Atelier chimie i_biodiesel_dosage_agl_sr

Réaction de transestérification à l’aide d’un montage simplifié
Activité conçue pour les groupes de ST, STE, ATS et SE
2e année du 2e cycle

Durée : 3 x 50 minutes
Lieu : Cégep ou votre école

Réaction de transestérification à l’aide d’un montage simplifié (Huile vierge et huile de friture
usée)
1) Intentions pédagogiques
Cette activité vise le développement de la compétence disciplinaire 1 – Chercher des
réponses ou des solutions à des problèmes d’ordre scientifique ou technologique – en
amenant l’élève à réfléchir sur la possibilité de transformer l’huile usée en biocarburant
et sur les problèmes liés à cette pratique.
Compétences non disciplinaires développées : exercer son jugement critique, organiser
son travail et travailler en équipe.

2) Domaine général de formation touché et axe de développement
Environnement et consommation
Intention éducative : Amener l’élève à entretenir un rapport dynamique avec son milieu,
tout en gardant une distance critique à l’égard de la consommation et de l’exploitation
de l’environnement.
Axe de développement : souci d’une gestion intégrée des ressources et des déchets et
connaissance de la provenance de divers produits de consommation.

3) Ressources prévues dans le contenu de formation
Concepts requis
Univers matériel : Mélange homogènes et hétérogènes, transformations chimiques et
propriétés des solutions
Concepts prescrits
Univers matériel : Échelle de pH, Stoechiométrie (STE), rendement énergétique (2e
année du 2e cycle)
Vitesse de réaction : la température et les catalyseurs (3e année du 2e cycle)

4) Critères d’évaluation
Interprétation appropriée de la problématique :
Proposition d’une explication, d’une solution ou d’une opinion provisoire
Production adéquate d’explications ou de solutions

1



Production ou justification de solutions liées à l’objet ou au procédé technique
Justification des décisions ou des opinions en s’appuyant sur des connaissances
scientifiques et technologiques
5) Description de l’activité
Suite à la lecture de votre rapport de l’activité D Transformation chimique par estérification
d’huile végétale en biodiesel, votre firme de recherche vous demande d’explorer la possibilité
d’utiliser un montage simplifié pour réaliser la conversion des triglycérides en biodiesel. Il est
demandé d’expérimenter ce montage avec une huile vierge au choix et une huile usée. Les huiles
usées de friture de restaurant ou de cafétéria sont des déchets et méritent que leur potentiel de
transformation en biodiesel soit évalué. Finalement, la purification des deux biodiesels (huile
vierge –huile usée) doit être testée afin de mieux comprendre le procédé.
Les connaissances et habiletés développées dans cet atelier permettront de mieux
élaborer une procédure de conversion de l’huile de microalgue en biodiesel et la purification
subséquente.

6) Production attendue
Fiche de l’élève

7) Réalisations concrètes de l’élève
L’étudiant aura à effectuer un titrage colorimétrique de la quantité d’AGL dans deux
échantillons (Huile vierge / huile usée).
L’étudiant aura à calculer les quantités respectives d’huile, de méthanol et de catalyseur
à utiliser pour une transestérification en milieu basique.
L’étudiant aura à comprendre le phénomène d’émulsion.
L’étudiant aura à réfléchir sur la réaction de saponification et les problèmes qu’elle
cause lors d’une décantation.
L’étudiant devrait comprendre les différences majeures entre une transestérification
par catalyse acide et par catalyse basique.

8) Préparation à l’activité
Il est préférable de réaliser cette expérience après l’activité X sur la transestérification
d’huile végétale afin de pouvoir comparer les deux techniques.

2



Les questions #1 à #4 devront être répondues dans la section prélaboratoire de la fiche de
l’élève suite à une lecture individuelle ou en groupe de l’activité.
Pour les élèves de 2e année du 2e cycle, il serait préférable que l’enseignant prenne un
moment pour s’assurer de la compréhension des techniques utilisées puisque le niveau de
difficulté est assez élevé (entre autre pour les différentes catalyses).
9) Mise en œuvre de l’activité
Une activité en trois temps :
1. Titrage (dosage) des teneurs en Acides Gras Libres des deux échantillons (huile végétale vierge
au choix (voir «matériel») et huile d’olive de friture usée) et les calculs des réactifs (méthanol et
catalyseur) à utiliser pour la transestérification (voir «fiche de l’élève»).
2. Transestérification à l’aide d’un montage simplifié par catalyse basique (voir «informations
essentielles»).
3. Purification des biodiesels avec la solution de lavage au choix (eau, vinaigre et solution salée) en
vue de les rendre conformes aux normes en vigueur et la réalisation d’un test de conversion des
triglycérides en biodiesels..

Cet atelier doit se réaliser dans un Cégep (ou université) participant disposant de
l’appareillage nécessaire ou à votre école secondaire.

3



10) Informations essentielles
LES ACIDES GRAS LIBRES (AGL)
Les Acides Gras Libres sont formés lors de l’oxydation des huiles ou lors de l’hydrolyse partielle
suite à un chauffage d’une huile de friture en présence d’eau.
Plus une huile de friture est utilisée, plus sa concentration en Acides Gras Libres [AGL] augmente.
La *AGL+ peut augmenter jusqu’à 15% (p/v).
Un brunissement de la coloration de l’huile est également observé. Cependant, il ne faut pas se
fier uniquement à la coloration de l’huile pour déterminer sa teneur en AGL. Il s’agit uniquement
d’un indice supplémentaire.
Note : 15% (p/v) = 15 grammes d’Acides Gras Libres par 100 mL d’huile de friture usée.
La dégradation dans le temps des huiles (oxydation) implique également une augmentation de la
teneur en Acides Gras Libres.

O
O
O
O
R

R

O

1

chaleur
O

R

1

O

3

O

R

2

+

H2O

OH
R

O

3

+

O

O
HO

Triglycérides
Acides Gras Libres (AGL)

Diglycérides

4

R

2


Environ 10% (p/v)

Environ 2-3% (p/v)


Moins de 0,5%

(p/v)

5



LA RÉACTION DE SAPONIFICATION
Les Acides Gras Libres causent des problèmes lors de la transestérification en milieu basique. Ils
vont réagir avec la base forte (NaOH ou KOH) par saponification.
O

O

1

R

H
O

+

+

Na OH

Acide Gras Libre
Base forte
sodium
méthanol

-

H2O
1

R

-

+

+

O Na

Carboxylate de
SAVON

Les carboxylates de sodium (savon) sont des molécules tensioactives qui vont causer des
problèmes lors de la séparation des phases de biodiesel et de glycérol en créant une émulsion.
Une émulsion implique nécessairement deux liquides immiscibles. Dans le cas présent, il s’agit
du biodiesel et du glycérol. Le glycérol peut se disperser dans le biodiesel sous la forme de
petites gouttelettes. La formation de ces gouttes est favorisée par la présence d’agents
tensioactifs qui stabilisent celles-ci. Le glycérol est beaucoup plus dense que le biodiesel et une
décantation de 24 heures devrait permettre une séparation adéquate, à moins de travailler avec
une concentration élevée en savon.

Pas d’émulsion

Émulsion (aspect trouble de la phase
biodiesel)

Les agents tensioactifs sont des molécules amphiphiles. Ils ont généralement une partie polaire
hydrophile et une partie non-polaire lipophile. Le carboxylate de sodium a cette propriété.

6

H2O



Lors du lavage du biodiesel avec de l’eau, la présence de savon
aura le même impact. Il y aura une dispersion de fines gouttelettes
d’eau dans le biodiesel. L’aspect trouble du biodiesel est un signe
de la présence d’eau et de savon. Il faut donc attendre avant de
décanter l’eau de lavage puisque la séparation entre les deux
phases est difficile à percevoir. Ceci réduit considérablement le
rendement de la réaction car plusieurs lavages sont alors requis.

Une façon simple de se débarrasser du savon est d’effectuer un
lavage acide (ex : acide acétique). Les molécules de savon vont se
protoner (ajout d’un H+) et ceci aura pour effet de déstabiliser les
émulsions.
O

O

R

1

-

+

O Na

Savon
dans l’eau)

+

+

+

H

R

1

OH

Acide Gras Libre (soluble

ATTENTION : Il est très important de procéder à la réaction de transestérification avec le
minimum d’apport en eau. La présence d’eau favorise la réaction de saponification et les
problèmes associés.
Il faut s’assurer que la verrerie soit sèche et propre. Une analyse de la teneur en eau de l’huile
(particulièrement l’huile usée) permet de prévenir cette saponification. Advenant une teneur en
eau trop élevée, il faut procéder à l’assèchement de l’huile avant la conversion en biodiesel.
Exemples de techniques d’assèchement : (chauffage à 100 C, utilisation de sels anhydres : CaCl2,
MgSO4, etc.)
DÉTERMINATION DE LA TENEUR EN ACIDES GRAS LIBRES (titrage colorimétrique)
La concentration en Acides Gras Libres sera déterminée par titrage colorimétrique. Il s’agit d’une
réaction de neutralisation entre un acide et une base.
Une solution de [KOH]=0,1% (p/v) sera utilisée comme solution titrante. L’indicateur utilisé sera
la phénolphtaléine. Un indicateur est une substance qui change de couleur selon le pH du milieu.

7

+

Na



Phénolphtaléine en milieu acide : incolore
milieu basique : rose

Phénolphtaléine en

Au point de virage, la quantité en termes de moles d’acide est égale à la quantité en termes de
moles de base. Le pH initial de l’huile est acide et augmente suite aux ajouts successifs de la
solution titrante. Lorsque la couleur devient rose foncé, le pH est basique et les Acides Gras
Libres sont neutralisés. Il s’agit du point de virage.

Avant
Point de virage
Après
N.B. Il faut utiliser une teinte rose foncé au point de virage puisque certaines huiles de départ
peuvent avoir une coloration importante. Il est donc difficile de détecter le changement au rose
pâle.
Une huile de friture d’olive sera utilisée. L’huile d’olive est composée à 77% d’acide oléique. Il
s’agit donc de l’acide gras le plus abondant.
CH2

Acide oléique :
H3C

CH2
CH2

CH2
CH2

CH2
CH2

CH
CH

CH2
CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

Formule moléculaire:
C18H34O2
Masse molaire : 282,57
g/mole

Il est possible d’utiliser une solution sursaturée de curcuma comme indicateur. Le curcuma
contient de la curcumine, un pigment jaune qui change de couleur selon le pH.
Curcumine en milieu acide : Jaune intense
rouge

Curcumine en milieu basique :

N.B. Pour préparer la solution de curcuma, il faut mélanger 6 grammes de poudre de curcuma
dans 100 mL d’alcool isopropylique. Laisser décanter par la suite. Pour le curcuma, il faut utiliser
8

COOH
CH2



plus de solution que pour la phénolphtaléine (un compte goutte au complet) pour bien observer
le changement de couleur. La détection du point de virage est beaucoup plus facile à observer.
Les points de virage seront un peu plus hâtifs qu’avec la phénolphtaléine, soit 0,2 à 0,3 mL plus
tôt.

Avant

Point de virage

Après

ACIDE

BASE
0

Substance titrée

Substance titrante

10

[KOH]=0,1%(p/v)=0,01515M
20

Acide oléique

Hydroxyde de sodium

VKOH= ____ mL
30

C18H34O2

KOH

50

Erlenmeyer de 25 mL
+ 10 mL d’alcool
isopropylique
+ 2-3 gouttes
d’indicateur
phénolphtaléine

40

Burette

- 1 mL d'huile
- 10 mL d'alcool isopropylique
- 2-3 gouttes phénolphtaléine

Lors de la transestérification par catalyse basique, le volume de [KOH]=0,1 %(p/v) requis pour
neutraliser les AGL indique qu’il faut ajouter le même nombre de grammes de KOH
supplémentaire par litre d’huile usée à traiter. (Voir annexe 1 pour plus de détails)

Cet ajout supplémentaire de base est nécessaire puisque la réaction nécessite la présence de
catalyseur pour avoir lieu dans un temps raisonnable. Si le KOH réagit à 100% avec les AGL
présents, il n’y aura plus de KOH pour favoriser la conversion des triglycérides en biodiesel.
9



Calcul de la masse de KOH à utiliser par litre d’huile usée à traiter par catalyse basique.
Exemple :
Huile usée #1

Huile usée #2

Volume de [KOH]=0,1% (p/v)
(titrage)

3,15

6,00

Masse de KOH supplémentaire
à ajouter par litre d’huile (g)

3,15

6,00

Le titrage d’une huile vierge devrait donner un volume de KOH au point de virage très petit (en
deçà de 0,5 mL). La teneur en AGL étant très faible, il n’y a donc pas de KOH supplémentaire à
ajouter.
Avec un titrage de 0,5 mL de solution de [KOH]=0,1%(p/v), la teneur en AGL est de 0,21 %(p/v).
(Voir annexe 2 pour plus de détails)

10



TRANSESTÉRIFICATION EN MILIEU BASIQUE
O
O
R

O
KOH ou NaOH

1

R

O

R

2

+

HO
3

3 CH 3OH

O
CH3

+

OH

O

O

3

R

OH

O

Triglycéride

Méthanol

Biodiesel

Glycérol
Lors d’une transestérification en milieu basique, un excès de méthanol est requis pour obtenir
un bon taux de conversion des triglycérides en biodiesel (Voir théorie de l’activité D –
Transformation chimique par transestérification d’huile végétale en biodiesel). Généralement un
volume équivalent à 20% de l’huile à traiter est ajouté. Comme catalyseur basique, il est possible
d’utiliser de l’hydroxyde de sodium (NaOH) ou de l’hydroxyde de potassium (KOH). L’hydroxyde
de sodium est moins dispendieux. Cependant, sa dissolution dans le méthanol est plus difficile.
C’est pourquoi le KOH sera utilisée dans cette activité. (Voir l’annexe 3 pour des détails sur le
catalyseur utilisé en industrie.)
Quantités de catalyseur basique à utiliser :
5 g NaOH / litre d’huile
7 g KOH / litre d’huile

Quantités de méthanol à utiliser : 20% (v/v) de l’huile
Exemples
Quantité #1
Quantité #2

Quantité #3

Quantité #4

Volumes d’huile
(mL)

1000

500

250

60

Volumes de
méthanol (mL)

200

100

50

12

Masses de KOH (g)

7,00

3,50

1,75

0,42

La transestérification en milieu basique est possible jusqu’à une teneur en AGL de 10% (p/v).
Cependant, une quantité appréciable de savon sera générée. Ceci rendra les traitements associés
11



à la purification du biodiesel plus compliqués. Il est généralement recommandé de diminuer la
teneur en AGL à moins de 1%(p/v) par estérification en milieu acide des AGL avant de procéder à
la catalyse basique.
N.B. Dans cette activité, seule la catalyse basique sera effectuée et l’impact de la présence de
molécules de savon sera observée.
Exemples : Réaction de transestérification en milieu basique avec une [AGL] supérieure à
10%(p/v)

Biodiesel/glycérol
Normalement la phase de glycérol représente environ
15-20%

Lavage à l’eau avec présence
importante de savon

(Voir un exemple de séparation conforme à la page 3
du présent document)
TRANSESTÉRIFICATION EN MILIEU ACIDE (estérification de Fischer)
La réaction de transestérification est plus lente en milieu acide et elle nécessite un excès de
méthanol beaucoup plus important pour favoriser la formation de biodiesel (ratio molaire
méthanol-huile de 40 :1).
O
O
R

O

1

H2SO 4
O

R

O

3

R

2

+

3 CH 3OH

HO
3

R

O
CH3

+

OH

O
OH

O

12


Triglycéride


Méthanol

Biodiesel

Glycérol

Cependant, la catalyse en milieu acide (avec H2SO4 par exemple) permet la transformation des
AGL et des triglycérides en esters méthyliques d’acide gras (EMAG). Ceci augmente le rendement
de la réaction.
O

+
R

O

+

H
CH 3OH

OH

CH3
R

AGL

+

H2O

O
Biodiésel

PURIFICATION DU BIODIESEL (LAVAGE À L’EAU)
Des lavages à l’eau du biodiesel sont effectués pour purifier celui-ci. Le but est de se débarrasser
de l’excès de méthanol qui est plus soluble dans l’eau. Le catalyseur (KOH) sera également plus
soluble dans la phase aqueuse et pourra être éliminé par les lavages. Le glycérol subira le même
sort.
Après quelques lavages, l’eau de lavage devrait être limpide. Ceci implique qu’elle n’a extrait
aucune substance du biodiesel. Si l’eau de lavage est trouble, il faut poursuivre les lavages.
Traitement particulier pour le biodiesel issu
d’huile usée :

Biodiesel
légèrement
trouble

Eau limpide

ATTENTION : PRÉSENCE DE SAVON =
PROBLÈME D’ÉMULSION. Voir la section La
réaction de saponification pour plus de
détails.

L’aspect trouble de la phase aqueuse
implique la présence de savon. Il faut se
débarrasser de ses molécules de savon.

Pour le lavage de biodiesel obtenu à partir
d’huile usée, il est recommandé d’utiliser du
13



vinaigre plutôt que de l’eau normale. Les
Acides Gras Libres vont être régénérés et
éliminés avec la phase aqueuse.

Il est également possible d’utiliser une
solution aqueuse de NaCl à 1M pour les
lavages. La présence de sels dans la phase
aqueuse va favoriser la précipitation des
molécules de savon.

Le biodiesel devrait être légèrement trouble.
Ceci est dû à la présence d’eau. Un simple
chauffage à 50 devrait clarifier celui-ci.

14



11) Matériel
Produits chimiques :
- Alcool isopropylique
- Solution de [KOH]=0,1%(p/v)
- Phénolphtaléine ou solution de curcuma
- Méthanol
- KOH en pastille
- Solution de vinaigre où [CH3COOH]=5%(p/v) ou vinaigre commercial
- Solution de [NaCl]=1 M
Deux échantillons d’huile :
1) Huile végétale vierge (Au choix)
- Arachide
- Canola
- Carthame
- Maïs
- Olive
- Soja
- Tournesol
- Végétale (Ingrédients : canola et/ou soja)
2) Huile de friture usée
Matériel :
- Plaques chauffante agitatrice et barreaux magnétiques
Station titrage colorimétrique
-

Statif
Support à burette
Burette de 25 mL
Erlenmeyer de 50 mL
Pipette pasteur en plastique graduée de 5 ml ou pipette sérologique de 5 mL
Pipette sérologique de 10 mL

Station transestérification
-

Bécher de 100 mL
Bécher de 400 mL
Thermomètre
2 pots mason

Test du taux de conversion des triglycérides en biodiesel
15


-


Contenant en verre d’environ 60 mL (contenant à épices, sel, poivre, etc.)
Papier paraffine au besoin
Méthanol
Cylindre gradué de 50 mL
Pipette pasteur en plastique graduée de 5 ml ou pipette sérologique de 5 mL

12) Consignes de sécurité
Toujours porter des gants, des lunettes de sécurité et un sarrau lors de cette expérience.
Le KOH est très corrosif. Il faut le manipuler avec précaution. S’il vient en contact avec la
peau, il faut rincer immédiatement à l’eau du robinet pendant au moins une minute. S’il
vient en contact avec l’œil d’une personne, rincer l’œil à l’eau vive pendant au moins 5
minutes puis contacter une clinique de santé.

13) Protocole expérimental
DÉTERMINATION DE LA TENEUR EN ACIDES GRAS LIBRES (titrage colorimétrique)
Deux(2) échantillons à analyser :
- Huile végétale vierge (Au choix : Arachide –Canola – Carthame – Maïs – Olive –Soja –
Tournesol –Végétale)
- Huile de friture d’olive usée

0

10

[KOH]=0,1%(p/v)=0,01515M
20

VKOH= ____ mL
30

40

50

- 1 mL d'huile
- 10 mL d'alcool isopropylique
- 2-3 gouttes phénolphtaléine

1. Dans un erlenmeyer de 50 mL, ajouter 1
mL d’huile, 10 mL d’alcool isopropylique
et 2-3 gouttes de phénolpthaléine.
2. Conditionner et remplir une burette de 25
mL avec la solution titrante de
[KOH]=0,1%(p/v)
3. Ajouter la solution de KOH dans
l’erlenmeyer en agitant celle-ci (Barreau
magnétique ou agitation manuelle).
4. Continuer l’ajout jusqu’à une coloration
rose foncé qui persiste pendant 20
secondes. Prendre en note le volume.
5. Refaire un deuxième essai.
16



6. Calculer la moyenne des essais.
7. Répéter avec les étapes 1 à 6 avec l’huile
de friture usée

N.B. Après le premier essai, garder
l’erlenmeyer de couleur rose foncé près de la
station de titrage afin obtenir la même teinte
pour tous les essais.

NB. Si la solution de curcuma est utilisée comme indicateur, ajouter un compte-goutte au
complet à l’étape 1.

TRANSESTÉRIFICATION EN MILIEU BASIQUE (montage simplifié)

Deux (2) échantillons à traiter :
- Huile végétale vierge
o Il n’y a pas de KOH supplémentaire à ajouter si le volume obtenu lors de la
détermination des AGL est inférieur à 0,5 mL.
- Huile de friture usée
o Quantité de KOH à ajouter selon le résultat de la détermination des AGL.

Manipulations
1. Dissoudre _____g de KOH dans ____ mL de méthanol dans un bécher de 100 mL avec un
barreau magnétique ou une tige de verre. Attendre la dissolution complète du KOH
avant de poursuivre. Cette opération peut prendre jusqu’à 10 minutes.
2. Prélever au cylindre gradué 200 mL d’huile et verser dans un bécher de 400 mL. Porter
l’huile à 55 C en chauffant sur une plaque chauffante.
3. Une fois l’huile à 55 C, verser le tout dans un pot mason sec et propre. Ne pas dépasser
55 C avant de procéder à l’étape 4.
4. Verser le méthanol caustique dans le pot mason. Bien refermer et agiter pendant au
moins 5 minutes.
5. Attendre au moins 24 heures avant de procéder à la décantation du biodiesel du glycérol
et procéder aux lavages à l’eau.
6. Répéter avec l’huile de friture usée. (Ne pas oublier la masse de KOH supplémentaire.)
17



ATTENTION : Il faut attendre au moins 24 heures avant de procéder à la décantation du glycérol
et au lavage du biodiesel

PURIFICATION DU BIODIESEL (LAVAGE)
Échantillon #1 Biodiesel d’huile vierge
Échantillon #2 Biodiesel d’huile usée

Solution de lavage : Eau
Solution de lavage : Au choix (Solution 1, 2 ou 3)

Solution de lavage #1

Eau


Vinaigre


Solution salée

Manipulations
1. Transférer le biodiesel d’huile vierge par décantation dans un cylindre gradué de 200 mL.
Compléter le transfert avec une pipette Pasteur en plastique. Faire attention de ne pas
transférer de glycérol même si cela implique une diminution de votre pourcentage de
rendement. Vider votre glycérol du pot mason dans un bécher à déchet.
2. Mesurer le volume exact de biodiesel recueilli. Noter ces informations dans la section
« observation » de la fiche de l’élève.
3. Laver le pot mason. Verser le biodiesel dans celui-ci.
4. Ajouter 20% (v/v) d’eau pour un premier lavage. (Exemple : 170 mL de biodiesel donne
environ 34 mL d’eau)
5. Inverser le contenant lentement 4 à 5 fois et attendre 10 minutes. (Une agitation
excessive favorise la formation d’émulsion et nécessitera un délai supplémentaire
d’attente.)
6. Prendre en notes vos observations.
7. Répéter avec le biodiesel d’huile usée et la solution de lavage de votre choix.

N.B. Observer les résultats des autres équipes quant à l’efficacité des autres possibilités de
solutions de lavage pour l’huile usée.

18



Traitement final
8. Transférer vos biodiesels par décantation dans un cylindre gradué de 200 mL. Compléter
le transfert avec une pipette Pasteur en plastique. Faire attention de ne pas transférer
de glycérol même si cela implique une diminution de votre pourcentage de rendement.
Vider votre glycérol du pot mason dans un bécher à déchet.
9. Laver des pots mason et bien assécher. Verser vos biodiesels (d’huiles vierge ou usée) et
conserver ceux-ci pour une caractérisation.
10. Chauffer sur une plaque chauffante vos biodiesels à 50 C afin d’élever l’eau. Ceci devrait
clarifier vos biodiesels.
11. Effectuer le test de conversion des triglycérides en biodiesel pour un de vos biodiesels.

Test du taux de conversion des triglycérides en biodiesel. (Tirée de l’atelier___ sur la
caractérisation du biodiesel)
1. Dans un contenant en verre de 60 mL, ajouter 27 mL de méthanol.
2. Ajouter 3 mL de biodiesel et fermer le contenant de façon hermétique avec du papier
paraffine au besoin.
3. Agiter pour 10 secondes et laisser reposer pour 5 minutes.

19



Interprétation du test de conversion (3-27)
SUCCÈS (GAUCHE)

ÉCHEC (DROITE)

Conversion à 100% des triglycérides en biodiesel

Conversion incomplète des triglycérides en biodiesel

Le méthanol est limpide. Il n’y pas d’huiles
partiellement transformées au fond.

Le méthanol est très trouble dès qu’on agite la solution. On
observe une bonne présence d’huiles partiellement
transformées au fond.

Acceptable : un très léger dépôt d’huile.

Suite à l’agitation

Succès

Après 5 minutes

Échec

Succès

Échec

N.B. À la température de la pièce, le biodiesel se dissout complètement dans le méthanol. L’huile de départ
(triglycéride) et celle qui est partiellement transformée (diglycéride) ne seront pas solubles et se déposent au fond. La
présence de glycérol dans le biodiesel sera également visible avec ce test.
La décantation
Ce test doit être fait après une décantation de 24 heures du glycérol. Il est possible de centrifuger un échantillon pour
éviter le délai d’une journée. La centrifugation permet de bien purifier le biodiesel du glycérol plus dense et d’effectuer
tout de suite le test de conversion 3-27.

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14) Domaines professionnels reliés
Si vous aimez cette expérience, les domaines de la biologie et de la chimie vous intéressent. Des
carrières entant que technicien en techniques de laboratoires en biotechnologies, de technicien
en microscopie, de professionnel, conseillé ou chercheur en biotechnologies ou en chimie de
même qu’ingénieur en biotechnologie ou en génie chimique pourraient-être des cheminements
pour lesquels vous auriez un penchant!

21



22



Fiche de l’élève
Noms : _________________________
_________________________
15) Prélaboratoire (se référer à la section Informations essentielles) pour répondre aux questions
Transestérification d’une huile végétale vierge
#1 Déterminer les quantités de méthanol et d’hydroxyde de potassium (KOH) nécessaires à la
transestérification de 200 mL d’huile végétale vierge.
Volume d’huile : 200 mL
Volume de méthanol :40 mL
Masse de KOH : 1,40 g
200 mL d’huile X 0,20 = 40 mL de méthanol
Masse de KOH =

7 g KOH
200mL 1, 40 g KOH
1000mL

Transestérification d’une huile de friture usée
#2 Déterminer les quantités de méthanol et d’hydroxyde de potassium nécessaires à la
transestérification de 200 mL d’huile de friture usée avec un résultat au titrage de 5,20 mL
Volume d’huile : 200 mL
Volume de méthanol :40 mL
Masse de KOH : 2,44 g
Masse de KOH à utiliser : 7 grammes + 5,20 grammes =12,2 grammes par litre.
Masse de KOH =

12, 2 g KOH
200mL 2, 44 g KOH
1000mL

#3 Expliquer vos choix durant ce laboratoire en ce qui concerne :
o L’huile vierge choisie : Plusieurs réponse possibles
o

La solution de lavage choisie : Plusieurs réponse possibles

#4 Selon vous, après votre lecture des informations essentielles, le montage simplifié sera-t-il
efficace pour produire du biodiesel? Pourquoi?
Hypothèse :_____________________________________________________________________
________________
23



Justification :____________________________________________________________________
________________

24



16) Observations
#5 Compléter le tableau suivant.
Tableau 1 : Titrage colorimétrique des Acides Gras Libres (AGL)
Huile vierge
Essai #1

0,40

4,80

Essai #2

0,50

4,70

Moyenne

Volume de
KOH (mL)

Huile usée

0,45

4,75

#6 Indiquer les quantités de méthanol et d’hydroxyde de potassium (KOH) à utiliser pour votre
huile vierge.
Tableau 2 : Quantité de réactif pour l’huile vierge
Type d’huile utilisée :______Olive__
Volume d’huile (mL)

200

Volume de méthanol (mL)

40

Masse de KOH (g)

1,40

Détails du calculs :
Exemple avec un volume de KOH de 0,45 mL pour le dosage des AGL de l’huile vierge
Pas de KOH supplémentaire car le volume de KOH est inférieur à 0,5 mL
Masse de KOH =

7 g KOH
200mL 1, 40 g KOH
1000mL

#7 Indiquer les quantités de méthanol et d’hydroxyde de potassium (KOH) à utiliser pour votre
huile usée.
Tableau 3 : Quantité de réactif pour l’huile usée
Volume d’huile (mL)

200

Volume de méthanol (mL)

40

25


Masse de KOH (g)


3,25

Détails du calculs :
Exemple avec un volume de KOH de 4,75 mL pour le dosage des AGL de l’huile usée
Masse de KOH supplémentaire à ajouter puisque le volume de KOH est supérieur à 0,5 mL
Masse de KOH à utiliser : 7 grammes + 4,75 grammes =11,75 grammes par litre.
Masse de KOH =

11,75g KOH
200mL
1000mL

2,35g KOH

#8 Compléter le tableau suivant.
Tableau 4 : Rendement de la réaction (Catalyse basique)
Huile vierge

Huile usée

Volume d’huile utilisée (mL)

200

200

Volume de biodiesel recueilli
(mL)

200

175

100%

88%

%rendement

Vbiodiésel
V huile

100

#9 Quel est le résultat pour le test 2-27 de conversion des triglycérides en biodiesel?
Résultat du test 2-27 : Échec. La solution est devenue très trouble au départ. Après 5 minutes, on
observe dans le fond des huiles partiellement transformées.

26



PURIFICATION DU BIODIESEL (LAVAGE)
Échantillon #1 : Huile vierge
#10 Noter vos observations suite aux lavages à l’eau du biodiesel issu d’huile vierge
La séparation entre les deux (2) phases (biodiesel – eau) est assez nette. Le biodiesel est
légèrement trouble.

Échantillons #2 : Huile usée
#11 Noter des observations suite aux lavages du biodiesel issu d’huile usée selon le type de
solution de lavage utilisée. Observer les échantillons d’autres équipes pour comparer.
Solution de lavage #1 (Eau)

(Vinaigre)

(Solution salée)

Il y a présence importante de savon. La séparation entre les
phases biodiesel-eau est assez difficile à voir. L’eau et le biodiesel
sont assez troubles (émulsion).
La séparation entre les phases biodiesel-eau est assez bien
définie. Le biodiesel est légèrement trouble.
La séparation entre les phases biodiesel-eau est assez bien
définie. On voit la présence de particules de savon à l’état solide à
l’interface. Le biodiesel est légèrement trouble.

27



1) Synthèse
#12 Expliquer pourquoi on chauffe l’huile à 55 C avant de procéder à la catalyse basique?
En chauffant l’huile, on augmente l’énergie cinétique associée aux molécules des réactifs (l’huile
et le méthylate (CH3O-) VOIR ANNEXE 3). Ils vont se déplacer plus rapidement et entrer en
contact plus fréquemment. On augmente de cette façon la vitesse de la réaction de conversion
des triglycérides en biodiesel. Il ne faut pas atteindre 65 C puisque le méthanol va se vaporiser.
L’inhalation de méthanol est nocive.
#13 Est-ce que le rendement de votre réaction avec l’huile usée est inférieur à celui-ci de l’huile
vierge. Est-ce normal? Expliquer.
Le rendement est inférieur avec l’huile usée. Ceci est normal puisque l’huile usée contient une
certaine quantité d’Acides Gras Libres (AGL) qui ne peuvent être transformés en biodiesel par
catalyse basique.
#14 Expliquer brièvement pourquoi on procède au lavage du biodiesel avec de l’eau lors de sa
purification?
L’eau devrait permettre de dissoudre les impuretés contenues dans le biodiesel:
- L’excès de méthanol
- Le glycérol
- Le catalyseur KOH
#15 Expliquer brièvement pourquoi les huiles usées sont plus problématiques à transformer en
biodiesel par rapport à des huiles vierges. Quelles sont les solutions?
L’huile usée contient une certaine quantité d’Acides Gras Libres (AGL). En catalyse basique, ces
AGL vont réagir avec le catalyser pour former du savon. Ces molécules de savon sont des agents
tensioactifs qui favorisent la formation d’émulsion nuisible à la purification du biodiesel.
On rejette la phase aqueuse qui contient maintenant ces substances après chaque lavage. On
continue les lavages jusqu’à ce que le biodiesel et l’eau de lavage soient limpides.

#16 Votre hypothèse quant à l’efficacité du montage simplifié pour effectuer la
transestérification des huiles a-t-elle été confirmée ou infirmée et dans quelle mesure?
Le rendement a été de 100% pour les huiles vierges et de 88% pour les huiles usées. Le temps
d’attente est par contre plus long pour le montage simplifié que pour le montage de l’activité D.
Le test 3-27 de conversion est un échec. Il semble donc que l’agitation de l’huile chaude pendant
5 minutes n’a pas été efficace. La température a diminué rapidement.
28



Dans le précédent montage, il y a eu une agitation constante avec une température d’environ
55 C pendant 20 minutes. Ceci pourrait expliquer pourquoi le test 3-27 est concluant avec ce
montage.

#17 Pour conclure, expliquer brièvement pourquoi les huiles usées sont plus problématiques à
transformer en biodiesel par rapport à des huiles vierges. Quelles sont les solutions?
L’huile usée contient une certaine quantité d’Acides Gras Libres (AGL). En catalyse basique, ces
AGL vont réagir avec le catalyseur pour former du savon. Ces molécules de savon sont des agents
tensioactifs qui favorisent la formation d’émulsion nuisible à la purification du biodiesel.
Une solution à ce problème est de procéder à la catalyse acide de ces AGL en biodiesel dans un
premier temps, et de poursuivre la réaction par une catalyse basique des triglycérides ensuite.

29



17) Informations supplémentaires

Annexe 1 : Confirmation du calcul pour la masse de KOH supplémentaire à ajouter
Exemple : Volume de 3,15 mL = Ajout de 3,15 grammes de KOH par litre litre d’huile
3,15 mL de KOH implique 0,00004772 moles d’acide oléique à neutraliser pour 1 mL d’huile.
Ceci correspond à 0,04772 moles d’acide oléique à neutraliser pour 1000 mL d’huile
On a donc besoin de 0,04772 moles de KOH supplémentaire pour 1000 mL d’huile.
La masse molaire de KOH est de 56,11g/mole.
Masse de KOH à utiliser : 0,04772 moles X 56,11g/mole = 2,68 grammes de KOH pur
supplémentaires par litre d’huile.
On utilise du KOH à 85%(p/p).
2,68 grammes de KOH pur = 3,15 grammes de KOH à une pureté de 85% (p/p)

100
85

2, 68 g KOH

3,15 g KOH

Annexe 2 : Détermination de la teneur en AGL en %(p/v) (Exemple de calculs)
Données :
Volume d’huile : 1,00 mL
Volume au point de virage : 3,15 mL

macide oléique

masse d’acide oléique dans 1

mL d’huile

M Acideoléique

ACIDE

282,57 g

CKOH

Substanc
e titrée

Substance titrante

Acide
oléique

mole

0, 01515M

VKOH

Hydroxyde de sodium

3,15mL
C18H34O2

% p

v

g d ' acideoléique
100ml d ' huile

BASE

Quantité

mAcideoléique

KOH

CKOH VKOH

M Acideoléique
30



en moles
0,04772
mmoles

0, 01515mole
3,15mL 0, 04772mmoles
L

Déterminer la masse d’acide oléique dans 1 mL d’huile.

0, 04772mmoles

282,57 g
mole

13, 48mg d’acide oléique dans 1 mL d’huile

Détermination de la teneur en %

13, 48mg d ' AO
1mL d ' huile

p
v

0, 01348 g d ' AO
1mL d ' huile

g d ' acideoléique
100ml d ' huile

1,35 g d ' AO
1,35% p
v
100mL d ' huile

31



Tableau des volumes de solution titrante et de la teneur en AGL d’une huile
[KOH]= 0,1%(p/v)= 0,01515 M
Titrage : 1 mL d’huile dans 10 mL d’alcool isopropylique
Indicateur : phénolphtaléine

Volume de KOH 0,1%(p/v)
(mL)
1,00

[AGL]%(p/v)

5,00

2,14

10,00

4,28

15,00

6,42

20,00

8,56

25,00

10,70

30,00

12,84

35,00

14,98

40,00

17,12

Autre façon d’effectuer le calcul :
Calcul de la masse d’acide oléique
dans 1 mL d’huile

mAcideoléique
M Acideoléique

0,43

Calcul de la teneur en AGL en %(p/v)

CKOH VKOH

CKOH VKOH M Acideoléique
Réarrangement

m Acideoléique

[ AGL]

Vhuile
1000

100

0, 01515mole
282,57 g
3,15mL
L
mole
1mL

[ AGL]

1000

100

1,35 g d ' AO
1,35% p
v
100mL d ' huile

Division par 1000 (Transformation des mg d’AO en g d’AO)
Multiplication par 100 (Afin d’obtenir une quantité de g d’AO pour 100 mL
d’huile et non 1 mL d’huile
32



FORMULE SIMPLIFIÉE :


[ AGL]

Vhuile

CKOH

___ g d ' acide oléique
100 mL d ' huile

0, 01515M

VKOH

0,1

_____ mL

M Acideoléique
Vhuile

282,57 g

mole

1mL

Annexe 3 : Précision sur la forme du catalyseur
Lors de la réaction entre l’hydroxyde de potassium (KOH) et le méthanol (CH3OH), il y a formation
d’eau et de méthylate de potassium.
L’eau qui est générée par cette dissolution favorise la réaction de saponification.
KOH

+ CH3OH

CH3O- K+
+
H2O
méthylate de potassium

C’est l’ion méthylate (CH3O-) qui va procéder à la réaction de transestérification avec les
triglycérides.
En industrie, on utilise généralement du méthylate de sodium (CH3O-Na+) pour éviter la
formation d’eau dans le procédé.

33

___ %( p / v)



Note au personnel enseignant et technique
Consigne particulière de sécurité : (Transestérification basique)
Étape #3 Une fois l’huile à 55 C, verser le tout dans un pot mason sec et propre. Ne pas dépasser
55 C avant de procéder à l’étape 4.
L’huile ne doit pas être trop chaude car le méthanol a un point d’ébullition de 65 C. En agitant
les réactifs à une température supérieure à 55 C, il y a un risque de surpression puisqu’il y aura
une certaine production de vapeur de méthanol dans le pot mason.
Pot mason
On suggère d’utiliser des pots mason de 500 mL.
Vous pouvez demander aux étudiants
d’apporter leurs contenants en verre. Il faut
cependant s’assurer que ceux-ci soient propres
et exempts d’eau. Un lavage au méthanol
permet d’enlever l’eau résiduelle.

Ex : Pot de sauce à spaghetti de 650 mL

Il possible de couper de moitié les quantités
d’huile à utiliser (100 mL) en utilisant des
contenants en verre de 300mL

Ex : Contenant de jus de 300 mL

Préparation de l’huile de friture usée :
Ajouter 25 mL d’acide oléique (C18 :1) à 1000 mL d’huile d’olive. La concentration en AGL devrait
donc être de 2,50% (p/v).
Vous devriez obtenir un point de virage autour de 4-5 mL avec cette concentration.
Il est possible d’utiliser de l’huile végétale moins coûteuse pour préparer l’huile de friture usée.
On mentionne l’huile d’olive aux étudiants dans les manipulations puisqu’il s’agit d’une des rares
huiles à être constituée aussi majoritairement d’un seul acide gras soit l’acide oléique.

34



Une huile de friture usée de la cafétéria de votre école ou d’un restaurant pose plusieurs
problèmes :
1) La teneur en eau peut être très élevée et causer une saponification très importante.
2) La teneur en AGL peut être supérieure à 10% (p/v) et devrait nécessiter une
estérification en milieu acide.
3) La présence d’acides gras saturés en quantité importante peut rendre l’huile
pratiquement solide à température de la pièce.

Préparation de la solution titrante de KOH (Titrage colorimétrique de la [AGL]) :
Dissoudre 1 gramme de KOH à 85% (p/p) dans un litre d’eau.
[KOH]=0,1 % (p/v)

[ KOH ]

0,85 g
56,11g / mole
1L

0, 01515mole
L

0, 01515M

Utilisation du biodiesel :
Il est aussi possible de récolter le biodiesel produit par toute une classe dans une bouteille de 4
litres ou de 10 litres (cruche pour fontaine d’eau). On peut ensuite procéder à une deuxième
transestérification avec la moitié des quantités de méthanol et de KOH afin de s’assurer de la
conversion en biodiesel à 100%. On procède à la purification par lavage et ce biodiesel pourrait
être utilisé par la suite dans un petit moteur diésel dans votre école.
Commentaires supplémentaires :
Il est suggéré d’essayer de limiter la quantité de verrerie en contact avec l’huile. Par exemple, on
peut réutiliser les mêmes cylindres gradués pour la mesure des volumes d’huile pour toute la
classe. Le lavage de cette verrerie est parfois très difficile et nécessite une quantité importante
de savon.

35



Voici une photo suite aux lavages pour les quatre possibilités :

Vierge + lavage eau
Usée + lavage vinaigre

Usée + lavage eau

Usée + lavage [NaCl]=1 M

Plusieurs lavages et impacts
Il est possible de faire plusieurs lavages lorsque la phase aqueuse est trouble. Cependant, la
décantation avec des pots mason est plutôt difficile et occasionne beaucoup de perte de
biodiesel si on ne veut pas transférer de glycérol et de molécules de savon à l’interface. Un
temps d’attente important entre les lavages peut aider. Cependant, l’utilisation d’ampoule à
décantation est le seul moyen efficace et simple d’effectuer cette opération.
Décantation du glycérol

Décantation de l’eau de lavage

36



37



18) Références
Biodiesel Synthesis and Evaluation: An Organic Chemistry Experiment Ehren C. Bucholtz J.
Chem. Educ., 2007, 84 (2), p 296
http://www.utahbiodieselsupply.com/
http://www.biolyle.com/
Annexe : Suggestions de fournisseurs et liste de prix

38

Atelier chimie i_biodiesel_dosage_agl_sr

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