Usine d’éthanol près d’un champ de maïs

Usine d’éthanol près d’un champ de maïs (photosbyjim, iStockphoto)

Comment l’éthanol est-il fabriqué?

Krysta Levac

Résumé

L’éthanol est un biocarburant qui peut servir aux voitures. Découvre les enzymes, les catalyseurs et les processus qui interviennent dans sa production.

Dans bien des régions du Canada, il n’est pas rare de voir des champs de maïs ou de blé. Quand on voit ces champs, on a tendance à penser nourriture; mais de nos jours, ces céréales ne servent plus seulement à produire des rôties ou des flocons de maïs. Elles se retrouvent aussi, sous la forme d’éthanol, dans les réservoirs des automobiles.

L’éthanol est un alcool liquide qui peut remplacer l’essence dans les véhicules équipés de moteurs à combustion interne. Ces moteurs compriment le carburant liquide et l’allument avec une étincelle. Il se produit alors une réaction de combustion qui libère de l’énergie. Les moteurs à combustion interne récupèrent cette énergie pour faire fonctionner les véhicules.

Le savais-tu?

D’après les recherches, Henry Ford aurait conçu la première voiture, appelée Modèle T, qui fonctionnait à l’essence, à l’éthanol ou à un mélange des deux.

Modèle T de Ford, 1924-1925
Modèle T de Ford, 1924-1925 (Source : LibertyGroup25 [CC BY-SA 3.0] via Wikimedia Commons).

L’éthanol fait partie des biocarburants de première génération. Ce type de biocarburant est produit à partir de sources comme l’amidon, le sucre et l’huile végétale. On le produit commercialement en décomposant des grains de blé ou de maïs. Les usines d’éthanol sont considérées comme des bioraffineries parce qu’elles convertissent de la biomasse céréalière en biocarburant en utilisant des enzymes et des microorganismes.

Comment fabrique-t-on l’éthanol?

La matière utilisée pour fabriquer du biocarburant est appelée matière première. Les usines d’éthanol n’utilisent pas toutes la même matière première. En Ontario et au Québec, elles utilisent surtout des grains de maïs; dans l’Ouest canadien, elles ont principalement recours aux grains de blé. Cela s’explique par la répartition géographique des cultures de maïs et de blé au pays.

Le savais-tu?

Les scientifiques cherchent des moyens de produire de l’éthanol à partir de matière forestière, comme les déchets de bois.

Les processus de fabrication de l’éthanol sont fondamentalement les mêmes pour le maïs, le blé et d’autres matières premières. Voyons comment cela se passe avec le maïs.

La production d’éthanol se fait en six grandes étapes.

Étapes du processus de fabrication de l’éthanol
Étapes du processus de fabrication de l’éthanol (© 2019 Parlons sciences).

 

Graphique - Version textuelle

Les étapes de la production d’éthanol comprennent : le broyage du maïs pour en faire une farine; la liquéfaction de la farine par l’ajout d’eau et la cuisson; la saccharification qui consiste à décomposer l’amidon en sucre; la fermentation qui transforme le sucre en éthanol; la distillation qui permet de faire évaporer et condenser l’éthanol puis de retirer l’eau restante, et finalement la dénaturation pour rendre l’éthanol non potable.

 

  1. Broyage : Les grains entiers de maïs sont broyés pour en faire une sorte de farine. La farine est surtout constituée d’amidon. L’amidon est un glucide formé de longues chaînes de molécules de sucre.
  2. Liquéfaction : On ajoute de l’eau à la farine pour en faire une « bouillie » et on chauffe la bouillie pour séparer les longues molécules d’amidon en fragments plus petits. On ajoute l’enzyme alpha-amylase comme catalyseur pour accélérer la séparation des molécules d’amidon.
  3. Saccharification : Les fragments de molécules d’amidon sont réduits en simple glucose (sucre). Cette réaction est provoquée par un autre catalyseur, une enzyme appelée glucoamylase.
  4. Fermentation : On ajoute à la bouillie des microorganismes unicellulaires appelés levure. La fermentation est le processus biochimique qui se produit quand la levure décompose le glucose. La levure tire de l’énergie du glucose. Il en résulte de l’éthanol. 
  5. Distillation et déshydratation : Le produit qui résulte de la fermentation ne contient que 10 à 15 % d’éthanol. Pour obtenir de l’éthanol pur (à 100 %), il doit être concentré. Le point d’ébullition de l’éthanol est plus bas que celui de l’eau. On peut donc faire évaporer l’éthanol de façon sélective et le condenser par un processus appelé distillation. Ce processus produit de l’éthanol pur à 95 %. Les 5 % qui restent sont en fait de l’eau. On tamise ensuite le mélange pour produire de l’éthanol déshydraté pur.
  6. Dénaturation : On ajoute une petite quantité d’essence à l’éthanol pour le rendre non potable. 
Principales molécules intervenant dans la production de l’éthanol
Principales molécules intervenant dans la production de l’éthanol (source : Parlons sciences utilisant une image de Bacsica via iStockphoto).

La fabrication d’éthanol de maïs génère deux sous‑produits : le dioxyde de carbone (CO2) et des drêches de distillerie. Le CO2 est produit par la levure pendant la réaction de fermentation. Il est souvent libéré dans l’atmosphère, mais il peut être capturé et utilisé pour autre chose, par exemple pour :

  • fabriquer des boissons gazeuses
  • produire de la glace sèche (CO2 glacé), utile pour l’entreposage à froid
  • aider à la photosynthèse dans les serres potagères

Les drêches de distillerie sont les résidus qu’on retrouve dans les réservoirs de fermentation. Elles contiennent les composants non fermentables des grains de maïs ainsi que la levure ajoutée. C’est un ingrédient riche en protéines qui entre dans la préparation de la nourriture du bétail.

L’éthanol est mélangé à l’essence utilisée dans nos véhicules afin de produire un carburant moins nuisible à l’environnement. La majorité des véhicules construits après les années 1980 peuvent fonctionner avec un mélange contenant 10 % d’éthanol (E10).

L’éthanol est une ressource renouvelable. C’est pourquoi, dans le monde entier, les gouvernements encouragent l’utilisation de l’éthanol au lieu des carburants fossiles. Au Canada, le gouvernement fédéral a élaboré un ensemble de règles appelées la Norme sur les combustibles propres qui encouragent l’utilisation de carburants présentant une plus forte proportion d’éthanol.

Par contre, certaines personnes s’inquiètent de l’idée d’utiliser l’éthanol comme carburant. Elles rappellent qu’il faut beaucoup d’énergie et de terres pour cultiver la matière première nécessaire à la production d’éthanol. Malgré ces préoccupations, le carburant à l’éthanol reste une importante solution de rechange aux carburants fossiles!

En savoir plus

Éthanol, ses avantages, applications, et programmes et règlements gouvernementaux 

Article de Ressources naturelles Canada.

Rouler grâce à nos déchets est maintenant possible (2019)

Des élèves québécois de 4e secondaire décrivent le travail d’Enerkem, un fabricant montréalais de biocarburants.

Références

Clifford, C. B. (n.d.). How corn is processed to make ethanol. Pennsylvania State University.

Grain Farmers of Ontario. (2011, avril 26). Food vs. fuel.

Mosier, N. S., & Ileleji, K. (2012). How fuel ethanol is made from corn. Purdue University.

Natural Resources Canada. (2018). Ethanol.