Conception Et Dimensionnement D'une Unite D'extraction D'huile Vegetale [PDF]

Zitiervorschau

DÉDICACES

À MA GRANDE FAMILLE…

i

REMERCIEMENTS Au terme de ce travail, nous tenons à exprimer notre profonde gratitude envers tous ceux qui ont contribué de prêt ou de loin à sa réalisation. Nos remerciements vont particulièrement à :  Pr Ruben Martin MOUANGUE, le Directeur de l’Ecole Nationale Supérieure Polytechnique de Douala pour son acharnement à la réussite des étudiants de son établissement et sa pleine disponibilité à écouter nos doléances ;  Mr BELIBI NGAMBA Fabrice, Directeur de GREEN CONSULTING BET Sarl qui pour nous a accueilli dans sa structure et pour la confiance qu’il nous a accordé pour le développement de ses projets ;  Dr KEDE Charles Méléa, mon encadreur et chef du département de Génie des procédés qui a su, par sa disponibilité et ses conseils avisés et son humour, me guider dans mes travaux ;  Dr KOUTEU Paul Alain, qui par ses enseignements, sa grande disponibilité, ses conseils toujours avisés, ses critiques des plus constructives et sa rigueur, m’a inculpé les valeurs réelles qui font de l’ingénieur un modèle sociale et professionnel ;  Tout le corps enseignant de l’Ecole Nationale Supérieure Polytechnique de Douala, et en particulier ceux du département de Génie des procédés pour tous les enseignements dispensés et la disponibilité dont ils ont toujours su faire preuve tout au long de mon cursus scolaire ;  Tout le personnel administratif de l’Ecole Nationale Supérieure Polytechnique de Douala pour leur disponibilité ;  M. NKOTTO Franck Eugène Deschanel, qui a toujours su se montrer disponible tout au long de cette période de stage ;  M. DJEMO TUEKAM Pascal Achille, pour sa disponibilité et les conseils très pratiques qu’il m’a donné pendant ma période de stage ;  A mes voisins de Blessing City, Dieu seul sait combien de fois ils m’ont sauvé des griffes de la famine ;  Mes amis pour leur présence permanente et leurs encouragements, ainsi qu’à mes camarades de promotion pour ces longs moments de joie que nous avons partagés ;  Enfin, à toutes personnes dont les noms ne figurent pas ci-dessus et qui de près ou de loin ont contribué à la personne que je suis aujourd’hui devenu.

ii

PRÉSENTATION DE L’ENTREPRISE FICHE D’IDENTITÈ DE L’ENTREPRISE

I. Nom

First Green Consulting BET

statut

SARL

Activités

Cabinet d’étude

Siège Social

Douala- PK9 (immeuble belle vue)

Téléphone

(+237) 694651568/676597542/691908779

Email

[email protected]

BP

106

II.

HISTORIQUE DE L’ENTREPRISE GREEN CONSULTING BET-SARL est un bureau d’étude technique crée en 2016. Il

est né de la volonté d’unir au sein d’une même entité, les compétences en Environnement, QSH, Paysage, ainsi que divers autres domaines tels que le Bâtiment ainsi que le génie civil… VALEUR : Un bureau d’étude à dimension humaine, qui donne une grande importance au dialogue et met la collaboration au cœur du projet. Mais également un esprit curieux, en recherche perpétuelle de solutions intelligentes dans un esprit de développement durable, qui prend en compte le social, l’écologie et l’économie dans chacun de ses projets. Et bien sûr une force de proposition pour maîtriser les délais et les coûts, tout en préservant la qualité de l’aménagement. COMPETENCES : GREEN CONSULTING BET est le fruit d’une volonté d’associer des compétences multiples dont l’environnement, l’eau, le paysage, l’urbanisme le génie civil et d’autres domaines au sein d’un même bureau d’étude. Ces disciplines, souvent vues comme l’opposition de la sensibilité esthétique et de la technique brute, sont pour nous indissociables. GREEN CONSULTING BET garantit ainsi à chaque projet des solutions issues d’une synthèse entre les choix de conception et les contraintes techniques, aboutissant à un aménagement durable et de qualité.

iii

SECTEUR D’ACTIVITÈ

III.

Ses secteurs d’activités sont variées parmi lesquels : BTP, Cartographie et Systèmes d’informations géographiques ; eaux et assainissements ; Qualité - Environnement – Management des risques industriels ; Paysage et aménagement ; Cosmétique. 1. Service BTP Études et conception de plans les services, Gros œuvre béton, Maçonnerie et enduits Travaux d’électricité et de plomberie, Travaux de carrelage, Travaux de peinture, Production et pose des caniveaux, Travaux de VRD. 2. Service SIG Cartographie analytique et Gestion de l’aspect cartographie des projets de développement ou d’aménagement :  Enquêtes socio-foncières ;  Projets routiers ;  Autres projets 3. Service eaux et assainissements Études hydrologiques et géophysiques, Conception des plans et profils, Réalisation des puits et forages, Distribution de l’eau potable, Gestion et traitement des eaux usées les services, Conception et réalisation des stations de traitement des eaux, Conception et réalisation des bio digesteurs. 4. Service Qualité - Environnement – Management des Risques industriels Etudes règlementaires : Études d’impacts environnementaux et sociaux (EIES) ; audits environnementaux et sociaux (AES) ; études de dangers (EDD); Tous dossiers règlementaires relatifs à l’environnement, à la qualité, l’hygiène et la sécurité. Accompagnement dans la mise en place de certains standards en management :  Système de management ISO 9001 ;  Système de management ISO 14 001 ;  Système de management de la sécurité OHSAS 18 001, ISO 45 000, ISO 31 000 ;

iv

 Système de management de la sécurité alimentaire ISO 22 000 ;  Responsabilité sociale et environnementale ISO 26 000 ;  Autres standards Études relatives à la protection de l’environnement, du management des risques industriels et environnementaux ainsi que la gestion des projets :  Tri, collecte, stockage, validation et recyclage des déchets ;  Mise en œuvre de la politique de sécurité et système de prévention des risques qualité, sécurité, hygiène et environnement ;  Études portant sur les projets de développement durable ;  Plan d’assurance qualité ;  Formation et sensibilisation sur les systèmes de management QHSE. 5. Paysage et aménagement Diagnostics paysagers territoriaux pour la définition des politiques du paysage ; Analyses paysagères spécifiques pour l’élaboration de documents d’urbanisme ; Analyses paysagères spécifiques pour la mise en œuvre de politiques environnementales les services : Paysage et aménagement. Architecture du paysage : Conception, mise en œuvre et suivi des projets d’aménagement paysagers, Entretien des espaces verts. 6. Cosmétique Huiles essentielles, savons éclaircissants naturels, savons antiseptiques, entretien des espaces vert, savon gommant. IV.

NOMBRE DU PERSONNEL

Green Consulting BET Sarl compte 6 employés.

v

V.

ORGANIGRAMME HIERARCHIQUE

L’entreprise est organisée selon l’organigramme présenté dans la Figure 1 ci-après :

Figure 1 : Organigramme de la hiérarchie de Green Consulting BET Sarl.

vi

RÉSUMÉ Les huiles végétales tiennent une place importante sur le marché camerounais de consommation. Elles doivent ce privilège aux multiples applications dont elles disposent. Le but de ce travail est de concevoir une unité d’extraction d’huile végétale à partir de graines de Ricinus Communis à faible coût d’implantation mais capable cependant de générer un revenu considérable. Pour y parvenir, nous avons tout d’abord réalisé une étude afin de déterminer les tendances du produit sur le marché, puis nous avons effectué une étude de la faisabilité technique comprenant une analyse comparative des différents procédés d’extractions et des équipements de traitements, sur la base des critères définis par le cahier des charges, afin de déterminer le procédé et les équipements les mieux adaptés à notre projet . Une analyse fonctionnelle a permis de découvrir le besoin et l’interaction entre le produit et son environnement ; le dimensionnement des équipements pivots afin d’optimiser au mieux les coûts d’implémentation et d’exploitation afin de garantir une huile de qualité. Ensuite, une analyse de la faisabilité financière a été faite sur une durée de cinq (5) ans où nous avons déterminé les charges d’implantation du projet, le coût de vente et le coût de revient, le chiffre d’affaire, les frais d’amortissement des équipements et le cash-flow, puis la rentabilité du projet a été évaluée. Enfin, nous avons réalisé une analyse des risques et dangers qui peuvent survenir pendant son fonctionnement et une alternative pour la valorisation des sous-produits obtenus est proposée. Les résultats ont montré que le marché de l’huile de ricin subit une constante croissance chaque année et que sa production est quasi inexistante au Cameroun, ce qui traduit l’opportunité que présente ce projet. De plus, les frais d’implantation s’élevaient à 6 300 000 FCFA, pour un chiffre d’affaire moyen de 120 438 214 FCFA et un coût de revient unitaire moyen de 264 FCFA. La Valeur Ajoutée Nette (VAN) du projet a été estimée à 125 622 357 FCFA. L’Indice de Profitabilité (IP) à 21 et le Délai de Récupération (DR) a été évalué à moins de 6 mois, ce qui traduit la très forte rentabilité du projet. L’analyse des risques a également montré que la chaîne d’extraction ne présente pas de dangers que l’on ne puisse contrôler, et une utilisation des tourteaux comme engrais a été proposée.

Mots clés : huiles végétales, ricin.

vii

ABSTRACT Vegetable oils hold an important place in the Cameroonian consumer market. They owe this privilege to the many applications they have. The aim of this work is to design a plant oil extraction unit from seeds of Ricinus Communis at low implantation cost but still capable of generating considerable income. To achieve this, we first carried out a study to determine the trends of the product on the market, then we did a technical feasibility study where we carried out: a comparative study of the different extraction processes and equipment treatments, based on the criteria defined in the specifications, in order to determine the process and equipment best suited to our project; a functional analysis to discover the need and the interaction between the product and its environment; the sizing of pivotal equipment in order to optimize implementation and operating costs and to guarantee quality oil. Then, a financial feasibility analysis was made over a period of five (5) years where we determined the costs of setting up the project, the cost of sale and the cost price, the turnover, the expenses. depreciation of equipment and cash flow, then the profitability of the project was assessed. Finally, we made an analysis of the risks and dangers that can occur during its operation and an alternative for the valuation of the by-products obtained. The results showed that the castor oil market undergoes constant growth every year and that its production is almost non-existent in Cameroon, which reflects the opportunity presented by this project. In addition, the establishment costs amounted to 6,300,000 FCFA, for an average turnover of 120,438,214 FCFA and an average unit cost of 264 FCFA. The Net Added Value (NPV) of the project was estimated at 125,622,357 FCFA, the Profitability Index (PI) at 21 and the Payback Time (DR) was estimated at less than 6 months, which reflects the most profitability of the project. The risk analysis also showed that the extraction chain does not present dangers that cannot be controlled, and the use of oilcakes as fertilizer has been proposed.

Keywords: vegetable oils, castor oil.

viii

SOMMAIRE

DÉDICACES .............................................................................................................................. i REMERCIEMENTS .................................................................................................................. ii PRÉSENTATION DE L’ENTREPRISE .................................................................................. iii RÉSUMÉ .................................................................................................................................. vii ABSTRACT ............................................................................................................................ viii SOMMAIRE ............................................................................................................................. ix LISTE DES TABLEAUX ....................................................................................................... xiii LISTE DES FIGURES ............................................................................................................. xv INTRODUCTION ...................................................................................................................... 1 CHAPITRE I : REVUE DE LA LITTERATURE .................................................................... A I.

HUILES EN COSMETIQUE.......................................................................................... 3 A. COMPOSITION DES HUILES VÉGÉTALES .......................................................... 3 1.

Composition des huiles végétales ............................................................................ 3 1.1.

Composants majeurs ......................................................................................... 3

1.2.

Composés minoritaires ..................................................................................... 4

B. PARAMÈTRES INFLUENÇANT LA QUALITÉ D’UNE HUILE ........................... 4 1.

Composition de la graine et de l’huile ..................................................................... 5

2.

Conditions de conservation de l’huile ...................................................................... 5

II. METHODES D’EXTRACTION DES HUILES VÉGÉTALES .................................... 5 1.

Extraction par presse ................................................................................................ 7

2.

Extraction par solvant .............................................................................................. 8

3.

Extraction mixte ....................................................................................................... 9 CRITÈRES DE CONTROLE DE LA QUALITÉ D’UNE HUILE .......................... 10

III. 1.

Indice acide ............................................................................................................ 10

ix

2.

Indice peroxyde ...................................................................................................... 10

3.

Indice de para-anisidine ......................................................................................... 10

4.

Résistance à l’oxydation ........................................................................................ 10

IV.

HUILE DE RICIN ..................................................................................................... 11 1.

Ricin, caractéristiques et propriétés ....................................................................... 11 1.1.

Composition des graines de ricin.................................................................... 12

1.2.

Propriété physico-chimique ............................................................................ 12

2.

Etude du marché de l’huile de ricin sur le plan mondial ....................................... 13

3.

Impact environnemental de l’extraction des huiles végétales ................................ 15 3.1.

Charges d'eaux usées ...................................................................................... 15

3.2.

Emissions dans l’air ........................................................................................ 16

3.3.

Déchets solides et dangereux .......................................................................... 17

4.

Composition et toxicité .......................................................................................... 18

5.

Applications de l’huile de ricin .............................................................................. 18

CHAPITRE II : MATÉRIEL ET MÉTHODES ......................................................................... 2 VI.

MATÉRIEL ............................................................................................................... 21

VII.

MÉTHODES ............................................................................................................. 22

A. ANALYSE DE LA FAISABILITÉ TECHNIQUE ................................................... 24 1.

Choix du procédé ................................................................................................... 24

2.

Choix du solvant .................................................................................................... 24

3.

Analyse fonctionnelle ............................................................................................ 25

4.

Conception/ choix des équipements....................................................................... 26 4.1.

Dimensionnement des principaux équipements ............................................. 26

4.1.1. Bilan de matière ......................................................................................... 26 4.1.2. Choix de la chaudière................................................................................. 26 4.1.3. Dimensionnement du distillateur ............................................................... 27 4.1.4. Dimensionnement de la colonne de désolvanisation ................................. 28

x

4.1.5. Dimensionnement du système hydraulique ............................................... 28 4.1.6. Dimensionnement du dispositif de condensation ...................................... 30 4.1.7. Dimensionnement des cuves de stockage .................................................. 31 4.1.8. Choix de la presse et du convoyeur ........................................................... 31 B. ANALYSE DE LA RENTABILITÉ DU PROJET ................................................... 32 1.

Plan de financement ............................................................................................... 32

2.

Dossier commercial ............................................................................................... 32

3.

Dossier financier .................................................................................................... 33

4.

Analyse de rentabilité ............................................................................................ 33

C. ANALYE DES RISQUES ET VALORISATION DES SOUS-PRODUITS ........... 34 CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION .................................................................. C I.

ETUDE DE LA FAISABILITÉ TECHNIQUE ............................................................ 36 1.

Choix du procédé ....................................................................................................... 36

2.

Choix du solvant ........................................................................................................ 36

3.

Analyse fonctionnelle ................................................................................................ 38

4.

Dimensionnement et choix des équipements............................................................. 42 4.1.

Dimensionnement de la chaudière (Ch101). ...................................................... 42

4.2.

Dimensionnement de la colonne à distiller (Rt 301) .......................................... 43

4.3.

Dimensionnement de la colonne de désolvanisation (Rt 201). .......................... 47

4.4.

Dimensionnement du condenseur (Cd 401). ...................................................... 47

4.5.

Dimensionnement des cuves de stockage .......................................................... 50

4.6.

Dimensionnement du système hydraulique ........................................................ 53

4.7.

Choix de la presse et du convoyeur .................................................................... 57

II. ANALYSE DE LA FAISABILITÉ FINANCIÈRE .................................................. 58 1.

Plan de financement................................................................................................... 58

2.

Dossier commercial ................................................................................................... 58

3.

Dossier financier ........................................................................................................ 60

xi

4.

Analyse de la rentabilité du projet ............................................................................. 62

III.

ANALYSE DES RISQUES ET DANGERS ......................................................... 63

IV.

VALORISATION DES SOUS PRODUITS ......................................................... 63

CONCLUSION ........................................................................................................................ 64 RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES ................................................................................. 65 ANNEXES ............................................................................................................................... 69

xii

LISTE DES TABLEAUX Tableau 1: Composition en acide gras de la graine de ricin. .................................................... 12 Tableau 2: Propriétés physico-chimiques de l'huile de ricin . ................................................. 14 Tableau 3: Evolution du prix de l’huile de ricin (prix moyen pour un produit de qualité commerciale) – FCFA/t, FOB Bombay. .................................................................................. 14 Tableau 4: Valeur des graines, de l’huile et Valeur des graines, du tourteau de ricin lors du record de prix de juillet/août 2008 – FCFA/t, FOB Inde. ........................................................ 15 Tableau 5: Charges des eaux usées dans une huilerie. ............................................................. 16 Tableau 6: Applications de l'huile de ricin en cosmétique. ...................................................... 20 Tableau 7 : Logiciels utilisés dans l'étude. ............................................................................... 21 Tableau 8 : Matériel utilisé dans l'étude. .................................................................................. 21 Tableau 9 : Cahier de charge du procédé d'extraction défini par Green Consulting BET Sarl. .................................................................................................................................................. 24 Tableau 10 : Critères de choix du solvant pour extraction d'huile de ricin. ............................. 24 Tableau 11 : Caractéristiques voulu de la chaudière. .............................................................. 27 Tableau 12 : Cahier de charge du matériau du distillateur. ...................................................... 28 Tableau 13 : Cahier de charge du matériau de la tuyauterie. ................................................... 29 Tableau 14 : Spécificités du matériau du serpentin .................................................................. 31 Tableau 15 : Cahier de charge de la presse. ............................................................................. 32 Tableau 16 : Critères de sélection du convoyeur à granulés. ................................................... 32 Tableau 17: Etude comparative pour choix du procédé basée sur les critères du cahier de charge. ...................................................................................................................................... 36 Tableau 18: Comparaison des meilleurs solvants sur la base des critères préétablis. .............. 37 Tableau 19 : Résultats de l'analyse des tests sur les conditions optimales d'utilisation du solvant. ..................................................................................................................................... 37 Tableau 20 : Fonctions caractéristiques de la chaine d'extraction. .......................................... 40 Tableau 21 : Caractéristiques de la chaudière NBS-AH-9. ...................................................... 43 Tableau 22 : Etude comparative pour le choix du matériau du distillateur. ............................. 46 Tableau 23 : Etudes comparative des matériaux pour la conduite en serpentin....................... 48 Tableau 24: Etude comparative des différents matériaux pour la tuyauterie. .......................... 54 Tableau 25 : Etude comparative entre le modèle 6YL-80 et YYLX70WK. ............................ 57 Tableau 26 : Caractéristiques du convoyeur à granulé. ........................................................... 57

xiii

Tableau 27 : Besoin en capital de lancement pour la mise en place de l'unité d'extraction de l'huile de ricin. .......................................................................................................................... 59 Tableau 28 : Calcul du coût de revient du produit sur 5 ans. ................................................... 58 Tableau 29 : Calcul du chiffre d'affaire sur 5 ans. ................................................................... 60 Tableau 30 : Besoins en électricité de la chaine d'extraction. .................................................. 60 Tableau 31 : Charges d'exploitation pour un cycle de production. .......................................... 61 Tableau 32 : Amortissement des équipements sur 5 ans. ......................................................... 61 Tableau 33 :Compte d'exploitation prévisionnel. ..................................................................... 62 Tableau 34 : Viabilité du projet sur 5 ans. ............................................................................... 63

xiv

LISTE DES FIGURES Figure 1 : Organigramme de la hiérarchie de Green Consulting BET Sarl. ............................. vi Figure 2: Bloc diagramme du procédé général d'extraction des huiles. ..................................... 6 Figure 3: Représentation du procédé d’extraction d’huile végétale par voie mixte. .................. 9 Figure 4 : (a) Les fruits de ricin;

(b): Les graines de ricin. .................................................. 11

Figure 5: Schéma de la méthodologie.. .................................................................................... 23 Figure 6: Bloc diagramme du procédé d'extraction d'huile de ricin conçu pour Green Consulting BET Sarl. ............................................................................................................... 38 Figure 7 : Profil du projet. ........................................................................................................ 39 Figure 8 : Diagramme bête à corne du projet. .......................................................................... 39 Figure 9 : Diagramme pieuvre de l'unité d'extraction de l’huile de ricin. ................................ 40 Figure 10: Diagramme FAST de l'unité d'extraction d'huile de ricin....................................... 41 Figure 11: Matrice SWOT de l'unité d'extraction d'huile de ricin. .......................................... 42 Figure 12 : Propriétés de la colonne de distillation C101 obtenue par simulation sur DWSIM. .................................................................................................................................................. 43 Figure 13 : Bilan des matières du procédé d'extraction . ......................................................... 44 Figure 14 : Process flow diagramme du procédé d'extraction d'huile de ricin. ........................ 45 Figure 15 : Fonctionnement du système de régulation automatique de la température. .......... 47 Figure 16: Représentation 2D du condenseur.. ........................................................................ 48 Figure 17 : Résultats de la simulation du fonctionnement du condenseur sur DWSIM. ......... 49 Figure 18 : Grafcet de fonctionnement du système de régulation du condenseur. .................. 50 Figure 19 : Dessin 3D du filtre presse manuel à membrane. .................................................. 51 Figure 20 : Grafcet de régulation du niveau d'eau dans le bac 501. ......................................... 53 Figure 21 : Système hydraulique de la pompe P401. ............................................................... 55 Figure 22 : Système hydraulique de la pompe P501. ............................................................... 56

xv

INTRODUCTION La situation actuelle de l’Afrique en général et du Cameroun en particulier est telle que, pour espérer sortir de la boucle de la dépendance occidentale et obtenir le statut de « pays développé », nous devons cesser d’être des éternels consommateurs pour devenir des producteurs, et ceci en exploitant l’immense richesse locale de notre patrie. Les plantes oléagineuses, sources incontestables d’une immense variété d’huiles végétales que l’on consomme au quotidien et dont les applications industrielles sont plus que remarquables font partie de ces richesses. Dans cette catégorie, le ricin a su se distinguer de toutes les autres plantes oléagineuses. En effet, Ricinus Communis, ou « castor oïl plant » en anglais est une graine oléagineuse possédant d’innombrables propriétés bénéfiques dans plusieurs secteurs de l’industrie de la cosmétique (DUMEIGNIL, 2012). Pourtant, malgré ce potentiel, cette plante est grandement sous-exploitée. Ayant perçu ce potentiel, Green Consulting BET Sarl, normalement spécialisé dans l’étude environnementale et le contrôle QHSE envisage de se lancer dans la culture et l’extraction d’huile de ricin, huile qui sera valorisée dans l’industrie cosmétique. En effet, La demande en produit cosmétique ne cesse de croître dans nos sociétés ou le paraître et le bien-être ont une place prépondérante. Le marché mondial des produits de beauté a affiché une croissance d’environ 5,3% entre 2005 et 2019 (Statistat Research Department, 2020). Dans les pays subsahariens francophones, le Cameroun est considéré comme l’une des principales portes d’entrée pour le marché des cosmétiques en Afrique centrale. Cette croissance atteint 7% par an pour une valeur globale du marché estimée à 580 millions d’euro en 2018 (Tunisia export CEPEX, 2019). Autrement dit, le secteur cosmétique est en pleine expansion au Cameroun mais est encore majoritairement dominé par les produits importés. De plus, une étude statistique effectuée par le ministère du commerce en 2017 dans la ville de Douala dans le cadre du soutien du gouvernement au « Made in Cameroon », filière cosmétique a révélé que sur la période de 2015- 2017, les importateurs camerounais ont dépensé 114 milliards de FCFA pour les produits de beauté. Il s’avère que 75% du marché local des cosmétiques au Cameroun est contrôlé par les importateurs. Les producteurs locaux se partagent les 25% restant (BRM, 2019).

1

Afin d’accompagner Green Consulting BET Sarl dans cette initiative pour le moins audacieuse qui concourra, de toute évidence, à la valorisation du « made in Cameroon », nous nous proposons de concevoir une unité de traitement qui permettra d’extraire l’huile de ricin à partir des graines séchées au préalable. Cependant, le défi, au vu des moyens limités dont dispose cette entreprise, sera de veiller à ce que les frais de conception et d’implémentation de ce projet ne dépasse pas le montant de 7 000 000 FCFA, tout en garantissant un procédé qui produira une huile dont la qualité pourra rivaliser avec celle des produits importés qui dominent le marché Camerounais, mais qui aura cependant un impact minimal sur l’environnement et sur la santé des conducteurs. Pour mener à bien ce projet, notre travail s’articulera comme suit : Tout d’abord, nous commencerons par une présentation de la revue de la littérature sur les huiles en cosmétiques, les différents procédés d’extraction qui existent et les spécificités de l’huile de ricin. Ensuite, nous présenterons le matériel utilisé pour notre étude de conception et de dimensionnement de cette unité. Puis suivra la méthode utilisée. Plus précisément, nous ferons une étude de faisabilités technique et financière pour évaluer la viabilité et la rentabilité du projet, suivie d’une analyse des dangers et risques que pourrait présenter cette chaîne d’extraction ainsi q’ une alternative de valorisation des tourteaux obtenus. Enfin, nous présenterons les résultats obtenus, que nous discuterons en veillant bien à ce qu’ils respectent les objectifs que nous nous sommes fixés préalablement.

2

CHAPITRE I : REVUE DE LA LITTERATURE

A

I.

HUILES EN COSMETIQUE Les corps gras constituent environ 90 % des matières premières dans la fabrication des

produits cosmétiques. Les propriétés physico-chimiques des divers corps gras utilisés dans la production d’un savon et des laits de toilette par exemple conditionnent largement (60 à 70%) le coût de production et les propriétés finales du savon. Autrement dit, Plus il est riche en acides gras insaturés et plus le savon de toilette aura des propriétés remarquables sur la peau (Peter DONKOR, 1986). Il est donc impératif pour toute entreprise désirant se lancer dans la cosmétique de connaître toutes les propriétés physiques et chimiques des corps gras qu'ils utiliseront. Etant donné que chaque corps gras a des propriétés qui lui sont propres, l'art de la formulation de ces produits réside pour beaucoup dans une sélection judicieuse des corps gras pour pouvoir produire les qualités désirées. A. COMPOSITION DES HUILES VÉGÉTALES 1. Composition des huiles végétales Les graisses et huiles sont principalement composées de triacylglycérols (TAG), accompagnés par des niveaux inférieurs de diacylglycérols (DAG), de monoacylglycérols (MAG) et de gras libres acides (AGL). Les composants mineurs comprennent les phosphatides, les stérols, les alcools gras, les vitamines liposolubles et d'autres composés. Les données de composition des macros et les microcomposants des huiles végétales peuvent différer considérablement selon le cultivar, la situation géographique, le climat, le stade de maturité du fruit, l'extraction et / ou processus de raffinage. 1.1. Composants majeurs Les différences entre les différents types d'huiles végétales se défini principalement à partir de leur composition en acides gras (AG). La plupart des huiles contiennent principalement des AG mono-insaturés (AGMI) et des AG polyinsaturés (AGPI) avec de faibles quantités de AG saturés (AGS), à l'exception des huiles lauriques (huiles de palme et de noix de coco) qui contiennent un grand pourcentage d’AGS. Les huiles de noix de coco et de palmiste se caractérisent par un niveau d'acides laurique (12: 0) et myristique (14: 0), ainsi que par la présence d’AGS plus court avec 8 et 10 atomes de carbone. Ces huiles sont riches en AGS et contiennent très peu d’AG insaturé (AGI). Dans les huiles végétales, les AG se trouvent principalement sous forme de glycérolesters, où les TAG représentent à au moins 95% d’huile brute. Les AG ne sont pas

3

distribués de manière aléatoire dans la molécule de glycérol, étant la réaction favorisée par les enzymes. Généralement, le deuxième groupe hydroxyle (sn-2) du glycérol est estérifié avec un AGI, tandis que le premier et les troisièmes positions (sn-1 et sn-3) sont à la place occupée par les AGS et les autres AGI. Différentes compositions et distributions d’AG au sein du TAG sont responsables du comportement de fusion différent des huiles végétales. Le beurre de cacao par exemple contient environ 60% de AGS et 35% de AGMI, où les principaux TAG sont PPO, SSO et PSO (S = stéarique, P = palmitique, O = oléique), qui est responsable de son comportement de fusion (Gunstone, 2009). 1.2. Composés minoritaires Parmi les constituants glycéridiques mineurs des huiles, la classe de molécules connue sous le nom de phosphatide ou de phospholipide sont présents à l'état de traces (0,1% à 3%) dans les pétroles bruts. Chimiquement, ce sont des glycérides estérifiées en sn-1 et sn-2 par FA et en sn-3 par un résidu d'acide phosphorique, ce dernier étant à son tour lié à un alcool, un groupe amino, ou un saccharide (Rodriguez-Estrada, et al., 2017). Les principaux composants sont les phosphatidylcholines, les phosphatidyléthanolamines et les phosphatidylinositides avec de plus petites proportions d'autres phospholipides. Ces molécules sont généralement insolubles dans l'huile, ce qui est cause de nombreuses impuretés. Mais elles sont extraites sous forme d'agrégats colloïdaux lors de la mouture de l'huile, puis facilement éliminés lors du raffinage. Ils sont commercialisés sous le nom de lécithine. L'huile de soja, l'huile de colza et l'huile de tournesol sont les principales sources de ces composants. Un petit pourcentage de la composition totale de l'huile est représenté par des molécules de nature non glycéridique, qui varie fortement selon l'origine géographique. Les alcools à longue chaîne dérivent de la conversion du groupe carboxyle AG en un hydroxyméthylénique (-CH2-OH). Ils ont peu d'importance dans la plupart des graisses, mais une petite quantité est estérifiée avec les AG dans les structures de cire trouvées dans certaines huiles végétales (Rodriguez-Estrada, et al., 2017). Les cires présentes dans les huiles végétales proviennent quant à elles du son et des cosses de graines et ils sont généralement éliminés lors du raffinage. B. PARAMÈTRES INFLUENÇANT LA QUALITÉ D’UNE HUILE La principale altération à laquelle est sujette l’huile est l’oxydation, qui peut être accélérée par différents facteurs : la composition de la graine, de l’huile ainsi que les conditions de stockage de l’huile.

4

1. Composition de la graine et de l’huile Le degré d’insaturation des acides gras est le principal facteur qui conditionne la stabilité des huiles. Plus les huiles sont riches en acides gras insaturés, plus l’huile sera sensible à l’oxydation (Parker, et al., 2003). Plusieurs composés présents dans l’huile ont un effet promoteur de l’oxydation tels que les acides gras libres, les métaux et la chlorophylle (Choe, 2008). Les composés antioxydants vont à l’inverse augmenter la stabilité oxydative des huiles. La présence des antioxydants augmente le temps d’induction à l’oxydation ou ralentit la vitesse d’oxydation (Choe & Min, 2006). La famille des tocophérols est le principal antioxydant de l’huile. Les polyphénols appartiennent également aux antioxydants, cependant leur faible quantité dans l’huile les rend moins efficaces que les tocophérols. 2. Conditions de conservation de l’huile Durant le stockage de l’huile, plusieurs facteurs contribuent à sa dégradation (List, et al., 2005). D’une part, l’exposition de l’huile à la lumière favorise la formation de radicaux libres, initiateurs de réactions radicalaires en chaîne. D’autre part, la variation de la température de conservation de l’huile de 21°C à 49°C, au terme de 7 semaines de stockage, induit une augmentation de l’indice peroxyde de 8 à 100 méq O2/kg d’huile pour l’huile de soja raffinée (Going, 1968). Les auteurs attribuent cet effet négatif de la température à l’augmentation de la vitesse de dissolution de l’oxygène situé à l’interface air-huile. Une augmentation de la surface d’huile disponible à l’oxygène engendre également une augmentation linéaire de l’indice peroxyde (Going, 1968). Le procédé d’obtention d’huile conditionne également la stabilité des huiles produites. Cet aspect sera abordé plus spécifiquement dans la partie suivante. Celle-ci traite tout d’abord du procédé industriel global de production d’huile, avant de se focaliser sur la principale opération de séparation solide/liquide de ce procédé : le pressage. II.

METHODES D’EXTRACTION DES HUILES VÉGÉTALES Les méthodes d’extraction des huiles ont beaucoup évolué au cours des années.

Actuellement, il existe plusieurs méthodes d’extraction des huiles végétales, mais nous ne nous limiterons ici qu’aux plus efficaces. Trois procédés sont classiquement utilisés pour extraire l’huile à partir des graines oléagineuses : la pression unique, l’extraction directe par solvants et le procédé mixte, couplant le pressage à une extraction par solvant sur le tourteau (Dijkstra & Segers, 2007). Le

5

procédé global d’extraction d’huile pour les graines oléagineuses de type colza et lin et ricin est présenté Figure 2. Graines oléagineuses

Prétraitements

Pressage

Procédé mixte

Pressage à froid

Pressage à chaud

Huiles brutes

Tourteaux

Filtration/ Sédimentation

Huile de première pression

Pressage

Tourteaux

Pressage à chaud

Huiles de seconde pression

Extraction par solvant

Extraction par solvants

Huile brute Tourteaux

Raffinage

Huile rafinée

Miscella

Tourteaux déshuilés

Distillation toassage Huile

Raffinage

Raffinage

Miscella

Distillation

toassage Huile

Tourteaux déshuilés et désolvantés

Raffinage

Huile rafinée Huile rafinée

Tourteaux déshuilés

Tourteaux déshuilés et désolvantés

Huile rafinée

Légende:

Produits Opération unitaire

Opération unitaire

Figure 2 : Bloc diagramme du procédé général d'extraction des huiles. La préparation des graines comprend plusieurs étapes (Anderson, 2005). Les graines sont préalablement nettoyées et éventuellement séchées (lorsque les graines ont une humidité supérieure à 10%). Afin de faciliter l’extraction de l’huile, les graines peuvent subir différents prétraitements. Ceux-ci peuvent être de nature physique, thermique ou visent à modifier l’humidité de la matière première. Les prétraitements les plus fréquemment utilisés avant pressage sont la cuisson, le flaconnage ou l’aplatissage des graines. Un dé-pelliculage des graines est parfois utilisé (plus particulièrement pour les graines de tournesol ou soja) soit pour faciliter le pressage des graines (Dijkstra & Segers, 2007) ou dans une optique nutritionnelle (par exemple, pour l’amélioration de la digestibilité des tourteaux, (Matthäus, 2012).

6

Les prétraitements ont pour objectif de préparer les graines à la principale opération de séparation liquide-solide : le pressage. 1. Extraction par presse Le pressage se définit comme le procédé physique permettant l’exsudation de l’huile d’une matière poreuse sous l’effet d’une force de compression (Schwartzberg, 1997). C’est la méthode la plus ancienne d’extraction d’huile végétale à partir des graines oléagineuses ; c'est un procédé complètement mécanique qui nécessite le moins d'investissement en capital et une attention particulière sur la sécurité (O’Brien, 2000). Dans ce processus, l'huile est pressée ou pré-pressée à partir d’une masse solide connue sous le nom de « gâteau », généralement après cuisson et / ou séchage pour améliorer la récupération d'huile. L'extraction des huiles végétales par pressage était historiquement réalisée à l'aide d'appareils actionnés par des pierres et des leviers pour exercer une pression directe sur les graines. Une forme améliorée de ce dispositif mécanique, qui permet l'application d'une pression considérablement plus élevée sur les graines a été mise sur pied au XIXe siècle, impliquant l'utilisation d'une presse à commande hydraulique. Il existe deux méthodes d’extraction par pressage :  L’extraction à chaud : L'extraction par pressage à chaud est utilisée pour les graines à « haute teneur en huile » (> 30%), ce qui donne 4,5% - 7,5% d'huile résiduelle dans les tourteaux. Ce procédé n'est plus très utilisé car il est difficile d'obtenir le rendement en huile souhaité sans endommager la qualité du produit, en raison de la pression et de la chaleur élevée générée dans la presse. Il est donc utilisé uniquement pour les opérations à petite échelle, et / ou pour les organismes de niche et génétiquement modifiés (OGM) des produits.  Extraction à froid : dans ce traitement, des flocons ou même des graines entières sont pressés sans subir un traitement thermique ou une cuisson préalable. L'huile résiduelle dans le gâteau est d’environ 10 à 20 % et il peut ensuite être récupéré en cuisant le gâteau et en le soumettant à une seconde pression. L'huile issue de ce second pressage nécessite un plein traitement de raffinage avant de devenir comestible, alors que la clarification et le blanchiment peuvent être suffisants pour l'huile pressée à froid. Les impurétés contenues dans l'huile de presse sont éliminées en deux étapes. Tout d'abord, l'huile pressée est autorisée à se déposer dans un réservoir, puis elle est clarifiée au moyen de filtres (petites usines) ou de décanteurs (grandes usines) (Dijkstra & Segers,

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2007). Notons ici que ce procédé permet d’obtenir des huiles de meilleures qualités que celles obtenues par pressage à chaud, car les acides gras à haute valeur nutritives sont très sensibles à la chaleur. Une extraction à froid permet donc à celles-ci de garder leurs propriétés. 2. Extraction par solvant L’extraction par solvant se fait en 4 étapes : Etape 1 : concassage des graines pour briser la structure végétale et faciliter l’extraction de l’huile ; Etape 2 : Macération des graines concassées dans un solvant sélectionné sur la base de son affinité avec l’huile à extraire, de la facilité avec laquelle la séparation huile-solvant sera faite plus tard et enfin de son coût ; Etape 3 : Séparation de l’huile extraite du solvant par distillation ; Etape 4 : Recyclage du solvant en vue d’une réutilisation pour une nouvelle extraction. Normalement, les graines contenant une proportion > 30% d'huile nécessitent soit un pressage complet, soit un pré-pressage avant l'extraction au solvant. En prépresse, seule l'huile facilement extractible est extraite avant de soumettre le matériau partiellement déshuilé à une extraction plus complète avec un solvant. Evidemment le rendement en huile est nettement supérieur lorsque l'extraction par solvant est utilisée (généralement 30% comme les graines de tournesol ou de ricin, elles sont généralement pré-pressées où on obtient un rendement d’huile résiduelle de 15 % à 20 % et puis le gâteau est émietté et soumis à une extraction au solvant à environ 0,75 % –1,25 % de la teneur en huile (Dijkstra & Segers, 2007). L’extraction par solvant prépresse et extraction directe par solvant sont illustrés à la Figure 3 ci-dessous. Une fois l’extraction terminée, on se retrouve avec une importante quantité de tourteaux déshuilés qu’on va par la suite chauffer ou laver pour éliminer le solvant résiduel qu’ils contiennent. Les avantages nutritionnels qu’ils conservent (teneur en protéines et profil en acide gras de l’huile), les rend intéressants pour l’alimentation des animaux et des plantes.

Figure 3: Représentation du procédé d’extraction d’huile végétale par voie mixte (fournie par French Oil Mill Machinery Co., Piqua, OH).

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III.

CRITÈRES DE CONTROLE DE LA QUALITÉ D’UNE HUILE Les critères de contrôle de la qualité d’une huile, en termes de composition, incluent le

profil en acides gras des huiles, la teneur en composés antioxydants (type tocophérols et polyphénols) ainsi que les marqueurs d’altération de l’huile. Les indicateurs fréquemment utilisés pour l’évaluation des altérations de l’huile sont (Ollé, 2002): 1. Indice acide C’est une mesure qui évalue l’altération hydrolytique des corps gras. La présence d’eau (dans les graines ou dans le milieu) peut entrainer des phénomènes d’hydrolyse des huiles, soit par une action chimique ou enzymatique ( (Frega, et al., 1999); (Ollé, 2002)). Les triglycérides sont alors partiellement hydrolysés en acides gras libres. Le Codex Alimentarius (1999) fixe la valeur de l’indice acide à un maximum de 4 mg KOH/g d’huile pour les huiles vierges et pressées à froid. 2. Indice peroxyde Elle permet d’évaluer l’état d’oxydation d’une huile. Cet indice a pour objectif le dosage de l’oxygène chimiquement actif contenu dans un gramme de corps gras. Le Codex Alimentarius (1999) fixe la valeur de l’indice peroxyde à un maximum de 15 méq O2/kg d’huile pour les huiles vierges et pressées à froid. 3. Indice de para-anisidine Elle quantifie les composés aldéhydiques responsables des odeurs de rance des huiles. Ces deux derniers indices permettent d’évaluer un état d’oxydation de l’huile au moment du dosage. Cependant, il est tout aussi intéressant de caractériser la résistance à l’oxydation de l’huile. L’oxydation d’une huile peut survenir durant le procédé d’extraction et au cours de la conservation des huiles. Les réactions d’oxydation conditionnent ainsi la durée d’utilisation optimale d’une huile (Ollé, 2002). 4. Résistance à l’oxydation Elle peut être déterminée par de tests de vieillissement accélérés (Test de Swift, test de Schaal, Rancimat ou par analyse Calorimétrique Différentielle à Balayage). La résistance à l’oxydation y est souvent déterminée par la mesure du temps d’induction à l’oxydation.

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IV.

HUILE DE RICIN

1. Ricin, caractéristiques et propriétés Le ricin (Ricinus Communis), ou « castor oïl plant » en anglais, est une euphorbiacée qui, bien que se présentant plutôt sous la forme d’un arbuste dans les zones tempérées, peut se développer dans les zones tropicales – dont il est natif – sous la forme d’un arbre pouvant atteindre plus de 10 m de haut. C'est la source de l'huile de ricin, qui a diverses applications et de la ricine, un poison (Garciaa, 1999). Ses feuilles, vertes ou rouges suivant les variétés et la maturité de la plante, sont dentées et palmatilobées. La floraison se fait grâce à des fleurs femelles et males regroupées en cyathes. Les graines, riches en triglycérides, luisantes et de couleur grisâtre/marron clair marbrée de taches brunâtres, sont enfermées par trois dans des fruits qui prennent la forme de capsules tricoques hérissées de pointes (voir Figure 4). La production de graines de ricin d’après une étude menée par le Food And Agricultural Organisation Of United Nation (FAO) en 2006 montre que l’inde domine largement la production mondiale de ricin en fournissant plus de 70% (830 kt/an) des graines disponibles dans le monde. Suivie de la chine qui, rappelons-le, a importé la culture du ricin depuis l’Inde il y a environ 1 500 ans, avec 18 % de la production mondiale (210 kt/an), soit près de quatre fois moins que l’Inde.

Figure 4 : (a) Les fruits de ricin (aromatherapie-huiles.com, 2021);

(b): Les graines de

ricin ( Toxipalnte.fr, 2021). Malgré sa place de deuxième producteur mondiale, sa production ne suffit pas à alimenter le marché interne. Au Cameroun, cette culture est encore embryonnaire et ne se limite

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qu’aux régions du Nord et Extrême nord Cameroun où elle n’est cultivée qu’en très faible quantité, et ce malgré le riche potentiel que possède cette graine. 1.1. Composition des graines de ricin Les graines de ricin contiennent environ 50 à 70 % d’une huile (Dumeignil F, 2012), un triglycéride dont les chaînes d’acide gras sont composées à près de 90 % d’acide ricinoléique [acide (9Z,12R) -12-hydroxyoctadéc-9-énoique], ce qui est remarquable d’uniformité (Tableau 1). Cette uniformité de composition (grande majorité d’acide ricinoléique) confère des qualités spécifiques à l’huile de ricin que les autres huiles végétales ne possèdent pas. En effet, l’acide ricinoléique possède une particularité unique, à savoir la présence d’un groupement hydroxyle sur la chaîne grasse qui le distingue des autres acides gras naturels qui, eux, en sont dépourvus. 1.2. Propriété physico-chimique Au niveau physico-chimique, cette caractéristique induit quelques propriétés intéressantes et uniques. Ainsi, l’huile de ricin possède une grande affinité pour les surfaces métalliques (qualités de mouillage). Son point éclair est de seulement 229, 8° C, alors qu’elle ne s’enflamme qu’à 449,8 °C. Par ailleurs, sa viscosité très élevée en fait l’huile végétale la plus dense (voir Tableau 2). Tableau 1: Composition en acide gras de la graine de ricin ( Mutlu et al., 2010). Composition en acide gras

Pourcentage 87.7 – 90.4

Acide ricinoléique Acide linoléique

4.1 – 4.6

Acide oléique

2.2 – 3.3

Acide Stéarique

0.7 - 1

Acide palmitique

0.7 - 1.1

Dihydroxy-stéarique

0.7

Acide Linolénique

0.3 - 0.5

Acide eicosanoïque

0.3

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Concernant les sous-produits de la filière, ils sont issus du procédé d’extraction de l’huile et comprennent des coques, le tourteau, ainsi que des acides gras libres, des gommes, etc. La présence de débouchés et le développement d’applications pour ces sous-produits permettent de proposer un schéma intégré et ainsi d’accroître la rentabilité économique de la chaîne globale de transformation. 2. Etude du marché de l’huile de ricin sur le plan mondial Le Tableau 3 retrace L’évolution du prix de l’huile de ricin depuis 2002 jusqu’en janvier 2010. L’extrême volatilité du marché y apparait clairement, avec un prix très raisonnable en 2002 de 371 250 FCFA/t, lequel augmentera progressivement jusqu’en milieu d’année 2008 pour dépasser les 715 000 FCFA/t, avec un point culminant à 825 000 FCFA/t en juillet-aout 2008 soit largement le double du prix moyen observé en 2002 (Dumeignil F, 2012). Ces fluctuations très importantes du coût de la matière première constituent un paramètre très important qui peut faire varier de manière imprévisible l’équilibre économique de procédés de transformation en aval, notamment par voie chimique. En outre, le Tableau 4, même s’il est basé sur le cas particulier du point culminant de juillet-août 2008, montre que le prix de la tonne de l’huile de ricin est environ le double de celui de la graine, tandis que le tourteau vaut environ sept fois moins que la graine.

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Tableau 2: Propriétés physico-chimiques de l'huile de ricin (Alexande J., 2008). Caractéristiques

Huile de ricin

Rendement (%)

45

Densité à 15°C (g/ml)

0.9453

Viscosité à 20°C (m.Pa.s)

585

Indice d’acide

0.901

Indice d’iode

104.03

Indice de saponification

176.6

Indice de réfraction

1.4730

PCS (kJ/kg)

40629.4

Capacité calorifique massique (J/kg.K)

1 800

Point éclair

229, 8° C

Point d’ébullition

313° C

Tableau 3: Evolution du prix de l’huile de ricin (prix moyen pour un produit de qualité commerciale) – FCFA/t, FOB Bombay. (Données extraites de Castor Oil Report, février 2011, castoroil.in) Année

2003

2004

2005

2006

Prix (FCFA)

508750 467500 508750 426250 563750 638000 607200 731500

14

2007

2008

2009

2010

Tableau 4: Valeur des graines, de l’huile et du tourteau de ricin lors du record de prix de juillet/août 2008 – FCFA/t, FOB Inde. (Données extraites de Castor Oil Report, février 2011, castoroil.in). Produits

Prix (FCFA)

Graine

385 000

Huile

825 000

Tourteau

60 00

3. Impact environnemental de l’extraction des huiles végétales L'extraction, le raffinage et le traitement des huiles alimentaires produisent une grande variété de déchets. Dans aucune autre industrie, le contrôle et la manipulation appropriés de ces déchets ne dépendent de la compréhension et du contrôle des processus eux-mêmes. Dans le cas des industries d’extraction d’huile, plusieurs unités de traitement sont susceptibles d’émettre des déchets relativement dangereux pour notre environnement. 3.1. Charges d'eaux usées C’est la principale source de pollution environnementale dans les huileries. Le Tableau 5 ci-dessous répertorie ces processus et les chargements de déchets associés. Notez que seules les graisses et les huiles (FOG) et la demande biochimique en oxygène en 5-jours (BOD) sont répertoriées. De nombreux autres paramètres sont souvent étudiés, surveillés et interprétés, mais sauf dans de rares circonstances, les stratégies de traitement et de contrôle peuvent être réduites finalement à ces deux éléments. Les charges sont présentées sous forme de moyenne et de maximum ; cependant, les opérations variables d'une installation de graisses et d'huile sont telles que la moyenne est moins pertinente qu'une plage de fonctionnement. Les maximums ont des chiffres raisonnablement supérieurs, avec des possibilités de charges plus élevées dans des situations de déversement.

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Tableau 5: Charges des eaux usées dans une huilerie (Michael J. Boyer, 2000). Opérations

Flux

BOD (b/jours)

FOG (lb/ jours)

(g/jours) Moyenne Pressage

et 60 000

Moyenne Maximum

Moyenne Maximum

370

600

10

25

extraction Raffinage caustique

11 000

220

1000

115

400

Désodorisation/

8000

800

1200

100

200

Acidification

22 000

3200

5000

25

800

Lavage des cuves

8000

250

1500

125

250

Emballages

10 000

250

1000

125

500

Total

119 000

5090

10 300

500

2175

Hydrogénation

De plus, le contrôle du pH des eaux usées est certes important, mais en fin de compte, il devient un sous-produit du contrôle du FOG et de la DBO. La demande chimique en oxygène (DCO) peut généralement être estimée de manière prévisible entre 1,4 et 1,6 fois la DBO. En conséquence, la mesure de la DCO est un outil utile pour déterminer indirectement les valeurs de DBO. 3.2. Emissions dans l’air Les principales sources d'émissions atmosphériques considérées pour cette présentation sont les suivantes : particules de poussière provenant de la manutention des céréales et des farines, hexane provenant de l'extraction par solvant, les odeurs provenant du refroidissement et de la désodorisation des repas, ainsi que les émissions de particules et d'oxydes nitreux (NO2) des chaudières à charbon.  Poussière de céréales : Cela provient d'une perte de masse tout au long de la manipulation et broyage des graines oléagineuses. On suppose généralement que les pertes de masse dans leur ensemble sont de 2 à 3 %. Cette perte est une combinaison de

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réduction d'humidité, de graines entières perdues et de farine, avec la poussière. La portion de poussière comprend cependant un nombre absolu plus petit que les autres. Mais, il peut créer des problèmes substantiels lorsqu'ils sont mesurés en tant qu'émissions atmosphériques de particules. Universellement, pour contrôler ces émissions, ces matériaux sont souvent recyclés vers un système de traitement des déchets.  Extraction par solvant. La limite généralement acceptée est de 0,2 gallon d'hexane par tonne de graines écrasés, pour toute l'opération. L'atteinte de ce chiffre nécessite un absorbeur d'huile minérale bien géré à la fin du processus et des contrôles de processus informatisés qui minimisent la perte de solvant pendant le démarrage-arrêt et d'autres conditions de processus. Les sources comprennent les pertes de manutention et les échappements des séchoirs et des refroidisseurs d’aliments.  Odeurs du séchoir à repas et de la désodorisation de l'huile. L'odeur est un paramètre qualitatif tant du point de vue de la mesure que du contrôle. La motivation pour la réduction découle généralement de plaintes de citoyens. 3.3. Déchets solides et dangereux La production et la manutention de déchets solides et dangereux ne sont généralement pas un problème dans ces industries par rapport aux eaux usées et aux émissions atmosphériques. Cependant, il existe un certain nombre de sources importantes qui sont préoccupantes. Ceux-ci sont discutés ci-dessous et les technologies de contrôle potentielles sont présentées.  Les boues de raffinerie. Diverses argiles décolorantes sont utilisées pour purifier et éliminer la couleur et corps issus d'huiles raffinées. Ces argiles décolorantes usées contiennent 25 à 35 % d'huile. Les caractéristiques de ces déchets sont telles qu'ils brûleront spontanément. Cela va créer un problème d'élimination dans les décharges sanitaires. Cependant, il peut être surmonté en plusieurs méthodes.  Déchets solides de grain. Les opérations de broyage, de triage, de décorticage et de pressages génèrent d’importantes quantités de déchets solides. Dans certains cas, ils peuvent être valorisés en tant que combustibles ou comme fertilisants pour les champs. Dans d’autres cas, ils peuvent s’avérer très toxiques comme c’est le cas avec le gâteau issu de l’extraction de l’huile de ricin qui contient de la ricine, qui est classifié comme étant un composé hautement toxique.

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4. Composition et toxicité La totalité de la plante semble toxique en raison de la présence de la ricine (protéine toxique), d’alcaloïdes toxiques tels que ricinine et ricinidine et d’une protéine très allergène (CB1A) qui, active au niveau de la ppm, peut provoquer de sévères réactions cutanées et des irritations graves du système respiratoire. Heureusement, ces composés de nature protéique ne se retrouvent pas dans l’huile lors de l’extraction, en raison de leur incompatibilité de solubilité. Par contre on les retrouve en grande quantité dans les tourteaux de ricin. L'ingestion de graines, souvent accidentelle chez les jeunes enfants, peut provoquer des intoxications graves (en raison de la présence de ricine) nécessitant impérativement une prise en charge hospitalière. On considère que trois graines peuvent être fatales à un enfant, quatre graines peuvent déterminer une intoxication sérieuse chez l'adulte et six à huit graines pourront lui être fatales (COI, 2001) Ces chiffres sont cependant à nuancer, la gravité de l'intoxication dépendra surtout de la sensibilité individuelle de chacun à la ricine. De plus, selon que les graines sont mastiquées ou non, la gravité de l'intoxication ne sera pas la même. Dans tous les cas, lorsque les intoxiqués sont pris en charge à temps en milieu hospitalier, l'issue de l'intoxication est presque toujours favorable (Xavier, 2012) 5. Applications de l’huile de ricin L’huile de ricin est utilisée comme standard absolu pour les mesures de viscosité grâce à ses propriétés physiques uniformes et stables dans le temps. La présence de groupements hydroxyles polaires lui permet d’être directement compatible avec une grande variété de résines naturelles et synthétiques, de cires, de polymères et d’élastomères pour lesquels elle peut même servir de plastifiant. L’huile de ricin possède aussi d’excellentes propriétés comme émollient et lubrifiant, ainsi que de remarquables propriétés de mouillage et de dispersion de colorants, pigments et fillers.  Comme lubrifiant : de par ses propriétés spécifiques, l’huile de ricin possède un grand intérêt comme lubrifiant. Elle fut utilisée par le passé pour l’aviation, mais aussi dans les moteurs de véhicules personnels, et plus spécifiquement dans les moteurs de voitures et motos de course ainsi que dans les moteurs –deux temps – de modelés réduits, secteur dans lequel elle alimente encore les débats. Dans cette application, malgré une excellente tenue à de haute température, elle possède cependant l’inconvénient d’une oxydation relativement rapide qui donne lieu à la production de gommes (d’où une

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utilisation plutôt dans les moteurs de véhicules de compétition ou de modèles réduits pour lesquels le démontage et le remontage du moteur sont fréquents).  En pharmacie : comme indiqué plus haut, les vertus laxatives de l’huile de ricin sont connues depuis très longtemps. Cependant, son utilisation pour cette application s’avérant dangereuse en raison d’effets violents, son usage à effet laxatif est maintenant formellement proscrit. En pharmacie, ce sont maintenant plutôt ses propriétés en tant qu’excipient qui sont utilisées, même si l’huile de ricin est officiellement classifiée dans les « excipients à effet notoire » et ainsi déconseillée, par exemple, aux enfants de moins de trois ans, en raison de possibilités de troubles digestifs, d’eczéma en application locale, de bouffées de chaleur, de difficultés à respirer, et de chute de tension dans le cas d’administration par injection ;  Dans l’alimentation : l’huile de ricin est référencée comme additif alimentaire dans le Codex Alimentarius sous le numéro 1503, avec les catégories fonctionnelles suivantes : antiagglomérant, substance inerte, émulsifiant et agent de glaçage. Par ailleurs, la NGAA (Norme générale codex pour les additifs alimentaires) autorise des concentrations maximales de 2 100 mg/kg dans les chewing-gums, 350 mg/kg dans le cacao et les produits chocolatés, 500 mg/kg dans les pâtisseries et les bonbons, et 1 000 mg/kg dans les compléments alimentaires. Il semblerait par ailleurs qu’en Inde il soit courant de mélanger jusqu’à 3 % d’huile de ricin avec les huiles végétales comestibles.  Dans la cosmétique : Les cosmétiques sont généralement élaborés à partir d’une base lipidique. L’huile de ricin est largement utilisée pour sa bonne tenue, sa souplesse et sa bonne résistance (rouge à lèvres, par exemple) (Polveche, 1996). Elle a de ce fait de nombreuses applications dans ce domaine. Nous pouvons citer notamment : -

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Soins cutanés : Traite les affections de la peau, pellicules, acné, taches brunes, squames, vergetures, cicatrisation, psoriasis...

-

Démaquillant et soins des ongles : Permet de dissoudre naturellement les résidus de maquillage Rend les ongles plus longs, plus solides et plus épais. Favorise un terrain plus sain dans le cas de mycose des ongles.

19

Le Tableau 6 ci-dessous présente les résultats d’une étude faite par Naturafro sur l’utilisation de l’huile de ricin en cosmétique. Tableau 6: Applications de l'huile de ricin en cosmétique (SARL Naturafro, 2018). Applications

Proportion

Cheveux

53 %

Cils

23 %

Barbe

16 %

Peau

4%

Ongles

4%

 Fibres Nylon :la société ELF ATOCHM a mis au point un procédé de fabrication d’une fibre nylon (RILSAN B) à base d’huile de ricin. Ce produit reste incontournable dans le monde entier, pour ses caractéristiques exceptionnelles : forte résistance mécanique, souplesse, bonne tenue dans une plage étendue de température (de 40 °C à +130 °C) On fabrique ainsi des conduites d’air comprimé, des canalisations pour le dispositif de freinage des poids lourds, des colliers de serrage pour les gaines électriques, des fibres pour des brosses, des équipement sportifs (chaussures de ski), etc.  Polyuréthannes : l’utilisation de polyuréthanne pour la fabrication de vernis, peintures, etc.se généralise. Aux Etats-Unis, l’huile de ricin entre dans la fabrication d’un certain nombre de produits. Ces débouchés connaissent un développement croissant en Europe. La bonne tenue des produits permet de l’appliquer en couches fines et régulières, tout en conservant une bonne résistance mécanique (Ghnimi, 2015). Enfin, mentionnons que le tourteau de ricin est employé en horticulture. En effet, outre ses qualités nutritives (engrais azoté à minéralisation lente, riche en matières organiques et en minéraux), il possède des propriétés nématicides (inhibe l’évolution de plusieurs parasites et champignons nuisibles pour les plantes) et insecticides, en plus de son pouvoir répulsif contre les rongeurs. Il est en revanche à utiliser avec prudence car il peut s’avérer un poison mortel pour les animaux domestiques qui viendraient à l’ingérer.

20

CHAPITRE II : MATÉRIEL ET MÉTHODES

B

Comme nous avons pu le voir précédemment, il existe plusieurs méthodes d’extraction d’huiles végétales. Le choix de la méthode qui sera la mieux indiquée pour ce projet dépendra principalement de la qualité d’huile que l’on souhaite obtenir et de l’utilisation qui lui sera destinée. Aux vues des limites de temps et financières auxquelles nous sommes soumis, nous limiterons cette étude à l’évaluation, au choix, à la conception, dimensionnement et à l’étude de viabilité d’une chaîne qui sera la mieux indiquée pour une extraction d’huile de ricin, en espérant qu’elle soit implémentée dans un futur proche. VI.

MATÉRIEL

Le matériel informatique et les produits utilisés pour cette étude sont présentés dans les Tableau 7 et Tableau 8. Tableau 7 : Logiciels utilisés dans l'étude. Logiciels

Utilisation

Blender 2.91

Modélisation 3D des équipements schéma d’implantation

Visio 2019

Flow Sheet Diagramme et Bloc Diagramme

Excel 2019

Faisabilité commerciale et financière

DWSIM

Dimensionnement de la colonne de distillation

Tableau 8 : Matériel utilisé dans l'étude. Matériel biologiques Graines de ricin Méthanol Eau Matériel de laboratoire Fiole jaugé Bécher Hydro-distillateur Thermomètre Broyeur Balance

Quantité 500g 1 Litres 10 L Quantité 2 1 1 1 1 1

21

VII.

MÉTHODES

Afin de mener à bien notre méthodologie, nous utiliserons la méthodologie présentée dans la Figure 5.

22

Etude de la faisabilité technique

Choix du procédé; Choix du solvant;

Analyse fonctionnelle d unité

Choix des équipements mineurs

Dimensionnement des principaux équipements & Modélisation 3D

Etude de la faisabilité commerciale

Cahier de charge Profil du projet Diagramme Pieuvre Diagramme bête à corne Matrice SWOT Diagramme FAST

Cahier de charge

Bilan matière Bilan énergétique Mc Cabe & Theile Optimisation énergétique

Calcul du coût de revient

Calcul du coût de vente

Calcul du chiffre d affaire

Etude de la faisabilité Financiére

Plan de financement Dossier financier

Besoin en fond de roulement

Charges d exploitation Amortissement

Analyse de la rentabilité Cash flow VAN IP DR

Analyse des risques/ dangers et gestion des déchets

Méthodologie d analyse de la CNESST

Figure 5: Schéma de la méthodologie.

23

A. ANALYSE DE LA FAISABILITÉ TECHNIQUE 1. Choix du procédé Comme nous avons pu le voir plus haut, il existe trois principaux procédés d’extraction d’huile végétale. Il est question ici de choisir le procédé qui s’adapte le mieux aux critères de Green consulting BET Sarl. Pour ce faire, nous allons comparer le cahier de charge de chacun de ces procédés avec celui qui nous a été fourni (voir Tableau 9 ci-dessous). Tableau 9 : Cahier de charge du procédé d'extraction défini par Green Consulting BET Sarl. Rendement

≥ 𝟗𝟕%

Coûts

Qualité

d’implantation

de l’huile

< 7 000 000

≥4

Déchets et rejets

NC 806 & NC 801

Inclure la valorisation des déchets et

Oui

limiter au maximum les rejets.

La valeur du critère qualité de l’huile représente une estimation de la qualité de l’huile sur une échelle de 1 à 5. 5 étant la valeur attribuée à une huile dite pure. Autrement dit, plus l’huile sera pure et plus elle sera dite de qualité. NC 806 & NC 801 sont les deux normes camerounaises établies par l’ANOR sur la fabrication des produits destinés à une utilisation dans le domaine cosmétique. 2. Choix du solvant Le procédé mixte a été choisi comme le mieux adapté pour ce procédé d’extraction après l’étude comparative que nous avons faite. Il est maintenant question de choisir le solvant qui sera le mieux adapté pour cette extraction. Le cahier de charge du solvant est présenté dans le Tableau 10 ci-dessous. Tableau 10 : Critères de choix du solvant pour extraction d'huile de ricin. Rendement

Prix

d’extraction

marché (litre)

d’ébullition (°C)

< 4000 FCFA

< 70 °𝐶

≥ 45%

sur

le Température

24

Indice

Dangers lors

écologique

de la manip.

> ++++

>2

L’indice écologique a été établi sur la dangerosité que représente chaque solvant pour l’environnement, en cas d’émission ou de rejet dans la nature. Sa valeur va de 1 à 5 ; 5 étant le niveau de dangerosité minimal et 1 le niveau maximal. Le danger de manipulation évalue les différents risques que représente la manipulation du solvant pour les usagers de la chaîne. Il s’agit plus précisément des risques d’explosion, risques de corrosion, risques d’empoisonnement etc., chaque danger, généralement présenté par un pictogramme, est représenté dans notre cahier de charge par un « + ». Le choix du solvant que l’on utilisera se fera entre l’n-hexane, l’acétate d’éthyle, du méthanol, l’isopropanol et de l’éther de pétrole. Tous sont d’excellents solvants pour ce qui est de l’extraction des huiles végétales. Pour choisir le plus apte à notre procédé, nous nous réfèrerons aux résultats d’une étude réalisée par (Swaroopa & Vaibhav, 2013) sur l’efficacité de ces différents solvants dans le procédé d’extraction de l’huile de ricin. Une fois le meilleur solvant sélectionné, nous ferons des tests pour déterminer les caractéristiques (temps et proportions) qui donneront le meilleur rendement d’extraction. Ainsi, nous avons pris 10 g de graines de ricin préalablement nettoyées et séchées au soleil. Cette masse a ensuite été broyée puis mélangée avec chacun de ses solvants respectivement dans les proportions 1/3 ; 1/6 et 1/9 (Masse / Volume). Les mélanges ont été laissés macérés pendant respectivement 10, 12 et 14 heures dans un bécher de 100 ml. Pour chaque échantillon, une distillation a été réalisée au moyen d’un hydro-distillateur afin d’évaluer le rendement d’huile qui a été extrait. Le rendement d’huile a été calculé comme suit : 𝜼=

𝑴𝒂𝒔𝒔𝒆 𝒉𝒖𝒊𝒍𝒆 𝒐𝒃𝒕𝒆𝒏𝒖𝒆 × 𝟏𝟎𝟎 𝑴𝒂𝒔𝒔𝒆 𝒔è𝒄𝒉𝒆 𝒈𝒓𝒂𝒊𝒏𝒆𝒔 𝒔é𝒄𝒉𝒆

(1)

3. Analyse fonctionnelle Pour mener à bien l’analyse fonctionnelle de notre unité d’extraction, nous utiliserons les outils suivants : -

Définition du profil du projet ;

-

Diagramme bête à corne ;

-

Diagramme pieuvre ;

-

Le diagramme FAST (Function Analysis System Technique) ;

-

Matrice SWOT.

25

4. Conception/ choix des équipements Il existe de nombreux équipements permettant de monter une chaine d’extraction d’huile végétale à partir de graines oléagineuses déjà disponibles sur le marché. Cependant, ils sont généralement très couteux. Nous envisageons donc pour cette partie de dimensionner les équipements « pivots » de notre chaine d’extraction qui seront parfaitement adaptées aux besoins de Green Consulting BET Sarl en nous aidant des études et analyses qui ont déjà été faites dans ce domaine. Pour ce qui est des autres équipements, nous ferons une étude comparative conformément au cahier de charges qui a été défini à cet effet afin de choisir l’équipement le mieux adapté pour chaque opération. Le choix des matériaux de conception des équipements a été effectué sur la base des critères tels que l’interaction matériau produit, la disponibilité sur le marché local, le coût et la résistance. 4.1. Dimensionnement des principaux équipements Conformément aux règles du génie des procédés, le premier appareil à dimensionner doit impérativement être le réacteur de notre chaine d’extraction, il s’agit ici de notre colonne de distillation, car ses performances influenceront grandement celles des autres. Une fois une colonne de distillation correctement dimensionnée, nous déterminerons les appareils dans lesquels s’effectueront les autres opérations unitaires. 4.1.1.

Bilan de matière

Il sera question ici d’estimer les entrées, sorties et les pertes au niveau du distillateur et du broyeur. Pour ce faire, nous utiliserons l’équation suivante : 𝑬𝒏𝒕𝒓é𝒆 − 𝑺𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 = 𝑨𝒄𝒄𝒖𝒎𝒖𝒍𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏 − 𝑻𝒓𝒂𝒏𝒔𝒇𝒐𝒓𝒎𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏

(2)

L’évolution globale du bilan de matières tout au long du procédé d’extraction est présentée dans

Annexe 6. 4.1.2. Choix de la chaudière La chaudière que nous utiliserons devra respecter les critères définis par le cahier de charges présenté dans le Tableau 11 suivant :

26

Tableau 11 : Caractéristiques voulues de la chaudière. Pression de

Puissance

Prix

Source

Vitesse

Température

vapeur (Bar)

électrique

(FCFA)

d’alimentation

vapeur

maximale

>5

≤ 12 (𝑘𝑊)

150 (°𝐶)

4.1.3.

Dimensionnement du distillateur

Dans un premier temps, nous effectuerons une simulation du fonctionnement de notre colonne de distillation sur DWSIM afin d’avoir une idée du nombre d’étages nécessaire, de l’efficacité, du taux de reflux et de l’énergie nécessaire à l’évaporation. Cependant, le logiciel DWSIM ne contenant pas d’huile végétale dans sa base de données, nous le substituerons par l’acide palmitique qui a les propriétés physiques plus ou moins similaires à celles de l’huile de ricin.  Définition des dimensions : Les dimensions que nous définirons pour notre colonne seront avant tout fonction du nombre d’étages nécessaire à notre distillation. Une fois le nombre d’étages obtenu, nous fixerons une hauteur et un diamètre approprié. En fixant le diamètre D de la colonne, on obtient 𝑯 (𝒎) = 𝑯𝑬𝑻𝑷 × 𝒏 + 𝑯𝒊𝒏𝒏𝒐𝒏𝒅é𝒆 Avec :

(3)

𝟒𝑽

𝑯𝒊𝒏𝒏𝒐𝒏𝒅é𝒆 = 𝝅𝑫² : qui est la hauteur de la colonne inondée ; n : nombre d’étage ; V : volume occupée de la colonne .

 Choix du matériau : La nature du matériel à utiliser est primordiale pour obtenir une huile commercialisable. Le matériau choisi devra respecter les critères présentés dans le Tableau 12 ci-dessous. Les expériences faites par (Jocelyne, 2019) ont démontrées la performance de trois métaux dans la fabrication des équipements de distillation. Il s’agit du cuivre, de l’acier inoxydable et de l’aluminium. Le choix de notre matériau se limitera donc à ces trois-là.

27

Tableau 12 : Cahier de charge du matériau du distillateur. Réaction chimique Conductivité

Coût sur le

avec les produits

thermique

marché

Inerte

Aussi basse que

Bas prix

Maniabilité

Bonne

possible

 Calcul de la puissance de chauffe nécessaire : La puissance nécessaire à l’évaporation du solvant sera obtenue après une simulation du fonctionnement de la colonne à distiller sur DWSIM.  Définition du système de fonctionnement. Le flux de chaleur sera apporté ici par une chaudière électrique qui sera installée en fonction de la puissance de chauffage nécessaire. Nous envisageons également intégrer un capteur thermique à l’intérieur de notre colonne ; celui-ci sera chargé de transmettre en temps réel l’évolution de la température dans notre dispositif à un mini système automatisé, afin d’éviter que la température de chauffage n’aille au-delà de 68 ° C. 4.1.4. Dimensionnement de la colonne de désolvanisation La colonne de désolvanisation aura les caractéristiques similaires à la colonne de distillation ; nous lui appliquerons donc les données obtenues lors du dimensionnement de la colonne de distillation. A la seule différence qu’elle fonctionnera pendant moins longtemps (12 heures). 4.1.5. Dimensionnement du système hydraulique  Pompe Notre unité comprend deux pompes centrifuges, dont l’une pour acheminer l’eau qui sera utilisée dans le condenseur et l’autre pour le solvant. Il sera question ici de choisir la pompe adéquate en fonction du débit Q(𝒎𝟑 /𝒉), de la hauteur manométrique totale (HMT) et de la puissance nécessaire au pompage (P). Ces données seront ensuite placées sur une courbe de pompe fournir par Shangai Shuangbao Machinery Co., Ltd afin de déterminer la pompe qui sera le mieux adaptée à notre étude (Annexe 1) . 𝑯𝑴𝑻 = 𝑯𝒈 + ∆𝒑𝒄 Avec :

28

(4)

Hg = hauteur géométrique à l’aspiration (Hga) + hauteur géométrique au refoulement (Hgp) ; ∆pc = somme des pertes de charge dans l’installation.  Calcul de la Hauteur de Charge Nette Absolu de la pompe (NPSH) : afin de s’assurer que notre système ne risque pas de subir des phénomènes de cavitation, nous devons nous assurer que𝑵𝑷𝑺𝑯 < 𝑯𝑴𝑻. Les valeurs de la 𝑁𝑃𝑆𝐻𝟓𝟎𝟏 et 𝑁𝑃𝑆𝐻𝟒𝟎𝟏 seront déterminées par une simulation du système hydraulique de la pompe P401 et P501 sur DWSIM.  Puissance hydraulique : Les valeurs de la puissance hydraulique 𝐏𝒉𝟒𝟎𝟏 et 𝐏𝒉𝟓𝟎𝟏 seront déterminées par une simulation du système hydraulique de la pompe P401 et P501 sur DWSIM.  Puissance absorbée 𝑷𝒂𝒃𝒔 = 𝑷𝒉 /𝜼

(5)

Où 𝜼 est le rendement de la pompe utilisée.  Diamètre de la tuyauterie : Le diamètre des tuyauteries sera choisi sur la base d’un abaque (Annexe 1) qui présente les différents diamètres réglementés, ainsi que la vitesse du fluide et les pertes de charge correspondantes. Le diamètre choisi sera celui qui réduit au minimum la somme des coûts de la tuyauterie et de l’énergie perdue par frottement.  Le choix du matériau : le matériau choisi devra respecter le cahier de charges présenté dans le Tableau 13 ci-dessous. Le choix se fera principalement entre l’acier inoxydable 304 ; le Polychlorure de Vinyle surchloré (CPVC) et l’aluminium. Tableau 13 : Cahier de charges du matériau de la tuyauterie. Risque de

Compatibilité

Prix du mètre

corrosion

avec les produits

(FCFA)

Bonne

< 5000

Aucun

Maniabilité

Bonne

 Les pertes de charge : Les pertes de charge seront déterminées à partir de l’abaque présenté dans Annexe 1 et Annexe 2.

29

4.1.6. Dimensionnement du dispositif de condensation Afin de limiter les coûts d’exploitation, nous avons opté pour un système de refroidissement des vapeurs à l’eau. Il était question ici de concevoir un équipement capable d’assurer la condensation du solvant grâce à un transfert thermique qui se fera entre celui-ci et une eau à température ambiante qui sera contenue dans le milieu.  Calcul du Débit de vapeur (Dm) : 𝑫𝒎 (𝒌𝒈/𝒉) =

𝑷𝒄𝒉𝒂𝒖𝒇𝒇𝒆 ∆𝒉

(6)

Avec Pchauffe : puissance nécessaire au chauffage ; ∆𝒉 : Chaleur latente de la vapeur de méthanol à 25 °C.  Calcul de la puissance dissipée : La valeur de la puissance dissipée sera obtenue en kW après une simulation du fonctionnement du condenseur sur DWSIM.  Longueur du serpentin : Pour exprimer la température de sortie, nous assimilerons le serpentin à un tuyau de longueur L et de diamètre d. Notons ɵ la température du méthanol dans la conduite du serpentin après qu’elle ait parcouru une distance x dans celui-ci à partir de l’entrée. Faisons un bilan de puissance sur une partie du serpentin de longueur dx. -

La puissance entrante à travers la section x est : 𝑫𝒎 . 𝑪𝒑 . 𝜽 ;

-

La puissance sortante à travers la section (x + dx) où la température de l'eau est (ɵ +dɵ) : 𝑫𝒎 = 𝒎. 𝑪𝒑 . (𝜽 + 𝒅𝜽) ;

-

La puissance cédée latéralement à l'eau du réservoir, qui est le produit de la constante d'échange h par la surface latérale 𝝅. 𝒅. 𝒅𝒙 et par la différence de température entre l'eau du serpentin et l'eau du réservoir ( 𝜃 − 𝑇) ; ce qui donne :

𝒉. 𝝅. 𝒅. 𝒅𝒙( 𝜽 − 𝑻). (7)

𝑷𝒖𝒊𝒔𝒔𝒂𝒏𝒄𝒆𝒆𝒏𝒕𝒓é𝒆 = ∑ 𝑷𝒖𝒊𝒔𝒔𝒂𝒏𝒄𝒆𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 =>

𝑫𝒎 . 𝑪𝒑 . 𝜽 = 𝑫𝒎 = 𝒎. 𝑪𝒑 . (𝜽 + 𝒅𝜽) + 𝒉. 𝝅. 𝒅. 𝒅𝒙( 𝜽 − 𝑻)

(8)

𝑳

Sachant que 𝜽 = 𝑻𝒆 à 𝒙 = 𝟎 , notre équation dévient : 𝑻𝒔 ≈ 𝑻𝒆 (𝟏 − 𝜹) Avec

𝜹=

𝑫𝒎 ×𝑪𝒑

(9)

𝒉×𝝅×𝒅

30

=>

𝑳≈ (𝟏−

𝑻𝒔 )𝜹 𝑻𝒆

(10)

 Choix du matériau du serpentin : le coefficient de conductivité thermique et la résistance à la corrosion sont les deux principaux critères de choix du matériau du serpentin. Le Tableau 14 ci-dessous présente les caractéristiques qui nous guiderons dans notre choix. Tableau 14 : Spécificités du matériau du serpentin Conductivité thermique Résistance à la corrosion

Prix du mètre (FCFA)

Bonne

< 17 000

Bonne

 Calcul du temps de renouvellement de l’eau du condenseur : Bilan énergétique au condenseur :

𝑷𝒖𝒊𝒔𝒔𝒂𝒏𝒄𝒆𝒆𝒏𝒕𝒓é𝒆 = ∑ 𝑷𝒖𝒊𝒔𝒔𝒂𝒏𝒄𝒆𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆

(11)

𝑑𝑇

=>

𝑚. 𝐶𝑝 . 𝑑𝑡 + ℎ. 𝑆. 𝑇 = −𝐷𝑚. 𝐶𝑝 (𝑇𝑠 − 𝑇𝑒 ) + ℎ. 𝑆. 𝑇𝑒𝑥𝑡

=>

𝒕=

𝒎.𝑪𝒑𝒆 𝒉.𝑺(𝑻𝒆𝒙𝒕 −𝑻)+𝑫𝒎 .𝑪𝒑𝒎é𝒕𝒉𝒂𝒏𝒐𝒍 (𝑻𝒆 −𝑻𝒔 )

∫ 𝒅𝑻

(12) (13)

En fixant T ∈ [25; 50] pendant le temps t, on obtient 𝒕= Avec

𝒎. 𝑪𝒑𝒆 (𝟓𝟎 − 𝟐𝟓) 𝒉. 𝑺(𝑻𝒆𝒙𝒕 − 𝑻) + 𝑫𝒎 . 𝑪𝒑𝒎é𝒕𝒉𝒂𝒏𝒐𝒍 (𝑻𝒆 − 𝑻𝒔 )

(14)

𝑆 = (𝐿 × 𝐻) + (𝐿 × 𝑙) + (𝐻 × 𝑙) Text : la température à l’extérieur du condenseur. 4.1.7. Dimensionnement des cuves de stockage

 Définir le volume nécessaire ;  Calcul de la hauteur ;  Choix du matériau : le matériau devra respecter le même cahier de charge que celui du distillateur : 4.1.8. Choix de la presse et du convoyeur Il existe plusieurs types de presses sur le marché, toutes plus performantes les unes des autres. Cependant, il faudra choisir pour notre projet une presse qui respectera les critères définis dans le tableau 15 ci-dessous :

31

Tableau 15 : Cahier de charge de la presse. Rendement

Capacité

d’extraction

traitement

> 𝟖𝟎%

de Puissance

du Prix (FCFA)

Filtre intégré

moteur

≥ 80 𝑘𝑔/𝑗𝑜𝑢𝑟

≥ 4 𝑘𝑊

< 900 000

Oui

Une large gamme de convoyeur pour granulés est disponible sur le marché. Cependant, le convoyeur que l’on choisira devra se rapprocher le plus possible des caractéristiques définies dans le Tableau 16. Tableau 16 : Critères de sélection du convoyeur à granulés. Capacité de traitement

Puissance du

Prix (FCFA)

Maniabilité

< 500 000

Bonne

moteur ≥ 𝟒𝟎𝒌𝒈/𝒉

≤ 10 𝑘𝑊

B. ANALYSE DE LA RENTABILITÉ DU PROJET Cette étude de la rentabilité se fera sur les 5 ans premières années de fonctionnement de notre unité d’extraction. 1. Plan de financement L’évaluation de l’investissement initial permet d’identifier tous les investissements durables à réaliser au démarrage, ainsi que toutes les ressources mobilisables. Il définit donc le besoin en capital au lancement du projet. 2. Dossier commercial Le dossier commercial montre comment sera vendue l’huile de ricin que Green Consulting BET Sarl produira. Pour les estimations, il est considéré une évolution de la production chaque année. Cette évolution est estimée à un taux de 10% chaque année ; soit un coefficient de 1,1 appliqué chaque année.  Détermination du cout de revient : 𝑪𝒐û𝒕 𝒅𝒆 𝒓𝒆𝒗𝒊𝒆𝒏𝒕 =

(𝑪𝒉𝒂𝒓𝒈𝒆 𝒅′ 𝒆𝒙𝒑𝒍𝒐𝒊𝒕𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏 𝒂𝒏𝒏é𝒆 𝟏 + 𝑨𝒎𝒐𝒓𝒕𝒊𝒔𝒔𝒆𝒎𝒆𝒏𝒕 𝒂𝒏𝒏é𝒆 𝟏) (𝑷𝒓𝒐𝒅𝒖𝒄𝒕𝒊𝒐𝒏 𝒋𝒐𝒖𝒓𝒏𝒂𝒍𝒊é𝒓𝒆 (𝑳𝒊𝒕𝒓𝒆) × 𝑵𝒃𝒓𝒆 𝒅𝒆 𝒋𝒐𝒖𝒓

32

(15)

 Détermination du coût de vente : Le prix de vente sera fixé en fonction de la tendance de prix du marché, mais sans toutefois négliger le bénéfice qui doit revenir à Green Consulting BET Sarl à chaque vente.  Détermination du chiffre d’affaire : Le chiffre d’affaire sera déterminé en fonction de la production annuelle et du prix de vente.  Constructions du bâtiment : Le prix de construction du bâtiment sera évalué au mètre carré suivant la formule : 𝑪𝒐û𝒕 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒕𝒓𝒖𝒄𝒕𝒊𝒐𝒏 = 𝑺𝒖𝒑𝒆𝒓𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆 𝒆𝒔𝒕𝒊𝒎é𝒆 𝒅𝒖 𝒃â𝒕𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕 × 𝒑𝒓𝒊𝒙 𝒅𝒖 𝒎𝟐 . 3. Dossier financier  Charges d’exploitation : Les charges d’exploitation représentent l’ensemble des charges qui incomberont au centre au cours du fonctionnement de l’unité d’extraction. Ces charges sont définies par année avec une évolution ; cette évolution est considérée à un taux de 8% ; soit un coefficient de 1,08 affecté aux charges chaque année. 

Amortissement des équipements : L’amortissement est la perte de valeur d’un

équipement ou d’un bâtiment tout au long de sa durée de vie. Nous avons fixé le taux d’amortissement des équipements à 20% et celui des emménagements et infrastructures à 10%. L’amortissement a été calculé sur 5 ans. 

Compte d’exploitation prévisionnel : Le compte d’exploitation prévisionnelle

permet la détermination de la capacité d’autofinancement de l’entreprise. Cette capacité d’autofinancement est la trésorerie potentielle qui pourrait rester dans l’entreprise du fait de son activité. 4. Analyse de rentabilité Elle se fait à partir des paramètres suivants : délai de récupération, la Valeur Ajoutée Nette (VAN) et L’indice de Profitabilité (IP) et du Délai de récupération du capital investit.  Délai de récupération : aussi appelé délai de remboursement, c’est le temps nécessaire pour récupérer le capital investi. Autrement dit, il s’agit de déterminer au bout de combien d’années le montant investit dans le projet de création d’une unité d’extraction d’huile de ricin pourra être récupéré. Il s’obtient en additionnant les flux nets de trésorerie année par année jusqu’à ce que l’on obtienne l’investissement initial.

33

Si le délai de récupération est inférieur à la durée de l’investissement, le projet est rentable.  VAN : Le calcul de la VAN permet de déterminer si un projet sera rentable. Dès lors que la VAN est supérieure à 0, le projet est rentable. 𝒏

𝑽𝑨𝑵 = 𝑰𝑻 − ∑

𝑪𝑭𝑲(𝟏 + 𝒊)−𝒌

𝒌=𝟏

(16)

Avec : IT : Investissement total initial ; CFk : Cash-flow ou revenus des ventes réalisées au cours de chaque année. CFk ici est supposé variable sur l’ensemble de la période ; i : Taux d’actualisation ou taux de rentabilité minimum exigé par l’entreprise, soit ici 15% ; n : La durée de la période considérée estimée ici à 3 ans ; k : Entier naturel compris entre 1 et n.  Indice de Profitabilité : L’indice de profitabilité se définit comme étant le rapport entre les cash-flows actualisés et l’investissement initial. Ainsi, cet indice est comparé à 1. La formule de calcul se présente comme suit : ∑𝒏𝒌=𝟏 𝑪𝑭(𝟏 + 𝒊)−𝒌 𝑰𝑷 = 𝑰𝟎

(17)

Avec: CF: Cash-flow Actualisé ; i : Le taux d’actualisation ; k : Ordre d’année ; I0: Investissement initial. C. ANALYE DES RISQUES ET VALORISATION DES SOUS-PRODUITS Le processus d’extraction de l’’huile de ricin n’est pas sans risque. En effet, notre chaîne d’extraction présente de nombreux risques pour les conducteurs. Nous les évaluerons en utilisant la méthode d’analyse des risques préconisée par la Commission des Normes de l’Equipe de la Santé et de la Sécurité du Travail (CNESST) en suivant le protocole décrit ciaprès :

34

 Déterminer l’étendue du projet : Définir le but de l’expérimentation, quand, où et comment le travail va être fait, et qui va le faire ?  Identifier les substances, les procédés et les techniques impliqués, ne pas oublier les produits de réaction ou l’élimination des résidus dangereux.  Déterminer les dangers associés au protocole : recueillir l’information sur les matières dangereuses utilisées, mais également celles produites, que ce soit sous formes solide, liquide, gaz, vapeur, poussières ou fumées. Déterminer les risques associés à ces produits à l’aide des fiches signalétiques fournies par le fabricant ou du répertoire toxicologique de la CNESST ;  Évaluer le niveau de risque : l’évaluation se fait selon votre connaissance des risques encourus et de ce qui peut tourner mal. Évaluer les risques pour la santé associée à la manipulation d’un produit particulier ;  Déterminer les actions à prendre et les contrôles à mettre en place. Le tourteau de ricin est le principal sous-produit de notre production. Nous estimons à 80 kg la masse minimale de tourteau que l’on obtiendra après chaque cycle d’extraction. Ce qui est déjà énorme. Il est donc impératif de trouver un moyen de les valoriser au mieux afin d’optimiser la production et de limiter au mieux l’impact de notre procédé sur l’environnement. Ainsi, nous préconiserons un moyen de valorisation en fonction de leurs propriétés physicochimiques qui engendrera le moins de dépenses possible.

35

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION

C

I.

ETUDE DE LA FAISABILITÉ TECHNIQUE 1. Choix du procédé Le Tableau 17 ci-dessous présente l’étude comparative que nous avons mené pour choisir

le procédé le plus adapté à notre projet, comparaison qui a été faite sur la base des critères définis par le cahier de charge défini par le Tableau 9. Tableau 17: Etude comparative pour choix du procédé basée sur les critères du cahier de charge. Méthodes

Rendements

Coûts

Qualité de

d’implantation l’huile extraite Extraction

Traitement

NC 806

des déchets

& NC

et rejets

801

< 65 %

< 2 000 000

5

Oui

Oui

> 98%

< 2 600 000

3.5

Oui

Oui

> 98%

< 5 000 000

4.25

Oui

Oui

par presse Extraction par solvant Extraction mixte

Au vu l’étude comparative réalisée dans le tableau ci-dessus, le procédé d’extraction par voie mixte semble être le plus approprié pour notre projet. Etant donné que notre huile sera utilisée à des fins cosmétiques, il ne sera pas nécessaire de lui faire subir toutes les opérations de raffinage qui sont généralement appliquées aux huiles végétales destinées à la consommation. En effet, l’huile obtenue respecte déjà les critères de qualité définis par les normes NC 806 & NC 801 de l’ANOR. Seul un dégommage pourrait éventuellement être nécessaire ici pour éliminer les acides libres de l’huile. La figure 8 cidessous présente les différentes étapes de notre procédé. 2. Choix du solvant Les solvants sélectionnés ont étés comparé dans le Tableau 18 ci-dessous, sur la base des critères fournis par le cahier de charge défini dans le Tableau 10 .

36

Tableau 18: Comparaison des meilleurs solvants sur la base des critères préétablis. Solvant

Prix du litre (FCFA) HT

Rendement (%)

Température

Dangers

Indice

d’ébullition (°C)

de manip.

écologique

Hexane 95 %

8 580

43,50

69

+++

1.5

Méthanol

6500

46,2

64.7

+++

4

Acétate d’éthyle

21 053.3

47,7

77.1

++

4

Isopropanol

8 450

44,3

82.5

++

4

Ether de pétrole

10 075

43,8

40 - 60

++++

2.5

Il semble évident, d’après ce qui précède, que le méthanol est le solvant le plus approprié pour l’extraction de l’huile de ricin. Différents tests ont étés menées en laboratoire pour déterminer les meilleures conditions d’utilisation (temps et proportion) du méthanol. Le Tableau 19 ci-dessous présente les résultats de cette analyse. Tableau 19 : Résultats de l'analyse des tests sur les conditions optimales d'utilisation du solvant. Ratio tourteaux/solvant (Poids/ volume)

Temps de macération (heures)

Rendement (%)

1:03

14

46,9

1:06

14

45.5

1:09

12

46.2

Notre macération se fera donc pendant le temps 𝒕𝒎 = 𝟏𝟒 𝒉𝒆𝒖𝒓𝒆𝒔, dans les proportions 1:03 (ratio tourteaux/ solvant). Le bloc diagramme du procédé d’extraction est présenté par la Figure 6 ci-après.

37

Graines de ricin sèche

Nettoyage

Déchets

Pressage

Filtration

Huile de première presse

Méthanol

Mélange

Stockage méthanol Filtration Méthanol

Tourteaux déshuilés

Miscella

Distillation

Huile de ricin

Résidus Méthanol

Désolvanitisation

Tourteaux déshuilés et désolvantés

Figure 6: Bloc diagramme du procédé d'extraction d'huile de ricin conçu pour Green Consulting BET Sarl. 3. Analyse fonctionnelle Les éléments de l’analyse fonctionnelle de notre projet sont représentés ci-dessous :

38

 Profil du projet Petite taille

Grande taille

Faibles enjeux

Forts enjeux

Livrable immatériel

Livrable matériel

Faible complexité

Forte complexité

Faible degré d innovation

Fort degré d innovation

Faible autonomie

Forte autonomie

L organisation est construite autour du projet

Le projet s insère dans une organisation

Figure 7 : Profil du projet.  Diagramme bête à corne

Green consulting BET Sarl

Graines de ricin Sur quoi ?

A qui ?

Unité d extraction

Fournir une huile de qualité et générer des profits

Dans quel but ?

Figure 8 : Diagramme bête à corne du projet.

39

 Diagramme pieuvre Normes et réglementation

Utilisateur

Environnement FC1

FC4

FC3 Rentabilité FP1 Chaine d extraction Huile de Qualité Coûts d exploitation

FP2 FC2 Dangers Graines de ricin

Figure 9 : Diagramme pieuvre de l'unité d'extraction de l’huile de ricin. Tableau 20 : Fonctions caractéristiques de la chaine d'extraction. Fonctions

Caractéristiques du système

FP1

Fournir une huile de qualité à partir des graines de ricin cultivées

FP2

Générer des profits pour Green Consulting BET Sarl

FC1

Respecter les normes et réglementations en vigueur ;

FC2

Présenter le moins de danger possible ;

FC3

Respecter l’environnement par la qualité de ses émissions et de ses rejets ;

FC4

Pouvoir contrôler l’unité d’extraction sans trop de peine.

FC5

Minimiser les coûts d’exploitation.

40

 Diagramme FAST Fournir une huile de qualité

Prépresser les graines de ricin

Presse Utiliser le solvant adequat

Extraire l huile résiduelle des tourteaux

Séparer l huile du solvant

Générer des profits

Reduire les coûts d exploitation

Maitrise des conditions d extraction Distillateur efficace

Utiliser la gravité pour déplacer les flux Valorisation des sous produits Presse-tourteaux manuelle

Réduire l impact sur l environnement

Concevoir à moindre coûts

Limiter les dangers et risques

Faciliter la gestion de l unité par le conducteur

Valorisation des sous produits

Utilisation des tourteaux comme engrais

Recycler des flux

Flux de Solvant après distillation

Choix optimal des équipements

Comparaison des offres disponibles

Optimisation énergétique des équipements

Audit énergétique sur distillateur et presse

Risques d explosion et d empoisonnement

Pictogramme et balises

Contamination du produit

Appliquer la marche en avant

Automatisation de quelques équipements

Capteurs thermiques Capteurs de niveau Presse automatique

Figure 10: Diagramme FAST de l'unité d'extraction d'huile de ricin.

41

 Matrice SWOT

Figure 11: Matrice SWOT de l'unité d'extraction d'huile de ricin. 4. Dimensionnement et choix des équipements Le dimensionnement des équipements a une importance capitale dans une étude de conception d’un procédé. Normalement, il doit être basé sur des études et analyses faites de préférence par l’équipe de conception pour s’assurer qu’il soit le plus adapté possible au projet. Cependant, en tenant compte du temps et des moyens à notre disposition pour cette étude, nous baserons notre dimensionnement sur les revues, articles et les analyses qui ont étés menés par des chercheurs expérimentés sur l’extraction d’huile de ricin. Les données ici obtenues pourront être actualisées une fois que nous passerons à la phase d’implémentation.  Bilan de matière de la chaîne d’extraction Le bilan de matières est présenté par la Figure 13 ci-dessous. Nous avons estimé, pour pouvoir le réaliser, un traitement de 200 kg de graines par cycle de production.  Flow Sheet Diagramme du procédé La Figure 14 présente le « Process Flow Diagram » de notre unité d’extraction. 4.1. Dimensionnement de la chaudière (Ch101). Nous avons étudié de nombreuses offres de chaudière que nous avons comparées sur la base des critères fournis par notre cahier des charges. Le modèle NBS-AH-9 conçu par Wuhan

42

Hobeth Import And Export co., Ltd. était celui dont les caractéristiques (voir Tableau 21 ) se rapprochaient le plus des exigences spécifiées. Tableau 21 : Caractéristiques de la chaudière NBS-AH-9. Pression de

Puissance

vapeur (Bar)

électrique

7

7 (𝑘𝑊)

Prix (FCFA)

374 000

Source

Vitesse

Température

d’alimentation

vapeur

maximale

Electrique

12 𝑘𝑔/ℎ

171 (°C)

4.2. Dimensionnement de la colonne à distiller (Rt 301) Les résultats de la simulation du fonctionnement de la colonne à distiller sont présentés dans la Figure 12 ci-dessous.

Figure 12 : Propriétés de la colonne de distillation C101 obtenue par simulation sur DWSIM. Ainsi, le nombre d’étage 𝒏 ≈ 𝟐. D’après (Walas, 1988), la hauteur entre les étages HETP doit être comprise entre [0,4m ; 0,6 m]. En définissant HETP = 0.5m et en sachant que le bouilleur se trouve à l’intérieur de la colonne, on en déduit 𝑯 = 𝟎. 𝟓 × 𝟑 + 𝟎. 𝟓𝟏 = 𝟐, 𝟏𝒎. NB : la hauteur de la colonne inondée est donnée par 𝐻𝑖𝑛𝑛𝑜𝑛𝑑é𝑒 = Avec D = 1m et Voccupé= 0.4m3.

43

4𝑉𝑜𝑐𝑐𝑢𝑝é 𝜋𝐷²

M0 = 200 kg

Nettoyage Mdéchets = 2 Kg M1= 198 kg Mho= 100 kg Pressage

Mhr = 35 kg

Filtration

M4 = 134 kg M3 = 65 kg Msolvant = 317 kg

Huile de première presse

Mélange M5 = 450 kg

Stockage Filtration Msr = 307 kg

Miscella

Tourteaux déshuilés

Mm = 347 kg

Mtd = 102 kg

Distillation

Chauffage

Huile de ricin

Tourteaux déshuilés et désolvantés Mt = 98 kg

Mh = 31 kg

Résidus Solvant Mst = 5 kg

Figure 13 : Bilan des matières du procédé d’extraction.  Choix du matériau : Le Tableau 22 ci-dessous présente une étude comparative que nous avons mené sur les trois matériaux les plus couramment utilisés dans le domaine industriel.

44

C503 V300 3,4 m

C404 T C302

C401

2,7 m

Cd 401 V400 C402 P

T

T

P

C201

1,90 m 1,60 m

C501

C202

C101

St 400

Rt 301

Rt 201

V500

C502 St 300

Légende :

St 101

1,30 m

1m

St 500 P 401

Flux principal

St 501

C403

C301

P 501 0,5 m

Flux chaud

St102

0 m Niveau de référence Ch101

Flux de méthanol

Flux d eau

Flux de vapeur Tourteaux

Figure 14 : Process flow diagramme du procédé d'extraction d'huile de ricin.

45

Tableau 22 : Etude comparative pour le choix du matériau du distillateur. Matériaux

Risque

de Prix

du

m² Résistance thermique Maniabilité

Réaction

(FCFA)

(W/m². K)

Fonte

Non

7 050

3,64 × 10−5

Mauvaise

Aluminium

Non

5 940

9,75 × 10−6

Bonne

Acier inoxydable 304

Non

14 080

1,55 × 10−4

Bonne

9 138

1

Bonne

Aluminium + en laine Non de bois (e = 4mm)

Il est évident que des parois en aluminium avec revêtement en laine de bois est le choix le plus optimal pour notre distillateur.  Choix du système de chauffage : Le chauffage se fera par un courant de vapeur de 12 kg/h qui est fourni par une chaudière électrique. La température à atteindre n’étant pas très grande (maximum 68 °C), les efforts de chauffage seront minimes. De plus, un tel système est bien plus écologique qu’un chauffage au feu de bois (qui est d’ailleurs moins efficace) ou au moyen des combustibles organiques tels que le méthane, l’essence, le pétrole, etc.  Puissance consommée pour chauffage : La puissance nécessaire à toute l’opération de distillation a été obtenue par simulation du procédé de distillation sur DWSIM. Ainsi, on a

𝑷𝒄𝒉𝒂𝒖𝒇𝒇𝒂𝒈𝒆 𝟐𝟐 𝟖𝟏, 𝟏𝟖 𝒌𝑾

 Mode de Fonctionnement : Une sonde thermique sera intégrée à la structure de l’alambic, chargée de rendre compte de l’évolution de la température en temps réel. Ces données seront utilisées pour réguler automatiquement la température grâce à un automatisme programmé comme l’indique le grafcet de la Figure 15.

46

0

Température T> 68 °C

1

Arrêt du système de chauffage

Température T< 58 °C

2

Redemarrage du système de chauffage

Figure 15 : Fonctionnement du système de régulation automatique de la température dans le distillateur. 4.3. Dimensionnement de la colonne de désolvanisation (Rt 201). En appliquant la même méthode que pour le dimensionnement de la colonne de distillation, nous avons déterminé les caractéristiques suivantes : Hauteur : 1,5m ; Diamètre : 1 m ; Puissance requise pour le chauffage : 𝟐𝟐 𝟖𝟏, 𝟏𝟖 𝒌𝑾; Matériau : Aluminium avec revêtement en laine de bois ; Mode de chauffage : Courant de vapeur. Système de chauffage : régulé par des capteurs thermiques via un automatisme ( voir Figure 15). 4.4. Dimensionnement du condenseur (Cd 401). Le schéma du condenseur est présenté dans la Figure 16.  Matériau du serpentin : Le Tableau 23 ci-dessous résume l’étude comparative que nous avons menée pour faire un choix de matériau convenable. Au vu des données qui y sont présentées, il est évident que le cuivre est le meilleur choix de matériau pour notre serpentin.

47

Tre (°C) Entrée eau

Te (°C)

d

Entrée vapeur

H Ts (°C) Sortie condensat

L Sortie eau Trs (°C)

Figure 16: Représentation 2D du condenseur.. Tableau 23 : Etudes comparatives des matériaux pour la conduite en serpentin. Matériaux

Conductivité thermique

Résistant à la

Prix du mètre

(W/m.K à 25°C)

corrosion

(FCFA)

Aluminium

205

Oui

3 900

Acier inoxydable

26

Oui

4 680

Cuivre

390

Oui

11 050

Données : Température d’entrée du solvant (𝑻𝒆 ) ≈ 𝟔𝟕°𝑪 ; Température de sortie du solvant du condensat (𝑻𝒔 ) ≈ 𝟑𝟎 °𝑪 ; Température de l’eau de refroidissement à l’entrée du condenseur (𝑻𝒓𝒆 ) = 𝟐𝟓 °𝑪 ; Température de l’eau à la sortie du condenseur après un temps t (𝑻𝒓𝒔 ) = 𝟓𝟎 °𝑪 Diamètre de la conduite de serpentin d= 32 mm Vitesse de la vapeur v= 25 m/s (qui est la vitesse moyenne d’une vapeur saturante ( (ThermExcel, 2014)) Epaisseur : e = 2 mm

48

Masse volumique vapeur du méthanol 𝜌 = 792 𝑘𝑔/𝑚3  Calcul du débit de vapeur (Dm) : =>

𝑫𝒎 = 𝟏, 𝟗𝟓 𝒌𝒈/𝒉  Puissance dissipée pendant le refroidissement :

Les résultats de la simulation du fonctionnement du condenseur sur DWSIM sont présentés dans la Figure 17 ci-dessous.

Figure 17 : Résultats de la simulation du fonctionnement du condenseur sur DWSIM. =≫

𝑷𝒅𝒊𝒔 = 𝟒𝟔, 𝟕𝟎𝟐 𝒌𝑾

 Longueur du serpentin : Avec

𝜹=

𝑫𝒎 ×𝑪𝒑 𝒉×𝝅×𝒅

𝟏,𝟗𝟓×𝟏𝟏𝟔

= 𝟐𝟖𝟒.𝟔𝟕×𝝅×𝟎.𝟎𝟑𝟐 = 𝟖, 𝟏𝟎𝟔 𝒎

Où

h = 284.4W/m2.°K

et Cp = 116 kJ/kg.°K =≫

𝑳 = 𝟒, 𝟑𝟕 𝒎

Ainsi, on définit aisément le volume minimale du condenseur où sera disposée la conduite en serpentin : 𝑳 = 𝟏. 𝟓 𝒎 , 𝑯 = 𝟎. 𝟕𝟓 𝒎 𝒆𝒕 𝒍 = 𝟎. 𝟔 𝒎.  Calcul du temps de renouvellement de l’eau du condenseur : Pour fixer la masse d’eau contenue dans le condenseur, nous avons considéré que l’eau occupe au moins le 4/5 de son volume. Le volume minimal du condenseur étant de 𝐕 = 𝟎. 𝟔𝟕𝟓 𝒎𝟑 = 𝟔𝟕𝟓 𝐋 On peut estimer 𝒎 = 𝟔𝟐𝟓 𝒌𝒈. Ainsi, on obtient l’application numérique suivante :

49

𝑡=

625 × 4.180 (50 − 25) 320(1.5 × 0.75 + 1.5 × 0.6 + 0.75 × 0.6)3 + 1,95 × 116 × 37

=>

𝒕 ≈ 𝟔 𝒉𝒆𝒖𝒓𝒆𝒔  Système de fonctionnement : Le bac de condensation a été muni d’une sonde thermique qui sera chargée de réguler la

température lorsqu’elle sera au-dessus de 50 °C. Le fonctionnement de cet automatisme est présenté dans la Figure 18 .

0

Température T> 50°C

1

Ouverture de la VanC01

Ouverture de la VanC02

Temps t = 10 min

2

Fermeture de la VanC01

Fermeture de la VanC02

Figure 18 : Grafcet de fonctionnement du système de régulation du condenseur. 4.5. Dimensionnement des cuves de stockage  Cuve de macération : C’est le bac où se fera l’extraction de l’huile résiduelle par le solvant. Il devra donc contenir à la fois les tourteaux et un volume de méthanol équivalent à 3 fois la masse des tourteaux. D’après le bilan des matières présenté par la Figure 13, la cuve de macération devra pouvoir contenir environs 500 kg de produits ( solvant + tourteaux). Un volume de 𝑽 = 𝟏 𝒎𝟑 devrait donc suffire pour cette opération. En fixant un diamètre 𝐷0 = 0,75 𝑚, on obtient une hauteur H0 = 1.53 m.

50

Le matériau qui a été sélectionné ici est l’aluminium, en raison de sa grande résistance, de sa maniabilité et de son coût réduit.  Système de filtration : Une fois l’l’huile résiduelle extraite des graines, il est maintenant question de séparer le mélange solvant + huile (miscella) des tourteaux de ricin. Habituellement, cette séparation se fait par le biais d’un filtre presse hydraulique. Cependant, ces équipements sont très coûteux, même pour les plus petits modèles. Afin d’optimiser les coûts d’implémentation de notre projet, nous avons conçu un système de filtre presse à membrane manuelle. Le prototype 3D de cet équipement a été modélisé sur Blender et est présentée dans la Figure 19 suivante.

Bac de macération

Tige de manœuvre

Vanne d arrêt

Support de presse

Cuve de filtration

Membrane de filtration

Volant de manœuvre

Figure 19 : Dessin 3D du filtre presse manuel à membrane. Le matériau utilisé ici sera l’aluminium, en raison de sa grande résistance, de sa maniabilité et de son coût réduit.

51

 Cuve de stockage du méthanol (St 300) : Au vu de la quantité de méthanol qui est utilisée pendant le procédé d’extraction, nous estimons que son bac de stockage devra avoir une contenance de 1000 litres. Ainsi, en fixant son diamètre D = 1m, on aura 𝑯=

𝟒𝑽 𝝅𝑫𝟐

= 𝟏. 𝟐𝟕𝒎

 Cuve de stockage de l’huile de première presse (St 101) : un volume de 500 litres suffirait à stocker la production de plusieurs semaines (en raison de 50 litres par cycle de production d’après le cahier des charges). En fixant le diamètre D2 = 0.7 m, on obtient une hauteur H2 = 1.3 m.  Cuve de stockage de l’huile extraite par solvant (St 400) : les dimensions sont les mêmes que celles de l’huile de première presse.  Cuve de stockage de l’eau (St 500) : En considérant l’importance de l’eau pour ce procédé, et en tenant compte du fait qu’il faudra peut-être renouveler le flux d’eau du condenseur à plusieurs reprises pendant un cycle de production, nous estimons qu’un bac ayant un volume de 2 500 litres devrait suffire à assurer une disponibilité constante de l’eau. En imposant un diamètre D3 = 1.2 m, on obtient une longueur L3 =2.21 m.  Bac de refroidissement de l’eau (St 501) : Après chaque 6 heures, il faudra renouveler l’eau de refroidissement contenu dans le condenseur pour que les échanges de chaleur restent optimaux. Cette eau (environ 50 ° C) sera stockée dans un bac où elle sera refroidie grâce aux échanges entre l’air ambiant et la paroi du bac. Nous estimons qu’une contenance de 1500 litre suffira pour renfermer au moins l’eau de 2 cycles de renouvellement. Ce bac a été muni d’un capteur de position qui permettra de réguler le niveau d’eau et de la transférer dans le principal bac de stockage d’eau (St 500) lorsque qu’il atteindra un niveau de trop plein. Le grafcet de cet automatisme est présenté à la Figure 20. En imposant un diamètre D4 = 1m, on obtient une hauteur H4 = 1.90 m, Epaisseur : e = 2 mm.  Matériau : le matériau utilisé ici sera du polyéthylène, en raison de son faible coût sur le marché comparé à l’aluminium et à l’acier inoxydable, d’autant plus qu’il est tout aussi inerte (pas de risque de réaction avec le méthanol) que les deux autres (voir annexe 5).

52

0

Niveau d eau N max atteint

1

Ouverture de la vanne V500

Niveau d eau inférieur à Nmax

2

Fermeture de la vanne V500

Figure 20 : Grafcet de régulation du niveau d'eau dans le bac 501. 4.6. Dimensionnement du système hydraulique  Cas de C201, C301, C402 et C501 : Ces conduites n’auront pas de pompe pour acheminer leur flux, ce dans le but de réduire les coûts d’implantation de notre unité, le transport se fera par la seule force de la gravité. Ainsi, nous avons fixé leur débit d’écoulement à 𝑸′ = 𝟏𝟖 𝒎𝟑 /𝒉. En utilisant l’abaque présenté dans l’annexe 1 et 2, nous avons choisi un diamètre nominal qui présente le moins de perte de charge pour le débit fixé. Ainsi, on a le diamètre interne 𝒅′ = 𝟏𝟎𝟎 𝒎𝒎 et vitesse d’écoulement 𝒗′ = 𝟎, 𝟔 𝒎/𝒔 pour un total de pertes de charge régulière ∆𝑷′ = 𝟗, 𝟓 × 𝟎, 𝟓𝟓 = 𝟓, 𝟐𝟐𝟓 𝒎.  Cas des autres conduites : Fixons le débit d’écoulement dans ces différentes conduites à 𝑸" = 𝟑 𝒎𝟑 /𝒉. En utilisant l’abaque présenté dans l’annexe 1 et 2, nous pouvons choisir un diamètre nominal qui présente le moins de perte de charge pour le débit fixé. Ainsi, on a le diamètre interne 𝒅" = 𝟒𝟎 𝒎𝒎 et une vitesse d’écoulement 𝒗" = 𝟎, 𝟕𝒎/𝒔 avec un total des pertes de charge régulière ∆𝑷" =  Choix du matériau :

53

𝟑𝟎 ×𝟏,𝟖 𝟏𝟎𝟎

= 𝟎, 𝟓𝟒𝒎.

Le tableau 24 ci-dessous présente l’étude comparative que nous avons mené sur les 4 matériaux les plus rependus sur le marché. Tableau 24: Etude comparative des différents matériaux pour la tuyauterie. Matériaux

Risque

de Compatibilité

Prix du mètre Maniabilité

corrosion

avec les produits

(FCFA)

Aluminium

Non

Bonne

3 500

Bonne

CPVC

Non

Bonne

4 125

Très bonne

Acier

Non

Bonne

8 281

Bonne

inoxydable 304 CPVC : Le chlorure de polyvinyle chloré. L’aluminium est donc de toute évidence le matériau le mieux adapté à notre tuyauterie.  Dimensionnement des pompes Le système hydraulique a été conçu de façon à exploiter au mieux la gravité pour le transport de la plupart de nos flux afin de limiter au maximum l’intervention des pompes dans notre unité. Notre système est donc constitué de deux pompes centrifuges dont l’une chargée d’acheminer l’eau (P501) et l’autre le méthanol (P401) (voir Figure 14). Données de base : Diamètre interne des pompes : 𝑫𝒊𝒏𝒕 = 𝟒𝟎 𝒎𝒎 ; Débit de pompage requis : 𝑸𝒗 = 𝟑 𝒎𝟑 /𝒉.  Cas de la pompe P401 Le circuit hydraulique de la pompe P401 est présenté sur la Figure 21. Les pertes de charge à l’aspiration =>

∆𝑃𝑎𝑠𝑝401 = 8,53 𝑚

Les pertes de charge au refoulement =>

∆𝑃𝑟𝑒𝑓401 = 12,60 𝑚

Hauteur manométrique totale (HMT) =>

𝐻𝑀𝑇 = 22,93 𝑚

54

Hauteur de Charge Nette Absolu de la pompe (NPSH voir annexe 4) 𝑁𝑃𝑆𝐻 = 9,7 𝑚 < 18,7 𝑚 Donc il n’y aura pas de risque de cavitation.

=>

Puissance hydraulique =>

Pℎ401 = 0,5kW

Puissance absorbée : 104

=>

𝑃𝑎𝑏𝑠 = 5,4 × 75% = 0,67 kW  Cas de la pompe P501

Le circuit hydraulique de la pompe P401 est présenté sur la Figure 22. Les pertes de charge à l’aspiration: =>

∆𝑃𝑎𝑠𝑝501 = 8,52 𝑚 ;

Les pertes de charge au refoulement: =>

∆𝑃𝑟𝑒𝑓501 = 12,57 𝑚. 8m

0.2 m

Hg=1.8 m

3,4 m

0.20 m

Rt 201 St 400 1.20 m

P401

Figure 21 : Système hydraulique de la pompe P401.

55

6m

0.2 m

Hg = 2.25 m

3,4 m

0.20 m

0.75 m St 500 P501

Figure 22 : Système hydraulique de la pompe P501. Hauteur manométrique =>

𝑯𝑴𝑻𝑷𝟓𝟎𝟏 = 𝟐𝟑, 𝟑𝟒 𝒎

Hauteur de Charge Nette Absolu de la pompe (NPSH) (voir annexe 5) =>

𝑵𝑷𝑺𝑯𝟓𝟎𝟏 = 𝟏𝟎 𝒎 < 𝟏𝟔, 𝟐𝟓 𝒎 Donc il n’y aura pas de risque de cavitation.

Puissance hydraulique requise (voir annexe …) =>

𝐏𝒉𝟓𝟎𝟏 = 0,4kW

Puissance absorbée =>

𝑷𝒂𝒃𝒔 = 6,98 ×

104 = 𝟎, 𝟓𝟒𝒌𝑾 75%

 Choix du modèle de la pompe : Grace aux données de HMT, de NPSH et du débit Dm calculé, nous avons pu effectuer une correspondance sur la courbe des pompes qui nous a été fournie. Il en ressort que la pompe SBMC série CQB conçue par Shangai Shuangbao Machinery co., Ltd, est la mieux adapté à notre projet.

56

4.7. Choix de la presse et du convoyeur En tenant compte de de la capacité de production, de la consommation énergétique, du rendement de production, du mode de fonctionnement et du prix, deux modèles de presse ont particulièrement retenu notre attention : il s’agit de la presse modèle YYLX70WK conçue en Chine par Henan Ocean Intelligent Technology Company et de la presse modèle 6YL-80 conçue par Zhengzhou Tonde Machinery Co., Ltd. Ces modèles se distinguent particulièrement des autres par leur faible consommation énergétique, par leur grande maniabilité et par le fait qu’ils ont tous les 2 un filtre déjà intégré. Le tableau ci-dessous présente les principales caractéristiques de ces deux presses. Tableau 25 : Etude comparative entre le modèle 6YL-80 et YYLX70WK. Modèle

6YL-80

YYLX70WK

Capacité (kg/h)

125 – 175

Consommation (kW)

6,5

Rendement (%)

> 94 %

Dimensions (𝐿 × 𝑙 × 𝐻)(mm)

1510 × 440 × 700

Poids (kg)

350

1000 – 1400

Mode

Semi-automatique

Automatique

Prix (FCFA)

907 500

50 – 80 1,4 > 95 % 630 × 360 × 460

862 637

Le convoyeur que nous avons choisi pour acheminer le tourteau jusqu’à la cuve de macération est un convoyeur à vis d’Archimède commercialisé en Chine par Xinxiang Dahan Vibrating Machinery Co., Ltd. Ses caractéristiques sont présentées dans le tableau ci-après. Tableau 26 : Caractéristiques du convoyeur à granulé. Capacité de traitement

Puissance du

Prix (FCFA)

Maniabilité

364 000

Bonne

moteur 𝟔𝟎𝒌𝒈/𝒉

7,5 𝑘𝑤

57

NB : Une modélisation en 3D de la chaîne d’extraction a été réalisée et est présenté dans l’annexe 8. II. ANALYSE DE LA FAISABILITÉ FINANCIÈRE 1. Plan de financement Les charges prévues pour l’implémentation de notre unité d’extraction sont présentées dans le Tableau 28. 2.

Dossier commercial

 Coût de revient : La valeur du coût de revient de notre produit a été déterminée dans le Tableau 27 Tableau 27 : Calcul du coût de revient du produit sur 5 ans. Eléments

An 1

An 2

An 3

An 4

An 5

Charge d'exploitation

2790121,57 3069133,73 3376047,1 3713651,81 4085016,99

Amortissement

753 336

753 336

753 336

753 336

753 336

Production annuelle

12960

14256

15681,6

17249,76

18974,736

Coût de revient (FCFA)

273,414967 268,130621 263,32667 258,959441 254,989234

 Coût de vente : L’huile de ricin est un produit très prisé sur le marché, notamment dans le domaine du cosmétique. Actuellement, le prix du litre vari de 7 500 à 10 000 FCFA en fonction de la pureté de celle-ci. Nous envisageons de vendre le litre d’huile de première presse à 9 500 FCFA et celui extrait par solvant à 7 500 FCFA les 2 premières années, puis nous augmenterons leurs prix de 500 FCFA.

58

Tableau 28 : Besoin en capital de lancement pour la mise en place de l'unité d'extraction de l'huile de ricin.

Eléments

Pompes Centrifuges Vannes d'arrêt ᴓ 100 mm Vannes d'arrêt ᴓ 40mm Coudes 90° ᴓ 40mm Coudes 90° ᴓ 100mm Tuyau en aluminium ᴓ 40mm (m) Tuyau en cuivre ᴓ 32mm (m) Tuyau en aluminium ᴓ 100mm (m) Feuille aluminium (m²) Laine de bois Cuve de stockage (1000 litres) Cuve de stockage (1500 litres) Cuve de stockage (500 litres) Bac de stockage (2500 litres) Capteur manomètrique Capteur de position Capteur thermique Chaudièrre électrique Membrane de filtration Dispositif de pressage manuel Convoyeur pour granulés Presse à huile Equipements de protection Equipements de nettoyage Frais de transport des équipements Droit des douanes (10%) TVA produits importés (19,25%) Frais d'installation (estimation) Maintenance outils de production Structure et emménagements Total acquisition Imprévus (5% acquisition) Total (FCFA)

Prix unitaire (FCFA) 66 183 14 870 4 904 4 381 10 952 3 500 11 350 10 300 5 940 3 198 76 700 107 900 54 113 150 000 5 150 3 600 2 755 374 000 100 000 250 000 364 000 862 637 70 000 120 000 500 000

Quantités

Prix (FCFA)

Fournisseurs

Equipements d'exploitation 2 132366 Shangai Shuangbao Machinery co., Ltd 4 59480 Tianjin Union Valve Co., Ltd 7 34328 Tianjin Union Valve Co., Ltd 13 56953 Foshan Runtian New Material Technology Co., Ltd. 3 32856 Wuxi Gangfengte Metal Product Co., Ltd 40 140000 Leboutte SPRL 5 56750 Tianjin Tiangang Weiye Steel Tube Co., Ltd 10 103000 Wuxi Gangfengte Metal Product Co., Ltd 16 95040 Tianjin Tiangang Weiye Steel Tube Co., Ltd 14 44772 Local 1 76700 ROTOTEC S.P.A 1 107900 ROTOTEC S.P.A 2 108225 ROTOTEC S.P.A 1 150000 Dezhou Huili Water Tank Co., Ltd 2 10300 Shenzhen Topos Sensor Technology Co., Ltd 1 3600 Shenzhen Topos Sensor Technology Co., Ltd 5 13775 Shenzhen Topos Sensor Technology Co., Ltd 1 374000 Guangzhou W.C.H. Networking Technology Co., Ltd 2 200000 1 250000 Local 1 364000 Xinxiang Dahan Vibrating Machinery Co., Ltd 1 862637 Henan Ocean Intelligent Technology Co., Ltd 1 70000 Local 1 120000 Local 1 500000 Frais généraux 208 868 402 071 500 000 300 000 600 000 5 977 621 298881,0743 6 276 503

 Chiffre d’affaire : Le chiffre d’affaire sur les 5 premières années a été calculé dans le Tableau 29 ci-dessous.

59

Tableau 29 : Calcul du chiffre d'affaire sur 5 ans. Désignation

Année 1

Capacité de production

Année 2

Année 3

Année 4

Année 5

12960

14256

15681,6

17249,76

18974,736

85%

88%

90,00%

90%

93%

Production effective

11016

12545,28

14113,44

15524,784

17646,5045

Prix de vente unitaire moy

8 500

8 500

8 500

8 500

8 500

Chiffre d'affaire (FCFA) 93636000 106634880 119964240 131960664

149995288

Taux de réalisation

Production (Litre/jour) : 90 litres ; Nombre de jour/ an : 144 jours. Le chiffre d’affaire varie donc de 93 636 000 à 149 995 288 FCFA durant les 5 premières années. 3. Dossier financier  Besoin en électricité : Les besoins en électricité de la chaine d’extraction sont calculés dans le Tableau 30. Tableau 30 : Besoins en électricité de la chaine d'extraction. Appareils

Puissance unitaire (kW) Presse à huile 4 Chaudière 108 Convoyeur 7,5 Pompe P501 0,4 Pompe P401 0,5 Colonne de distillation 2281,2 Capteur thermique 0,025 Ampoules LED 0,012 Total (kW) Total coûts (FCFA)

Facteur d'utilisation (KU) 0,2 0,4 0,2 0,17 0,17 0,21 0,21 1

Facteur de simultanéitè (FS) 0,8 0,7 0,8 0,8 0,75 0,8 0,9 0,9 2071,7228 180136,2975

Durée Quantité Puissance d'utilis totale (kWh) ation 3 1 1,92 5 1 151,2 1 1 1,2 2 1 0,1088 2 1 0,1275 5 1 1916,208 5 4 0,0945 10 8 0,864

 Charges d’exploitation : Le Tableau 31 ci-dessous récapitule les différentes charges nécessaires à un cycle de production.

60

Tableau 31 : Charges d'exploitation pour un cycle de production.

Prix unitaire (FCFA) Graines de ricin (kg) 385 Méthanol (kg) 137,5 Eau (m3) 293 Electricité 86,95 Paye des ouvriers 70 000 Total des frais (FCFA) 70902,45

Matiéres

Quantité

An 1

An 2

An 3

An 4

An 5

150 233 0,675 2071,7228 6 2461,3978

57750 32037,5 197,775 180136,297 2520000 2790121,57

57750 35241,25 217,5525 198149,927 2772000 3069133,73

57750 38765,375 239,30775 217964,92 3049200 3376047,1

57750 42641,9125 263,238525 239761,412 3354120 3713651,81

57750 46906,1038 289,562378 263737,553 3689532 4085016,99

 Amortissement des équipements : L’amortissement des équipements a été calculé sur une durée de 5 ans, les résultats sont présentés dans le Tableau 32. Tableau 32 : Amortissement des équipements sur 5 ans. Valeur Désignation

Montant

Taux

Equipements

3 466 682

An 1

An 2

An 3

An 4

An 5

résiduelle

20,00% 693336,4 693336,4 693336,4

693336,4

693336,4

0

600 000

10%

60000

60000

60000

60000

60000

300 000

4 066 682

0

753 336

753 336

753 336

753 336

753 336

300 000

Infrastructures et aménagements Total

 Compte d’exploitation prévisionnel : Le bilan de compte d’exploitation prévisionnel est présenté dans le Tableau 33.

61

Tableau 33 :Compte d'exploitation prévisionnel. Rubriques

A1

A2

Chiffre d'affaires

93 636 000

106 634 880 119 964 240 131 960 664

149 995 288

Matières premières

12 929 400

14 222 340

15 644 574

18 929 935

80 706 600

92 412 540

104 319 666 114 751 633

131 065 354

Matières consommées 25 968 106

28 564 917

31 421 409

34 563 550

38 019 905

Services extérieurs

-

-

-

-

-

Valeur ajoutée

54 738 494

63 847 623

72 898 257

80 188 083

93 045 449

Frais de personnel

2 520 000

2 772 000

3 049 200

3 354 120

3 689 532

52 218 494

61 075 623

69 849 057

76 833 963

89 355 917

753 336

753 336

753 336

753 336

753 336

51 465 157

60 322 287

69 095 721

76 080 627

88 602 581

Impôts et taxes 33%

16 983 502

19 906 355

22 801 588

25 106 607

29 238 852

Impôt sur résultats

4 670 463

5 474 248

6 270 437

6 904 317

8 040 684

Résultat net

29 811 192

34 941 684

40 023 696

44 069 703

51 323 045

30 564 529

35 695 021

40 777 033

44 823 039

52 076 381

Marge brute/ matières

Excèdent brut d’exploitation Amortissements Résultat d’exploitation

Cash-flow (Capacité d’autofinancement)

A3

A4

17 209 031

A5

Le cash-flow évolue de 36 608 837 à 60 953 699 FCFA en 5 ans. 4. Analyse de la rentabilité du projet La valeur actuelle nette et le délai de récupération ont été déterminés pour un taux d’actualisation de 15% (Taux d’actualisation de référence au Cameroun) et les données sont contenues dans Tableau 34 suivant.

62

Tableau 34 : Viabilité du projet sur 5 ans. Années

An 1

An 2

Cash-Flow (CF)

30 564 529

35 695 021 40 777 033 44 823 039

52 076 381

0,7561436

0,4971767

(1+i)-n

0,869565217 7

CF*(1+i)-n

26577851,03 26990564

An 3

An 4

An 5

0,6575162

0,5717532

3

5

26811560,

25627718,

9

2

4 25891165, 2

80379975, ∑Cash-flow cumulés

26577851,03 53568415

9

106007694

131898859

Investissement initial

6 276 503

Valeur Ajouté Nette

125 622 357

Délai de Récupération

Moins de 6 mois

Indice de Profitabilité

21,01470653

La VAN est positive et l’indice de profitabilité (IP) est supérieur à 1, ce qui traduit une viabilité du projet. La valeur du délai de récupération témoigne qu’après 6 mois on aura retour sur investissement. III. ANALYSE DES RISQUES ET DANGERS L’analyse des risques et dangers du projet a été faite suivant le modèle préconisé par la CNESST et le bilan est présenté dans l’annexe 7. La conclusion est cependant claire, les risques et dangers que présente notre unité peuvent être parfaitement contrôlé en appliquant les mesures indiquées dans le bilan. IV. VALORISATION DES SOUS PRODUITS Le principale sous-produit généré par notre projet est le tourteau de ricin. Après l’opération de désolvanisation, on obtient environ 80 kg de tourteau désolante. Ces tourteaux contiennent une importante quantité de ricine, qui est un composé hautement toxique pour les hommes et les animaux. Donc ils ne peuvent pas servir à l’alimentation du bétail. Cependant, des études menées par (Pina, et al., 2005) ont démontré que les tourteaux de ricin ont une forte concentration en azote, en plus de leurs propriétés nématicides et insecticides, ce qui en fait d’excellents engrais pour les plantes. C’est d’ailleurs la principale voix de valorisation expérimenté au Brésil où le ricin est hautement exploité.

63

CONCLUSION Parvenu au terme de notre analyse où il était question pour nous de réaliser une étude de conception d’une chaîne d’extraction d’huile de ricin à faible coût d’implantation mais pouvant générer d’importants revenus et ayant un impact minimal sur l’environnement, nous avons pour ce faire réalisé une étude de la faisabilité technique et financière. En outre une analyse des risques et dangers que peut présenter cette chaine d’extraction pour les conducteurs a été réalisée suivant le modèle de la CNESST et enfin une alternative de valorisation des tourteaux obtenus comme sous-produit a été envisagée. Il en ressort que les frais de réalisation de ce projet avec un taux de production annuel de 13 000 litre s’élèvent à 6 300 000 FCFA, générant un bénéfice brut d’une valeur moyenne de 40 787 200,54 FCFA sur 5 ans. De plus, la valeur Nette Ajoutée obtenue était de 125 622 357 FCFA avec un Indice de Profitabilité de 21 et un délai de récupération de moins de 6 mois. Notons également que grâce à l’analyse des risques et dangers, nous avons pu mettre en place des mesures et protection et d’interpellation afin de réduire au mieux les risques d’accident lors du fonctionnement de la chaîne d’extraction. Une valorisation des tourteaux est également prévue, leur importante teneur en azote et leurs propriétés nématicides et insecticides en fait d’excellent engrais pour les plantes. Il est évident, au vue des résultats obtenus, que notre unité d’extraction d’huile de ricin est d’investissement plus que rentable, à très faible taux d’émission et présentant des risques d’exploitation minimes. Nous recommandons cependant en perspective :  Mettre en place un plan de maintenance des équipements de l’unité dimensionné ;  D’effectuer des analyses approfondies afin de s’assurer de la qualité et de la conformité à la norme de l’huile obtenue ;  Remplacer le dispositif de filtration manuel par un filtre presse lorsque l’unité aura généré suffisamment de bénéfices ;  Faire une étude plus approfondie du marché sur le besoin réel de l’huile de ricin au Cameroun afin d’évaluer avec plus de précision la quantité à produire.

64

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES Alexande J., 2008. Ricin (from Ricinus Communis) as undesirable substances in animal feed scientific Opinion of the Panel on Contaminants in the Food Chain. Volume Vol 726, pp. 1-38. Codex Alimentarius, 1999. Norme pour les huiles végétales portant un nom spécifique. Anderson, D., 2005. A primer on oils processing technology. Bailey's Industrial Oil and Fat Products, Volume 5, pp. 1-56. BERRADA, S., 2009. Les lipides: structure, propriétés et application technologie. MONTPELLIER: Academie de Montpellier. BRM, 2019. Investir au Cameroun. [En ligne] Available at: www.investiraucameroun.com [Accès le 03 mai 2021]. Choe, E., 2008. Effects and mechanisms of minor compounds in oil on lipid oxidation. pp. 449475. Choe, E. & Min, . D. B., 2006. Mechanisms and factors for edible oil oxidation. Volume 5, pp. 169-186. COI, 2001. Norme commerciale application à l’huile d’olive et à l’huile de grignons d’olive. COI/T.15/NC n°2, Volume 10. Dijkstra, A. & Segers, J., 2007. Production and refining of oils and fats. The Lipid Handbook, 3rd edn, pp. 143-262. Dumeignil F, 2012. Propriétés et utilisation de l’huile de ricin. 19(10.1684/ocl.2012.0427), pp. 10-15. DUMEIGNIL, F., 2012. Proprietés et utilisation de l’huile de ricin. Volume 19. Dunford, N. T., 2004. Utilization of supercritical fluid technology for oil and oilseed processing.. Issue Eds Dunford N.T. and Dunford H. B., AOCS Publishing,, pp. pp 100-116. Ferreira-Dias, S., Valente, D. G. & Abreu , J. F., 2003. Comparison between ethanol and hexane for oil extraction from Quercus suber L. fruits. s.l.:Grasas y Aceites. Frega, N., Mozzon, . M. & Lercker, G., 1999. Effects of free fatty acids on oxidative stability of vegetable oil. Volume 76, pp. pp 325-329.

65

Garciaa, J., 1999. Pollinosis to Ricinus Communis(castor bean) an aerobiological. 29(Clinical and immunochemical study). Ghnimi, W., 2015. Etude phytochimique des extraites de deux Evaluation de leur propriété de l’acetyle cholinestérase. Thèse de doctorat en cotutelle, Université de lorraine (France) & Université de cartage,Tunisie. Going, L., 1968. Oxidative deterioration of partially processed soybean oil. Journal of the American Oil Chemists' Society, Volume 45, pp. 632-634. Guyomard, P., 1994. Etude de faisabilité d'un extrudeur bivis en pressage-extrusion de graines oléoprotéagineuses. thèse de doctorat, Université de Technologie de Compiègne, Volume 123. J.Wan, P., 2000. Properties of Fats and Oils. Dans: U. ARS, éd. Introduction to Fats and Oils second edition. New Orleans: Southern Regional Research Center, pp. 20-48. Jocelyne, R. L., 2019. Conception d’un alambic mobile et son application a l’extraction des huiles essentielles de : Eucalyptus Citriodora, Cymbopogon citratus, Cinnamum camphora. ANTANANARIVO: Université d'Antananarivo, Ecole Superieure Polytechnique Mention Genie Des Procedes Chimiques Et Industriels. Johnson, L., 2002. Recovery, refining, converting, and stabilizing edible fats and oils.. pp. pp 206-241. KAHINA, B., 2011. Etude de l’effet des antioxydants naturels et de synthèse sur la stabilité oxydative de l’huile d’olive vierge, TIZI- OUZOU: Université Mouloud Mammeri. Kartika, A., Pontalier, P. & Rigal, L., 2006. Extraction of sunflower oil by twin screw extruder : Screw configuration and operating condition effects. Bioresource Technology, Volume 97, pp. 2302-2310. List, G. R., Wang, T. & Shukla, V. . K., 2005. Storage, handling, and transport of oils and fats. Edible Oil and Fats Products: Processing Technologies in Bailey's Industrial Oil and Fat Products 6th Edition, 5(Shahidi, F), pp. 191-229. Matthäus, B., 2012. ) Oil technology. Technological Innovations in Major World Oil Crops, Volume 2, pp. 23-92. O’Brien, R. D., 2000. Fats and Oils Processing. Dans: 1-19, éd. Introduction to Fats and Oils Introduction to Fats and Oils (Second Edition). Champaign, Illinois: AOCS Press.

66

Ollé, M., 2002. Analyse des corps gras. Volume dossier P3325, p. pp 15. Parker, T. D. ;Adams, D. A.; Zhou, K; Harris, M.; Yu, L., 2003. Fatty acid composition and oxidative stability of cold-pressed edible seed oils, s.l.: Journal of food science. Pina, M.; Severino, Liv S. ; Beltrão, Napoleão E.M.; Villeneuve, Pierre ; Lago, Regina, 2005. Transformation et qualification des produits : De nouvelles voies de valorisation pour redynamiser la filière ricin au Brésil. Cahiers Agricultures, 14(1). Polveche, V., 1996. La culture du ricin en Euroupe. Ingénieries-EAT,IRSTEA, pp. 49-85. Rodriguez-Estrada, M. T., Maria , P., Cerretani, L. & Chiavaro, E., 2017. Production of Vegetable Oils from Fruits, Oilseeds, and Beans: Conventional Processing and Industry Techniques. Dans: S. Chemat, éd. Edible Oils: Extraction, processing and application. Dublin, Ireland: CRC PRESS Taylor and Francis Group, pp. 1-34. SARL Naturafro, 2018. Naturafro. [En ligne]

Available at: http:// www.naturafro.fr

[Accès le 29 juin 2021]. Sarra, Y. & Youcefi, A., 2015. Effets de la viscosité sur les performances hydrauliques d'une pompe centrifuge. Cassablanca, s.n. Savoire, R., 2008. Trituration, Etude multi - échelles de la séparation solide - liquide. p. 242. Savoire, R., Lanoisellé, J.-L. & Vorobiev, E., 2012. Mechanical continuous oil expression from oilseed : a review. Schwartzberg, H. G., 1997. Expression of fluid from biological solids. Separation & purification reviews, Volume 2, pp. 1-213. Statistat Research Department, 2020. Croissance du marché cosmétique mondial. [En ligne] Available at: https :// www.Statista-research.com [Accès le 28 mai 2021]. Swaroopa, D. R. & Vaibhav, V. G., 2013. Comparative Extraction of Castor seed Oil Using Polar and Non polar Solvents. International Journal of Current Engineering and Technology, pp. 121-123. Swern, D., 1979. Bailey’s Industrial Oil and Fat Product. 1 (4th edn). ThermExcel,

2014.

ThermExcel.

[En

ligne]

Available

at:

http://www.thermexcel.com/french/ressourc/distribution_vapeur_saturee_humide_basse_pres sion.htm [Accès le 05 juillet 2021].

67

Tunisia export CEPEX, 2019. Le secteur des produits cosmètique. Market snapshot report, p. 1. Walas, S., 1988. Chemical Process Equipment: Selection and Design. Woburn, MA: Butterworth-Heinemann. Wan, P., 1995. Accelerated StabilityMethods. Dans: K. a. N. E. Warner, éd. Methods to Assess Quality and Stability of Oils and Fat-Containing Food. Warner, K. and N.A.M. Eskin éd. s.l.:AOCS Press, pp. 179-189. Wan, P. J. Hron, R. J; Dowd, M.; Kuk, S.; Conkerton, E. J., 1995. Isohexane as an alternative hydrocarbon solvent. s.l.:Oil Mill Gaz. Xavier, P., 2012. Technologies des corps gras (huiles et graisses végétales). Technique de l'ingénieur. Zhang, F., Rhee, K. C. & Koseoglu, S. S., 2002. Isoproyl alcohol extraction of cottonseed collets: efficiency and performance. Volume 9, pp. pp 147-160.

68

ANNEXES Annexe 1 : Abaque des pertes de charge dans une conduite en aluminium en fonction du débit et du diamètre nominal.

Annexe 2 : Abaque des pertes de charge pour les courbes, vannes, clapet de pied et clapet de non-retour en fonction du débit et du diamètre nominal.

69

Annexe 3 : Résultat de la simulation du fonctionnement de la pompe P401 sur DWSIM.

Annexe 4 : Résultat de la simulation du fonctionnement de la pompe P501 sur DWSIM.

70

Annexe 5 : Etude comparative sur le matériau des différentes cuves de stockage. Matériaux

Réaction chimique avec

Résistant à la

le produit

corrosion

Aluminium

Non

Oui

3 900

Acier inoxydable

Non

Oui

4 680

Polyéthylène

Non

Oui

2 850

71

Prix (FCFA)

Annexe 6 :Evolution globale du bilan matière tout au long du procédé d'extraction. M0

Nettoyage Mdéchets

M1= M0 - Mdéchets Mho= 40%M1 Pressage

Mhr = (Mho -M3 )

Filtration

M4 = 60%M2 + Mhr – Mp2

M3 = (Mho × ηPresse ) – Mp1 Msolvant

Huile de première presse

Mélange M5 = (M4 + Msolvant)

Filtration

Solvant Msr = Msolvant – (Mst+ Mp5)

Miscella

Mm = (Mhr × ηsolvant ) + Msolvant – Mp3

Tourteaux déshuilés Mtd = M4 – (Mhr × ηsolvant ) – Mp3

Distillation

Chauffage

Huile de ricin

Tourteaux déshuilés et désolvantés Mt = (Mtd – Msol.Evap)

Mh = (Mhr × ηsolvant )- Mp4

72

Résidus Solvant

Légende ηsolvant: Rendement d’extraction du solvant

Mo : Masse initiale de graines de ricin sec

obtenu après les test en laboratoire

M1 : Masse de graines après nettoyage

Mp3 : Pertes pendants la séparation du

Mdéchets : Masse de déchets extraite après

mélange

nettoyage

Mh :

Mp1 : Masse des pertes d’huile lors du

Masse

d’huile

obtenue

après

évaporation du solvant

pressage (évaluées à 0.3% de la M1)

Mt : Masse de tourteaux obtenue après

Mh0 : Masse d’huile initiale contenue dans

évaporation du solvant résiduelle

les graines Mhr : Masse d’huile résiduelle dans les

Msr : Masse de solvant recyclée

tourteaux après pressage

Mst : Masse de solvant résiduelle dans les

M3 : Masse d’huile de première presse

tourteaux

obtenue

Mp4 :pertes

d’huiles

au

cours

de

l’évaporation du miscella (estimée à 1% de

ηpresse: Rendement de la presse fourni par le

Mh)

concepteur

Mp5 : Pertes de solvant pendant

M4 : Masse de tourteaux obtenue après

l’évaporation du miscella (estimée à 3% de

pressage

Ms Mp2 : Masse des pertes de tourteaux lors du pressage (estimée à 0.5% de la M1) Msolvant : Masse de solvant ajouté pour la seconde extraction M5 : Masse du mélange tourteaux + solvant Mm : Masse du miscella Mtd : Masse des tourteaux déshuilés

73

Annexe 7 : Evaluation des risques et dangers de l'unité d'extraction de l'huile de ricin (Méthode de la CNESST).

Expérimentateur : DOUANLA WAG NIN Carrel Berthier Local de l’expérimentation : Usine d’extraction de l’huile de ricin de Green Consulting BET Sarl

Description de la tâche et documents de référence : L’étude ici menée est centrée sur une unité d’extraction d’huile végétale à partir des graines de ricin. Cette chaine est constituée de Equipements

Nombre

presse mécanique

1

Convoyeur à granulés

1

Colonne d’évaporation

2

Cuve de stockage

6

Dispositif de filtration

1

Pompe centrifuge

2

Chaudière

1

Condensateur

1

74

Matières

Quantités

Méthanol

> 300 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑒𝑠

Liquide

< 70 °𝐶

< 2 𝑘𝑔

Vapeur

−

< 500 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑒𝑠

Liquide

< 60 °𝐶

Huile de ricin

≤ 90 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑒𝑠

Liquide

< 70 °𝐶

Vapeur d’eau

≤ 50 𝑘𝑔

Vapeur

> 150 𝑠𝑠°𝐶

Ricine Eau

Etat

Température

Identification des dangers - Identification des phénomènes dangereux  Thermique : Brulure, Explosion, embrasement ;  Électrique : électrocution  Ergonomique : Chute de même niveau, travaux manuels parfois pénibles ;  Rayonnement :  Pression : Explosion dû à une trop grande augmentation dans les colonnes ;  Bruit/vibration : Vibration de la presse pendant l’extraction, chute due aux vibrations ;  Autres : Intoxication due à l’inhalation des vapeurs de méthanol et chloroforme. Identification des dangers- Matériaux :

Réactif

Oxydant

Irritant

Toxique

Incendie

Quantité

dangereuse

(kg)

Matière

Autre, précisez SVP

Méthanol

< 300 Oui

Oui

Oui

Ricine

< 10

Oui

Oui

Vapeur

< 12

Oui

Brulure

Huile

< 90

Oui

Chute

Identification des situations dangereuses :  Inhalation des vapeurs de méthanol ;

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Oui

 Déversement ou éclaboussure de méthanol pendant le transfert d’un bac à l’autre ;  Risques d’abrasion pendant l’opération de désolvanisation et de distillation ;  Contact cutanée, respiratoire, buccale ou oculaire avec les tourteaux ;  Contact avec une conduite transportant la vapeur ou avec la chaudière ;  Présence des traces d’huile sur le sol pouvant provoquer des chutes de même niveau ;  Vibration de la structure, pouvant entrainer des chutes des objets relativement lourds. Mesures envisagées pour diminuer les risques :  Phénomène dangereux : -

Consolider la structure de support de la presse pour limiter les vibrations ;

-

Mettre un espace de sécurité aux alentours des colonnes de distillation (Rt 201)

et de désolvanisation (Rt 301) pour éviter toute inhalation accidentelle de vapeur de méthanol ; -

Etablir un espace de sécurité aux alentours de la chaudière pour éviter tout risque

de brûlure ; -

Contrôler régulièrement les températures et pression dans les colonnes Rt 201 et

Rt301.  Situation dangereuse : -

Port des EPI ;

-

Installation des balises et pictogramme pour avertir les conducteurs des dangers

liés aux différents produits utilisés. Protections collectives/ protections individuelles  Lunettes de sécurité ;

 Bouclier de protection ;

 Casque ;

 Garde de sécurité ;

 Gants (Type : imperméable)

 Sarrau ;

 Protection respiratoire (Type :

 Protection auditive ;  Souliers à cap d’acier.

masque)  Balises et pictogrammes ; Formation requise : Les conducteurs devront avoir une formation en : -

Secourisme de base ;

-

Les bases du QHSE ;

-

Les bases en mécanique et en électricité.

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Mesures d’urgences : -

En cas de contact avec le méthanol ou la ricine, dépêcher vous de vous rendre au point d’eau installé à l’extrême nord de la chaîne et faites couler de l’eau sur la surface qui a été en contact pendant au minimum 30 minutes ;

-

En cas de brûlure ou de saignement, rendez-vous au point où est installé la boite à pharmacie pour y appliquer les premiers soins.

Évaluation du niveau de risque et approbation :  Aucun risque significatif ;  Risques significatifs mais protection adéquate ;  Risques mitigés ;  Risques non mitigés, besoin de mesures supplémentaires.

Annexe 8 : Représentation 3D de l'unité d'extraction d'huile de ricin.

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