles de palme et de coton ainsi que de leur

mélange à l’additif formée serait semblable. La vitesse de circulation interne de l’additif dans

les mélanges huile-additif serait à l’origine des deux phénomènes observés. La vitesse de

circulation interne est faible dans le cas de micro-explosion et plus importante dans le

mécanisme de distillation séquentielle.

3.4.2.3 L’efficacité énergétique

Bien que toutes les huiles aient le même comportement au regard de l’efficacité énergétique,

nous observons une augmentation de 15 % de cette efficacité pour les huiles de coton dosées

à 600 ppm et à 800 ppm (figure 14). L’huile de palme et les mélanges huile de palme-additif

ne présentent pas une variation significative (figure 15).

La consommation spécifique est l’image de l’efficacité énergétique (rendement global). Cette

efficacité est inversement proportionnelle à la consommation spécifique et fait intervenir un

paramètre de plus qu’est le PCI. Elle est donnée par la formule suivante :

PCICsp *1

=η (4)

Le PCI étant invariant pour tous les échantillons, alors la consommation spécifique est bien

l’image de l’efficacité énergétique. Cette augmentation du rendement global observée pour

l’huile de coton (600 ppm et 800 ppm) serait donc due au rapport r

PCI expliqué dans le

paragraphe 3.4.2.1.


49


3.5 Conclusion

Les tests sur moteur effectués dans les conditions expérimentales ci-dessus indiqués

permettent de conclure ce qui suit :

• La concentration optimale de l’additif ADERCO pour les huiles carburant étudiées est

de 600 ppm contre la concentration de 200 ppm recommandée pour les produits pétroliers

blancs (essence et gazole).

• Une réduction des émissions de 20 % de NO et de 11% de CO2 à concentration de 600

ppm pour l’huile de coton.

Par contre, l’additif ADERCO 5000 n’a pas d’influence sur l’huile de palme quant aux

émissions de NO. Il augmente les émissions de CO2 issues de la combustion de l’huile de

palme de 5 % à concentration de 600 ppm de l’additif ADERCO 5000. Une mesure de

CO est nécessaire pour conclure plus efficacement quant à une complète combustion dans

la chambre de combustion.

• La consommation spécifique du mélange huile de coton-additif a diminué de 13 % à

concentration de 600 ppm mais elle a augmenté de 2% pour l’huile de palme à cette même

concentration.

• L’additif favoriserait en outre une meilleure combustion par une homogénéisation des

fines particules d’huile issues du phénomène de micro-explosion des émulsions

additif/huile dans le milieu réactionnel.

Ce mémoire nous a permis d’étudier l’influence de l’additif ADECO sur les huiles

végétales pures (coton et palme). Deux types d’expériences ont été faites :

1- La caractérisation des propriétés physico-chimiques des huiles végétales mélangées à

l’additif ADERCO 5000.

2- La performance du moteur diesel et l’analyse des gaz émis.


50


Conclusion générale

Le point éclair des mélanges d’huile de coton-additif et huile de palme-additif diminue

en fonction de la concentration de l’additif ADERCO 5000. Cette diminution permettrait la

vaporisation beaucoup plus rapide de ces mélanges. On pourrait donc envisager un démarrage

à froid des moteurs diesel à injection indirecte sans modification préalable de ces moteurs car

la température de la chambre de combustion atteint rapidement 500°C. Les mélanges d’huile-

additif pourraient évaporer plus vite à une température plus basse que celle des huiles

végétales pures.

Les tests effectués sur la masse volumique, la viscosité, la couleur, le point de trouble

et le point d’écoulement des mélanges d’huile de coton et de palme ne permettent pas de

conclure quant à une influence de l’additif ADERCO 5000 sur ces huiles végétales.

L’étude de l’émission de gaz, de la température des gaz d’échappement, la

consommation spécifique et l’efficacité énergétique a permis de conclure que tous les

mélanges d’huiles de coton-additif et de palme-additif ainsi que les huiles de coton et de

palme pures ont une communauté de comportement en tant que carburant. En effet, tous les

échantillons testés se comportent de la même manière pour chaque paramètre étudié.

Contrairement à la prescription donnée par le promoteur de la concentration de

l’additif ADERCO 5000 dans les produits pétroliers (200 ppm), notre étude montre que

l’additif n’influe sur la consommation spécifique et la température des gaz d’échappement des

huiles de coton qu’à partir de la concentration de 600 ppm.

A cette concentration, l’émulsion formée par l’additif et les huiles a permis d’atomiser les

gouttes d’huile par le phénomène de micro-explosion favorisant ainsi une meilleure

homogénéisation du milieu réactionnel. Par conséquent la combustion devient meilleure.

L’additif a donc un effet significatif quand à la réduction des émissions de NO (20%

pour C600) et l’amélioration de la combustion sur l’huile de coton que sur l’huile de palme.

Nous notons également une réduction de 11% de CO2 pour l’huile de coton mais une

augmentation de 5% est observée pour l’huile de palme. Le comportement des émissions de

NO issue de la combustion du mélange d’huile de palme-additif ne permet pas de conclure

quant à un impact de l’additif sur l’huile de palme.


51


La consommation spécifique est réduite de 13% pour l’huile de palme à la

concentration de 600 ppm de l’additif ADERCO 5000. Cependant, nous observons une

augmentation de 3% de la consommation spécifique de l’huile de palme. Cette augmentation

serait due à l’instabilité du régime du moteur injectant ainsi une masse de quantité plus

importante de l’huile de palme dans la chambre de combustion.

Ce présent rapport de fin de formation d’ingénieur servira de base support pour

explorer d’autres aspects non abordés dans ce document.


52


Perspectives de recherche

Les résultats et interprétations doivent être appuyés par d’autres études. Il s’avère donc

nécessaire d’explorer les points suivants :

Etudier le délai d’inflammation des huiles végétales mélangées à l’additif ADERCO

5000. Ce qui permettrait d’approfondir les effets de la variation du point éclair

observé.

La détermination de l’énergie d’explosion des gouttes de l’additif ADERCO 5000 afin

de pourvoir évaluer la teneur optimale à appliquer à cet additif dans les autres types

d’huiles végétales carburants.

Etudier les émissions du CO et de l’opacité des fumées afin d’en tirer une plus

judicieuse conclusion quant à une complète combustion des huiles et des rejets des

imbrulées.

Connaître la formule chimique de l’additif ADERCO 5000 pour l’explication de son

influence dans le processus de la combustion des carburants.

En effet, l’additif ADERCO 5000, étant déclaré comme agent 100 % organique,

contiendrait de l’oxygène, or les carburants oxygénés réduisent les émissions de NOx,

il s’avère donc de comprendre son influence au début, au cours et à la fin de la

combustion des combustibles afin de bien expliquer les phénomènes de nucléation qui

se déroulent lors de la combustion.

Afin d’avoir une idée sur l’action selon laquelle l’additif prolonge la durée de vie du

moteur, il serait donc judicieux d’analyser l’huile moteur utilisée lors du

fonctionnement du moteur diesel utilisant les huiles végétales et les mélanges de ces

huiles avec l’additif ADERCO 5000. Si le lubrifiant contient après utilisation dans le

moteur des espèces métalliques qu’il ne contenait pas au départ, alors celles-ci ne

peuvent provenir que d’une usure du moteur.


53


Bibliographie


54


Références bibliographiques

Ouvrages et articles :

[1] MORIN C. (1999), Vaporisation et oxydation à haute température et hautes pression

des gouttes de combustibles liquides : Application aux n-alcanes et esters méthyliques

d’huiles végétales, Thèse de doctorat, Université d’Orléans, France.

[2] Lettre de la société Dagris n° 22 (Juin 2007), l’huile de coton Savor primée,

Ouagadougou, Burkina Faso.

[3] BALLERINI D. (2006), Les biocarburants : Etats des lieux, perspectives et enjeux du

développement. IFP Publications, Edition technip, Paris, France.

[4] VAÏTILINGOM G. (2007), Conférence internationale enjeux et perspectives des

biocarburants pour l’Afrique : le cas particulier de l’utilisation des huiles végétales pures dans

les moteurs, 27-29 novembre, Ouagadougou, Burkina Faso.

[5] VAÏTILINGOM G. (1992), Huiles végétales – biocombustibles diesel : influence de la

nature des huiles et en particulier de leur composition en acides gras sur la qualité-carburant,

thèse de doctorat, Université d’Orléans, France.

[6] VAÏTILINGOM G. (Octobre 2007), Extraction, conditionnement et utilisation des

huiles végétales pures carburant, Montpellier, France.

[7] LOMBAERT K. (2002), Composition et évolution des espèces particulaires émises à

l’échappement d’un moteur diesel en fonction des paramètres moteur et de la nature du

carburant ; thèse de doctorat, Pierre et Marie Curie, France.

[8] GUIBET J.-C. (1987), Carburants et moteurs tome 1 et 2, publication de l’Institut

Français du Pétrole/Ed. Technip, Paris, France.


55


[9] VAÏTILINGOM G. (1988), Modification de deux moteurs DUVANT pour

l’utilisation d’huile de coton comme carburant. Travaux effectués pour la Compagnie

Française pour le Développement des fibres Textiles.

[10] DE THEUX Barthelemy (2003-2004), Rapport de fin d’étude : Utilisation de l’huile

de palme comme combustible dans les moteurs diesel ; ECAM, Belgique.

[11] HIGELIN P. (1992), Huiles végétales – biocombustibles diesel : influence des aspects

thermiques liés au type de moteur sur la combustion, thèse de doctorat, Université d’Orléans,

France.

[12] ADERCO, Diesel fuel additives: Unique treatment for diesel engines.

[13] SANOGO O. (Juillet 2006), Rapport de test de consommation de carburant

conditionné avec l’additif ADERCO 5000, IRSAT, Ouagadougou, Burkina Faso.

[14] BISAILLON M., CHARLAND M., COULOMBE S., HARDY M,-J (2004),

Technical report, Lubricity of low sulfur diesel, Environment Technologies Division CRIQ

File N° 640-PE30048(R1),Sainte-Foy, August 2004, Quebec.

[15] MARTIN J. (2004), Moteur à combustion interne ; MECA 2220.

[16] VAÏTILINGOM G. (Janvier 2005), Performances globales théoriques des moteurs

diesels alimentés par des huiles de tournesol ou de colza.

[17] BORGHI R., DESTRIAU M. (1995), la combustion et les flammes, édition technip,

Paris, France.

[18] Dossier technique de l’Association Nationale pour la Formation Automobile(ANFA) :

L’injection diesel haute pression à rampe commune ; Edition 2001.

[19] VAÏTILINGOM G. (2006), Utilisation énergétique de l’huile de coton, Cahiers

Agricultures, 15 (1) : 144-149.


56


[20] Produits pétroliers (1999), Méthodes d’essai générales et particulière, tome 2,

AFNOR, Paris, France.

[21] Annual book of ASTM standards, (2003), Petroleum Products, Lubricants and Fossil

Fuels, Volume 05.01, West CONSHOHOCKEN.

[22] DAHO T. (novembre 2008), Rapport de stage : Etude de comparaison des émissions

de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux biocarburants.

Site web :

[23] http://publications.cirad.fr/une_notice.php?dk=389614

[24] http://www.cirad.fr/fr/regard_sur/alimentation/pdf/10fiche.pdf

[25] www.aderco.com


57


Annexes


58


Sommaire des annexes

Annexe1 : Aperçus de quelques huiles végétales pures .............................................................. 60

Annexe2 : La combustion dans les moteurs diesel ....................................................................... 63

Annexe 3 : Actions des produits industriels ADERCO sur les carburants................................ 68

Annexe 4 : Description de la norme NF EN ISO 12185 :1996..................................................... 71

Annexe 5 : Description de la norme ISO 3105 :1994 ................................................................... 72

Annexe 6 : Description de la norme NF EN 23015 :1994 ............................................................ 74

Annexe 7 : Description de la norme NF T60 105.......................................................................... 75

Annexe 8 : Description de la norme D 1500................................................................................. 76

Annexe 9 : Description de la norme NF EN ISO 2719................................................................. 77

Annexe 10 : Matériels utilisés en photo......................................................................................... 78


59


Annexe1 : Aperçus de quelques huiles végétales pures

1. Huile de coprah

L’huile de coprah est une huile fabriquée à partir de noix de coco. Elle est très riche en

acide gras. L'huile de coprah représente 4% de la production mondiale d'huile végétale.

Elle occupe la 7ème position de production des huiles végétale dans le monde [23].

2. Huile de palme

L’huile de palme est une huile extraite par pression à chaud du mésocarpe charnu du

fruit du palmier à huile. L’huile de palme brute est le produit végétal le plus riche en β-

carotène, ce qui lui donne une teinte jaune orangé à rouge selon sa concentration en

caroténoïdes.

Le Cameroun et la cote d’ivoire sont deux pays les plus producteurs de l’huile de

palme respectivement en Afrique centrale et occidentale [24].

Ces deux pays pouvaient donner un souffle au développement de biodiesel à partir d’huile

de palme en Afrique occidentale et centrale.

3. Huile de coton

L’huile de coton dont la production à l’hectare varie de 100 à 300 litres selon les

endroits représente un fort potentiel en biocarburant pour les pays producteurs de coton

puisqu’elle présente les mêmes comportements en tant que biocarburant que les huiles de

colza ou de tournesol utilisées de plus en plus massivement en Europe [19].

Notons, cependant que, l’huile de coton est un co-produit de la fibre de coton. La culture

du coton génère non seulement des ressources alimentaires et énergétiques à travers

l’extraction de l’huile dans ses graines mais aussi des ressources textiles issues de la

transformation de sa fibre [23].

4. Huile de jatropha

Le jatropha est un petit arbuste de 4 à 5m de hauteur qu’il atteint au bout de 3 à 4 ans

seulement. Il a une durée de vie d’environ 30 à 35 ans. C’est une plante prometteuse pour

le développement du biocarburant puisqu’elle ne rentre pas en conflit avec l’alimentation.



5. Huile d’arachide

Les arachides constituent une importante culture ainsi qu'une récolte vivrière

principale dans une grande partie des pays en voie de développement, particulièrement en

Afrique occidentale et dans les régions plus sèches de l'Inde et de l'Amérique latine. Le

rendement moyen des cacahuètes dans les pays en voie de développement varie entre 500

et 900 kg/hectare de production de cacahuètes non écalées, comparé à une moyenne aux

U.S.A. de 2.700 kg/ha, basée sur les données FAO de 1977. L’huile d’arachide est

relativement riche en acide gras saturé et pauvre en acide gras essentiel. L’huile

d’arachide de deuxième extraction est utilisée en savonnerie.

6. Huile de tournesol

Le tournesol est une plante originaire de l’Amérique du nord.

L'huile extraite des graines de la plante de tournesol est classée dans les huiles hautement

polyinsaturées. L'huile de tournesol et l'huile de tournesol oléique présentent des profils en

acides gras diversifiés et, toutes deux, bénéficient d'une excellente qualité de composés

mineurs. Le tournesol trouve aussi son importance dans la réduction de CO2 car elle un

capteur photosynthétique pouvant absorber plusieurs tonnes de CO2 à l’hectare. Il s’agit

d’une plante qui croît sous beaucoup de climats différents et nécessite peu d’eau et peu

d’intrants (traitements chimiques).

7. Huile de Soja

L'huile de soja est une huile polyinsaturée. Le soja est une plante grimpante dont la

hauteur atteint en moyenne 80 centimètres à 1 mètre. Le fruit est une gousse de couleur

jaune brunâtre contenant deux à trois graines qui contiennent 17 à 20 % d'huile. L'huile de

soja est extraite des pois par broyage ou par extraction chimique

Cette huile est une huile facilement utilisable du fait de sa pauvreté en acide gras.


61


8. Huile de colza

Le colza est une culture largement répandue dans le monde, principalement dans les

zones tempérées fraîches. Il est utilisé pour l'alimentation animale, pour la production

d’huile alimentaire, et plus récemment pour la production de biocarburant. La production

mondiale de colza s'est élevée à 36 millions de tonnes en 2003.Ces graines donnent 38 à

40% d'huile.

Le colza est aujourd’hui cultivé un peu partout sous des climats tempérés.


62


Annexe2 : La combustion dans les moteurs diesel

1. La combustion dans les moteurs diesel

La combustion est la décomposition d’une substance carbonée par la chaleur et

l’inflammation d’une flamme dont la taille grandit, passe par un maximum et décroit. Selon la

volatilité du carburant utilisé, elle peut :

• présenter un caractère de flamme mixte (pré mélange et diffusion) à fronts

multiples en phase gazeuse qui ne se développe qu’après totale évaporation du

carburant et formation d’un mélange stratifié en richesse ;

• être de diffusion seule, la phase gazeuse coexistant avec la phase liquide

initiale du combustible et donnant lieu à la formation d’une phase carbonée

solide à combustion lente en surface [15].

Le mécanisme de la combustion est le suivant :

l’air enfermé dans le cylindre, et comprimé par le piston, aux environs de 20 degrés

Vilebrequin avant le point mort haut, un jet de combustible (gazole ou huile végétale) est

injecté dans le cylindre (injection directe). Ce jet de liquide est pulvérisé en très fines

gouttelettes qui se dispersent et se mélangent avec l’air dans un panache allongé. Les

gouttelettes commencent à se vaporiser à cause de la très haute température dans la chambre

de combustion et les vapeurs s’enflamment avec l’air.

Un point très important à considérer dans le phénomène de la combustion est

l’inflammation.

En effet, le carburant injecté dans la chambre de combustion d’un moteur diesel doit s’auto

enflammer sous l’effet de la forte température résultant de la forte compression de l’air. Il

s’écoule un certain temps entre le début de l’injection et le début de la combustion. Cet

intervalle de temps correspond au délai d’inflammation ou délai d’allumage (figure 18). Ce

délai est en général de l’ordre de 3 à 10 degrés de rotation de vilebrequin et dépend de

plusieurs phénomènes tels que l’échauffement du carburant au contact de l’air, vaporisation,

formation du mélange homogène auto inflammable [16].

La combustion se poursuit tant que l’injection continue.


63


La phase de combustion n’est pas instantanée et dure environ l’équivalent de 40 degrés de

rotation du vilebrequin. La flamme observée a une structure de flamme de diffusion. Il se

produit alors un cœur très concentré en combustible et la périphérie riche en air [17]. Le

résultat de cette situation est que le moteur diesel fume plus, en général, qu’un moteur à

allumage commandé. Il libère donc plus de suies dans les gaz d’échappement. Certains

composés organiques volatiles, constitués d’hydrocarbures et dérivées partiellement oxydées

(aldéhydes), rejetés par les moteurs, proviennent des coincements de la flamme dans les

espaces morts de faibles dimensions (zone de garde du segment de feu).

En fonction de la géométrie de la chambre de combustion, il existe deux types de moteur

diesel : Le moteur à injection directe et les moteurs à chambre divisée (injection indirecte).

Figure 18 : Courbe de combustion [18]


64


2. Les moteurs à injection directe

Comme son nom l’indique, le carburant est pulvérisé directement dans la chambre

principale de combustion par les injecteurs. La chambre de combustion est constituée d’une

cavité située dans la tête du piston. Il y a donc injection directe lorsque l’injecteur débouche

dans le cylindre (figure 19).

Figure 19 : Injection directe [18]

Le moteur à injection directe s’impose pour son rendement supérieur à ceux des moteurs à

injection indirecte. En effet, le rapport entre la surface et le volume de la chambre de

combustion est nettement plus faible pour un moteur à chambre à espace mort unique

(injection directe) que pour un moteur à préchambre (injection indirecte). La durée de

combustion est plus courte dans un moteur à injection directe.

Le taux de compression est de l’ordre de 14/1 à 17/1. La pression d’injection varie de 180

à 400 bars [16].

Malgré cette performance, la variation de pression d’injecteur rend difficile une maitrise

totale de la combustion [18].

3. Les moteurs à injection indirecte

L’injection ne débouche pas directement dans la chambre de combustion principale.

Selon les techniques, les moteurs à injection indirecte se présentent sous deux formes : les

préchambres et les chambres de turbulence (figure 20, 21).


65


La combustion se déroule dans deux volumes séparés : une première chambre

relativement petite qui reçoit l’injection du carburant et où s’amorce la combustion, et une

chambre principale dans laquelle elle s’achève.

La concentration de carburant dans un volume plus faible (première chambre) favorise

l’inflammation à faible charge et haut régime à condition d’adopter un taux de

compression comprise entre 18/1 et 23/1 [16].

Figure 20: Injection indirecte avec préchambre [18] Figure 21: Injection indirecte avec chambre de turbulence [18]

4. Critiques du moteur diesel

4.1 Les avantages

Le moteur diesel possède des avantages multiples :

• Le rendement thermique est plus élevé car le taux de compression est plus élevé.

La chaleur convertie en travail est importante. Le rendement thermique varie de

0,35 à 0,38 en version atmosphérique, et vaut 0,40 en version suralimentée. La


66


consommation spécifique est de 200g/kWh en moyenne au lieu de 330g/kWh en

essence.

• Le couple moteur est plus important et sensiblement constant aux bas régimes.

• Le combustible est moins cher.

• Les risques d’incendie sont moindres car le point d’inflammation du gazole est

plus élevé que celui de l’essence. Ces risques d’incendie sont encore moindres en

utilisant l’huile végétale

4.2 Les inconvénients

• Le moteur doit être plus solide, avec des organes plus dimensionnés.

• L’étanchéité entre le cylindre et le piston est plus difficile à réaliser.

• Le démarrage à froid est plus ou moins délicat.

• Le refroidissement est plus élaboré pour la tenue des métaux

• Le graissage est plus délicat (hautes températures et charges plus élevées des

organes mobiles.)

• Le prix du moteur est élevé (pompe d’injection et injecteurs sont des organes

de précision)

• Les problèmes de viscosité du carburant aux basses températures

• Le moteur est plus bruyant


67


Annexe 3 : Actions des produits industriels ADERCO sur les carburants

Les produits industriels du laboratoire ADERCO sont nombreux. Le tableau 8 illustre ces

produits suivant divers domaines d’utilisation. Tableau 9: Les produits industriels du laboratoire ADERCO

1. agents tensio-actifs

Les agents tensio-actifs de ADERCO sont des détergents/dispersants totalement

organiques. Comme ces additifs sont libres de métaux, ils peuvent être utilisés sans aucun

danger dans toute sorte de moteurs et de chaudières. Leurs fonctions premières sont

d’homogénéiser le fuel, d’améliorer l’atomisation et de procurer une combustion plus

complète [25]. On distingue essentiellement trois agents tensio actifs :

• Aderco 2050

• Aderco A25

• Aderco 5000

2. organo métalliques

2.1 M16K

Cet additif est un composé de magnésium spécialement synthétisé pour maximiser le

contenu de magnésium. Sa fonction première est d’éliminer la corrosion à haute et à basse


68


température dans les chaudières [25]. Comparativement à une suspension de magnésium, ce

produit offre une plus grande flexibilité d’utilisation (il peut être ajouté au réservoir de fuel

directement, évitant ainsi l’utilisation d’un système d’injection coûteux) et réduit lèntretien

(car il nòbstrue pas les filtres et nèst pas abrasif pour le système dìnjection). De plus, étant

donné que le magnésium est à l`état moléculaire, il procure une plus grande efficacité que les

suspensions car moins de magnésium est requis par ppm de vanadium.

2.2 F1820

Cet additif est un composé de fer spécialement synthétisé pour maximiser le contenu

de fer. Sa fonction première est dàgir comme catalyseur afin d’améliorer la combustion et

ainsi réduire les émissions de particules et la fumée visible [25]. Comme cet additif est un

composé de fer soluble, il peut être ajouté directement au réservoir de fuel et ainsi éviter les

systèmes d’injection couteux.

3. suspensions métalliques

Comme ces produits sont de fines particules métalliques dispersées dans un produit

pétrolier, leur utilisation nécessite un système d’agitation pour conserver la suspension

homogène. De plus, un système d’injection avec pompe doseuse est nécessaire afin de

l’ajouter au fuel

3.1 M5500

Ce produit est une suspension de magnésie en poudre fine dispersée dans une base de

produit pétrolier. Sa fonction première est d’éliminer la corrosion à haute et à basse

température [25].

3.2 MA4500

Ce produit est une suspension de magnésie et d’alumina en poudre fine dispersée dans

une base de produit pétrolier. Sa fonction première est d’éliminer la corrosion à haute et à


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basse température, tout en conservant les dépôts qui se sont accumulés à l`intérieur de la

chaudière, friables et faciles à enlever [25].

4. hybrides

Ces produits sont des mélanges d'agents tensio-actifs et d'organo-métalliques. Ils sont

spécialement synthétisés afin de profiter de la synergie des deux composés.

4.1 HF8K

Un additif hybride pour le fioul lourd composé de deux produits actifs :

* Un organo-métallique basé sur le fer. Ce composé qui agit suivant le mécanisme III réduit

sensiblement la quantité de suie produite,

* Un agent tensio-actif qui brise les agglomérations d'asphaltènes, homogénise le fioul

lourd, améliore l'atomisation et procure une combustion plus complète.

4.2 HMXK

Ce produit hybride est constitué de deux ingrédients actifs :

* Un organo-métallique base de magnésium pour prévenir la corrosion à haute et à basse

température dans les chaudières,

* Un agent tensio-actif qui disperse les asphaltènes, homogénise le fioul, améliore

l'atomisation et procure une combustion plus complète.


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Annexe 4 : Description de la norme NF EN ISO 12185 :1996

Détermination de la masse volumique par la méthode du tube en U oscillant.

La masse volumique déterminée est ramenée à la température de référence qui est de 15°C ou

20°C.

Principe

Une petite fraction (normalement inférieure à 1 ml) de l’échantillon d’essai est introduite dans

une cellule pour échantillon à température contrôlée. La fréquence d’oscillation est notée et la

masse volumique de l’échantillon d’essai est calculée en se servant des constantes de la

cellule préalablement déterminées par mesurage des fréquences d’oscillation quand la cellule

est remplie de fluides d’étalonnage de masse volumique connue.

Mode opératoire

Une fraction de l’échantillon d’essai est introduite dans la cellule en utilisant une seringue

appropriée ou un échantillonneur automatique et en remplissant la cellule conformément aux

instructions du fabricant.

L’injection de l’échantillon est manuelle, il est nécessaire d’éclairage la cellule avant

d’injecter afin de vérifier qu’il n’y a pas de bulles dans la cellule. Si des bulles sont repérées,

la cellule est vidée et remplie de nouveau afin de ne plus avoir les bulles.

L’éclairage est coupé immédiatement après avoir examiné la cellule, car la chaleur irradiée

par l’éclairage affecte la température de la cellule.

La valeur de la masse volumique s’affiche à l’écran.

Fidélité

Répétabilité r :

Distillats moyens transparents : r = 0.2kg/m3

Pétroles bruts et autres produits pétroliers : r = 0.4 kg/m3

Reproductibilité R :

Distillats moyens transparents : R = 0.5 kg/m3

Pétroles bruts et autres produits pétroliers : R = 1.5 kg/m3


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Annexe 5 : Description de la norme ISO 3105 :1994

Détermination de la viscosité cinématique.

Description du dispositif.

Le viscosimètre utilisé est le viscosimètre à niveau suspendu Ubbelohde. Le liquide est

suspendu dans le tube capillaire du viscosimètre qu’il remplit complètement. Cette suspension

assure une pression hydrostatique uniforme, indépendante de la quantité d’échantillon

introduite dans le viscosimètre, rendant la constante du viscosimètre indépendante de la

température.

Principe

Le viscosimètre contenant de l’huile est placé dans un bain d’huile à température constante.

L’huile coule suivant la gravité entre les deux repères de mesurage du viscosimètre. La

viscosité est proportionnelle au temps d’écoulement. La constante de proportionnalité est la

constante du viscosimètre.

La viscosité cinématique se calcule donc par formule suivant :

ν = C*T (2)

Avec :

ν : viscosité cinématique en centistokes (cSt).

C : constante du viscosimètre.

T : Temps d’écoulement en seconde(s).

Mode opératoire

L’échantillon est filtré à travers un papier filtre pour le débarrasser des corps étrangers avant

d’être introduit dans le viscosimètre jusqu’au milieu des deux repères de remplissage. Le

viscosimètre est introduit dans un bain thermostatique dans lequel il est maintenu pendant un

temps suffisamment long pour permettre à l’échantillon d’atteindre la température d’essai.

L’échantillon est aspiré à travers le tube capillaire jusqu’à huit millimètre au dessus du second

repère de mesurage. Ensuite le liquide descend d’une manière gravitaire et on mesure le temps


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qui s’écoule entre les deux repères de mesurage. Le temps écoulé doit être compris entre 200

secondes et 1000 secondes.

Fidélité

Répétabilité r = 0.35 % de la moyenne des valeurs des différentes viscosités mesurées.

Reproductibilité R = 0.35 % de la moyenne des valeurs des différentes viscosités mesurées


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Annexe 6 : Description de la norme NF EN 23015 :1994

Détermination du point de trouble

Point de trouble : Température à laquelle un produit liquide limpide devient trouble par

l’apparition de cristaux de paraffine lorsque le produit est refroidi dans les conditions

prescrites.

Principe

L’échantillon est refroidi à une vitesse déterminée et est examiné périodiquement. La

température à laquelle est observée la première apparition d’un trouble au fond du tube à

essai est notée : c’est le point trouble du produit.

Mode opératoire

Le tube à essai contenant de l’échantillon, dans lequel est introduit un thermomètre, est

fermé hermétiquement puis placé dans la jaquette du bain réfrigérant. Le thermomètre est

placé de telle manière que son réservoir touche le fond du tube.

Chaque fois que la température indiquée par le thermomètre descend de 1°C, on retire le

tube à essai de la jaquette sans remuer le liquide pour l’examiner. Si le liquide ne se trouble

pas dans le premier bain alors on change de bain qui a une température plus basse que le

précédent.

Dès qu’un trouble est visible au fond du tube, le point de trouble est donc noté à 1°C près.

Fidélité

Répétabilité r = 2°C

Reproductibilité R = 4°C


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Annexe 7 : Description de la norme NF T60 105

Détermination du point d’écoulement

Point d'écoulement : Température la plus basse à laquelle un produit pétrolier peut encore

couler lorsqu'il est refroidi dans des conditions normalisées

Principe

L'échantillon préalablement chauffé est refroidi à une vitesse déterminée, et ses

caractéristiques d'écoulement sont observées à des intervalles de 3°C. La température la

plus basse à laquelle il coule encore est notée, elle correspond au point d'écoulement, lequel

est exprimé sous forme d'un nombre entier, positif ou négatif ou nul, multiple de trois.

Mode opératoire

Le tube à essai contenant de l’échantillon, dans lequel est introduit un thermomètre, est

fermé hermétiquement puis placé dans la jaquette du bain réfrigérant. Le thermomètre est

placé de telle manière que son réservoir touche la surface du liquide contenu dans le tube.

Chaque fois que la température indiquée par le thermomètre est un multiple de 3°C en

dessous de la dernière température observée, sortir avec précaution le tube à essai du bain

ou de la jaquette, selon le cas, et l'incliner juste assez pour se rendre compte s'il y a encore

un mouvement de l'échantillon dans le tube.

Les observations se poursuivent chaque fois que la température indiquée par le thermomètre

est un multiple de 3°C en dessous de la dernière température observée.

On veillera à ne pas remuer l'échantillon ni à laisser bouger le thermomètre une fois que des

cristaux de paraffines ont commencé à apparaître dans l'huile, car toute perturbation du

réseau de cristaux de paraffines conduirait à un résultat erroné.

Fidélité

Répétabilité r = 3°C

Reproductibilité R = 6°C


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Annexe 8 : Description de la norme D 1500

Détermination de la couleur

La couleur est déterminée sur l’échelle ASTM.

Principe

Une prise d’essai du produit est observée sous une lumière du jour artificielle. Sa couleur est

comparée à celle de verres étalons de couleur. L’étalon de couleur correspondant, ou celle

dont la couleur est juste supérieure, est pris comme la valeur de couleur. Si la couleur du

produit est supérieure à celle de l’étalon le plus foncé, on peut diluer la prise d’essai avec un

solvant spécifié.

Mode opératoire

Une éprouvette remplie d’eau sur une hauteur d’au moins 50 mm, est placée dans le

compartiment du calorimètre à travers lequel les verres étalons de couleur seront observés.

L’éprouvette contenant la prise d’essai est placée dans l’autre compartiment. L’ensemble des

éprouvettes est couvert par un cache pour les mettre à l’abri de toute lumière extérieure.

La source de lumière est allumée et on compare la couleur de la prise d’essai avec celle des

verres étalons. Le disque de verre dont la couleur correspond au mieux à celle de l’échantillon

est sélectionné et on note la valeur correspondante sur l’échelle ASTM.

Fidélité

Répétabilité r = 0.5

Reproductibilité R = 1


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Annexe 9 : Description de la norme NF EN ISO 2719

Détermination du point éclair

Le point éclair est déterminé par l’appareil de Pensky-Martens en vase clos.

Principe

La prise d'essai est placée dans le vase d'un appareil Pensky-Martens, puis chauffée de

manière à produire un accroissement constant de sa température, ceci sous agitation continue.

Une source d'inflammation est dirigée à travers une ouverture du couvercle du vase d'essai à

des intervalles de température réguliers avec interruption simultanée de l'agitation. La

température la plus basse à laquelle l'application de la source d'inflammation provoque

l'inflammation des vapeurs émises par la prise d'essai avec propagation de la flamme sur toute

l'étendue de la surface du liquide est notée comme étant le point d'éclair à la pression

barométrique ambiante.

Mode opératoire

Le vase d'essai est rempli de la prise d'essai jusqu'au niveau indiqué par la marque de

remplissage. La détermination du point éclair se fait en vase clos. Le couvercle est muni d’une

sonde de température et d’un agitateur qui agite à vitesse constante l’échantillon qui

s’échauffe dans le vase. A une quinzaine de température du point éclair présumé de

l’échantillon, le flash test est entamé. Le test se fait à un intervalle régulier de température de

1°C. Une fois que la température du point éclair est détectée l’appareil affiche cette valeur à

l’écran.

Fidélité

Répétabilité r = 5°C pour produit hautement visqueux.

Reproductibilité R = 10 °C pour produit hautement visqueux.


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Annexe 10 : Matériels utilisés en photo

Photo 1 : Additif ADERCO 5000 Photo 2 : Echantillons d’huiles de palme

et de coton dosés à divers concentration

de l’additif ADERCO 5000.

Photo 3 : Densimètre électronique Photo 4 : Viscosimètres Ubbelohde baignant

Dans un bain thermostatique


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Photo 5 : Bains réfrigérants servant à Photo 6 : Colorimètre

déterminer le point trouble et le point

d’écoulement

Photo 7 : Appareil de Pensky-Martens Photo 8 : Moteur diesel Lombardini

servant à déterminer le point éclair


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Résumé

Les huiles végétales sont de véritables combustibles de substitution du pétrole dans l’avenir mais elles posent certains problèmes de combustion dus à leur viscosité et point éclair très élevés…. Plusieurs études ont été menées pour palier à ces problèmes parmi lesquelles se trouve l’ajout de l’additif ADERCO 5000 dans les huiles végétales pures pour améliorer leur combustion. L’étude consiste à connaître d’avantage l’impact de cet additif sur les huiles de palme et de coton. Les tests effectués au laboratoire ont permis de mesurer l’impact de l’additif ADERCO sur les propriétés physico-chimiques des huiles de coton et de palme. Les résultats obtenus montrent que cet additif fait baisser le point éclair des mélanges d’huiles de coton-additif et de palme-additif. En revanche, cet additif n’a pas d’influence sur la densité, la viscosité, le point trouble et le point d’écoulement des huiles de coton et de palme. Les tests sur moteur diesel ont permis d’étudier les émissions de gaz et des performances du moteur fonctionnant aux mélanges de ces huiles végétales et l’additif ADERCO. Les résultats obtenus montrent que, pour chaque paramètre étudié (température des gaz d’échappement, la consommation spécifique, l’efficacité énergétique, les émissions du CO2 et de NO), tous les mélanges d’huiles de coton-additif et de palme-additif se comporte de la même manière. Mots clés:

1- huiles végétales, 2-ADERCO 5000, 3- émission de gaz, 4- Consommation spécifique, 5-caractéristiques physico-chimiques. Abstract

Vegetable oils are genuine fuels of substitution of fossil fuels in the future but they pose some problems of combustion due to their high viscosity and high flash point… Several studies were performed to improve their combustion. Here, we propose to investigate how ADERCO 5000 impact on the combustion of pure vegetable oils (cotton seed oil and palm oil) The tests were carried out at the laboratory and enabled to measure the impact of additive ADERCO on the physical and chemical specifications of the palm oil and cotton seed oil. The results obtained show that this additive cause a drop in the point flash for both the mixtures of cotton seed oil-additive and palm seed oil-additive. On the other hand, this additive does not have any influence on the density, viscosity, the lower calorific value, the turbid point and the point of flow of the palm and cotton seed oils. The tests on diesel engine allowed study the gas emissions and performances of this engine ruling with the mixtures of these vegetable oils and the additive ADERCO. The results show that, for each studied parameter (temperature of exhaust gas, brake specific fuel consumption, energy efficiency, emissions of CO2 and NO), all the mixtures of cotton seed oil-additive and palm seed oil-additive behave in the same manner. Key words: 1-vegetable oil 2- ADERCO 5000 3- gas emission, 4 - brake specific fuel consumption, 5-physico-chemical characteristics.


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