Les expériences

Pour pouvoir comprendre les inconvénients des biocarburants, il fallait en produire. L'expérience de la synthèse d'éthanol à partir de betterave nous est alors venue à l'esprit. La synthèse d'éthanol à partir de végétaux fait partie des biocarburants de première génération.

Pour réaliser cette synthèse d'éthanol à partir de betterave, nous avons fractionné notre expérience en quatre temps : la synthèse d'un jus très sucré à partir de betteraves sucrières, la fermentation de la betterave, la distillation de la solution pour obtenir de l'éthanol et l'identification du liquide

Etape 1 : diffusion du sucre

Le matériel nécessaire pour réaliser cette expérience est le suivant :

Une planche à découper
Des couteaux
Une balance
Une casserole
Un filtre
1 erlenmeyer
Une plaque chauffante
Mixeur
Centrifugeuse
Quatre betteraves sucrières

Le protocole est le suivant :

Après avoir bien lavé les betteraves (les bactéries de la terre peuvent interférer avec le reste de l’expérience), les éplucher et couper en petits morceaux à l’aide d’un couteau.

Mettre 500 grammes de betteraves dans la casserole avec environ 1 litre d’eau

Porter le mélange à ébullition grâce à la plaque chauffante pendant au moins un quart d’heure

Filtrer et verser le mélange dans un erlenmeyer

Vous vous demanderez sans doute pourquoi le bécher a été remplacé par une casserole….

Malheureusement, ce bécher, pourtant certifié en Pyrex, s’est fendu lors de la cuisson à cause du choque thermique ! Les aléas de l’expérience ont donc fait que nous l’avons remplacé par une casserole.

Après avoir effectué l’expérience en séance de TPE, nous avons conclu avec nos professeurs, qu’une diffusion du sucre plus longue obtiendrait de meilleurs résultats pour la suite des expériences. Ainsi, comme il nous restait des betteraves nous avons refait une deuxième fois l’expérience chez nous :

Refaire l’expérience comme précédemment. Porter le mélange à ébullition, cette fois-ci en le laissant pendant une heure.
Récupérer le jus dans des bouteilles. Dans l’optique d’améliorer encore plus le rendement, mixer les betteraves, puis passer la pate dans une centrifugeuse pour extraire un maximum de jus.
Mixage :

Passage à la Centrifugeuse :

Verser le liquide obtenu par la centrifugeuse dans l’eau de cuisson des betteraves

Placer le liquide dans des bouteilles

Observations :

Nous obtenons à la fin de cette étape, un liquide jaunâtre.

Etape 2 : La fermentation

La suite de l’expérience consiste à la fermentation des sucres pour obtenir de l’éthanol.

Le matériel nécessaire pour réaliser cette expérience est le suivant :

Jus de betterave
De la levure de boulanger
Agitateur

Le protocole est le suivant :

Placer 10 grammes de levure de boulanger (type Saccharomyce) dans le jus de betterave.

Laisser le jus fermenter pendant deux semaines

Nous constatons l’apparition de bulles. Il y donc un dégagement gazeux. Celui-ci a été identifié à l’eau de chaux à la maison : Nous avons placé un ballon de baudruche au dessus des bouteilles quelques instants, puis nous l’avons immédiatement mis sur une autre bouteille contenant de l’eau de chaux. L’eau est devenue trouble ce qui indique la présence de dioxyde de carbone.

Remuer au moins deux fois par semaine les levures pour homogénéiser et oxygéner le mélange.

Observations :

Le liquide sent l'alcool et a gardé sa couleur sa couleur jaunâtre même au bout de deux semaines

Etape 3 : La distillation

Une fois la fermentation arrêtée (absence de bulle), nous avons procédé à une distillation fractionnée pour récupérer de l’éthanol.

Le matériel nécessaire pour réaliser cette expérience est le suivant :

1 ballon à fond rond
Des pierres ponces
1 chauffe ballon
1 colonne de Vigreux
1 thermomètre
1 réfrigérant à eau
1 erlenmeyer
2 plateaux élévateurs (1 pour régler la distance entre le chauffe ballon et le ballon; 1 pour soulever l’erlenmeyer)
Des potences pour maintenir la colonne de Vigreux et le tube réfrigérant
2 tuyaux flexibles pour l’entrée et l’arrivée d’eau

Le protocole est le suivant :

Assembler tout le matériel comme sur le schéma

Placer le jus de betterave fermenté dans le ballon

Faire chauffer le liquide et le maintenir à une température de 79 °c (température d’ébullition de l’éthanol)

Puis récupérer le distillat

Observations :

Les résultats de cette expérience sont plutôt convaincants. Avec les 100 mL jus de betterave que nous avons réalisés au lycée, nous avons pu distiller 4 mL d’éthanol (dont d’autres produits), ce qui en fait un degré d’alcool de 4%. Avec le jus de betterave réalisé à la maison, le distillat récupéré est de 14 mL (toujours pour 100 mL de jus). Le degré d’alcool est alors 3 à 4 fois plus élevé, signe que la diffusion plus longue et le passage à la centrifugeuse ont augmenté le rendement. Le liquide est incolore, sent l'alcool, ce qui est un premier signe que c'est certainement de l'éthanol.

Etape 4 : Identification

Nous avons enfin cherché à identifier le produit créé. Pour cela, nous avons réalisé le test à la flamme.

En présence des professeurs, nous avons essayé de bruler une partie du distillat dans une coupelle.

Nous obtenons une flamme bleutée caractéristique de la combustion de l’éthanol. De plus une odeur forte d’éthanol s’en dégageait.

Voici l’équation de la combustion complète de l’éthanol :

C2H5OH(L) + 3 O2(G) à 2 CO2(G) + 3 H2O(G)

Nous avons donc réussi à synthétiser, à partir de betterave sucrière, du bioéthanol.

Pour voir l'expérience en vidéo, veuillez cliquer sur ce lien :

http://mfi.re/watch/3d7dfsdqmskbpqn/Video_15-01-2015_11-05-34.mp4