ARTICLE
Auteur(s) : Gilles Vaitilingom
Centre de coopération internationale en recherche agronomique
pour le développement (Cirad), TA 10/16, 73, rue Jean-François
Breton, 34398 Montpellier cedex 5
Les huiles végétales font l’objet d’une considération croissante en
tant que carburants1 qu’ils soient
destinés à l’agriculture, la production d’électricité ou les
transports, que ce soit dans les pays du Sud comme dans ceux du
Nord.Les raisons de ce regain d’intérêt sont multiples mais parmi
les principales on peut retenir :
- – la hausse significative des prix du pétrole
accompagnée de messages, cette fois explicites, de non-retour vers
du pétrole facile et bon marché ;
- – la recherche de solutions énergétiques pour un « après
pétrole » ;
- – l’engagement quasi planétaire sur la réduction des gaz
à effet de serre (GES)2 ;
- – et, par voie de conséquence, une reconsidération pour
des schémas d’autonomie énergétique totale ou, plus
raisonnablement, en complément des gros systèmes de distribution
d’énergie.
L’huile végétale carburant dans le monde
Parmi les biocarburants utilisables dès aujourd’hui ou à très court
terme, les huiles végétales ont l’avantage d’avoir fait récemment
l’objet de nombreux travaux.
Les premières expériences d’huile végétale carburant sont
attribuées à Rudolf Diesel lui-même lors de l’exposition coloniale
de Paris en 1900. Depuis, les huiles végétales tropicales ont fait
l’objet d’études, de tests et même d’utilisations massives (seconde
guerre mondiale) en fonction des aléas liés aux coûts ou à la
disponibilité du pétrole. Mais les grands travaux de recherche
menés dans les années 1950 partout dans le monde sur les moteurs
polycarburants n’incluaient pas les huiles végétales qui, donc,
n’ont jamais eu le statut de carburant potentiel.
Plus récemment, les grands congrès internationaux permettaient
de recenser près de 150 tests menés à travers le monde entre 1977
et 1982 [1]. La chute des cours du pétrole en 1985-1986 avait mis
un frein au développement des énergies renouvelables et a fortiori
des huiles végétales, y compris pour un usage en agriculture
(circuit court d’autoconsommation).
Aujourd’hui, l’Europe utilise à des fins carburant 1,4 million
de tonnes/an d’huiles de colza et de tournesol, essentiellement
sous forme d’esters méthyliques. La filière d’utilisation directe
d’huile végétale3 est bien plus
réduite : en Europe, par exemple, seuls une centaine d’engins
agricoles et véhicules légers utilisent quotidiennement des huiles
de colza et de tournesol.
Mais les choses risquent de changer à très court terme. La
récente directive du Parlement européen et du Conseil de l’Union
européenne exprime clairement la volonté européenne de promouvoir
l’utilisation de biocarburants dans les transports [2]. Cela avec
un calendrier explicite : dès 2005, 2 % de biocarburants en
substitution, calculés sur la base de la teneur énergétique des
produits pétroliers destinés aux transports, et 5,75 % en
2010. Planificateurs, gestionnaires de projets, constructeurs de
moteurs et d’équipements vont prendre en compte les spécificités
des biocarburants actuels, dont les huiles végétales brutes
naturelles (encadré 1).
Dans le monde tropical, on aurait pu penser à l’existence de
nombreux exemples d’utilisation faisant références. Il n’en est
rien, seules quelques expériences isolées sans réelle
dissémination, et parfois en toute confidentialité, peuvent être
recensées. Pourtant le potentiel ainsi que le contexte y sont
souvent réunis. Le développement des huiles biocarburants, s’il est
fortement lié aux coûts locaux des produits pétroliers, dépend
beaucoup de l’information diffusée. L’offre technologique actuelle
étant quasi inexistante, autant que la demande, l’émergence de
projets biocarburants sera la conséquence de la « banalisation » de
leur usage en Europe.
Les exceptions sont l’huile de coprah et l’huile de pourghère
(Jatropha curcas). C’est le Pacifique qui développe aujourd’hui la
plus grande dynamique d’usage énergétique de l’huile de coprah,
issue de l’amande séchée de la noix de coco (2 000 litres d’huile
par hectare est un chiffre moyen). Sous l’impulsion du Centre de
coopération internationale en recherche agronomique pour le
développement-Systèmes agroalimentaires et ruraux (Cirad-Sar), les
essais isolés du début des années 1980 ont évolué vers des
démonstrations réelles suivies d’une dissémination active depuis
2004. L’usage pour véhicules est significatif, mais c’est avant
tout la génération d’électricité qui motive le plus d’intérêt dans
le Pacifique sud. Les sociétés de production d’électricité testent
ce biocarburant dans leurs centrales, certaines depuis 1998 [4]. On
peut citer : la Nouvelle-Calédonie, Fidji, Vanuatu, Samoa,
Marshall… et des projets en Micronésie, Papouasie-Nouvelle-Guinée
et Tonga.
Le pourghère est une plante vivace, adaptée aux climats humides
aussi bien que secs, qui produit des graines donnant une huile non
comestible. Ce n’est pas sa première vertu mais elle échappe ainsi
au conflit « alimentaire/énergétique ». Selon les conditions
agronomiques et climatiques on peut obtenir en culture de plein
champ, de 300 à 1 200 litres d’huile par hectare [5]. Elle est très
répandue dans le monde tropical car elle produit des haies
naturelles en deux ans. Objet d’intérêt depuis les années 1980, son
usage énergétique s’est développé en Afrique de l’Ouest et en
Inde.
L’huile de coton carburant
L’huile de coton est peu connue des consommateurs occidentaux ;
elle occupe pourtant le cinquième rang mondial de la consommation
d’huile alimentaire. En Afrique de l’Ouest, l’huile de coton
représente l’essentiel de la consommation d’huile alimentaire au
Mali, au Tchad, au Burkina, au Togo et une proportion importante en
Côte d’Ivoire et au Cameroun.
En moyenne, 100 kg de coton-graine produisent 10 litres d’huile.
Ainsi en Afrique de l’Ouest, on obtient couramment 100 litres
d’huile par hectare. Compte tenu de ses rendements en coton-graine,
la Chine peut produire 300 litres d’huile par hectare. Par
comparaison au colza ou au tournesol, uniquement cultivés pour leur
huile, en produisant 1 000 à 1 200 litres par hectare, on réalise
l’intérêt de triturer les graines de coton qui ne sont qu’un
coproduit de la fibre, cette dernière représentant 85 % de la
valeur marchande du coton-graine. Environ deux tiers des graines
sont utilisés à cet usage à travers le monde.
Dans un contexte de prix du pétrole élevé et en augmentation, on
peut s’interroger sur les opportunités énergétiques de cette
huile.
Utilisation de l’huile de coton carburant : deux voies
majeures
À côté de son usage alimentaire, deux voies majeures peuvent être
considérées par les pays producteurs :
- – l’utilisation en circuit court d’autoconsommation
;
- – l’utilisation en tant que carburant national,
notamment pour les transports.
- • Le circuit court d’autoconsommation concerne les
petits producteurs et les sociétés cotonnières : les premiers pour
avoir accès à un substitut du fioul, les seconds pour alléger une
facture pétrolière croissante (encadré 2).L’huile de coton
naturelle issue de procédés d’extraction artisanaux est directement
utilisable pure ou en mélange avec du fioul dans certains moteurs
diesels couvrant la gamme de puissance de 5 à 100 kW. Les autres
moteurs diesels doivent subir quelques modifications mécaniques ou
être utilisés sous certaines conditions de charge. L’huile de coton
artisanale est produite soit manuellement soit à l’aide de petites
presses en suivant un processus respectueux de l’environnement. Il
produit de l’huile et des tourteaux utilisables en alimentation
animale, il ne nécessite pas de produits chimiques et ne génère pas
d’eaux usées en grande quantité.
- • En tant que carburant « national », c’est-à-dire, un
biocarburant utilisé, pur ou en mélange, de façon banalisée par des
utilisateurs « non captifs », l’huile de coton doit être adaptée
aux contraintes techniques des moteurs diesels du marché. Les
moteurs à injection directe (encadré 3) n’acceptent pas les huiles
végétales naturelles. C’est généralement par estérification que les
huiles végétales sont transformées en carburants, communément
appelés Biodiesel, respectant les spécifications des fiouls et
gazoles.
L’huile de coton peut être estérifiée grâce à du méthanol
importé ou grâce à de l’éthanol de canne à sucre. Les zones de
canne à sucre étant souvent peu éloignées des zones cotonnières, il
est alors possible de produire un biocarburant « national »
utilisable en mélange ou pur en substitution des produits
pétroliers pour diesels.
L’huile de coton utilisée ici est d’origine industrielle, elle
nécessite un raffinage quasi complet car elle est semi-siccative4, ce qui peut poser des problèmes lors
de l’opération d’estérification et dans certains organes mécaniques
des moteurs.
À côté de son utilisation en moteurs, il faut également citer la
possibilité d’usage comme combustible pour brûleurs. Moins
contraignant en termes d’adaptation des équipements, cet usage est
en train de se développer en Europe pour le séchage de produits
agricoles ou pour le chauffage collectif et domestique grâce à
l’apparition de brûleurs adaptés.
Utilisation de l’huile de coton carburant :
caractéristiques
Les huiles végétales naturelles sont des substituts des fiouls et
gazoles à condition que les moteurs ou les brûleurs soient
spécialement adaptés [8] (encadré 4). Cependant, il est important
de souligner que cela peut se faire en toute réversibilité. Les
modifications permettent toujours l’usage des produits pétroliers
purs ainsi que, comme on l’a vu, en mélange avec les huiles
végétales.
Avec les huiles végétales, on retrouve aisément la puissance
obtenue avec le gazole ou le fioul ; dans ce cas, on enregistre une
surconsommation volumique de 8 % due au plus faible contenu
énergétique des huiles vis-à-vis du gazole [9].
Le tableau 1( Tableau 1 ) compare les
caractéristiques « carburant » du gazole (Europe) avec celles de
l’huile de coton et de sept autres huiles végétales [10]. On
remarque des viscosités plus élevées pour les huiles tandis que
leurs pouvoirs calorifiques sont légèrement plus faibles.
Cependant, des densités plus fortes corrigent le déficit
énergétique du volume de carburant injecté et permettent aux huiles
végétales d’atteindre des performances équivalentes à celle du
gazole (tableau 2( Tableau 2 )).
Ces tableaux permettent également de voir que l’huile de coton
est très similaire aux autres huiles telles arachide, pourghère,
soja…
Un ester éthylique de coton est comparé à l’ester méthylique de
colza très utilisé en Europe [11]. Leurs caractéristiques sont très
proches, l’ester de coton conservant une plus grande sensibilité au
froid ce qui n’est pas un obstacle en contexte tropical.
Tableau 1 Caractéristiques carburant de l’huile de
coton naturelle et d’un ester éthylique comparées avec 7 autres
huiles végétales et le gazole.Table 1. Characteristics as fuel of a
raw cottonseed oil and of an ethyl ester compared to seven
vegetable oils and Diesel fuel.
|
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 @ 40 °C.
Tableau 2 Performances comparées dans un moteur diesel
à injection indirecte (Renault J8S).Table 2. Compared performances
in an InDirect Injection Diesel engine (Renault J8S).
|
Couple maximum (Nm) à 2 500 tr/mn
|
Consommation spécifique CS (g/kWh)
|
Rendement (%)
|
|
Gazole
|
150
|
232
|
35
|
|
Ester de colza
|
149
|
258
|
37
|
|
Coprah
|
146,7
|
264
|
36
|
|
Coton
|
147,0
|
279
|
35
|
|
Pourghère
|
148,5
|
265
|
36
|
|
Colza
|
151,5
|
272
|
35
|
|
Tournesol
|
146,3
|
288
|
33
|
Utilisation de l’huile de coton carburant : performances et
polluants
Les tableaux 2, 3 et 4( Tableau 3 )(
Tableau 4 ) indiquent que l’huile de
coton présente des performances, des rendements et des quantités de
polluants très proches de celles du gazole, quel que soit le type
de moteur. Par ailleurs, les taux de particules émises sont
inférieurs de 30 % à ceux du gazole [4]. On retiendra que les
résultats du tableau 4 sont obtenus avec un moteur diesel à
injection directe adapté aux huiles végétales alors que, dans le
tableau 3, le moteur à injection indirecte n’est pas modifié.
Le tableau 5( Tableau 5 ) illustre
l’usage des huiles comme combustibles de brûleurs. Le brûleur a été
adapté aux huiles et on obtient aisément des niveaux d’émissions
identiques à ceux du fioul avec l’avantage que, tout comme dans le
cas des moteurs diesels, les huiles végétales ne rejettent pas de
CO2 fossile dans l’atmosphère terrestre. En effet, le
CO2 émis par la combustion des huiles végétales sera
remobilisé pour assurer la croissance de la plante lors du cycle
cultural suivant. Il ne participe pas à l’augmentation du taux de
CO2 dans l’atmosphère.
En résumé, l’huile de coton en tant que biocarburant présente
les mêmes comportements que les autres huiles végétales comme le
colza ou le tournesol utilisées depuis 15 ans dans les pays
industrialisés. L’ester éthylique de coton est aussi très proche de
l’ester méthylique de colza massivement utilisé dans les pays de
l’Union européenne.
L’huile de coton et ses dérivés, dont les caractéristiques sont
proches de celles du colza ou du tournesol, peuvent bénéficier des
enseignements et des matériels adaptés pour ces dernières.
Tableau 3 Résultats des émissions mesurées selon les 13
modes de la norme R49 (1993). Moteur diesel à injection indirecte
(Renault J8S).Table 3. Pollutants emissions measured according to
R49 « 13 modes » (1993). InDirect Injection Diesel engine (Renault
J8S).
|
g/kWh
|
Diesel
|
Ester de colza
|
Pourghère
|
Coprah
|
Colza
|
Coton
|
|
CO
|
0,966
|
0,873
|
1,712
|
1,128
|
1,875
|
1,936
|
|
HC
|
0,294
|
0,249
|
0,622
|
0,350
|
0,711
|
0,842
|
|
NOx
|
2,827
|
2,863
|
2,911
|
2,832
|
2,750
|
2,565
|
Tableau 4 Résultats des émissions mesurées selon les 13
modes de la norme R49 (1993). Moteur diesel à injection directe
(Hatz 1D80), pleine charge - couple 36 Nm à 1 800 tr/mn.Table 4.
Pollutants emissions measured according to R49 « 13 modes » (1993).
Direct Injection Diesel engine (Hatz 1D80). At full load - torque
36Nm at 1,800 rpm.
|
CO (ppm)
|
HC (ppm)
|
NOx (ppm)
|
|
Diesel
|
655
|
253
|
1 270
|
|
Coton
|
601
|
231
|
1 280
|
|
Colza
|
910
|
235
|
1 135
|
|
Ester de colza
|
555
|
295
|
1 180
|
Tableau 5 Résultats avec du fioul domestique dans un
brûleur standard Cuenod C22.0, comparés avec des huiles naturelles
de colza et de coton dans un brûleur C22.2 spécialement
adapté.Table 5. Results obtained in a standard burner (Cuenod
C22.0) using domestic fuel compared to rapeseed oil and cottonseed
oil in a modified burner (Cuenod C22.2).
|
Conditions
|
Fuel domestique C22.0
|
Colza C22.2
|
Coton C22.2
|
|
Débit de carb. kg/h
|
14,9
|
15,0
|
15,1
|
|
Temp fuel. °C
|
23
|
25
|
28
|
|
O2 %
|
5,9
|
5,8
|
6
|
|
CO2 %
|
11,2
|
11,2
|
11,3
|
|
CO ppmn
|
39
|
52
|
50
|
|
NO ppmn
|
62
|
57
|
59
|
|
NOx ppmn
|
66
|
61
|
63
|
|
SO2 ppmn
|
61
|
0
|
0
|
|
Temp. échappement °C
|
161
|
165
|
167
|
|
Temp. ambiante°C
|
24,8
|
25
|
23,3
|
|
Rendement %
|
93,8
|
93,6
|
93,1
|
|
Excès d’air %
|
38
|
39
|
40
|
Conclusions
Dans un contexte de prix du pétrole élevé et en augmentation, on
peut s’interroger sur les opportunités énergétiques de l’huile de
coton. Les travaux antérieurs et les quelques applications
démarrées depuis la fin des années 1980 montrent que l’huile de
coton présente les mêmes comportements en tant que biocarburant que
les huiles de colza ou de tournesol utilisées de plus en plus
massivement en Europe. Les performances et les rendements sont très
proches, parfois meilleurs, que ceux obtenus avec les produits
pétroliers. Les émissions de polluants sont également identiques
avec l’avantage que les huiles végétales ne rejettent pas de
CO2 fossile dans l’atmosphère terrestre. Par ailleurs
les taux de particules émises sont inférieurs de 30 % à ceux
du gazole.
Utilisée dans des moteurs diesels ou des brûleurs choisis ou
adaptés, l’huile de coton présente de l’intérêt aussi bien en
circuit court d’autoconsommation qu’en tant que carburant «
national », sous forme par exemple d’ester éthylique, utilisable
pur ou en mélange pour les transports.
Références
1 Vaitilingom G. Utilisation des huiles végétales comme
carburant des moteurs diesels. Oléagineux 1983 ; 38 :
8-9.
2 Directive 2003/30/CE du Parlement européen et du Conseil de
l’Union européenne, du 8 mai 2003 visant à promouvoir l’utilisation
de biocarburants ou autres carburants renouvelables dans les
transports. JOCE, 17 mai 2003.
3 Ribier V, Labouisse JP, Rouzière A,
Vaitilingom G. Feasibility study for a coconut oil biofuel
project. Case of the LORY cooperative, North Santo, Vanuatu. Projet
POP2. 2003 ; Ministère de l’Agriculture du Vanuatu ed. Port
Vila : Ministère de l’Agriculture du Vanuatu, 2003.
4 Vaitilingom G, Liennard A, Courty P. Crude
copra oil, a biofuel for diesel generators. More self-reliance and
higher incomes. First World conference on Biomass for energy and
industry, Sevilla. 5-9 June 2000, Vol II.
5 Vaitilingom G, Liennard A. Various vegetable oils as
fuel for Diesel and burners : Jatropha curcas particularities.
In : Curcas J, ed. Biofuels and industrial products. Graz
(Autriche) : Teschnische Universitat Graz, 1997.
6 Vaitilingom G. Étude des transformations des moteurs pour
l’utilisation d’huile de coton à Moundou. Compagnie française pour
le développement des fibres textiles (CFDT) et COTONTCHAD, eds..
Moundou (Tchad) : CFDT ; COTONTCHAD, 1988.
7 Vaitilingom G. Adaptation des groupes électrogènes de la
HUICOMA à l’huile de coton à Koutiala. Compagnie française pour le
développement des fibres textiles (CFDT) et Compagnie malienne pour
le développement des textiles (CMDT), eds.. Koutiala (Mali) :
CFDT ; CMDT, 1988.
8 Jalinier CJ, Andrzejewski JG, Vaitilingom GA,
Sapinski A. Détermination des conditions nécessaires au bon
fonctionnement des moteurs diesels alimentés avec de l’huile de
coton. Entropie 1990(148) : 69-73.
9 Higelin P. Huiles végétales - biocombustible Diesel -
Incidence des aspects thermiques liés au type de moteur sur la
combustion. Thèse de doctorat, université d’Orléans, 1992.
10 Vaitilingom G. Huiles végétales - biocombustible 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, 1992.
11 Chirat N, Lozano P, Pioch D, Graille J, Vaitilingom G.
Quality study of fuels derived from vegetable oils - cottonseed
Ethyl esters (à paraître dans Ind Crops Prod).
12 Vaitilingom G, Perilhon CH, Liennard A,
Gandon M. Development of rape seed oil burners for drying and
heating. Ind Crops Prod 1998 ; 7 : 273-9.
2 En ne considérant que les produits de la
combustion des huiles végétales, le CO2 émis ne
contribue pas à l’accroissement des gaz à effet de serre dans
l’atmosphère.3 Il s’agit d’huiles
semi-raffinées ou de qualité alimentaire.4
Siccativité : incorporation progressive d’oxygène dans une
pâte oléagineuse, provoquant, par polymérisation, sa solidification
sans qu’il y ait évaporation.1 On traitera
ici des usages en tant que combustible liquide pour moteurs et
brûleurs.
|
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