Le bioéthanol et la betterave : expérimentation.

 

Article édité par N. Lévy, responsable éditorial du site CultureSciences-Chimie à partir d'un protocole et d'une mise en oeuvre par les enseignants des Olympiades Nationales de la Chimie (Académie de Paris)

 


1. Présentation

Cet article a pour origine une séance de Travaux Pratiques proposée dans le cadre des Olympiades de Chimie à Paris par Roseline Verpeaux (professeur agrégé de chimie à l'ENCPB) au cours de laquelle, par des expériences originales et tout à fait accessibles au niveau du secondaire, on propose d’extraire le sucre contenu dans la betterave puis de synthétiser du bioéthanol.

 

Le sucre ou saccharose, de formule brute C12H22O11 est extrait directement de la betterave sucrière. La première manipulation va nous permettre d’extraire le sucre de la betterave et de mesurer le pourcentage de saccharose de la betterave (teneur en sucre). La seconde manipulation consiste en la fermentation alcoolique de ce sucre afin d'obtenir le bioéthéanol.

2. L’extraction du sucre

L’extraction du sucre

 

  • Couper 50 g de betterave à sucre en fins morceaux et les placer avec 100 mL d’eau distillée dans un ballon muni d’un réfrigérant à reflux.

 

Figure 1. Les cossettes de betterave

Les cossettes de betterave
 

 

  • Chauffer 30 minutes.

  • Filtrer sur papier pour éliminer les morceaux de betterave.

  • Ajouter lentement au filtrat 10 mL d’une solution de CaCO3 (10 g.L-1),ce qui permet de précipiter une partie des impuretés (chaulage du jus)

  • On filtre ensuite sous vide en utilisant un Büchner et l’on récupère un jus sucré clair.

Figure 2. Solution de saccharose après filtration

Solution de saccharose après filtration
 

 

Mesure de la teneur en sucre

L’indice de réfraction d’une solution sucrée varie en fonction de son titre massique tm (ou w). Cette mesure d’indice permet de mesurer le brix du sucre (taux massique en sucre). Certains réfractomètres sont gradués directement en brix.

On pourra se servir de la courbe d'étalonnage suivante afin d'accéder à cette valeur.

 

Figure 3. Courbe d'étalonnage

Courbe d'étalonnage
 

 

3. La fermentation alcoolique

 

  • Dans un bécher de 250 mL, introduire 100 mL d’eau distillée prélevé à l’éprouvette.

  • Emietter 5 g de levure de boulanger et mélanger soigneusement avec une baguette de verre jusqu'à ce qu'il ne reste plus de grumeaux.

  • Ajouter 5 g de sucre en poudre (saccharose : C12H22O11)

  • Mélanger jusqu'à dissolution.

  • Bien mélanger le tout et verser dans une bouteille de 250 mL

  • Découper l'embout de gonflage d'un ballon de baudruche pour réaliser un adaptateur entre le goulot de la bouteille et la cartouche d'un test d'alcoolémie

 

Figure 4. Mise en place de la manipulation

Mise en place de la manipulation
 

 

  • Avec une épingle à nourrice, percer deux ou trois petits trous à travers le réactif de la cartouche pour faciliter le passage des gaz.

  • Placer le raccord de baudruche d'un côté sur le goulot de la bouteille et de l'autre côté sur la cartouche enfoncée dans le ballon du test selon son mode d'emploi.

  • Etanchéifier ce raccord du côté de la bouteille et du côté de la cartouche avec du ruban adhésif.

  • Laisser la manipulation évoluée en agitant de temps en temps pour empêcher la sédimentation des levures et laisser le ballon se gonfler.

Figure 5. La fermentation en images !

La fermentation en images !
(a) démarrage ; (b) l'effervescence est visible ! ; (c) l'alcootest met en évidence des traces d'éthanol ; (d) Le gaz du ballon trouble l’eau de chaux.

 

4. Ressources en ligne

Afin de compléter ces expériences autour du bioéthanol, nous vous invitons à consulter l'article général sur les ressources végétales et leur utilisation en chimie.

Toujours dans le thème des agroressources, un ensemble de manipulations autour des algues vous est proposé : Les algues : une « agroressource » d'avenir.

Et également :  Les biocarburants : de la 1ère à la 3ème génération !