Roulez plus intelligent, roulez biocarburants Isaline Goubau, Arnaud Vervoort & Barbara Wagemans. Roulez plus intelligents, Roulez biocarburants!

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1 Roulez plus intelligent, roulez biocarburants Isaline Goubau, Arnaud Vervoort & Barbara Wagemans Roulez plus intelligents, Roulez biocarburants!

2 Roulez plus intelligent, roulez biocarburants Isaline Goubau, Arnaud Vervoort & Barbara Wagemans 1. Public visé par l'activité Troisième degré, sciences de base ou générales. 2. Liens avec le programme BIOLOGIE Savoirs visés : - Sciences de base et cours d éducation scientifique, 6 ième année : enjeux écologiques liés à la production de déchets et à diverses pollutions - Sciences générales, 6 ième année : actions humaines et pollution : polluants CHIMIE Savoir visé : - Sciences de base, 5 ième année : notion de réactivité chimique, transformation et utilisation des substances : éléments de chimie générale et de chimie organique, y compris quelques applications dans diverses domaines et secteurs d activités Savoir-faire visé : - Sciences de base, 5 ième année : traduire une réaction chimique par une équation chimique : écrire les réactions chimiques de formation du biocarburant oléagineux, du bioéthanol et du biogaz. 3. Pré-requis nécessaires Énergie et ses transformations (1 er principe) Nomenclature élémentaire (CO2, H2O, ) Savoir ce qu est un alcool, un acide, un catalyseur Réactions d'oxydo-réduction 4. Compétences visées (gén./spéc.) Compétence générale visée : - Compétence générale 1 : Modéliser, dans le cadre d une discipline scientifique, une technologie ou un phénomène courant, en tenant compte éventuellement d aspects techniques, sociaux, économiques ou culturels. Compétences scientifiques concernées : - Confronter ses représentations avec les théories établies - Expérimenter - Maîtriser des savoirs Compétences spécifiques visées : Sciences générales, 5 ième année, chimie : retracer les étapes qui permettent de produire des carburants automobiles à partir de colza, betteraves et déchets organiques. 5. Concepts à faire acquérir Energie fossile : énergie non renouvelable formée à partir de la transformation de biomasse à la suite de très long processus géologiques Energie renouvelable : énergie qui est produite naturellement, à court terme et inépuisable. Biocarburant : combustible obtenu par réaction chimique ou physique à partir, entre autre, de substances végétales. Il existe actuellement quatre types de biocarburant : oléagineux (biodiesel), éthylique (bioéthanol), gazeux (biométhane) et solide (bois). Les biocarburants sont une des sources d'énergie renouvelable. 1

3 Roulez plus intelligent, roulez biocarburants Isaline Goubau, Arnaud Vervoort & Barbara Wagemans Biodiesel : combustible obtenu à partir d huile de colza. Bioéthanol : combustible obtenu suite à la fermentation de sucre provenant de betteraves, canne à sucre, Biogaz (biométhane): combustible obtenu par la décomposition de matières organiques, contenant une forte proportion de méthane, d où son nom de «biométhane». Estérification : réaction chimique entre un acide et un alcool, qui produit un ester et de l eau. Fermentation : processus biochimique par lequel le sucre est transformé en alcool et en autres sous-produits par des microorganismes (bactéries, levures), accompagné d une libération de gaz et de chaleur. Méthanisation : procédé de transformation de matières organiques en biométhane, par fermentation anaérobie (fermentation en absence d oxygène). 6. Plan de la séance Mise en place de la situation problème Raréfaction du pétrole Recherche d'une alternative, biocarburant? Expérimentation des alternatives aux 3 carburants traditionnels (diesel, essence, LPG) Production de biodiesel Production de bioéthanol Production de biogaz Validation de l'hypothèse de départ Conclusion 2

4 Roulez plus intelligent, roulez biocarburants Isaline Goubau, Arnaud Vervoort & Barbara Wagemans 7. Mise en place de la situation problème Tps Étape Notre tâche Tâche des élèves Support Intro. Thème : les énergies, l apport des sciences. / / 3' Questionnement Utilisez-vous du pétrole dans votre vie de tous les jours? Si oui, quelles en sont les applications? Tableau noter 1, les Émergence des représentations initiales des élèves Utilisation massive du pétrole dans notre société. - Savez-vous quelle est l'origine du pétrole? - Quel est le temps nécessaire à la formation du pétrole? Production très lente, énergie fossile - Avez-vous une idée de l évolution du prix du pétrole lors de ces dernières années? - Pourquoi est-il en augmentation? - Existe-t-il d autres énergies de même type que le pétrole? - Quelle est l évolution de la population sur terre? - Quelle est l évolution de la demande en énergie sur terre? Épuisement des ressources Réponses attendues - Carburant - Chauffage - Produits chimiques de base qui après transformations peuvent donner des plastiques, médicaments, - Différents pays producteurs de pétrole. - Produit dans le passé sous terre par accumulation de végétaux, - Plusieurs millions d'années. - Augmente. - Devient de plus en pus rare. - Charbon et gaz naturel. - En augmentation - En augmentation différentes réponses aux questions Tableau 1, noter les différentes réponses aux questions Graphiques + Tableau 1, noter les différentes réponses aux questions 3

5 Roulez plus intelligent, roulez biocarburants Isaline Goubau, Arnaud Vervoort & Barbara Wagemans 2' Formulation d une hypothèse - Existe-t-il selon vous une ou des alternatives au pétrole (fort médiatisé pour le moment)? Si la réponse ne vient pas, demander ce que l on peut ajouter à l essence ou au diesel ou encore ce qui brûle bien (bois). - D après vous, est-ce une bonne alternative au pétrole? Synthétiser les informations reprises au tableau : Nos ressources viennent essentiellement d énergies fossiles qui s épuisent progressivement. Les biocarburants pourraient-ils constituer une alternative valable? - Quels sont les différents carburants qui permettent de faire rouler une voiture aujourd'hui? - Les expériences que nous allons réaliser vont tenter de mettre en évidence une alternative pour chacun des carburants traditionnels. Diesel biodiesel, essence bioéthanol, GPL biogaz. - Biocarburants, énergie solaire, nucléaire, énergie hydroélectrique, pile à hydrogène, Oui, non, peut être. - Diesel - Essence - GPL Tableau 1, noter les différentes réponses aux questions Tableau 1, noter l'hypothèse 8. Description du déroulement des expériences 8.1 Titre : Est-ce facile de produire un biocarburant efficace? Nous avons choisi d adopter un même titre pour les trois expériences puisque notre hypothèse de départ est identique pour les trois types de biocarburants. L objectif est de démontrer qu'il est relativement facile de produire ces biocarburants et que ceux-ci sont efficaces. Nous terminerons chaque expérience par une discussion et une explication de l industrialisation du biocarburant considéré, de ses avantages et de ses inconvénients (au moyen d un poster). Dans le but de faciliter l'apprentissage, nous distribuerons à chaque élève un petit fascicule qu'ils complèteront au cours de la séance. Afin de parer à tout accident, il nous semble nécessaire de disposer d'un extincteur et d'une couverture ignifuge. 4

6 Roulez plus intelligent, roulez biocarburants Isaline Goubau, Arnaud Vervoort & Barbara Wagemans 8.2 Fabrication du biodiesel, de la plante au carburant. Par cette expérience nous mettrons en évidence le changement du degré de viscosité de l'huile de colza lors de l'estérification. Cette viscosité sera dès lors semblable à celle du diesel. Pour l'illustrer, nous comparerons la vitesse de chute d'une bille dans des éprouvettes graduées contenant de l'huile, du diesel et du biodiesel. Par ailleurs, nous montrerons le pouvoir de combustion du biodiesel formé en l'enflammant. Nous envisageons de lancer l expérience et d y revenir tout à la fin de la séance si l'estérification dure trop longtemps. Liste de matériel nécessaire (par groupe de deux élèves) ml d huile de colza - 40 ml de méthanol - 1,6 g d hydroxyde de sodium - 3 tubes à essai de 25 ml contenant soit du diesel, soit de l huile de colza, soit du biodiesel fabriqué - 3 billes - 1 porte-tubes - 1 thermomètre - 1 chronomètre - 2 berlins (200 et 500 ml) - 1 agitateur magnétique chauffant + 1 barre magnétique - 1 boule à décanter (avec bouchon) - attaches pour fixer la boule à décanter - 1 boule à décanter contenant du biodiesel et de la glycérine 5

7 Roulez plus intelligent, roulez biocarburants Isaline Goubau, Arnaud Vervoort & Barbara Wagemans Tps Étapes Notre tâche Tâche des élèves Support 2' Intro - Présentation d'une expérience en vue de remplacer le diesel. - Expliquer brièvement l'origine du moteur diesel : développé pour fonctionner avec de l'huile de lin en tant que carburant. Le biocarburant de substitution le mieux adapté serait d'utiliser à nouveau de l'huile. L'utilisation d'huile non traitée n'est à ce jour plus possible sur une motorisation standard en raison d'une viscosité trop / / importante. - L'objectif est d'illustrer la fabrication du biodiesel et de montrer le changement de degré de viscosité de l huile de colza lors de l estérification, ainsi que la réactivité du produit. - Présentation du matériel utilisé. - Faire des groupes de deux élèves. 1' - Port de gants OBLIGATOIRE lorsque vous combinez le méthanol avec l hydroxyde de sodium. Ce mélange produit Consignes du méthoxyde de sodium, base extrêmement forte qui peut de sécurité dissoudre la peau! - Ne pas dépasser 60 C lors du chauffage des mélanges. / / 6

8 Roulez plus intelligent, roulez biocarburants Isaline Goubau, Arnaud Vervoort & Barbara Wagemans Tps Étapes Notre tâche Tâche des élèves Support 15' - Expliquer les différentes étapes de la manipulation - Les élèves notent dans leur fascicule leurs observations Consignes méthodologiques -A partir d une boule à décanter contenant la même solution que vous venez de réaliser, mais qui a reposée pendant environ 24h, qu observez-vous? - Laisser tomber une bille dans un tube à essai contenant de l'huile de colza et chronométrer le temps nécessaire pour qu'elle atteigne le fond. Réitérer l'expérience avec un tube à essai contenant cette fois-ci du diesel. - Réaliser un mélange de 40 ml de méthanol et de 1,6 g d hydroxyde de sodium, et y placer la barre magnétique. - Placer le mélange sur l agitateur magnétique, puis mélangez jusqu à ce que tout l hydroxyde de sodium se soit dissout dans le méthanol. Une fois terminé, retirer le mélange de l agitateur. - Placer un berlin de 500 ml contenant 200 ml d huile de colza, ainsi que la barre magnétique, sur l agitateur magnétique chauffant. Mélanger et chauffer jusqu à obtenir entre 50 C et 60 C. - Une fois la bonne température atteinte, ajouter le mélange de méthanol et d hydroxyde de sodium. - Verser le mélange final dans la boule à décanter et fermer avec le bouchon. Laisser reposer. - Décanter le mélange : récupérer la solution plus foncée dans un berlin, et la solution plus claire dans le troisième tube à essai. - Retourner à l expérience concernant le viscosité : laisser tomber une bille dans le tube à essai contenant le biodiesel récupéré et chronométrer le temps nécessaire pour qu elle atteigne le fond. Fascicule distribué aux élèves 7

9 Roulez plus intelligent, roulez biocarburants Isaline Goubau, Arnaud Vervoort & Barbara Wagemans Tps Étapes Notre tâche Tâche des élèves Support - Nous prélevons à l'aide d'une pipette quelques gouttes de biodiesel que nous versons dans un berlin et nous y jetons une allumette. Qu'observez-vous? - Ca brûle. - L'expérience est recommencée avec du diesel et l'huile brute en guise de comparaison. - Le diesel brûle mais pas l'huile. 6' Conclusion S'adresser à tous les élèves pour la conclusion Qu avez vous observé pour l'expérience de chute des billes? Le biodiesel est donc suffisamment liquide pour pouvoir facilement circuler dans les conduits de la voiture. Qu'avez-vous observé lors de l'essai de mise à feu de l'huile, du diesel et du biodiesel. Qu en concluez-vous? Ce que vous avez produit pourrait donc servir de carburant? - Présentation de la réaction chimique de formation du biocarburant - Explication de l'industrialisation de la production de biodiesel - Présentation des avantages et des inconvénients - La bille tombe plus vite dans les éprouvettes contenant le diesel et le biodiesel. - Seuls le diesel et le biodiesel s'enflamme - Il y a eu libération d'énergie, combustion - Oui Tableau 2 Poster 8.3 Fabrication du bioéthanol, de la plante au carburant. Le but de cette expérience est de mettre en évidence que l alcool peut être produit par des levures à partir de sucre de betterave (source de sucre la plus courante en Belgique). Les solutions utilisées pour cette expérience sont préparées une semaine à l avance à 60 C (température optimale de développement des levures) de manière à obtenir une quantité significative d alcool. Un test alcool sera ensuite réalisé sur les solutions pour mettre en évidence ou non la présence d alcool. Un montage permettra de montrer aux élèves comment distiller la solution pour purifier l alcool lors de l explication sur la production industrielle du bioéthanol. Cette distillation sera lancée une demi heure avant l arrivée des élèves du fait de la longueur de celle-ci. 8

10 Roulez plus intelligent, roulez biocarburants Isaline Goubau, Arnaud Vervoort & Barbara Wagemans Liste de matériel nécessaire (par groupe de deux élèves) Alcotest - Solution n 1 : eau et levure - Solution n 2 : eau et sucre - Solution n 3 : eau, sucre et levure - 3 pipettes - 3 erlens de 50 ml contenant un mélange de dichromate de potassium et d acide sulfurique Distillation - Ballon - Tête de distillation - Bec bunsen - Grille métallique (pour diffuser la chaleur) - Colonne à fractionner - Réfrigérant - Berlin pour la récupération - Thermomètre Les trois solutions ainsi que le révélateur d alcool (mélange de dichromate de potassium et d'acide sulfurique) seront préparés à l avance. Tps Étapes Notre tâche Tâche des élèves Support 3' Intro - Présentation d'une expérience en vue de remplacer l'essence. - Expliquer ce que contiennent les trois berlins préparés par nos soins. - Expliquer ce que contiennent les trois erlens qu'ils emploieront. Tableau - Réaliser des groupes de 2 étudiants. 1' Consignes de sécurité Lors de l'agitation des erlens, comme ils contiennent de l'acide, faire attention à ne pas s'éclabousser. 9

11 Roulez plus intelligent, roulez biocarburants Isaline Goubau, Arnaud Vervoort & Barbara Wagemans Tps Étapes Notre tâche Tâche des élèves Support 8' - Explication de la marche à suivre pour la manipulation. - Les élèves notent dans leur fascicule leurs observations 6' Consignes méthodologiques, production du bioéthanol Conclusion Interroger l ensemble des élèves pour la conclusion : - Qu observez-vous? - Qu en concluez-vous sachant qu il s agit d un alcotest et connaissant la composition des trois solutions. - D où pourrait provenir ce sucre en Belgique? - Présentation de la réaction chimique de formation du biocarburant - Explication de l'industrialisation de la production de bioéthanol. - Présentation des avantages et des inconvénients - Chaque groupe reçoit trois erlens contenant une solution de dichromate de potassium dissout dans de l acide sulfurique (alcotest) ainsi que 3 pipettes pasteurs. - Chaque groupe prélève avec une pipette un échantillon de la solution 1 et le verse dans un des erlens alcotest. - Chaque groupe recommence cette dernière étape avec les deux autres solutions. - Un changement de couleur dans la solution contenant le sucre et la levure - Les levures peuvent produire de l'alcool quand elles disposent aussi de sucre. - Les betteraves Fascicule distribué aux élèves Tableau 2 Poster 8.4 Fabrication du biogaz ou la revalorisation de nos déchets Nous fabriquerons préalablement du compost («mini-décharge»), placé dans une bouteille en plastique avec un gant en guise de bouchon. Le gaz (méthane) dégagé par décomposition de la matière organique en anaérobie stricte gonflera le gant, qu on pourra ensuite récupérer. Pour mettre en évidence la présence de gaz (déjà mise en évidence par le gant gonflé) et son utilisation possible, nous placerons l ouverture du gant sur le goulot d une bouteille contenant une flamme. 10

12 Roulez plus intelligent, roulez biocarburants Isaline Goubau, Arnaud Vervoort & Barbara Wagemans Liste de matériel nécessaire à la réalisation de l expérience - bouteilles en plastique (une par groupe de deux élèves) - un gant par bouteille - Parafilm pour fixer le gant au goulot de la bouteille - bouteilles en plastique d 1,5 litres (une par groupe de deux élèves) - débris végétaux - statifs pour porter les bouteilles contenant la flamme - substance pour alimenter la flamme (zip ou autre) - allumettes Tps Étapes Notre tâche Tâche des élèves Support 4' - Montrer les bouteilles préparées par nos soins - Demander à l'ensemble du groupe de décrire ce qu'ils - Une bouteille en plastique. Noter les voient. - Des débris végétaux, des déchets. idées au - Un gant gonflé qui ferme la bouteille. tableau Intro - Les bouteilles que vous observez ont été entreposées comme ça pendant une semaine à température ambiante. - Production de gaz Pourquoi le gant s'est-il gonflé? - Si la bonne réponse ne vient pas, soulever un des gants et faire sentir la bouteille. - Mauvaise odeur, comme les décharges. Production de méthane (gaz). 5' Consignes de sécurité - Se tenir éloigné de l ouverture de la bouteille contenant la flamme. Ne pas mettre son visage au dessus de la bouteille. - Placer le gant sur le goulot en gardant les bras tendus de manière à rester éloigné de la flamme. - Lorsque l expérience est terminée, appeler un des intervenants qui éteindra la flamme. - Si les élèves ne sont pas à l aise, qu ils n hésitent pas à nous appeler. Fascicule distribué aux élèves 11

13 Roulez plus intelligent, roulez biocarburants Isaline Goubau, Arnaud Vervoort & Barbara Wagemans Tps Étapes Notre tâche Tâche des élèves Support 8' - Une démonstration de la manipulation sera faite avec un Fascicule gant non rempli de gaz, en expliquant et en montrant les distribué aux différents points de sécurité détaillés ci dessus. élèves - Formation de groupes de deux étudiants - Les élèves notent dans leur fascicule leurs observations 6' Consignes méthodologiques Conclusion Interroger l ensemble des élèves pour la conclusion : - Qu'avez-vous observé? - Comment l'expliquer? Rappelez-vous de ce que le gant contenait. - Comment ce gaz a-t-il été produit? Si la réponse ne vient pas, présentation de l'action des bactéries sur le poster. - Présentation de la réaction chimique de formation du biocarburant - Explication de l'industrialisation de la production de biogaz - Présentation des avantages et des inconvénients - Le premier élève prend le gant d une main en serrant bien pour éviter toute fuite de gaz. - Le deuxième élève défait le gant du goulot de la bouteille. - Le premier élève approche le gant de la bouteille contenant la flamme. - Le deuxième élève accroche le gant au goulot. - Le premier élève lâche le gant et tous deux observent ce qui se passe. - La flamme a été activée lorsque l'on à mis le gant en dessous. - Le gant contenait un gaz inflammable. - Par l'action de bactéries. Tableau 2 Poster 12

14 Roulez plus intelligent, roulez biocarburants Isaline Goubau, Arnaud Vervoort & Barbara Wagemans 9. Méthodologie pour la confrontation des résultats et des hypothèses, conclusion Tps Étapes Notre tâche Tâche des élèves Support Résumer avec les élèves les résultats des différentes expériences. - On peut produire du gaz à partir de déchets organiques Noter idées les au Synthèse des résultats - On peut produire de l'alcool à partir de betteraves et de levures - On peut produire du biodiesel à partir d'huile de colza. Un des sous produite est la glycérine qui est tableau 7' Confrontat ion par rapport à l'hypothèse de départ Conclusion - Quelle était l'hypothèse de départ? - Est-ce que vos découvertes répondent à cette hypothèse? - Les biocarburants constituent donc une bonne alternative sur le court terme pour remplacer en partie les énergies fossiles et ainsi préserver plus longtemps le pétrole restant. - Quel est l'avantage des biocarburants par rapport aux carburants traditionnels? Comment pourrait-on nommer cette énergie? également riche en énergie. Les biocarburants sont une alternative valable, c'est à dire efficaces et faciles à produire rapidement. - Oui mais à nuancer si on tient compte des surfaces cultivées pour la production et des processus de transformation. - Énergie renouvelable Noter idées tableau Noter idées tableau les au les au 13

15 Printemps des Sciences mars 2007 Isaline Goubau Arnaud Vervoort Barbara Wagemans

16 10. Bibliographie Tickell Joshua. De la friteuse au réservoir à fuel, comment fabriquer du fuel propre et bon marché à partir d'huile végétale. Ed Greenteach, Saratosa, Floride. FESeC : Fédération de l Enseignement Secondaire Catholique, Programme de Sciences, troisième degré de l Enseignement de Transition. McQuarrie & Rock, Chimie générale. Traduction de General Chemistry, 3 e édition. DeBoeck Université. Ministère de la Communauté française, Compétences terminales et savoirs requis en sciences, Humanités générales et technologiques. Préparons-nous assez l'après-pétrole? Le Soir, édition du 03/08/2006, p.17 Le pétrole "vert" ne remplacera pas l'or noir. Sciences et Vie, n 1059, décembre 2005, p Printemps des Sciences mars 2007 Isaline Goubau Arnaud Vervoort Barbara Wagemans

17 Roulez plus intelligents Roulez Biocarburants! Printemps des Sciences mars 2007 Isaline Goubau Arnaud Vervoort Barbara Wagemans

18 Table des matières Introduction...1 Fabrication du biodiesel de la plante au carburant... 2 Matériel mis à votre disposition...2 Consignes de sécurité...3 Protocole expérimental...3 Test de viscosité...3 Fabrication de biodiesel...3 Réaction de production du biodiesel...6 Fabrication de bioéthanol... 7 Matériel mis à votre disposition...7 Consignes de sécurité...7 Protocole expérimental...7 Réaction de la fabrication de bioéthanol...9 Fabrication de biogaz Matériel mis à votre disposition...10 Consignes de sécurité...10 Protocole expérimental...10 Réaction de la formation de biogaz...12 Conclusion i

19 Introduction As-tu remarqué que le pétrole occupe une place prépondérante dans ta vie de tous les jours? Il est utilisé non seulement en tant que carburant, mais il est aussi utilisé pour fabriquer du plastique, des médicaments, des cosmétiques, On observe une augmentation continue de la population sur terre et donc aussi d une demande en énergie de plus en plus importante. Or le pétrole est une énergie fossile qui est en train de s épuiser progressivement. Ceci est d ailleurs visible par l augmentation du prix du baril de pétrole depuis une dizaine d années. A l heure actuelle, les conditions de formation du pétrole ne sont plus rencontrées et l échelle de temps pour sa formation (millions d années) ne permet pas de reconstituer le stock. Une des solutions proposées pour remplacer progressivement le pétrole sont les énergies renouvelables, c'est-à-dire des énergies qui sont produites naturellement, à court terme et inépuisables. A court terme, les biocarburants pourraient être une solution. Nos ressources viennent essentiellement d énergies fossiles qui s épuisent progressivement. Les biocarburants constituent-ils une alternative valable, c'està-dire efficace et facile à produire? 1

20 25 min Fabrication du biodiesel 1. Matériel mis à votre disposition ml d huile de colza - 1,6 g d hydroxyde de sodium - 40 ml de méthanol - 1 thermomètre - 1 berlin de 500 ml - 1 berlin de 200 ml - 3 tubes à essais (avec bouchon) de 25 ml: contenant soit du diesel, soit de l huile de colza, soit du biodiesel - 1 porte-tubes - 3 billes - 1 boule à décanter (avec bouchon) - Attaches pour fixer la boule à décanter - 1 agitateur magnétique chauffant + 1 barre magnétique - 1 chronomètre - 1 boule à décanter contenant un mélange du biodiesel et de la glycérine, fermé par un bouchon 2

21 2. Consignes de sécurité Port de gants OBLIGATOIRE lorsque vous combinez le méthanol avec l hydroxyde de sodium. Ce mélange produit du méthoxyde de sodium, base extrêmement forte qui peut dissoudre la peau! Ne pas dépasser 60 C lors du chauffage des mélanges. 3. Protocole expérimental 3.1 Test de viscosité - Laissez tomber une bille dans le tube à essai contenant de l huile de colza et chronométrez le temps nécessaire pour qu elle atteigne le fond. Temps mesuré :.secondes - Réitérez l expérience avec le tube à essai contenant du diesel. Temps mesuré : secondes Quelle différence observez-vous entre la vitesse de chute d une bille dans de l huile et dans du diesel? 3.2 Fabrication de biodiesel - Mettez 40 ml de méthanol et 1,6 g d hydroxyde de sodium dans un berlin et placez-y la barre magnétique. 3

22 L hydroxyde de sodium jouera le rôle de catalyseur de la réaction. - Mélangez à la plus petite vitesse pendant 30 secondes jusqu à ce que tout l hydroxyde de sodium se soit dissout. Une fois terminé, retirez le mélange de l agitateur. - Placez un berlin de 500 ml contenant 200 ml d huile de colza sur l agitateur magnétique et chauffez jusqu à obtenir entre 50 C et 60 C pour faciliter le mélange huile méthoxyde de sodium. ATTENTION : ne pas dépasser 60 C! - Lorsque la bonne température est atteinte, versez le mélange de méthanol et d hydroxyde de sodium dans l huile. - Agitez à grande vitesse pendant 15 minutes. - Versez le mélange final dans la boule à décanter (veillez à ce que le robinet de la boule à décanter soit fermé!) et fermez avec le bouchon. Laissez reposer de manière à séparer les produits formés. 4

23 - A partir d une boule à décanter contenant la même solution que vous venez de réaliser, mais qui a reposé pendant environ 24h, qu observez-vous? - Décantez le mélange : récupérez la solution plus foncée dans un berlin, et la solution plus claire dans le troisième tube à essai. - Laissez tomber une bille dans le tube à essai contenant le biodiesel fabriqué et chronométrez. Temps mesuré :.secondes Quelle différence observez-vous entre la vitesse de chute d une bille dans de l huile, dans du diesel et dans du biodiesel? Quel est donc un des effets de la réaction que vous venez de réaliser et qui permettrait l utilisation du biodiesel dans les moteurs actuels? 5

24 Réalisation d une expérience par les animateurs : inflammabilité des produits. Qu observez-vous? Qu en concluez-vous? Ce que vous avez produit pourrait donc servir de carburant? 4. Réaction de production du biodiesel Complète la réaction de transestérification suivante (catalyseur : hydroxyde de sodium) O CH 2 CH CH 2 O O O C O C O C R R R + 3 CH 3 OH triglycéride 6

25 20 min Fabrication de bioéthanol 1. Matériel mis à votre disposition - 3 erlens de 50 ml contenant un mélange de dichromate de potassium et d acide sulfurique - 3 pipettes - solution n 1 : eau et levure - solution n 2 : eau et sucre - solution n 3 : eau, sucre et levure 2. Consignes de sécurité Veillez à ne pas vous éclabousser et à porter des gants lors de l agitation des erlens, car ils contiennent de l acide. 3. Protocole expérimental - Prélevez un échantillon de la solution n 1 (même solution pour tous les groupes) à l aide d une pipette. - Versez le contenu de votre pipette dans un des erlens contenant un mélange de dichromate de potassium et d acide sulfurique (alcotest) afin d identifier s il y a eu production d alcool. - Agitez doucement l erlen. Qu observez-vous? 7

26 - Prélevez un échantillon de la solution n 2 à l aide d une pipette et réitérez l expérience. Qu observez-vous? - Prélevez un échantillon de la solution n 3 à l aide d une pipette et réitérez l expérience. Qu observez-vous? Que pouvez-vous conclure de vos résultats, sachant qu il s agit d un alcootest et connaissant la composition des trois solutions? 8

27 4. Réaction de la fabrication de bioéthanol Complète la réaction suivante Fermentation : C 6 H 12 O 6 Glucose éthanol dioxyde de carb Glucose éthanol dioxyde de carbone Test alcool : CH 3 CH 2 OH + H 2 O CH 3 COOH + 4H + + 4e - X 3 Oxydation Cr 2 O H e - 2 Cr H 2 O X 2 Réduction 3 CH 3 CH 2 OH + 2 Cr 2 O H + 3 CH 3 COOH + 4 Cr H 2 O 9

28 20 min Fabrication de biogaz 1. Matériel mis à votre disposition - une bouteille en plastique, contenant des déchets organiques, surmontée d un gant. 2. Consignes de sécurité Une démonstration de la manipulation sera faite par les animateurs, afin d expliquer et de montrer les différents points de sécurité détaillés ci dessous. Lors de la manipulation avec la bouteille contenant une flamme, placez le gant sur le goulot en gardant les bras tendus de manière à rester éloigné de la flamme. Gardez le visage éloigné de l ouverture de la bouteille contenant une flamme. Lorsque l expérience est terminée, appelez un des animateurs qui éteindra la flamme. 3. Protocole expérimental Sur la bouteille qui vous a été distribuée, qu observezvous? Comment peut-on l expliquer? Comment ce gaz a-t-il été produit? 10

29 - Un élève prend le gant d une main en serrant bien pour éviter toute fuite de gaz. - Le deuxième élève défait le gant de la bouteille. - Le premier élève approche le gant de la bouteille contenant la flamme. - Le deuxième élève accroche le gant au goulot. - Lâchez le gant et observez ce qui se passe. Qu observez-vous? Comment peut-on l expliquer? 11

30 4. Réaction de la formation de biogaz Complète la réaction de méthanisation suivante Matière organique Bactéries méthanogènes anaérobiose méthane 12

31 Conclusion Nous avons vu qu il est facile de produire un biocarburant. Tous les trois présentent un pouvoir calorifique et sont dès lors efficaces. A ton avis, pourquoi les biocarburants sont-ils si peu utilisés? Les biocarburants constituent donc une alternative sur le très court terme pour remplacer en partie les énergies fossiles et ainsi préserver plus longtemps le pétrole restant. Toutefois ils ne suffisent pas à eux seuls et les recherches du ou des successeur(s) au pétrole sont en cours. 13

32 14

33 Tableau 1 Pétrole Applications - Carburant - Pétrochimie Energie fossile + -> Epuisement des ressources Sur terre : Population Demande Prix du pétrole -> Utilisation de biocarburants, énergie valable? Annexe 1

34 Tableau 2 Biodiesel (transestérification) O CH 2 O C O R CH O C O R CH 2 O C R triglycéride Catalyseur : hydroxyde de sodium) O + 3 CH 3 OH 3 CH 3 O C O C R R + méthanol ester méthylique CH 2 OH CH OH CH 2 OH glycérine Bioéthanol Fermentation : C 6 H 12 O 6 2 CH 3 CH 2 OH + 2 CO 2 Glucose éthanol dioxyde de carbone Test alcool : CH 3 CH 2 OH + H 2 O CH 3 COOH + 4H + + 4e - X 3 Oxydation Cr 2 O H e - 2 Cr H 2 O X 2 Réduction 3 CH 3 CH 2 OH + 2 Cr 2 O H + 3 CH 3 COOH + 4 Cr H 2 O Biogaz (méthanisation) Matière organique Bactéries méthanogènes anaérobiose CH 4 + H 2 O + CO 2 + H 2 S + ss produits méthane Annexe 2

35 Liste complète du matériel par expérience pour l ensemble du festival Biodiesel Bioéthanol Biogaz 10 litres d huile de colza 2 litres de méthanol 100gr d hydroxyde de sodium 200ml de diesel 39 berlins de 200 ml 24 berlins de 500 ml 2 éprouvettes graduées (250ml) 12 boules à décanter (250ml) 12 boules à décanter (contenant du biodiesel et de la glycérine préparé à l avance) Attaches pour fixer les 24 boules à décanter 1 balance Allumettes 6 agitateurs magnétiques chauffants! + 6 barres magnétiques 6 thermomètres 6 chronomètres Longue pince capable de rentrer dans un tube à essais de 25ml pour aller rechercher la bille Gants (12 paires par séance) 18 tubes à essai de 25ml + 6 portes-tubes + 18 bouchons! 18 billes (qui rentrent dans un tube à essai de 25ml) Réactifs Eau courante 600 ml d'eau distillée dichromate de potassium acide sulfurique 1M Verrerie 36 erlens (50ml) 1 berlin de 500 ml 1 ballon à distiller Tête de distillation Colonne à fractionner 1 réfrigérant à eau 1 berlin de 500 ml Divers 36 pipettes 1 bec bunsen Grille métallique (pour diffuser la chaleur) 1 thermomètre Statif 2 tuyaux 15 paires (par séance!) de gants Matériel apporté par nos soins Levures Sucre Allumettes Statif Débris végétaux Substance pour alimenter la flamme (zip) Bouteilles en plastique Gants Annexe 3

36 Ebauche du poster Isaline Goubau, Arnaud Vervoort & Barbara Wagemans Roulez plus intelligents, Roulez biocarburants! Graphique : évolution de la population mondiale au cours du temps Lien avec la vie courante : article du Soir. Préparons-nous assez l'aprèspétrole? Graphique : évolution du prix du pétrole au cours du temps Biodiesel Schéma : des champs à la pompe ou l'industrialisation du biodiesel. Sciences et vie Avantages Inconvénients Biogaz Schéma : de nos déchets à la pompe ou l'industrialisation du biogaz. Sciences et vie Avantages Inconvénients Bioéthanol Schéma : des champs à la pompe ou l'industrialisation du bioéthanol. Sciences et vie Avantages Inconvénients Conclusion Biocarburants = énergie transitoire! Article de Sciences et Vie Le pétrole "vert" ne remplacera pas l'or noir. Annexe 4