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Republique Algérienne Démocratique et Populaire
Ministere de l’Enseignement Superieur et de la Recherche Scientifique
Universite d’Oran 1 Ahmed Ben Bella
Faculté des Sciences de la Nature et de la Vie
Departement de Biologie
Laboratoire de Microbiologie Appliquée
THESE DE DOCTORAT
En Biologie
Option: Microbiologie Fondamentale et Appliquée
Présentée par :
BOULAL Ahmed
THEME
Soutenue le 28 Juine 2017
Membre du Jury :
Président: GUESSAS Bettache Prof. Univ. Oran 1 Ahmed BenBella
Directeur de these: KIHAL Mebrouk Prof. Univ. Oran 1 Ahmed BenBella
Examinateur: BENMECHERNENE Zineb Prof. Univ. Oran 1 Ahmed BenBella
Examinateur: MEDDAH Boumediene Prof. Univ. de Mascara
Examinateur: ABBOUNI Bouziane Prof. Univ. de Sidi Bel Abbès
Examinateur: BOUDJEMAA Abdellah Prof. Univ. USTO
Contribution à l’étude de la microflore des dattes
conservées par des méthodes traditionnelles (Btana), et
valorisation des dattes de faible valeur marchande
Dédicace
Je dédie ce travail ;
A mes très chers parents
A mes frères et sœurs et toute ma petite famille
A mes chers professeurs
A tous mes amis
Merci à tous
A. Boulal
Remerciements
Je remercie mes parents pour tout ce qu'ils ont fait pour mois. Ils se sont beaucoup sacrifiés pour
m'offrir toutes les conditions nécessaires afin que je puisse devenir ce que je suis. Ma reconnaissance
envers eux est inexprimable.
Je tiens tout particulièrement à témoigner ma profonde gratitude à mon Directeur de thèse
Monsieur KIHAL Mebrouk, Professeur au Département de Biologie et Directeur du Laboratoire de
Microbiologie Appliquée de la Faculté des Sciences de la Nature et de la Vie à l'Université Oran1 Ahmed
Ben Bella, qui a dirigé ce travail de thèse, et pour son aide et ses conseils précieux ;
Mes sincères remerciements vont également aux membres de jury :
Le Pr. GUESSAS Bettache (Université Oran 1 Ahmed BenBella), comme présidant, Pr.
BENMECHERNENE Zineb (Université Oran 1 Ahmed BenBella), Pr. MEDDAH Boumediene
(Université de Mascara), Pr. ABBOUNI Bouziane (Université de Sidi Bel abbès) et le Pr.
BOUDJEMAA Abdellah (Université USTO) pour avoir accepté d’évaluer ce travail.
Je tiens à remercier aussi vivement Monsieur le Pr. HAMMOUDA Messaoud Directeur de
URER/MS, Adrar et Pr. YASSA Noureddine Directeur de CDER Alger, pour son soutien à la recherche
et les chercheurs.
A tous ceux qui m'ont orienté et guidé dans mes recherches notamment Mrs KHELAFI
Mostapha et Dr. KHELIFI Cherif.
A tout le personnel de l’équipe Bioconversion de l’URERMS, d’Adrar.
Je remerci egalement Dr. LOUBART khaled d’avoir m’acceuillir au niveau de son labortoir et
le Pr. TAZROUT Mouhant Directeur du Departement Systèmes Energitiques et Environnement de
l’Ecole des Mines de Nantes Françe.
Je tiens à remercier aussi l’ensemble de l’équipe du Laboratoire de CACQE (Centre Algérien du
Contrôle de la Qualité et de l'Emballage), d’Adrar.
Enfin, à tous ceux qui ont collaboré de près ou de loin dans cette thèse.
i
ملخص
ل وسيلة التي تعتبر أفض البطانةائية من بينها ذتستخدم التمور من أجل تحضير وصناعة العديد من المواد الغ
اصناف ة بإضافة عد السكان المحليونحفظ مستعملة في المناطق الجنوبية من الجزائر. أثناء تحضير البطانة يقوم
لتمور الحقظ فعالية التقليديةالفي هذه األطروحة، قمنا بدراسة . ةطقالعطرية تختلف باختالف المنعشاب من اال
تحاليل اظهرت نتائج ال ¸افة األعشاب الطبية "إكليل الجبل" على نوعية البطانة "بطانة" مع دراسة مدى تأثيراض
ائنات الحية الدقيقة الك من تواجد ان استعمال اكليل الجبل في حفظ التمور بالطريقة التقليدية "البطانة" يحد بشكل كبير
فعال في استقرار المعامل كان ألكليل الجبل دور . كما التي ال تحتوي على اكليل الجبل بتلكمقارنة
. مما يحسن من جودة التمور - pH - الهيدروجوني
قمنا بدراسة عزل سالالت جديدة من الخمائر بامكانها التكيف مع النظام البيئي. تم إجراء عملية تحديد كم اننا
,S1 من السالالت )( أنواع 30منطقة أدرار. تم عزل ثالث )تيناصر ب رصنف التمقوة التخمر لهذه السالالت على
S2 وS3 أظهرت نتائج تحديد قوة التخمر للسالالت الثالث أن الساللة , )S1, أعطت أفضل إنتاج لالثانول مقارنة
. S3 و S2 بالسالالت
مة ذات قي )تقازة ولبغل(دراسة التخمر الكحولي لنوعين من التمور تمثل في ةاالطروحهذه من خرالهدف األ
ساعة 27وذلك باستخدام خميرة الخبز لمدة )تقازة ولبغل (الصنف الجاف لجزائر،الغربي ل الجنوببتجارية ضعيفة
تركيز عالي منو ذاثانول م على مستوى المخبر. عصير التمر المقطر والمصحح أنتج لنا °03تحت درجة حرارة
بالنسبة % 7..7و 70.22درت ب وفعالية ق سا/ملل/كغ 7.28إلى 7.2من مقبولة درجة مع إنتاجية 03إلى 88
على التوالي. )تقازة ولبغل(من التمور نفينصلل
قمنا بإجراء عملية التخمر للتمور )ذات القيمة التجارية الضعيفة( وذلك باستخدام االطروحة هذه نهاية في
( بالوسائل URER/MSصناعته على مستوى وحدة البحث في الطاقات المتجددة )و تصميمه لترا تم 23مخمر سعته
المتاحة. المخمر يتم تسخينه بواسطة الطاقة الشمسية )سخان ماء شمسي(, أما االثانول الناتج عن عملية التخمر فيتم
لترا مزود بعمود تقطير جزئي تم إنشاؤه أيضا على مستوى الوحدة. 03استخالصه عن طريق جهاز تقطير سعته
درجة و ذلك بعد تقطيرمحلول 03بتركيز ملل/كغ من االثانول 723إنتاج أنظمة التحويل الحيوي هذه مكنتنا من
و تشجع مقبولة, هذه القيمة تبدو % 00م. الفعالية المتحصل عليها قدرت ب ° 28تحت درجة حرارة المخمرالتمر
عيفة ضثل التمور على نطاق واسع باستخدام الكتلة الحية المتواجدة في الجنوب الجزائري م على تطوير إنتاج االثانول
المكمن الشمسي. أخرى و كذاو مواد الجودة والغير موجهة لالستهالك االدمي
الثانول التخمر الكحولي, التقطير, ا, خميرة الخبز لبطانة, الحفظ التقليدي, إكليل الجبل,ا: التمور,الكلمات المفتاحية
الحيوي , الطاقة الشمسية, الكتلة الحية.
ii
Résumé
La datte, ce fruit de haute valeur nutritionnelle, constitue la base de nombreux produits
traditionnels, tel que ‘le Btana’. Ce mode de conservation est largement pratiqué dans le sud algérien afin
de valoriser l’excès de production de dattes communes pour des fins commerciaux. Pour diverses raisons
socioculturelles, les paysans supplémentent ‘le Btana’ par des herbes aromatiques selon le choix et les
régions.
Dans ce travail de thèse, on a étudié l'efficacité de cette méthode de conservation traditionnelle
et l'effet du (Romarin) sur la qualité microbiologique et physicochimique de Btana. Les résultats des
tests expérimentaux montrent une forte régression des microorganismes dans les échantillons contenant
du Romarin comparés à ceux, qui ne le contiennent pas. Un autre avantage de l'utilisation du Romarin,
c’est qu’il permet de stabiliser le pH de la datte ce qui améliore la qualité des dattes conservées.
D’autre part (Ensuite), nous avons cherché une autre voie de valorisation des dattes par la
production de nouvelle souche de levures via leur bioconversion en bioéthanol. Pour ce faire, on a utilisé
trois souches de levures (S1, S2 et S3) isolées de dattes fermentées spontanément (variété Tinaceur). La
souche S1 a donné une meilleure productivité en éthanol après une fermentation Batch ciblée de la même
variété en comparaison avec les souches (S2 et S3).
Puis, deux autres variétés de dattes originaires de la region du sud-ouest (Teggaza et Lebghel)
ont fait l’objet des mêmes tests de fermentation au laboratoire par la levure commerciale Saccharomyces
cerevisiae pour estimer le rendement de conversion de ces variétés de dates en bioéthanol. Ce qui a
permis d’enregistrer des productivités acceptables de 2.5 et 2.78 mL/kg/h, avec des degrés alcoliques de
de 88° et 90° pour les moûts des deux variétés de dattes Teggaza et Lebghel respectivement.
Enfin, le fermenteur batch utilisé dans cette thèse est concu et réalisé au sein de (URERMS)
d’Adrar. Il est de 50L de capacité, chauffé par énergie solaire afin de résuire le coût total de l’opération
de fermentaion. L’éthanol est extrait par un distillateur à colonne fractionnaire de 30L, monté localement.
Ce système a donné une production de 250 mL/kg d'éthanol de 90°. L'efficacité du système a été estimée
de 33%, et semble satisfaisante pour une production d’éthanol à grande échelle mettant au profit le
gisement solaire saharien.
Mots clés : Rebut de dattes, Biomasse, Microflore, Btana, Conservation traditionnel, Romarin,
Saccharomyces cerevisiae, Fermentation alcoolique, Distillation, Bioéthanol, Energies solaire.
iii
Abstract The dates are used to prepare several food products, among them the 'Btana' which is the best
conservation form of dates usualy practiced in the south-western region of Algeria. Due to the
sociocultural reasons, the farmers add one or more aromatic herbs during the ‘Btana’ preparation
according to the choice and the regions. In this thesis work, we studied the effectiveness of the traditional
method of conserving dates under the form of Btana and the determination of the effect of the Rosemary
herbs added during its preparation. The results of the experimental tests obtained showed a strong
regression of the microorganisms in the samples containing Rosemary compared to those whithout it.
Another advantage of using Rosemary is that it helps to stabilize the pH of the dates with less acidic
degree, which enhances the dates’ quality.
The other object of our study in the present thesis is the isolation of new yeast strains adapted to
the date fermentation medium. The fermentative strength of these strains was determined by using
Tinaceur variety of dates in the Adrar region. Three (03) strains of the yeasts were isolated (S1, S2 and
S3) during the present study in laboratory. The test results of the fermentative strength of these three
strains showed that the strain S1 provided a better productivity of ethanol than those of the strains S3 and
S2 compared to the witness strain T.
In this thesis, we also studied the alcoholic fermentation Batch-type concerning two varieties of
common dates of low market value (DCFVM) in southern Algeria, Teggaza and Lebghel respectively
(T and L), using baker's yeast during the 72h at 30°C at the laboratory level of the URERMS of Adrar.
The date juice, distilled and rectified, produced bioethanol with high concentrations of 88° and 90° and
acceptable productivities of 2.5 and 2.78 mL/kg /h with efficiencies of 23.57 and 26.2%.
At the end of this thesis work, the alcoholic fermentation of the dates wastes (DCFVM) is carried
out in a Batch fermenter at the level of the URERMS by the available means. The system is of 50L
capacity and it is heated by solar energy using flat plate solar water heater. The ethanol is extracted by a
fractional column distiller of 30 liters capacity also made by local available means. The bioconversion
systems’ have been able to produce 250 mL/kg of ethanol at 90° after distillation and rectification of the
DCFVM juice at 78°. The efficiency obtained reaches 33%, it seems satisfactory and encourages the
development of large-scale bioethanol production based on the biomass of DCFVM, other abundant raw
materials and solar energy in the Algerian Sahara.
Keywords: date scrap, microflora, Btana, traditional conservation, Rosemary, Saccharomyces
cerevisiae, Alcoholic fermentation, distillation, bioethanol, solar energy, Biomass. Experimentation
iv
Table des matières
Dédicace……………………………………………………………………….............
Remerciements………………………………………………………………………...
Résumé………………………………………………………………………………... ii
Liste des abréviations……………………………………………………………......... ix
Liste des figures…………………………………………………………………......... x
Liste des tableaux…………………………………………………………………….. xiii
Introduction générale …………………………………………………………………. 1
Contexte…………………………………………………………………………………
Contribution de la thèse………………………………………………………………..
Organisation du mémoire……………………………………………………………...
Partie I. Synthèse bibliographique
2
5
6
Chapitre 1: Contexte général sur les dattes et palmiers dattiers ……….
9
1.1 Généralités sur les palmiers dattiers …………………………………………. 9
1.2 Systématique du phœnix dactyliféra L ………………………………………. 9
1.3 Exigences écologiques du palmier dattier….………………………………… 10
1.4 Localisation des oasis en Algérie et diversité génétique ………...…………... 11
1.5 Répartition géographique du palmier dattier………………………………….. 11
1.6 Définition et description générale de la datte…………………………………. 12
1.6.1 Définition et aspect botanique des dattes...……………………………… 12
1.6.2 Classification des dattes………………………………………………… 12
1.6.3 Les variétés des dattes…………………………………………………… 13
1.6.4 Composition physicochimique des dattes……………………………….. 13
1.6.5 La production nationale et internationale de dattes……………………... 14
1.6.6 Les exportations mondiales de dattes……………………………………. 15
1.6.7 Importance de la production de dattes, son évolution et sa destination
v
finale (2013/2014)…………………………………………………………….. 15
1.7 La diversité microbienne des dattes……………………………………………. 17
1.8 Valorisation et Transformation des dattes……………………………………… 17
1.8.1 Mise en valeur des déchets des dattes…………………………………… 18
1.8.1.1 Biomasse et protéines unicellulaires……………………………... 18
1.8.1.2 Bioéthanol………………………………………………………... 18
1.8.1.3 Vinaigre…………………………………………………………... 18
1.8.1.4 Aliments de bétail………………………………………………… 19
1.8.2 Confiserie à base de dattes………………………………………………. 19
1.8.2.1 Pâte de dattes……………………………………..………………. 19
1.8.2.2 Farine de dattes………………………………………..………….. 19
1.8.2.3 Crèmes et confitures………………………………………..…….. 19
1.9 Autres produits………………………………………………………………... 19
Chapitre 2 : Aperçu sur les levures ……………………………………..
20
2.1 Généralités sur les levures…………………………………………………….. 20
2.2 Caractères généraux des levures………………………………………………. 21
2.2.1 Morphologiques…………………………………………………………. 21
2.2.2 Caractères physiologiques et biochimiques…………………………….. 21
2.2.3. Croissance……………………………………………………………… 21
2.2.4 Métabolisme…………………………………………………………….. 22
2.2.5 Besoins nutritionnels……………………………………………………. 22
2.2.6 Phénomène de floculation………………………………………………. 22
2.2.7 Reproduction……………………………………………………………. 23
2.3 Caractérisation et sélection des souches de levures…………………………… 23
2.3.1 Caractéristiques intrinsèques……………………………………………. 24
2.3.2 Caractéristiques industrielles et choix d’une souche……………………. 24
Chapitre 3 : Bioénergie …………………………………………………..
25
3.1 Définition des biocarburants…………………………………………………... 25
3.2 Différents biocarburants……………………………………………………….. 25
vi
3.3 Différents générations de biocarburants……………………………………….. 26
3. 3.1 Les biocarburants de 1ère génération…………………………………….. 26
3. 3. 2 Les biocarburants de 2ème génération…………………………………… 27
3.3.3 Les biocarburants de 3ème génération : Les micro-algues………………… 27
3.4 Les avantages et inconvénients des biocarburants……………………………... 28
3.5 Présentation de la molécule d’éthanol …………………………………………. 28
3.6 Les avantages liés à l'utilisation de bioéthanol…………………………………. 29
3.7 Production du bioéthanol……………………………………………………….. 31
3.7.1 La matière première………………………………………………………. 31
3.7.2 Le prétraitement …………………………………………………………. 31
3.7.3 La fermentation…………………………………………………………... 32
3.8 Objectifs de la fermentation……………………………………………………. 33
3.9 Optimisation de la fermentation………………………………………………... 33
3.10 Les procédés de fermentation alcoolique utilisant des levures……………….. 34
3.11 Production microbienne de bioéthanol………………………………………... 36
3.12 Les microorganismes utilisés…………………………………………………. 36
3.13 Les principaux produits de la fermentation alcoolique……………………….. 37
3.14 Propriétés et intérêts de l’éthanol……………………………………………... 38
3.15 Les phénomènes d’inhibition lors de la production d’éthanol………………... 38
3.16 La distillation………………………………………………………………….. 40
3.17 La rectification………………………………………………………………... 40
3.18 L’utilisation de l’éthanol……………………………………………………... 40
Partie 2. Matériels et Méthodes
Chapitre 4 : Matériels et Méthodes…………………………………………….
43
4.1 Conservation traditionnel des dattes communes de faible valeur marchande
(Btana)……………………………………………………………………………
43
4.1.1. Description et choix de variété de datte………………………………….. 43
4.1.2. Echantillonnage…………………………………………………………... 43
vii
4.1.3. Préparation des Btanas…………………………………………………… 44
4.1.4. Utilisation des plantes aromatiques………………………………………. 45
4.1.5. Souches utilisées pour l’étude de l’effet inhibiteur………………………. 45
4.1.6 Méthodes d’analyses……………………………………………………..... 45
4.1.6.1 Caractéristiques morphologiques des dattes………...…………….. 45
4.1.6.2 Analyses physico-chimiques…………………………...………..... 46
4.1.6.3 Analyses microbiologiques……………………..…………………. 47
4.2 Pouvoir fermentaire……………………………………………………………... 48
4.2.1 Echantillonnage……………………………………………………………. 48
4.2.2 Fermentation et isolement des souches……………………………………. 49
4.2.3 Purification des souches de levure………………………………………..... 49
4.2.4 Conservation……………………………………………………………….. 49
4.2.5 Test de pouvoir fermentaire de levure dans les dattes……………………… 49
4.2.6 Les analyses effectuées……………………………………………………. 51
4.3 Fermentation alcoolique…………………………………………………………. 51
4.3.1 Le choix des substrats……………………………………………………… 51
4.3.2 Matériel biologique………………………………………………………… 53
4.3.3 Protocole expérimental de production de bioéthanol ………………………. 57
4.3.4 Protocole expérimental de la fermentation alcoolique ……….……………... 57
4.3.5 Protocole expérimental de la distillation alcoolique ………………………. 59
4.3.6 Moyen de production d'éthanol ………………………………………......… 56
4.3.5 Méthodes d’analyse physicochimique de bioéthanol ………………...…….. 57
Partie 3. Résultats et Discussion
Chapitre 5 : Résultats et Discussion..………………………………………….
59
5.1 Conservation traditionnelle des dattes communes de faible valeur marchande
«Btana»……………………………………………………………………………
64
5.1.1 Résultats morphologique des dattes ……………………………...……….. 64
5.1.2 Résultats physico-chimiques ……………...……………............................ 66
viii
5.1.2.1 Mesure et suivi du pH au cours de la conservation…………..……. 66
5.1.2.2 Suivi du taux d’humidité des dattes……………………………....... 69
5.1.3 Résultats microbiologiques………………………………………………... 70
5.1.4 Les résultats statistiques….………………………………………………... 73
5.1.5 L’effet inhibiteur du Romarin………………...…………………………… 77
5.2 Isolement et pouvoir fermentaire des levures issues de la fermentation
alcoolique traditionnel de quelques variétés des dattes………………..………….
78
5.2.1 Isolement des levures………………………..……………………………... 78
5.2.2 Test de pouvoir fermentaire……………………………………………….. 80
5.3 Etude comparative du rendement du bioéthanol de deux variétés de dattes
communes de faible valeur commerciale Teggaza et Lebghel……………….
84
5.3.1 Caractéristiques des matières premières…………………………..……. 84
5.3.2 Résultats d’analyse des moûts de dattes pendant la fermentation
alcoolique………………………………………………… …………….
87
5.3.3 Caractérisation du produit bioéthanol obtenu au laboratoire…………... 94
5.3.4 Rendement pondéré de production du bioéthanol ……..………………. 99
5.4 Production de bioéthanol par l’utilisation d’un fermenteur de capacité 50
litres…..………………………………………………………………………………….
100
5.4.1 Suivi de l’évolution de température de fermenteur solaire…………….. 100
5.4.2 Suivi des paramètres physico-chimiques pendant la fermentation des
rebuts des dattes…………………………………………………………………...……..
100
5.4.3 Caractérisation spectromètrique IR du bioéthanol obtenu..……………. 104
5.4.4 Test du bioéthanol sur un moteur à essence…………………..………. 107
Conclusion générale et perspectives……..................................................
111
Références bibliographiques…………………………………………….. 116
Les articles publiés dans le cadre de la thèse …………………………... 134
Les Annexes…………………………………………………………………………. 172
ix
Liste des abréviations
AFNOR : Association Française de
Normalisation
BP: Baird Parker
CACI : Chambre Algérienne de Commerce et
d'Industrie
CE : Comité Européenne
CO2 : Dioxyde de Carbone
°C : Degré Celsius
CPG: Chromatographie Phase Gazeuse
CRAAQ : Centre de Référence en Agriculture et
Agroalimentaire du Québec
D.O : Densité Optique
DM : Dilution Mère
DCFVM : Dattes Communes de Faible Valeur
Marchande
DME : Diméthyléther
E.CO.ME.S : Entreprise de Construction
Métallique au Sud
EMAG : Esters Méthyliques d’Acides Gras.
EMHV : Ester Méthylique d’Huile Végétale
ETBE : Ethyl-Tertio-Butyl-Ether
ETBE: Ethyle-Tertio-Butyl-Ether
FAO: Food and Agriculture Organisation
Gélose SS: Gélose Salmonella-Shigella.
H2SO4 : Acide Sulfurique
HCl : Acide Chlorhydrique
hl : hectolitre
INRAA : Institut National de la Recherche
Agronomique d’Algérie
ITDAS : Institut Technique de Développement
de l’Agronomie Saharienne
kg : Kilogramme
KMnO4: Permanganate de Potassium
L: Litre
MO : Matière Organique
MADR : Ministère de l’Agriculture et du
Développement Rural
N: Normalité
pH : Potentiel d’Hydrogène
O2 : Oxygène
OGA: Oxytetracycline-Glucose-Yeast Extract
Agar
UFC : Unité Formant Colonie
PDA : Potato Dextrose Agar
PN : Poids des Noyaux
PCA : Plate Count Agar
Qx : Quintaux
TSE : Bouillon Tryptone-Sel
V/V : Volume par Volume
VF : Viande Foie
VRBL : Milieu Lactosé Bilié au Cristal Violet et
au Rouge neutre
µL: Microlitre
x
Liste des Figures
Figure Designation Page
Figure 1.1. Figuration schématique du dattier…………………………………………....... 10
Figure 1.2. Localisation des oasis dans le Sahara Algérien……………………………....... 11
Figure 1.3. Datte entière (à gauche) et coupe longitudinale variété Ahartan…………….... 12
Figure 1.4. Classification de dattes selon leurs consistances………………………………. 13
Figure 1.5. Composition physico-chimique de la datte..…………………………………... 14
Figure 1.6. Les principaux pays producteurs de dattes en quantité moyenne (2009-2013).. 14
Figure 1.7. Evolution de la production dattière par Wilaya et par groupe de variétés (Qx) 15
Figure 1.8 Production de dattes (Qx) en Algérie (ITDAS, 2014)……………..………….. 16
Figure 1.9. Destination et utilisation de différents types de dattes 2013/2014 (Qx) en
Algérie………………………………………………………………………….
16
Figure 1.10. Classification qualitative et usage des dattes ………………………………….. 18
Figure 2.1. Ultrastructure d’une levure bourgeonnante montrant les cibles des différents
antifongiques…………………………………………………………………...
20
Figure 3.1. La filière des huiles végétales ou du biodiesel…………………………............ 26
Figure 3.2 La filière bioéthanol ou filière alcool………………………………………….. 27
Figure 3.3. Biocarburants de deuxième génération tirés de déchets de l’agriculture et de
l’exploitation forestière………………………………………………………....
27
Figure 3.4. Production de lipides ou d’hydrogène par des micro-organismes…………..... 28
Figure 3.5. Molécule d’alcool éthylique………………………………………………...... 29
Figure 3.6. Schéma de fabrication du bioéthanol à partir des végétaux……………....….... 35
Figure 3.7. Schéma récapitulatif de la voie de production d’éthanol et des voies
métaboliques ……………………………………………….………………….
37
Figure 4.1. Variété de Dattes Hmira……………………………………………………….. 43
Figure 4.2. Organigramme d’echantillonnage des dattes……………………….………….. 44
Figure 4.3. Méthode traditionnelle de préparation du Btana ………...………………......... 44
Figure 4.4. Substrat des dattes communes de la variété Tinaceur ………………………… 50
Figure 4.5. Montage de fermentation alcoolique de moût de dattes...…………………...... 51
xi
Figure 4.6. Répartition de la production de différentes variétés des dattes dans la Wilaya
d’Adrar……………………………………………………………………..…...
52
Figure 4.7. Aspect de datte servant comme substrats de la fermentation..…………............ 52
Figure 4.8. La souche de levure de la fermentation………………………………………... 53
Figure 4.9. Diagramme de production de l'éthanol à partir des DCFVM ..……………....... 58
Figure 4.10. Fermenteur chauffé par énergie solaire ……………….………………………. 60
Figure 4.11. Dispositif expérimental de la distillation fractionnée………..………………… 61
Figure 5.1. Variation du pH au cours de la conservation des dattes de la région de Tsabit. 67
Figure 5.2. Variation du pH au cours de la conservation des dattes de la région de Timmi 67
Figure 5.3. Variation du pH au cours de la conservation des dattes de la région de
Talmine………………………………………………………………………...
68
Figure 5.4. Variance de l’ecart relatif du pH en fonction de temps sur la consevation du
Btana……………………………………………………………………………
74
Figure 5.5. Variance de l’ecart relatif d’himidité en fonction de temps sur la consevation
du Btana………………………………………………………………………...
75
Figure 5.6. Variance de l’ecart relatif des charge en germes tataux en fonction de temps
sur la consevation du Btana…………………………………………………….
76
Figure 5.7. Aromatogrammes de l’huile essentielle du Romarin effectuées E. coli(A),
Staphylococcus (ATCC) (B) et Pseudomonas (ATCC) (C)…………………...
77
Figure 5.8. La concentration minimale inhibitrice…………………………………............ 78
Figure 5.9. Les souches des levures isolées……………………………………………….. 79
Figure 5.10. Cinétique classique du pH lors d’une fermentation alcoolique……………….. 80
Figure 5.11. Evolution de la densité en fonction du temps de fermentation……………....... 81
Figure 5.12. Evolution de sucres totaux en fonction du temps de fermentation……………. 82
Figure 5.13. Evolution du degré de Brix au cours de la fermentation………………............. 83
Figure 5.14. Evolution du degré alcoolique pendant la fermentation……………………….. 84
Figure 5.15. Evolution du pH au cours de la fermentation alcoolique des deux variétés
Teggaza et Lebghel…..………………………………………………………..
88
Figure 5.16. Évolution de la densité au cours de la fermentation alcoolique des deux
variétés Teggaza et Lebghel…………………...……………………………...
89
xii
Figure 5.17. Évolution de l’indice de réfraction au cours de la fermentation alcoolique des
deux variétés Teggaza et Lebghel……………………...……………………..
89
Figure 5.18. Évolution de la teneur en cendres au cours de la fermentation alcoolique des
moûts des deux variétés Teggaza et Lebghel………………..………………..
90
Figure 5.19. Évolution des taux de sucres réducteurs (glucose) et de (saccharose) au cours
de la fermentation alcoolique du moût des deux variétés Teggaza et Lebghel.
90
Figure 5.20. Evolution de la teneur en protéines au cours de la fermentation alcoolique du
moût des deux variétés Teggaza et Lebghel………………………..………....
92
Figure 5.21. Évolution du nombre de cellules de la levure Saccharomyces cerevisiae dans
le moût au cours de la fermentation……………………………………………
93
Figure 5.22. Suivi du degré alcoolique des deux variétés Teggaza et Lebghel..….……....... 94
Figure 5.23. Caractéristiques de l’éthanol des deux variétés de dattes………………............ 95
Figure 5.24. Chromatogramme de l’éthanol de la variété Lebghel…………………………. 96
Figure 5.25. Chromatogramme de l’éthanol de la variété Teggaza……..………….............. 97
Figure 5.26. Spectre d’infra-rouge de bioéthanol obtenu des deux variétés Teggaza (A) et
Lebghel (B)…………..………………………………………………………...
99
Figure 5.27. L’évolution de la température du moût de dattes durant la fermentation……… 100
Figure 5.28. Evolution de la concentration de sucre totaux et du sucre réducteur au cours
de la fermentation alcoolique……………………………………......................
101
Figure 5.29. Evolution de la densité pendant la fermentation………………………………. 102
Figure 5.30. Evolution du degré alcoolique en fonction du temps de fermentation……….... 102
Figure 5.31. Variation du degré alcoolique en fonction de temps au cours de la distillation. 103
Figure 5.32. L’éthanol obtenu à haut degré……………………………………………......... 103
Figure 5.33. Caractéristisation spectromètrique IR du bioéthanol obtenu…………………... 104
Figure 5.34. Chromatogramme de l’éthanol industriel pure……………….……………....... 105
Figure 5.35. Chromatogramme du Bioéthanolproduit par fermentation……………..……... 106
Figure 5.36. Essai de bioéthanol sur moteur à essence (Groupe électrogène)………………. 107
Figure 5.37. Schéma proposé de Procédé semipilote de production de bioéthanol à partir
des rebuts des dattes……………………………………………………………
109
xiii
Liste des Tableaux
Tableau Designation Pages
Tableau 3.1. Les principaux avantages et inconvénients des biocarburants………............. 28
Tableau 3.2. Propriétés chimique et physique de l’éthanol……………………………….. 29
Tableau 3.3. Avantages et inconvénients du bioéthanol…………………………………... 30
Tableau 3.4. Concentration inhibant 80% de la croissance cellulaire de Saccharomyces
cerevisiae pour les principaux sous –produits de la fermentation alcoolique.
38
Tableau 4.1. Les conditions et les groupes de microorganismes recherchés dans
l’écosystème datte……………………………………………………………
48
Tableau 5.1. Caractéristiques morphologiques et morpho-métriques des dattes étudiées.. 65
Tableau 5.2. Critères d’évaluation qualitative des dattes………………………………….. 66
Tableau 5.3. Taux d’humidité des dattes en fonction de la période de conservation……… 70
Tableau 5.4. Résultats des analyses microbiologiques de l’échantillon de Tsabit………… 71
Tableau 5.5. Résultats des analyses microbiologiques de l’échantillon de Timmi……….. 71
Tableau 5.6. Résultats des analyses microbiologiques de l’échantillon de Talmine……… 72
Tableau 5.7. Influence de l’addition du Romarin sur le pH pendant la conservation du
Btana………………………………………………………………………….
73
Tableau 5.8. Influence de l’addition du Romarin sur l’humidité pendant la conservation
du Btana………………………………………………………………………
75
Tableau 5.9. Influence du Romarin sur les germes pendant la conservation du Btana……. 76
Tableau 5.10. Activité antimicrobienne de l’huile essentielle du Romarin…………………. 77
Tableau 5.11. Caractéristiques et aspect au microscope des levures Issues des différents
échantillons…………………………………………………………………...
79
Tableau 5.12. Caractéristiques physiques des dattes étudiées…………………………….... 85
Tableau 5.13. Caractéristiques physico-chimiques des dattes étudiées…………………….. 86
Tableau 5.14. Résultats de la fermentation alcoolique des variétés Teggaza et Lebghel….. 93
Tableau 5.15. Caractéristiques de l’éthanol produit au laboratoire à partir des deux variétés
Lebghel et Teggaza…………………………………………………………..
94
Tableau 5.16. Groupements correspondant à la vibration de valence……………………..... 98
Tableau 5.17. Les valeurs moyennes de quelques paramètres physicochimiques d’alcool
obtenu………………………………………………………………………...
107
Introduction Générale
Introduction générale
2
Introduction générale
Contexte
La variabilité du marché du pétrole et l'augmentation de la pollution atmosphérique nécessitent
de trouver de nouvelles alternatives comme sources d'énergie renouvelables et durables pour assurer la
sécurité énergétique future. L'énergie produite et utilisée présente un élément crucial pour le
développement des pays et l'amélioration des activités humaines (WEA, 2000 ; Sims et al, 2008).
L'électricité et la production de chaleur à partir de la biomasse sont un moyen efficace de transformer
une ressource durable en énergie qui respecte le climat. Les bioénergies, comme le bioéthanol, le
biodiesel, ainsi que d'autres substances dérivées, sont devenues des solutions économiques prometteuses
de l'avenir pour répondre aux questions énergétiques et écologiques (Sindhu et al., 2016).
Selon l'Association des carburants renouvelables, l’Allemagne, les États-Unis, le Brésil, l'UE et la Chine
ont produit respectivement 50.3, 25.5, 4.5 et 2 millions de gallons d'éthanol en 2014 (Sanchez(a) et al.,
2008). En outre, les pays à économie fondée sur l’agronomie sont donc appropriés pour la production de
bioéthanol (Mielenz, 2001). Au cours des trois dernières décennies, les gouvernements du monde entier
ont activement encouragé l'identification, le développement et la commercialisation des technologies
pour la production de biocarburants de remplacement. L'opération comprend la production de bioéthanol,
qui capte l'attention de nombreux chercheurs, consommateurs et investisseurs dans l'espoir d'une
meilleure durabilité du carburant (Oh et al., 2010). La concurrence entre l'alimentation et le carburant
risque de déséquilibrer l'équation. Le procédé de bioconversion utilise la lignocellulose non comestible
qui nécessite généralement l'incorporation d'un prétraitement, suivi d'une scarification des glucides pour
une efficacité satisfaisante (Acourene et Ammouche, 2012). Les matières amylacées issues de la
biomasse agricole et forestière, les biomasses des résidus industriels (canne à sucre, betterave à sucre et
autres) et les amidons (maïs, pomme de terre, manioc, etc.) sont les sources principales pour fournir des
sources d'énergie renouvelables, écologiques et économiques (Rezki et Meriem, 2014). Les
caractéristiques et les capacités du bioéthanol le rendent favorable à être mélangé avec de l'essence (Balat
et al., 2008). En outre, la nécessité de satisfaire la demande énergétique croissant sans impact néfaste sur
l’environnement résultant des combustibles fossiles, nécesssite l’investissement dans la recherche-
développement des énergies propres et durables auquel le bioéthanol fait partie (Krylov et al., 2008). Le
bioéthanol empêche le cognement des moteurs à combustion et l'explosion prématurée en raison de son
Introduction générale
3
indice d'octane élevé 110. Egalement, son indice d'octane élevé fournit aussi une plus grande
inflammabilité, une plus grande perte de la chaleur et une vitesse de flamme (Lashinsky et Schwartz,
2006). Le bioéthanol a un taux en énergie inférieure de 35 à 40% par rapport à l'essence et une teneur
en oxygène plus élevée de 35% ce qui rend la combustion plus propre et entraîne une faible émission de
substances toxiques (Li et al., 2008). Le bioéthanol contribue à la réduction des émissions de CO2 jusqu'à
80% par rapport à l'utilisation de l'essence, favorisant ainsi un environnement plus propre pour l'avenir
(RENE, 2014 ; Elsanhoty, 2012 ; Li et al., 2008). Chimiquement, le bioéthanol est moins dangereux que
l'essence car son point d'éclair est plus élevé (13°C), le rend moins inflammable permettant une meilleure
capacité de stockage. La température d'auto-inflammation est comprise entre 333 et 423°C et l'éthanol
exige relativement une température élevée que l'essence pour une auto-détonation ; par conséquent, la
vapeur d'éthanol ne sera brûlée que plus tard après l'essence sans détonation forcée (Shinsuke et al.,
2005).
De nombreux microorganismes (levures) peuvent être utilisés pour transformer la biomasse en
éthanol (Nigam, 2000). La levure de S. cerevisiae peut être utilisée pour produire de l'éthanol à 48,8
mL/kg à partir du sous-produit de la conserverie d'ananas et 120,7 mL/kg du jus de sorgho (Johansson et
al., 2012). En milieu anaérobie, les levures ne prolifèrent guère en quelques générations de plus en plus
dépeuplées qui sont particulièrement aptes à convertir le sucre en bioéthanol et en dioxyde de carbone
(Foulonneau et al., 2002).
La demande accrue en énergie dans les foyers, les industries, les transports et les secteurs
agricoles nécessite le développement et l'utilisation rapide des options de la bioénergie. Sans exception,
la biomasse de l'énergie renouvelable devrait passer de 50EJ/an (1EJ=1018J) en 2012 à plus de 160EJ/an
d'ici 2050 (Kwiatkowski et al., 2006). Le matériau inutilisé pour la consommation humaine et animale
et la demande d'énergie sont les principaux facteurs du coût dans la production du bioéthanol (Vucurovic
et al., 2012). Les applications typiques de l'alcool englobent les produits chimiques, les produits
alimentaires, les carburants, les fongicides, les réactifs de laboratoire, les plastiques, les antiseptiques,
les solutions de conservation, la réfrigération, les solvants et autres (Simo et al., 2009).
Le palmier dattier "Phoenix dactylifera L." constitue la récolte centrale et choix adapté dans les
zones arides et semi-arides du globe. Il constitue l’aliment principal des habitants et des animaux car un
kg de dattes peut offrir environ 3,000 calories, les dattes sont la source du revenu économique pour les
populations sahariennes du Moyen-Orient et de l'Afrique (Boufis et al., 2014). L'économie de ces régions
Introduction générale
4
repose principalement sur la culture des palmiers dattiers et l'utilisation de leurs fruits pour préparer des
pâtes comme le (Btana), des farines, des sirops, des vinaigres, des confiseries, des levures et du
bioéthanol. En Outre, vu leurs ressources en sucres et leur période de conservation modérément longue
les dattes constituent une base pour divers produits comme l’éthanol et les biocarburants (Hydrogène,
butanol), (Nigam et Singh, 2011), la levure de boulangerie (Qureshi et al., 2012), les probiotiques et les
antibiotiques (Abd-Alla et El-Enany, 2012), les biopolymères (Louhichi et al., 2013), les acides
organiques et les acides aminés (Radwan et al., 2010), les enzymes (Mussatto et al., 2010). Le palmier
dattier est complètement utilisé, y compris les troncs, les feuilles pour la vannerie et les structures des
maisons. Le fruit est consommé sous sa forme fraîche et sèche (Rub de Tmar) selon (Amani et al., 2013),
ou fermenté pour produire des métabolites et les grains (noyaux) sont utilisés dans l'alimentation et
l’engraissage des animaux (Abbès et al., 2011). Le potentiel de production mondiale des dattes est de
plus en plus en constante augmentation dans certains pays comme l'Égypte 17.2%, l'Arabie saoudite
13.7%, l'Iran 13%, les Émirats arabes unis 9.8%, le Pakistan 9.6%, l'Algérie 9%, l'Irak 7.2, le Soudan
5.4% et Libye 2%, (Chandrasekaran et Bahkali, 2013). Par ailleurs, en Algérie le potentiel phoenicicol a
marqué un progrès important dans les cultivars de palmiers dattiers, qui a atteint 18,000,000 de palmiers,
couvrant plus de 350,000 ha, où 11 millions d’arbres sont productifs et produisant environ 492,000 tonnes
de dattes (Statistiques de la FAO, 2015 ;Ghobribi et al., 2012). Le reste (résidus) des dattes qui constitue
les dattes communes atteint 250,000 tonnes qui n’est pas apprécié et il est commercialisé avec beaucoup
de difficulté sur les marchés locaux, dont 30% sont de qualité non satisfaisante. La wilaya d'Adrar a
produit 86,500 tonnes de dattes en 2012 provenant de 2, 000,000 de palmiers dattiers. Cette importante
production a été commercialisée en majorité par troc aux pays frontaliers étrangers et une faible quantité
est consommée localement (Boulal et al., 2013, 2014, 2015, 2016).
Les dattes sont riches en sucres biodégradables d'environ 73 à 83% sur la base de la masse sèche
dans les deux formes inversées, le glucose et le fructose (statistiques de la FAO, 2015). L'économie
Algérienne est basée principalement sur les carburants fossiles. L'Algérie importe environ 30,000 à
50,000 hl d'alcool éthylique chaque année pour son bon usage et une quantité annuelle considérable de
souches de levure Sachromyces cerevisiae pour la fabrication de la levure boulangère, afin de satisfaire
les besoins croissants de la population en matière de pain, et de levure pour les divers usages. En tout
temps, les populations sahariennes fabriquent leur propre vinaigre traditionnel localement à partir de
Introduction générale
5
souches de levures existantes de microorganismes naturels basés sur des dattes (DCFVM) (Ould El Hadj
et al., 2001).
Contribution de la thèse
Actuellement, aucune industrie de transformation n'a été établie au Sahara Algérien pour
transformer ces énormes récoltes de dattes communes en un produit industriel à valeur ajoutée de gain
économique utile. Ainsi, rendre les extraits de dattes modérément appropriés comme matière première
pour la fermentation alcoolique (Wei-Hao et al., 2016). Pour réduire la dépendance aux carburants
fossiles et aux importations de produits chimiques, le gouvernement Algérien a élaboré un programme
national pour la période 2011-2030 afin de promouvoir des actions concrètes dans les domaines de
l'efficacité énergétique et des énergies renouvelables (RENE21, 2014; Stambouli et al., 2012), ainsi que
dans la production du butanol et de l'hydrogène (Shahravy et al, 2012 ; Qureshi et al 2012; Aditiya et al.
2016).
L'éthanol est un produit chimique industriel important à plusieurs fins dans l'industrie chimique,
pharmaceutique, cosmétique et autres. Les principaux objectifs de la thèse sont:
1. Amélioration des méthodes de conservations des dattes communes de faibles valeurs marchandes
par la méthode Btana avec addition du Romarin.
2. Isolement des souches de levure de l'échantillonnage biologique du jus de déchets des dattes
communes dans la région d'Adrar par un procédé bioenergetique confectionné localement par les
moyens de bord. La capacité, la productivité et la force de fermentation de la souche de levure
entreprise sont également discutées.
3. Production et analyse de la faisabilité et de la productivité du bioéthanol de qualité, au sein du
laboratoire et sur site réel de l’URERMS d’Adrar en utilisant la transformation de deux variétés
communes, sous-produit de dattes dénommés Teggaza et Lebghel (T & L) de très faible qualité
commerciale dans la province d'Adrar au sud-ouest de l’Algérie, au moyen d’un fermenteur
anaérobique de type Batch durant 72 heure de digestion suivie d’une distillation et épuration par
un distillateur à colonne fractionné construit par des moyens locaux.
4. Réalisation d'un prototype expérimental de fermentation de type Batch fonctionnant basé sur
chauffe-eau solaire, afin de réduire l'énergie consommée et par conséquent le coût du procédé, en
Introduction générale
6
utilisant comme substrat les rebuts des dattes de faible valeur marchande pour produire de
nouvelles souches de levures plus efficientes et du bioéthanol de qualité à un prix raisonnable
après distillation et rectification.
Ce travail de thèse qui entre dans le cadre de l’activité de recherche-développement de l’Unité de
Recherche en Energie Renouvelable en Milieu Saharien, URERMS, d’Adrar, qui est rattachée au Centre
de Développement des Energies Renouvelables CDER de Bouzaréah et aussi du Laboratoire de
Microbiologie Appliquée de l’Université Oran1 Ahmed Ben Bella, vise principalement les objectifs
scientifiques et techniques suivants :
Maitrise des connaissances académiques et exploitation des techniques pratiques de production de
bioéthanol à partir des moût de déchets de dattes communes par des procédés de fermentation et de
distillation confectionnés avec des compétences nationales et des moyens locaux en milieu saharien
au niveau du laboratoire et sur site réel.
Maitrise des techniques d’isolement des souches de levure locales à partir des dattes communes de
la région d’Adrar afin de subvenir au besoin de la société tout en réduisant la facture de l’importation
des souches de levure pour le développement durable du pays.
Développement de prototypes de fermenteurs-distillateurs de rentabilité acceptable pour la
production de bioéthanol comme carburant alternatif pour le pétrole permettant de réduire les
émissions de gaz à effet-serre et inpulser l’économie nationale.
Amélioration des méthodes de conservation des dattes communes dans la région d’Adrar.
Valorisation des rebuts de dattes et des dattes communes de faible valeur marchande par la
production de substances à haute valeur ajoutée tel que le bioéthanol.
Organisation du mémoire
Ce mémoire de thèse comporte trois parties contenant cinq chapitres
La première partie de cette thèse présente une synthèse bibliographique divisée en trois grandes
chapitres distincts. Le premier chapitre rapporte des données générales sur les dattes et les palmiers
dattiers. Le deuxième chapitre porte sur les levures et leur importance industrielle. Le troisième chapitre
se focalise sur la fermentation alcoolique et ses rôles.
Introduction générale
7
La deuxième partie est constituée du chapitre 4 matériels et méthodes expérimentales mis en jeu
pour la réalisation de ce travail de thèse.
La troisième partie est composée du chapitre 5 discutant l’ensemble des résultats obtenus.
La thèse est clôturée par une conclusion générale, des perspectives et quelques annexes
contenant des complements de définitions et d’informations, des procédures de tests et une bibliographie
complément ce document.
Partie I
Synthèse Bibliographique
Chapitre 1 Contexte général sur les dattes et les palmiers dattiers
9
Chapitre 1 :
Contexte général sur les dattes et les palmiers dattiers
Le palmier dattier (phœnix dactylifera L) constitue l’armature de l’écosystème oasien des régions
sahariennes, il représente également une production agricole importante des régions arides et semi arides.
Il constitue l'élément fondamental de l'écosystème oasien et a toujours joué un rôle économique et sociale
clef pour les populations de ces régions via la production des fruits de dattes et des sous-produits (levure,
pâtes (Btana), farine, sirop, vinaigre, confiserie, bioéthanol...). Ces produits représentent la base de
l'alimentation humaine et animale des régions sahariennes. Le palmier dattier assure aussi la stabilité de
la population saharienne en Algérie, qui est estimée à plus de 2.8 millions d’habitants. La datte est un
aliment de grande valeur énergétique, appréciée aussi bien sur le plan national qu'international. La datte
reste insuffisamment valorisée et subit même des pertes importantes, principalement en raison de
l’insuffisance des conditions de récolte, de stockage, de conditionnement, de l’absence d’une véritable
industrie de conservation et de transformation ainsi que le manque d’organisation des circuits de
commercialisation.
1.1 Généralités sur les palmiers dattiers
Le nom du palmier dattier (Phoenix dactylifera L) provient du mot ˝Phœnix˝ qui signifie dattier
chez les phéniciens, et dactylifera dérive du terme grec ˝dactulos˝ signifiant doigt, allusion faite à la
forme du fruit (Djerbi, 1994). Le palmier dattier était cultivé depuis 6,000 à 8,000 ans, ce qui en fait un
des arbres fruitiers les plus anciennement domestiqués (Daher, 2010). Comme toutes les espèces du genre
Phoenix, il existe des arbres mâles appelés communément dokkars ou Pollinisateurs et des arbres
femelles dénommés Nakhla (Chaibi, 2002).
1.2 Systématique du phœnix dactyliféra L
La place du palmier dattier dans le règne végétal est rappelée ci-dessous (Djerbi, 1994 ; Kwaasi,
2003 ; Feldman, 1976) :
Groupe : Spadiciflores.
Ordre : Palmales.
Famille : Palmacées.
Chapitre 1 Contexte général sur les dattes et les palmiers dattiers
10
Sous famille : Coryfoïdées.
Tribu : Phoenicées.
Genre : Phoenix.
Espèce : Phoenix dactyliféra L.
1.3 Exigences écologiques du palmier dattier
Le palmier dattier offre de larges possibilités d’adaptation, c’est une espèce thermophile qui exige
un climat chaud. C’est un arbre qui s’adapte à tous les types des sols. Il est sensible à l’humidité pendant
la période de pollinisation et au cours de la maturation (Munier, 1973 ; Ozenda, 2004).
Figure 1.1: Figuration schématique du dattier (Munier, 1973)
Chapitre 1 Contexte général sur les dattes et les palmiers dattiers
11
1.4 Localisation des oasis en Algérie et diversité génétique
Le palmier dattier (Figure 1.2) est cultivé dans les régions sahariennes de l’Algérie aux Ziban
(Biskra), le Souf (El-Oued), Oued-Righ (M’Ghaïr, Touggourt…), Ouargla, M’Zab (Ghardaïa), Touat
(Adrar), Gourrara (Timimoun), Tidikelt (In-Salah), Saoura (Béchar), Hoggar-Tassili (Tamanrasset,
Djanet). On trouve également de petites palmeraies dans le sud des Wilayas steppiques (Tébessa,
Khenchella, Batna, Djelfa, Laghouat, M’Sila, Naâma, El-Bayedh) (Belguedj, 2010).
Figure 1.2. Localisation des oasis dans le Sahara Algérien (Marc côte, 2012)
1.5 Répartition géographique du palmier dattier
Dans le monde : Le palmier dattier est originaire du golfe persique (Kwaasi, 2003). Son nombre
dans le monde est estimé à 100 millions d’arbres (Ben Abdallah, 1990). Le palmier dattier fait l’objet
d’une plantation intensive en Afrique méditerranéenne et au Moyen Orient. Aux Etats-Unis d’Amérique,
le palmier dattier fût introduit au XVIIIème siècle. Sa culture n'a débuté réellement que vers les années
1900 avec l’importation des variétés irakiennes (Bouguedoura, 1991).
En Algérie : Le palmier dattier est cultivé au niveau de 17 wilayas seulement pour une superficie
de 165,400 ha (MADR, 2014). La palmeraie Algérienne héberge un matériel génétique très riche et
diversifié avec 940 cultivars recensés (Hannachi et al., 1998).
Chapitre 1 Contexte général sur les dattes et les palmiers dattiers
12
1.6 Définition et description générale de la datte
1.6.1 Définition et Aspect botanique des dattes
La datte (Figure 1.3), fruit du palmier dattier, est une baie généralement de forme allongée,
oblongue ou arrondie, (Espiard, 2002) avec des dimensions très variables, de 2 à 8cm de longueur et d’un
poids de 2 à 8g selon les variétés (Djerbi, 1994), contenant un seul grain appelé noyau, la partie
comestible de la datte dite chair ou pulpe, est constituée d’un :
• Péricarpe ou enveloppe cellulosique fine dénommée peau ;
• Mésocarpe généralement charnu, de consistance variable selon sa teneur en sucre et de couleur
soutenue ;
• Endocarpe de teinte plus claire et de texture fibreuse, parfois réduite à une membrane parcheminée
entourant le noyau (Espiard, 2002).
321……………
Figure 1.3. Datte entière (à gauche) et coupe longitudinale (à droite). Variété Aharetan
Les dattes se présentent en différentes couleurs, selon le stade de maturation et le type variétal.
Avant la maturation, les dattes sont vertes, oranges, ou jaunes, puis allant du brun transparent au noir ou
jaunâtre à la maturité (Elsadig et al., 1999). La consistance de la datte au stade de maturité, est variable,
elle dépend de la teneur en eau de la pulpe. Elle peut être molle, demi-molle ou sèche.
1.6.2 Classification des dattes
D’après Espiard (2002), la consistance de la datte est variable. Selon cette caractéristique, les
dattes sont réparties en trois catégories : dattes molles, dattes demi-molles et dattes sèches de consistance
dure.
Chapitre 1 Contexte général sur les dattes et les palmiers dattiers
13
Figure 1.4. Classification des dattes selon leurs consistances (Cook et Furr, 1952)
1.6.3 Les variétés des dattes
Elles sont très nombreuses et se différencient par leurs saveurs, consistances, formes, couleurs, poids
et dimensions (Buelguedj, 2002). Les principales variétés cultivées en Algérie sont :
a. Deglet-Nour : Variété sociale et commerciale par excellence. C’est une datte demi-molle, considérée
comme étant la meilleure variété de datte du fait de son aspect, son onctuosité et sa saveur.
b. Variétés communes : Ces variétés sont de moindre importance économique par rapport à Deglet-
Nour. Les plus répandues sont : Ghars, Degla-Beïda et Mech-Degla.
1.6.4 Composition physicochimique des dattes
Selon Estanove (1990), la datte se compose essentiellement, comme le montre la Figure 1.5 :
1. d’eau
2. de sucres : Saccharose, Glucose, Fructose
3. de non sucres : protides, lipides, sels minéraux, vitamines… etc.
Chapitre 1 Contexte général sur les dattes et les palmiers dattiers
14
Figure 1.5. Composition physico-chimiques de la datte (Estanove, 1990)
1.6.5 La production nationale et internationale de dattes
Selon CACI. (2015), la production mondiale annuelle des dattes dépasse 7, 416,000 Tonnes.
Environ 35 pays sont enregistrés comme producteurs de dattes, mais 09 pays produisent plus de 100,000
Tonnes et totalisent 43% de la production mondiale.
Figure 1.6. Les principaux pays producteurs de dattes en quantité moyenne (2009-2013) (CACI, 2015).
Chapitre 1 Contexte général sur les dattes et les palmiers dattiers
15
1.6.6 Les exportations mondiales des dattes
Les exportations mondiales moyennes de dattes s’élève à 741,000 Tonnes entre 2009-2013,
représentant environ 10% de la production mondiale (Rappel Algérie: environ 3%) (CACI , 2015). La
production de l’Algérie en dattes toutes variétés confondues est en augmentation constante sur le long
terme. Elle est passée de 361,000 Tonnes en 1996 à près de 848,000 Tonnes en 2013 avec un taux de
croissance annuelle moyenne près de 135%. La production de dattes a plus que doublé en 17 années
(CACI, 2015).
Figure 1.7. Evolution de la production de datte algérienne par Wilaya et par groupe de variétés
(ITDAS, 2014).
Comme le montre la Figure 1.7 ci-dessus, la Wilaya d’Adrar, notre zone d’étude, est la quatrième
Wilaya d’Algérie en nombre de palmiers et en production de dattes avec 3 millions de palmiers et 800,000
quintaux de dattes, mais la majorité de cette production de dattes est sèches et de faibles valeurs
commerciales non valorisées.
1.6.7 Importance de la production de dattes, son évolution et sa destination finale (2013/2014)
La production des dattes pour les 15 millions de palmiers productifs en Algérie est de 9,343,772
Qx. Cette évolution a commencé à partir de 1983 dans la cadre de la mise en valeur agricole des terres
sahariennes, de façon plus significative à partir de 2002 et 2010 (Figure 1.8).
Chapitre 1 Contexte général sur les dattes et les palmiers dattiers
16
Figure 1.8. Production de dattes (Qx) en Algérie (ITDAS, 2014).
On remarque d’après la Figure 1.9 que les volumes de dattes transformables en Algérie sont
importants, plus de 4 millions de quintaux et qui évoluerons durant les prochaines années, ces volumes
sont équivaut à la consommation nationale. Ainsi, l’industrie agro-alimentaire à base de dattes dispose
de la matière première nécessaire pour se développer. C’est donc une valeur ajoutée non négligeable
susceptible d’impulser l’économie nationale surtout avec la conjoncture actuelle que vie le pays.
Figure 1.9. Destination et utilisation de différents types de dattes 2013/2014 (Qx)
en Algérie (ITDAS, 2014)
Chapitre 1 Contexte général sur les dattes et les palmiers dattiers
17
1.7 La diversité microbienne des dattes
Les bactéries sont responsables de l’aigrissement des dattes par suite de la transformation des
sucres en acide lactique ou en acide acétique après fermentation. Cette propriété des bactéries est utilisée
pour la fabrication du vinaigre à partir de la datte. Leur importance lors de la conservation des dattes
nécessite de plus amples informations sur ces agents (Tantaoui et Boisson, 1991). Selon Abekhti (2016),
les bactéries anaérobies sont moins importantes (0 à 3x105 UFC/g) et sont même non détectables dans
certains échantillons. Les bactéries lactiques sont rarement rencontrées dans les échantillons analysés.
Les principaux agents des microorganismes altérants les dattes sont constituées par les levures
(Saccharomyces, Hanseniospora et Candida) et les moisissures (Aspergillus, Penicillium, Fusarium
oxysporum f. sp, Alternaria, Rhisopus et Botrydiplodia theobromae). Cette dernière est responsable de
la maladie ‹Black Rot › (Tantaoui et Boisson, 1991). Taouda et al. (2013) ont montrés que toutes les
variétés de dattes analysées (14 variétés) sont contaminées par les levures (0.6 à 4.9) Log10 UFC/g et les
moisissures (0.5 à 3.8) Log10 UFC/g. Environ 50% des levures isolées appartiennent à Saccharomyces
cerevisae alors que les autres types de levures appartiennent à Zygosaccharomyces fermentati, Hansenula
anomala, Lodderomyces elongisporus et Kluyveromyces fragilis. Les moisissures sont représentées par
Aspergillus niger (l’espèce majoritaire), Penicillium notatum et Rhizopus oryzae. L’étude a mis en
évidence une importante contamination par les GAMT (0.6 à 4.9) Log10 UFC/g et les bactéries
sulfutoréductrices (0 à 4.9 Log10) UFC/g et l’absence des coliformes. En revanche, les coliformes,
Staphylococcus aureus et Salmonella, n’ont pas été détectés. Dans une autre étude Al-Shaickly et al.
(1980) ont a montré que le nombre de moisissures augmente en fonction de la maturation, ce qui donne
un nombre élevé au moment de la récolte lors de la maturation complète des dattes.
1.8 Valorisation et transformation des dattes
La datte a toujours été, depuis des temps immémoriaux, un élément majestieux de l’alimentation,
tant pour les humains que pour les animaux, dans toutes les pays du sud et de l’est de la méditerranée.
Cependant, on constate à l’heure actuelle, une évolution dans les habitudes alimentaires des pays
phoenicicoles et dans les diverses utilisations des dattes. Cela a conduit à rechercher les meilleurs moyens
de répondre à ce progrès en vue d’une meilleure valorisation de cette matière première par la mise au
point de diverses formulations alimentaires et/ou non alimentaires. L’exploitation des dattes peu utilisées,
mal utilisées ou complètement inutilisées relève de la même démarche (Estanove ,1990)
Chapitre 1 Contexte général sur les dattes et les palmiers dattiers
18
Figure 1.10. Classification qualitative et usage des dattes (Estanove, 1990)
1.8.1 Mise en valeur des déchets de dattes
Les dattes abîmées et de faible valeur marchande peuvent être utilisées en raison de leur forte
teneur en sucre pour la production de plusieurs métabolites.
1.8.1.1 Biomasse et protéines unicellulaires
La production de protéines reste un objet essentiel pour le métabolisme afin de subvenir aux
besoins mondiaux. A cet égard des essais de production de protéines d’organismes unicellulaires par
culture de la levure Saccharomyces cerevisiae sur un milieu à base de dattes ont été réalisés. Selon
(Kendri, 1999), l’analyse des biomasses produites montre leur richesse en protéines à raison de 32 à 40
% du poids sec.
1.8.1.2 Bioéthanol
Les dattes constituent un substrat de choix pour la production de l’alcool éthylique. Selon Boulal
(2016), l’alcool éthylique a été produit au laboratoire avec un degré alcoolique de 90%.
1.8.1.3 Vinaigre
Les dattes peuvent être utilisées pour l’élaboration de nombreux produits alimentaires parmi
lesquels le vinaigre. Le vinaigre peut être produit par culture de la levure Saccharomyces uvarum sur un
extrait de dattes (Ould El Hadj et al., 2001).
Dattes
Nobles Communes Non consommées
Perdues Alimentation
animale
Consommation
locale
Exportation
Chapitre 1 Contexte général sur les dattes et les palmiers dattiers
19
1.8.1.4 Aliments de bétail
Les rebuts et les noyaux de dattes constituent des sous-produits intéressants pour l’alimentation
du bétail. La farine des noyaux de dattes peut être incorporée avec un taux de 10% dans l’alimentation
des poulets sans influencer négativement leurs performances (Gualtieri et Rappaccini, 1990).
1.8.2 Confiseries à base de dattes
1.8.2.1 Pâte de dattes
Les dattes molles ou ramollies par humidification donnent lieu à la production de pâte de dattes.
La fabrication est faite mécaniquement. Lorsque le produit est trop humide il est possible d’ajouter la
pulpe de noix de coco ou la farine d’amande douce. La pâte de datte est utilisée en biscuiterie et en
pâtisserie (Espiard, 2002 ; Kendri, 1999).
1.8.2.2 Farine de dattes
Elle est préparée à partir de dattes sèches ou susceptibles de le devenir après dessiccation. Riche
en sucre, cette farine est utilisée en biscuiterie, pâtisserie, aliments pour enfants (Aït-Ameur, 2001 ;
Kendri, 1999) et aussi la préparation des yaourts (Benamara et al., 2004).
1.8.2.3 Crèmes et confitures
Les crèmes et les confitures de dattes sont également fabriquées à base de dattes saines car il est
important d’éviter tout arrière-goût de fermentation. Selon Espiard (2002), cette gamme de produit est
basée sur l’extraction des sucres par diffusion de ces derniers et par d’autres composants solubles de
dattes. Par mélange et cuisson de la pâte ou de morceaux de dattes et de sirop nous pouvons obtenir des
crèmes ou des confitures d’excellente qualité.
1.9 Autres produits
La datte constitue un substrat de choix pour la production de nombreux autres produits tels que :
le vin (Espiard, 2002), le jus de datte (Chniti et al., 2014) ...etc.
Chapitre 2 Aperçu sur les levures
20
Chapitre 2 : Aperçu sur les levures
2.1 Généralités sur les levures
Les levures ont été utilisées par l’homme depuis des millénaires, sans le savoir, en particulier
dans la fabrication des boissons alcoolisés et du pain. Ce n’est qu’avec les travaux de Pasteur (1866-
1876) que le rôle des levures dans la fermentation alcoolique a été mis en évidence (Bourgeois et Leveau,
1991). Elles sont classiquement définies comme étant des champignons unicellulaires immobiles. Sur
milieux gélosés, elles forment habituellement des colonies à surface luisante. La couleur des colonies de
levures est généralement crème à brunâtre et parfois rosâtre. Elles sont soit plates, soit bombées Figure
2.1 (Larpent, 1990).
Figure 2.1. Ultrastructure d’une levure bourgeonnante montrant les cibles des différents antifongiques
N : Noyau. Va : Vacuole. Ves : Vésicules. M : Mitochondrie. ER : Réticulum Endoplasmique.
G : Golgi (El-Kirat-Chatel, 2010).
Les levures puisent leur énergie par dégradation des substances organiques variées, ce sont des
organismes chimio-hétérotrophes (Bourgeois et al., 1988). Dans la nature, les levures se trouvent
principalement sur les végétaux riches en sucre directement assimilable. Elles peuvent se développer
particulièrement au niveau des blessures et des cicatrices qui laissent s’écouler de jus sucré, des fruits
sains portent une contamination en levures beaucoup plus faible que des fruits blessés (Bourgeois,
Leveau, 1991).
Chapitre 2 Aperçu sur les levures
21
2.2 Caractères généraux des levures
2.2.1 Morphologiques
Les cellules de levures sont généralement ovoïdes ou sphériques, parfois cylindriques. Leur taille
varie de 2 à 3 microns et peut atteindre 5 microns chez certaines espèces de levures. Les cellules peuvent
rester après bourgeonnement liées les unes aux autres et constituer aussi un pseudomycélium. Plus ou
moins différencié suivant les genres ou les espèces. Dans certaines conditions, d’autres levures peuvent
produire de mycéliums caractéristiques de champignons filamenteux, comportant des cloisons
transversales ou septa et présentant une croissance apicale (Bourgeois et al., 1988).
2.2.2 Caractères physiologiques et biochimiques
Les levures étant dépourvues de chlorophylle sont incapables de produire les composés
organiques nécessaires à leur croissance à partir de substrats minéraux comme le font les végétaux
supérieurs, les algues et quelques bactéries. Elles sont donc saprophytes et quelques fois parasites. Pour
leurs croissances, elles ont besoin d’oxygène, de sources organiques de carbone, d’azote minéral ou
organique, de divers minéraux, d’une température et d’un pH adéquat. Certaines d’entre elles ont
également besoin d’un ou plusieurs vitamines comme par exemple la thiamine (vitamine B1), biotine
(vitamine B8), inositol (vitamine B7), acide pantothénique (vitamine B5) et d’autres facteurs de
croissance (Karlson, 1971). Toutes sont capables d’utiliser le D-glucose, le D-fructose et le D-mannose.
Certaines levures produisent des lipides (Lipomyces starkeyi) d’autre ont une activité lipolytique. Elles
utilisent de nombreux substrats carbonés soit uniquement par voie oxydative (Cryptococcus,
Rhodotorula), soit pour la plupart, après une phase aérobie de démarrage de la croissance, par
métabolisme fermentaire (anaérobie) conduisant à la production d’éthanol et de CO2. Les levures ne
provoquent pas d’intoxications alimentaires. Le Condida albicans et le Cryptococcus neoformants sont
les seules qui sont pathogènes (Bourgeois et al., 1988).
2.2.3 Croissance
La croissance des levures en anaérobiose est possible en présence d’un taux limité de glucose,
mais l’apport d’ergostérol, d’acides gras insaturés et parfois de vitamines (acide nicotinique) est essentiel
car les molécules ne sont pas synthétisées dans ces conditions. Dans les cultures de Saccharomyces
cerevisiae développées en anaérobiose, seulement 10% de glucose est converti en biomasse et le reste
est incorporé dans l’éthanol, le glycérol et pyruvate parfois même dans le succinate (Fiechter et al., 1981).
Chapitre 2 Aperçu sur les levures
22
2.2.4 Métabolisme
Toutes les levures sont capables d’utiliser le glucose et le fructose. En ce qui concerne des ditri,
ou polysaccharides, ils ne sont fermentés qu’après hydrolyse à l’extérieur ou à l’intérieure des cellules.
L’invertase extracellulaire hydrolyse le saccharose en glucose et fructose. Le raffinose est faiblement
hydrolysé par cette enzyme en fructose et mélibiose. Ce dernier n’est d’ailleurs pas un substrat utilisé par
les souches de S. cerevisiae. Le glucose et le fructose pénètrent dans la cellule par diffusion facilitée mais
aussi après phosphorylation (Frankel, 1982).
Les hexoses intracellulaires sont intégrés dans la voie de la glycolyse après phosphorylation par
l’hexokinase ou glucokinase. Les hexokinases sont peux spécifiques et peuvent phosphoryler le glucose,
le fructose ou le mannose. L’une des hexokinases est une enzyme multifonctionnelle impliquée dans la
répression catabolique (Entian et al., 1984). La teneur intracellulaire en ces enzymes va donc
conditionner les performances philosophiques des levures (Bourgeois et Larpent, 1989).
La croissance des levures est plus importante en présence d’acides aminées ou de sels
d’ammonium qu’avec des peptides (Haroing et Kirsop, 1979). L’urée est utilisée par beaucoup de levure
et donne des croissances identiques à celles obtenus avec des sels d’ammonium.
En l’absence d’oxygène, les levures utilisent la voie "Embden, Meyerhof, Parnas" pour l’oxydation des
hexoses, les deux dernières étapes de cette voie comportent la décarboxylation du pyruvate en
acétaldéhyde et la réduction de ce dernier en éthanol. Cette voie représente 95% la glycolyse chez S.
cerevisiae et Candida. utilis (Bourgeois et Larpent, 1989).
2.2.5 Besoins nutritionnels
Le développement des levures a besoin de composés carbonés, qui procurent à la fois la source
d’énergie des composés réduits sous forme d’ammonium. Quelques levures peuvent utiliser les composés
azotés oxydés (nitrates) ou organiques pour la synthèse des protéines et des acides nucléiques, et enfin
d’éléments minéraux variés. Les besoins en vitamines varient suivant les espèces (Bourgeois et Larpent,
1991).
2.2.6 Phénomène de floculation
La floculation des microorganismes est un phénomène qui se rencontre naturellement chez de
nombreuses souches de levures, mais qu’on peut aussi générer artificiellement (Bourgeois et Larpent,
1996). C’est une propriété des levures qui se manifeste souvent dans les industries de fermentation
Chapitre 2 Aperçu sur les levures
23
alcoolique (brasserie) par l’agglutination (ou floculation) des cellules et par une sédimentation (levure
basse) ou une montée (levure haute) (Pierre-Guiraud, 1998). Il s’agit là d’une méthode de rétention
attractive car elle fait appel à la méthode de séparation liquide-solide la plus élémentaire, la décantation
(Ghommidh et Navarro, 1986). Il est possible de maintenir en activité de 60 à 110 g/L de levure sans
contraintes physiques au niveau des microorganismes (Bourgeois et Larpent, 1996).
2.2.7 Reproduction
La reproduction végétative se fait généralement par bourgeonnement. Dans certaines conditions
physico-chimiques d’environnement, les levures sporogènes peuvent se reproduire par voie sexuée.
Reproduction végétative : Lorsqu’on parle de bourgeonnement, cela donne à penser immédiatement aux
levures. C'est le processus asexué au cours duquel la cellule mère émet une petite excroissance ou
bourgeon qui augmente de taille et s'organise à l'aide d'une partie du matériel nucléaire et cytoplasmique
de la cellule parentale (Leclerc et Mossel, 1989).
2.3 Caractérisation et sélection des souches de levures
Deux types de levures sont en concurrence pour produire de la bière : Saccharomyces cerevisiae
dite de fermentation haute parce qu’elle monte en surface à la fin de la fermentation, et Saccharomyces
Uvarum, dite de fermentation basse, parce qu’elle tombe au fond de la cuve à la fin de la fermentation.
Les travaux de Pasteur et de Hansen ont attiré l’attention sur l’intérêt d’utiliser des cultures pures de
levures et fait prendre conscience peu à peu de l’importance des caractéristiques des souches. C’était le
point de départ des travaux visant à la caractérisation, la sélection et l’amélioration génétique des
souches, qui sont actuellement fortement stimulées par les acquis récents de la génie génétique. Le choix
de la levure est particulièrement important et implique de connaître les caractéristiques désirées de la
souche de levure, de disposer de tests nécessaires permettant de détecter et mesurer ces propriétés et enfin
d’avoir accès à une collection de souches susceptibles de fournir des souches proches de l’idéal recherché
(Steloart, 1974). Les nombreux tests qui ont été proposés, ont pour objectif de caractériser les souches
sur le double plan des conditions rigoureusement standardisées qui permettent de dresser pour la souche
une véritable carte d’identité, c’est la caractérisation intrinsèque (Masschelen, 1972).
Chapitre 2 Aperçu sur les levures
24
2.3.1 Caractéristiques intrinsèques
Le taux de croissance exponentiel sur milieu standard est une caractéristique utile, mais
dépendante de la température et de la composition du milieu et ce critère est donc d’un intérêt limité.
Toutefois un taux de croissance élevé va souvent de pair avec d’autres caractéristiques intéressantes
notamment une bonne efficacité fermentaire. L’intensité fermentaire du glucose, du maltose, les
principaux substrats fermentescibles du moût, sont des caractéristiques dont l’influence sur la vitesse de
la fermentation est considérable. La floculence est une autre caractéristique importante sur le plan
technologique. Elle caractérise plus ou moins la grande tendance des levures à s’agglutiner et à
sédimenter en fin de fermentation. La résistance à l’alcool est également une propriété importante pour
la fermentation de moût à haute densité (Rose, 1993).
2.3.2 Caractéristiques industrielles et choix d’une souche
Les informations les plus utiles sur les souches de levures sont fournies par l’utilisation
industrielle elle-même. Des laboratoires qui distribuent des levures à de nombreuses brasseries peuvent
collecter de telles informations et acquérir progressivement une bonne connaissance des levures.
Cependant, il est important de tester la souche de levure directement à l’échelle industrielle une souche
nouvellement isolée et l’on préfère effectuer préalablement une expérimentation à petite échelle dans des
conditions simulant au mieux les conditions industrielles.
Le choix d’une levure pour une application déterminée implique de connaître les caractéristiques
de nombreuses souches et de faire un choix tenant compte de l’ensemble de ces caractéristiques. Bryan
et Cowan (1979), proposent une méthode pour effectuer le classement des souches et le choix d’une
souche convenant à un usage déterminé. Selon ces auteurs, une souche destinée à la fermentation
continue, doit être recherchée parmi des souches présentant un haut degré de floculence associé à une
forte intensité fermentaire (Bourgeois et Larpent, 1996).
Chapitre 3 Bioénergie
25
Chapitre 3 : Bioénergie
L’exploitation des ressources bio-organiques n’est pas une technique récente, l’homme avait déjà
utilisé le bois comme combustible depuis l’antiquité, faisait l’extraction des plantes et utilisait différentes
techniques et moyens d’exploitation de la biomasse. Mais avec l’exploration du pétrole, ce dernier
devient le plus important réservoir des matières organiques, car il est facilement utilisable et très
diversifié, néanmoins, le pétrole n’est pas une source durable, et son utilisation est la principale cause du
réchauffement climatique. Alors, pour trouver une source d’énergie durable, écologiquement inoffensive
et pratiquement moins coûteuse, l’homme a réfléchit de revenir à l’exploitation des biomasses organiques
d’une façon rationnelle en se basant sur les nouvelles technologies de la science qui lui permettent de
réaliser une bio-raffinerie basée sur le modèle de la raffinerie pétrolière, afin d’obtenir des carburants
alternatifs, de l’énergie et des produits à haute valeur ajoutée tels que le bioéthanol, le biodiesel …etc.
Le bioéthanol ou agro-éthanol est un biocarburant peut être utilisé dans les moteurs à essence. Le
terme bioéthanol est un amalgame entre le préfixe bio du grec bios, qui signifie vie ou vivant et du terme
classique du composé chimique éthanol. Le préfixe bio indique que l'éthanol est produit à partir de
matière organique (biomasse) et n'a pas de lien avec le terme «bio» parfois utilisé pour désigner
l'agriculture biologique. Il s'agit d'un vecteur énergétique issu de l’agriculture, ou des déchets de
l'industrie forestière, et appartenant à la famille des énergies renouvelables (Hansen, 1883).
3. 1 Définition des biocarburants
Les biocarburants sont des sources énergétiques issues des matériaux biologiques qui se
distinguent des autres sources d’énergie non fossiles, à l’instar de l’énergie des vagues, et de
l’énergie éolienne. De plus, quel que soit la forme des biocarburants (solide, liquide, ou gazeux),
il est clair que c’est une énergie durable, et renouvelable puisqu’elle est d’origine végétale et animale,
et donc elle peut être remplacée après une courte période (Scragg-Alan, 2009).
3. 2 Différents biocarburants
Les dix biocarburants cités par la CE (Directive 2003/30/CE) sont : le bioéthanol, le biodiesel
(esters d’huile végétale), le biogaz, le bio-méthanol, le bio-diméthyléther (bio-DME), le bio-Ethyle-
tertio-butyl-éther (bio-ETBE), le bio-Méthyl-tertio-butyl-ether (bio-MTBE), les biocarburants
synthétiques, le bio-hydrogène, et les huiles végétales pures (Poitrat. E, 2005). Les deux principaux
Chapitre 3 Bioénergie
26
biocarburants candidats prêts à un développement industriel sont l’éthanol (principalement utilisé en
Europe sous forme d’éthyl-tertio-butyl-éther ou ETBE) et l’ester méthylique d’huile végétale
(EMHV) ou biodiesel (Colonna, 2006).
3. 3 Différentes générations de biocarburants
3. 3.1 Les biocarburants de 1ère génération
Il existe deux grandes filières de production de biocarburants :
- Le biodiesel : est obtenu à partir de plantes oléagineuses (colza, tournesol, soja...) ou de graisses
animales ou des huiles alimentaires usagées. Il est obtenu par l’estérification, c’est-à-dire la
transformation des corps gras en esters méthyliques d’acides gras (EMAG) par une réaction chimique
de transestérification en présence d’un catalyseur (Figure 3.1). Cette technologie permet de produire à
partir d’une tonne d’huile 110kg de méthanol, 970kg de biodiesel et 108kg de glycérine (Sall Hamath,
2007).
Figure 3.1. La filière des huiles végétales ou du biodiesel (Sall Hamath, 2007).
-Le bioéthanol : est obtenu à partir des plantes sucrières ou des céréales (Figure 3.2). Selon la CE
il est utilisé en mélange dans les essences : soit de manière systématique dans les supercarburants
SP95-E10 (jusqu’à 10% en volume), SP95 et SP98 (jusqu’à 5% en volume) ; soit à haute teneur
dans le carburant super éthanol E85, qui contient entre 65 et 85% en volume d’éthanol. Ce
carburant est disponible dans les stations de service depuis 2007 et il est destiné à des véhicules
dédiés, appelés véhicules à carburant modulable (Poitrat, 2005).
Transésterification
Chapitre 3 Bioénergie
27
Figure 3.2. La filière bioéthanol ou filière alcool (Sall Hamath, 2007)
3. 3. 2 Les biocarburants de 2ème génération
Ces carburants sont issus de la transformation de la lignocellulose contenue dans les résidus
agricoles (paille) et forestiers (bois), ou dans des plantes provenant de cultures dédiées (taillis à
croissance rapide) (Figure 3.3). Les nouveaux procédés cherchent à améliorer le bilan énergétique en
utilisant toute la plante. Pour cela les résidus de sylviculture, les déchets organiques, des cultures
comme la luzerne ou le miscanthus sont exploités (Ballerini et Alazard‐Toux, 2006).
Figure 3.3. Biocarburants de deuxième génération tirés de déchets de l’agriculture et de
l’exploitation forestière (Doudou, 2007).
3.3.3 Les biocarburants de 3ème génération : Les micro-algues
Ces biocarburants sont obtenus à partir de la production de lipides ou d’hydrogène par des
micro-organismes (Figure 3.4). Le soufre est un élément chimique nécessaire au processus de
formation des protéines. Lorsque l’algue Chlamydomonas reinhardti est privée de soufre, la
photosynthèse diminue et elle met en place une autre voie énergétique : la production d’hydrogène. On
peut cultiver les micro-algues avec deux procédés différents : l’utilisation d’un photo-bioréacteur ou
de bassins extérieurs. Les rendements prévus sont 3 à 30 fois supérieurs aux espèces oléagineuses
Chapitre 3 Bioénergie
28
(notamment car le taux de photosynthèse est plus important). Les biocarburants de 3ème génération
sont un enjeu énergétique important (Dubreuil, 2008).
Figure 3.4. Production de lipides ou d’hydrogène par des micro-organismes (Dubreuil, 2008)
3.4 Les avantages et les inconvénients des biocarburants
Les principaux avantages et inconvénients des biocarburants se résument dans le (Tableau 3.1).
Tableau 3.1. Les principaux avantages et inconvénients des biocarburants (Touati, 2013).
Les avantages Les inconvénients
1. Ressources renouvelables
2. Limitent les émissions de gaz à effet de serre (GES)
et les consommations d'énergie non renouvelable.
3. Emettent moins de polluants tels que le soufre (à
l'origine des pluies acides), les suies, les particules
fines.
4. Permettent de diversifier les sources de production
d’énergie et de réduire la dépendance à l'or noir et de
valoriser des ressources domestiques.
1. L'augmentation de la demande en
biocarburants a eu pour conséquence le
renchérissement des cours mondiaux des
céréales et des oléagineux.
2. Ils sont gourmands en énergie, coûteux à
cultiver, à collecter et à transformer.
3. Ils instaurent une concurrence redoutable entre
cultures énergétiques et cultures alimentaires.
4. Le développement des biocarburants issus de
cultures énergétiques peuvent être une menace
pour les écosystèmes et les puits.
3.5 Présentation de la molécule d’éthanol
L’éthanol, ou alcool éthylique, est un alcool de formule semi développée CH3-CH2-OH. C'est un
liquide incolore, volatil, inflammable et miscible à l'eau en toutes proportions. Les formules brutes et
semi-développées de la molécule d’éthanol sont respectivement le C2H6O, le C2H5OH et le CH3-CH2-
OH (Figure 3.5) (Mehdi-Kacimi, 2008).
Algues unicellulaires Huile Biodiesel
Chapitre 3 Bioénergie
29
Figure 3.5. Molécule d’alcool éthylique (Mehdi-Kacimi, 2008)
Tableau 3.2. Propriétés physico-chimiques de l’éthanol (Mertens et Roiz, 2010).
La masse molaire 46,0684 ± 0,0023 g/mol
Formule chimique CH3CH2OH
Température d'ébullition 79 °C
Point de fusion −117 °C
Pression de vapeur à 20 °C : 5,8 kPa
Pouvoir calorifique inférieur (MJ/L) 21.06
Pouvoir calorifique inférieur (MJ/kg) 26.7
Densité (kg/L) 0.794
Nombre de Cétane <100
Nombre d’Octane 0.40-045
Type de moteur A combustion (Essence)
3.6 Les avantages liés à l'utilisation de bioéthanol
Les avantages et les inconvénients du bioéthanol peuvent être résumés dans le Tableau 3.3.
Chapitre 3 Bioénergie
30
Tableau 3.3. Avantages et inconvénients du bioéthanol (Oestling, 2001).
Avantages Inconvénients
Moins d’émissions de dioxyde de carbone
CO2 fossile que les carburants
conventionnels
Haut indice d’octane, permettant un
fonctionnement plus efficace des moteurs à
allumage par étincelle
Moins d’émissions de particules
Moins d’émissions non réglementées de
benzène et de butadiène 1-3 ; les taux de
benzène diminuent à mesure que la
concentration d’éthanol dans l’essence
augmente
Risque moins élevé de formation d’ozone
que l’essence et le diesel
Pas de teneur en soufre
Biodégradable
Moins toxique que le méthanol ou le
l’éthanol
Il a été démontré que les véhicules à un seul
carburant et les véhicules tous carburants, à
moteurs à démarrage par étincelle alimentés
en bioéthanol, présentent un rendement
énergétique plus élevé que les moteurs à
essence
Rendement a indice d’octane élevé pour un
coût relativement réduit.
Son indice de cétane étant moins élevé que
celui de diesel, le bioéthanol ne convient pas
comme carburant propre pour les moteurs
diesels conventionnels, à moins qu’un
accélérateur d’ignition ne soit ajouté
Emissions très élevées d’hydrocarbures par
évaporation (environ 15% pour l’E10G), ce
qui requiert un réglage de la pression de
vapeur de l’essence de base à laquelle
l’éthanol est ajouté
La pression de vapeur étant basse et la
chaleur latente d’évaporation de l’éthanol
élevée, le démarrage à froid peut être plus
difficile dans les climats plus froids, à moins
que l’éthanol ne soit mélangé à de l’essence
ou qu’une autre aide au démarrage ne soit
utilisé
Sa combustion entraine une formation accrue
d’acétaldéhyde, mais les émissions de
formaldéhyde formique sont moindres par
rapport à l’essence
Sa capacité lubrifiante peu élevée peut
provoquer une corrosion du moteur
Problèmes de stabilité de phase dans le
mélange d’essence en cas de présence d’eau
La combustion de l’éthanol pur produit une
flamme invisible qui peut provoquer des
problèmes de sécurité.
Les véhicules E85G produisent des émissions
non réglementées plus élevées (éthylène et
acétaldéhyde) que les véhicules à essence
Lorsque l’éthanol non brulé E95D réagit sur
la surface du catalyseur, il peut s’échapper
une odeur de vinaigre. Cette situation s’est
améliorée avec la nouvelle génération de
catalyseurs
Chapitre 3 Bioénergie
31
3.7 Production du bioéthanol
3.7.1 La matière première
Tous les sucres fermentescibles (glucose, saccharose, etc.) peuvent être transformés en éthanol
par fermentation. Ces sucres sont présents dans un état plus ou moins polymérisé dans de nombreuses
espèces du monde végétal comme la betterave à sucre, la canne à sucre, le blé, le maïs, la pomme de
terre, mais également de l’herbe ou encore le bois. La matière lignocellulosique constitue une ressource
abondante et bon marché, car elle ne peut pas être digérée par l’homme, et de ce fait n’entre pas en
compétition avec la nourriture (Gnansounou, 2001). Ces produits végétaux d’origine agricole
contiennent des réserves de glucides sous forme d’amidon ou de saccharose. Les molécules d’amidon
sont préalablement hydrolysées par voie enzymatique le plus souvent, Saccharomyces cerevisiae ne
possédant pas d’amylase efficace. Les produits résultant sont le glucose et le fructose, facilement
assimilables par Saccharomyces cerevisiae. Ce sont donc, en général les substrats riches en amidon et
saccharose qui sont privilégiés pour la fermentation alcoolique (Cot, 2006). Avant l’étape de
fermentation le substrat est d’abord préparé (pressage, broyage, vapocraquage, hydrolyse chimique ou
enzymatique) afin d’en faire ressortir le jus qui pourra être fermenté par les microorganismes.
3.7.2 Le prétraitement
Les sucres aux structures complexes requièrent des traitements préalables avant de pouvoir se
rendre disponibles pour subir une fermentation pour cette raison la matière première doit être traitée selon
leur type.
a. Les plantes saccharifères
Les plantes saccharifères sont riches en sucres fermentescibles, la production d’éthanol à partir
de la betterave sucrière débute, avec le lavage des racines, leur découpage en cossettes et l’extraction des
sucres à l’eau chaude qui est appelé diffusion. Pour ce qui est de la canne à sucre la première étape est la
coupe suivi du broyage des cannes puis enfin leur pressage (Riess, 2012). Dans le cas des dattes le
prétraitement débutent par lavage des fruits puis l’imbibition à l’aide d’une eau chaude afin de faciliter
le dénoyautage, les pulpes résultantes sont broyées.
Chapitre 3 Bioénergie
32
b. Les plantes amylacées
Les plantes amylacées contiennent de l’amidon qui n’est pas directement fermentescible il doit
donc être transformé en glucose. Il existe deux types de procédés de transformation, le premier est la
voie sèche ou «dry milling» et le second est la voie humide ou «wet milling». Dans le cas du « dry
milling» les grains sont nettoyés et broyés. L’amidon est hydrolysé en deux étapes par voie enzymatique.
La première étape réalisée à l’aide d’une α-amylase est appelée liquéfaction. La seconde étape est appelée
saccharification et utilise une amyloglucosidase. Pour ce qui est de la voie humide, ou «wet milling» les
grains sont trempés dans une solution aqueuse contenant de l’acide sulfurique qui facilite la séparation
des composants (Sanchez (b) et al , 2008). Un broyage est ensuite réalisé afin de séparer l’amidon du
reste de la plante. L’amidon ainsi obtenu est ensuite liquéfié et saccharifié par voie enzymatique
(Shigechi et al, 2004). Cette étape aboutit à la formation d’un sirop de glucose. Ce sirop sera utilisé pour
produire de l’éthanol par fermentation.
c. Les matières lignocellulosiques :
Contrairement à l’amidon ou au saccharose qui servent de réserves d’énergie pour la plante en
vue d’une utilisation ultérieure, la matière lignocellulosique sert de structure pour les plantes. Il s’agit
donc d’une matière stable et résistante aux agents extérieurs et donc plus difficile à dégrader. Elle est
composée principalement de lignines qui sont des composée poly phénoliques inutilisables par la levure,
de cellulose et d’hémicelluloses qui sont des composés plyosidiques (Riess, 2012). Comme pour
l’amidon, la cellulose et les hémicelluloses doivent être hydrolysées avant utilisation par la levure car
elle n’a pas le pouvoir enzymatique nécessaire pour cela. Les procédés d’hydrolyse ressemblent à ceux
employés pour l’amidon ils emploient soit un traitement acide soit un traitement enzymatique
(Taherzadeh et al, 2007). Les sucres obtenus par hydrolyse de la biomasse lignocellulosique sont
principalement des pentoses (xylose et arabinose) des disaccharides (cellobiose) et du glucose. Ce dernier
est facilement transformé en éthanol par la levure utilisée par l’ensemble des industries de fermentation
alcoolique (Ogier, 1999).
3.7.3 Fermentation
Le terme de fermentation est apparu au 16éme siècle il vient du latin «ferveur=bouillir», qui
signifié le dégagement des bulles de CO2 dans un moût de vinification (Bourat, 1992 ; Dourado, 1983).
La fermentation est tout processus métabolique au cours duquel est utilisé un micro-organisme spécifique
Chapitre 3 Bioénergie
33
pour la libération de l’énergie Gaillard et al, (1995). D’après Tortora et al. (2003), on peut définir la
fermentation comme un processus qui :
1. Libère de l’énergie par la dégradation de sucres ou d’autres molécules organiques ;
2. Ne nécessite pas d'oxygène O2, mais peut parfois se poursuivre en sa présence ;
3. Ne nécessite pas l’utilisation du cycle de Krebs ni d’une chaîne de transport des électrons ;
4. Utilise une molécule organique comme accepteur d’électron final.
3.8 Objectifs de la fermentation
Les objectifs de la fermentation sont :
- Obtenir une biomasse microbienne qui sera utilisée à des fins alimentaires, médicales,
pharmaceutiques, agricoles ou industrielles.
- Produire des «outils biologiques» que l’on appelle des enzymes.
- Synthétiser des métabolites non catalytiques que l’homme utilise dans des domaines très divers : des
composés énergétiques (méthane, éthanol), des matières premières chimiques intéressantes telles
l’éthanol, le butanol ou des composants alimentaires tels les acides aminés et les vitamines.
3.9 Optimisation de la fermentation
Traditionnellement les fermentations industrielles sont conduites en maintenant les variables
d’action constantes. Leurs valeurs sont souvent déterminées à partir de critères biologiques en visant la
meilleure productivité (concentration la plus élevée possible en fin de fermentation obtenue la plus
rapidement possible) au moindre risque de contamination. Il est évidemment envisageable de les faire
varier dans le temps, dans le but d’améliorer les résultats. C’est ce que permet la mise en œuvre des
techniques d’optimisation.
La fermentation est comme toute opération industrielle, elle est soumise à la notion d’indice de
performance dans lequel entre en particulier le temps d’opération, la production, la consommation
d’énergie, de matière première, le rendement. D’où la notion de critères selon lesquels l’optimisation doit
être faite et qui sont de trois sortes :
Maximisation des concentrations des produits de fermentation que l’on cherche à obtenir
(biomasse microbienne, métabolites) ;
Minimisation du temps de fermentation ;
Chapitre 3 Bioénergie
34
Minimisation des coûts de l’opération.
Les deux premiers critères impliquent la définition des conditions conduisant aux meilleurs
profils des courbes de croissance et de production (Scriban, 1999). Il est possible d’agir sur les différents
paramètres opératoires biochimiques et physiques pour optimiser la mise en œuvre de la fermentation et
atteindre les meilleurs rendements de conversion tels que:
les concentrations des nutriments : surtout le carbone et l’azote ;
les profils d’alimentation ;
la température ;
le pH ;
l’agitation et l’aération ;
le temps de réaction.
L’optimisation d’un procédé aérobie de production de levure vise à l’obtention des concentrations
et de productivités maximales en cellules. Dans le cas de la levure de boulangerie Saccharomyces
cerevisiae, la qualité boulangère finale est un autre critère important. C’est en général par la sélection
judicieuse d’une souche, d’un milieu de culture et d’un procédé qui sont obtenues les meilleures
performances (Larpent, 1992).
3.10 Les procédés de fermentation alcoolique utilisant des levures
Avant l’étape de fermentation, le substrat est d’abord préparé (pressage, broyage, vapocraquage,
hydrolyse chimique ou enzymatique) afin d’en faire ressortir le jus qui pourra être fermenté par les
microorganismes (Figure 3.6) (Bothast et Schlicher, 2005 ; Glazer et Nikaido, 1993). Des fermentations
rapides avec des titres et des rendements élevés en éthanol sont recherchés pour minimiser les coûts
d’exploitation et l’énergie nécessaire à la distillation (Cot, 2006).
Chapitre 3 Bioénergie
35
Figure 3.6. Schéma de fabrication du bioéthanol à partir des végétaux
(lasen.epfl.ch/webdav/site/lasen/shared/ bioethanol.pdf).
La fermentation alcoolique est l’un des procédés de vinification, qui permet de transformer les
sucres fermentescibles en anaérobiose par des levures de type (Saccharomyces cerevisiae) en alcool et
gaz carbonique avec dégagement de calories selon la réaction suivante (Gonzalez-Miret, 2008).
C6H12O6 + Levures → 2C2H5OH + 2CO2 + Energies (3.1)
La fermentation dure de 40 à 72 heures et la température est fixée entre 28°C et 32°C, elle se fait
principalement par trois grands types : en batch, en Fed–batch (ou semi-continu) ou en continus. Les
procédés batch et continu sont les plus utilisés à l’échelle industrielle (Cot, 2006).
Chapitre 3 Bioénergie
36
Au cours de la fermentation alcoolique, le glucose est transformé en acide pyruvate qui est
métabolisé en dioxyde de carbone et acétaldéhyde, et ensuite en éthanol. D’autres monosaccharides,
outre que le glucose, peuvent aussi être utilisé. Certains monosaccharides peuvent directement entrer
dans la chaine de réaction de la fermentation (c’est le cas du fructose). D’autres peuvent être transformés
en glucose par des enzymes de la cellule. Dans le cas de disaccharides ceux-ci doivent d’abord être
digérés en monosaccharides. Cette digestion peut se faire à l’extérieur de la cellule ou à l’intérieur de
celle-ci dans les deux cas, la digestion se fait sous l’action d’enzymes spécifiques synthétisées par la
levure (Dourado, 1983). Pour assurer un métabolisme optimal à la levure, le mout de fermentation ne
doit pas dépasser une concentration en sucres supérieure à 30 g/L. Par ailleurs, le milieu doit être
supplémenté par des sels minéraux (sel ammoniacaux) et autres facteurs de croissance (Touzi et al.,
2001). La concentration initiale en sucres fermentescibles doit être très importante car elle conditionne
le taux d’alcool à la fin de la fermentation.
3.11 Production microbienne de bioéthanol
L’utilisation de Saccharomyces cerevisiae pour la production d’éthanol comme produit
majoritaire a été fortement relancée suite au contexte économico-écologique actuel. En effet, cet
organisme eucaryote unicellulaire et non pathogène pour l’homme représente un modèle expérimental
avec de nombreux avantages (la petite taille on génome, la facilité à le manipuler génétiquement, le
séquençage de son génome en 1996 et l’abondance de la littérature disponible). De plus, depuis des
siècles, les propriétés de fermentation de la levure Saccharomyces cerevisiae sont utilisées dans de
nombreux procédés de transformation : vinification, brassage de la bière, …etc. Son utilisation pour la
production d’éthanol comme biocarburant. D’autres microorganismes, comme Zymomonas mobilis, sont
aussi de bons producteurs d’éthanol (Cot, 2006).
3.12 Les microorganismes utilisés
Une grande variété de microorganismes produit de l’éthanol à partir de polysaccharides.
Cependant peu sont réellement compétitifs en termes de (Cot, 2006) :
Rendement en éthanol par rapport au substrat consommé ;
Capacité fermentaire ;
Tolérance à l’éthanol élevée ;
Chapitre 3 Bioénergie
37
Adaptation aux conditions de fermentation.
Les efforts de recherche portent sur l’amélioration de l’étape de fermentation, notamment par la
recherche d’organismes ou de souches plus résistantes aux différents stresses rencontrés lors de la
fermentation alcoolique (température, faible concentration en glucose, haute concentration en éthanol
…etc.) (Jeffries et Jin, 2004).
3.13 Les principaux produits de la fermentation alcoolique
Les principaux produits de la fermentation alcoolique sont évidemment l’éthanol et le dioxyde de
carbone. Le reste du glucose est utilisé lors de la croissance pour la production de biomasse et la
production de sous alcoolique sont le glycérol, le succinate et l’acétate à 5% du substrat carboné restant
(Oura, 1977). De l’acétaldéhyde, des acides gras (acide hexanoï alcools à plus de deux carbones …etc.).
Figure 3.7. Schéma récapitulatif de la voie de production d’éthanol et des
voies métaboliques (Oura, 1977).
Chapitre 3 Bioénergie
38
3.14 Propriétés et intérêts de l’éthanol
L’éthanol (alcool éthylique) est un liquide inflammable, limpide, sans couleur et légèrement
toxique. L’éthanol est généralement obtenu par une conversion microbiologique des sucres et des
amidons fermentescibles. Il est employé couramment comme combustible, dissolvant, désinfectant et
matière première dans l’industrie chimique. L’éthanol dont la concentration dépasse 50% peut être
employé comme combustible pour la cuisson. Il est facile d’emploi et peut être appliqué directement
dans les cuisinières. Il brûle sans fumée et ne crée pas de pollution à l’intérieur.
3.15 Les phénomènes d’inhibition lors de la production d’éthanol
a. Par le substrat
De fortes concentrations en substrat induisent une inhibition de la croissance cellulaire et de la
capacité fermentaire. L’inhibition de la capacité fermentaire devient significative entre 150 et 250 g/L de
sucres, pour une inhibition complète rapportée à 400 g/L de glucose, alors que l’inhibition de la
croissance commence à des concentrations souvent plus faibles (Casey et Ingledew, 1986).
Généralement, des concentrations en sucres supérieures à 150 g/L, inhibent totalement la croissance
cellulaire. Ce phénomène s’explique par une inhibition des enzymes de la glycolyse (Duntze et al., 1967)
ou par une pression osmotique élevée accompagnée d'une faible activité de l'eau (Nishino et al., 1985).
b. Par les co-métabolites produits
L’effet inhibiteur sur la croissance des principaux sous-produits a été testé par (Maiorella et al.,
1983) : tels que : acide acétique, acide formique, acide lactique, acétaldéhyde, glycérol (Tableau 3.4).
Tableau 3.4 : Concentration inhibant 80% de la croissance cellulaire de Saccharomyces cerevisiae
pour les principaux sous –produits de la fermentation alcoolique (Maiorella et al., 1983).
Sous-produit Concentration inhibitrice g/L
Glycérol
Acide lactique
Acide acétique
Acétaldéhyde
Acide formique
450
38
7.5
5
2.7
Chapitre 3 Bioénergie
39
c. Par l’éthanol : notion de tolérance à l’éthanol
L'effet négatif de l'éthanol se traduit par une inhibition générale de la cellule des micro-
organismes affectant aussi bien la croissance cellulaire que la capacité fermentaire (Amore et Stewart,
1987).
Sur la croissance cellulaire : L’inhibition de la croissance par l’éthanol commence autour de 20
à 40 g/L chez Saccharomyces sup, la concentration inhibitrice pour la croissance est de l'ordre de 70 à
110g/L selon les souches et les espèces (Casey et Ingledew, 1986).
Sur la capacité fermentaire : Pour la production d’éthanol, la concentration inhibitrice peut aller
jusqu’à plus de 20% (V/V) pour Saccharomyces cerevisiae (Hayashida et Ohta, 1981). L’inhibition par
l’éthanol sur la capacité fermentaire est moins importante que sur la croissance cellulaire. En effet, la
production d’éthanol peut se poursuivre une fois la croissance est arrêtée.
Sur la viabilité : L’effet de l’éthanol sur la viabilité cellulaire ne se fait sentir que pour des
concentrations plus importantes que celles provoquant l’arrêt de la croissance (Kalmokoff et Ingledew,
1985).
d. Effet du CO2 sur les levures
Lorsque la concentration en CO2 du milieu atteint un taux de saturation, la fermentation s'arrête
au bout de quelques heures (Laisne et al., 1972).
e. Effet de la pression osmotique et de l’activité de l’eau sur les levures
L’effet de la pression osmotique varie d’une souche à une autre. La plupart des souches ne
peuvent se développer pour des activités d’eau inférieure à 0.9. Certaines tolèrent des pressions
osmotiques plus élevées correspondant à une activité de l’eau de l’ordre de 0.6 mais avec un métabolisme
lent (Leveau et Bouix, 1979).
f. Effet de pH et de la température sur la croissance des levures
L’optimum de pH pour la croissance des levures varie de 4,5 à 6,5 et beaucoup d’espèces tolèrent
de grandes variations de pH. Elles peuvent encore se développer à pH 2,8-3,0 et pH 8-8,5. La température
de croissance est comprise entre 30 et 37°C. La température de la levure optimale se situe vers 25°C
(Bourgeois et al., 1988).
Chapitre 3 Bioénergie
40
3.16 La distillation
Le principe de la distillation est de récupérer des vapeurs plus riches en constituants les plus
volatils du mélange de départ. Le mélange de départ n’est pas un binaire eau-éthanol, même s’il récupère
l’essentiel, mais un mélange complexe ou viennent s’ajouter des produits secondaires issus eux aussi de
la fermentation comme des aldéhydes, des esters, du méthanol ou encore des alcools dits supérieurs
possédant plus de deux carbones (Bourgeois et al., 1991). La présence de ces produits secondaires est
réglementée pour l’alcool carburant par la norme NF15376. Cependant, l’alcool carburant doit respecter
cette norme (Riess, 2012). Les distillats, appelés bruts, obtenus par cette distillation contiennent
généralement des quantités d’eau de produits secondaires et des ions indésirables, supérieures à la
réglementation, il est donc nécessaire de purifier l’alcool. La distillation, qui était au départ une étape
coûteuse, a aussi été fortement améliorée (Wyman, 2001).
3.17 La rectification
Pour de l’éthanol pur, dit absolu, deux étapes sont nécessaires après la distillation. La première
étape a pour but de purifier l’alcool contenu dans les bruts en éliminant les impuretés. Ce procédé consiste
en une succession de distillations à des températures allant de 85°C à 102°C. La première partie de ce
procédé est destinée à concentrer l’alcool et à éliminer les impuretés (alcools supérieurs). Enfin la
dernière partie élimine le méthanol contenu dans l’alcool (Brodeur et al., 2008).
3.18 L’utilisation de l’éthanol
Le bioéthanol peut être utilisé à l’état pur comme carburant substitué à l’essence dérivée du
pétrole ou bien en mélange à des niveaux de concentration variables. Les mélanges d’éthanol et d’essence
sont identifiés par l’abréviation « Exx », où « xx » indique le pourcentage d’éthanol inclus dans le
mélange. Un carburant E20 contient donc 20% d’éthanol et 80% d’essence, alors qu’un carburant E100
correspond à de l’éthanol pur. Plusieurs types de mélange sont commercialisés dont les plus fréquents
sont le E5, le E10, le E85 et le E100 (CRAAQ, 2008).
Le bioéthanol peut être aussi utilisé sous forme d’ETBE (Ethyl Tertio Butyl Ether), qui est formé
par l’éthérification catalytique de l’isobutène avec de l’éthanol. Il contient 45% en masse d’éthanol
combiné sous forme chimique. L’ETBE possède les mêmes avantages que l’éthanol en termes
d’accroissement d’indice d’octane (Colonna, 2006).
Chapitre 3 Bioénergie
41
Comparé à l’essence, l’éthanol contient près de 40% moins d’énergie, mais affiche une masse
volumique supérieure de 7%. Utilisé dans un système d’injection volumétrique, l’éthanol génère donc
moins de puissance qu’une essence, cette diminution étant proportionnelle au contenu en éthanol du
carburant. Toutefois, l’addition de 10% d’éthanol dans l’essence ne réduit que de 3% la puissance du
moteur et favorise une meilleure combustion d’un même ordre de grandeur (CRAAQ. 2008)
Partie 2
Matériels et Méthodes
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
43
Chapitre 4 : Matériels et Méthodes
4.1 Conservation traditionnelle des dattes communes de faible valeur marchande (Btana)
4.1.1. Description et choix de la variété de datte
Nous avons traité dans notre étude le (Btana) préparé à partir de la variété de dattes Hmira
(Figure 4.1). Selon l’investigation prospective effectuée sur terrain et selon les données de la DSAA
(Direction des Services Agricoles d’Adrar) ; le choix de cette variété se justifie par :
1. Son abondance dans la province d’Adrar ;
2. Sa consommations et utilisation;
3. Sa richesse en sucres biodegradables.
La variété de datte (Hmira) se caractérise par une forme droite, une couleur rougeâtre, une
consistance molle à demi-molle, une texture fibreuse à farineuse, une plasticité moyenne et un goût
parfumé.
Figure 4.1. Variété de dattes Hmira
4.1.2. Echantillonnage
Le Btana étudié est préparé à partir de dattes récoltées en pleine maturité durant la période
octobre-novembre 2012 (période de récolte de la variété Hmira) puis séchées. Elles proviennent de
trois régions phoénicicoles différentes : communes de Tsabit, Timmi, et Talmine. On a pris pour
chaque région 03 échantillons de localisations différentes pour que l’étude soit représentative de la
région ; et pour chacun des trois échantillons on a préparé deux Btanas de dattes (une additionnée de
Romarin et l’autre non traité afin de pouvoir comparer les deux méthodes). La Figure 4.2 schématise
la procédure de l’échantillonnage : (on a 18 échantillons au total).
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
44
Figure 4.2. Organigramme d’échantillonnage des dattes
4.1.3. Préparation des Btanas
Après le tri des dattes on procède à la préparation de chaque Btana selon le schéma de la Figure
4.3 suivant :
Figure 4.3. Méthode traditionnelle de préparation du Btana (Boulal et al., 2015).
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
45
Après la préparation des Btanas de dattes on les met à la température ambiante. On procéde aux
prélèvements chaque 10 jours pendant un mois, la préparation des Btanas est effectuée entre le 11
et le 15 mars 2013 par les paysans de chaque région.
4.1.4. Utilisation des plantes aromatiques
Dans notre étude on a exigé que la seule plante qui soit additionnée au Btana soit le Romarin,
chaque 1,5kg de dattes sont mélangés avec 5g de poudre de Romarin (de la région de Sidi Bel Abès),
qui est obtenue par broyage des feuilles et des tiges du Romarin (Rosmarinus officinalis) provenant
d’un magasin d’herboriste de compléments alimentaires sous forme de plante séche.
4.1.5. Souches utilisées pour l’étude de l’effet inhibiteur
Pour démontrer l’effet inhibiteur des huiles essentielles du Romarin on a utilisé des souches
bactériennes et fongiques référenciés provenant de l’institut pasteur d’Oran.
Pseudomonas aerugenosa (SATCC 27853)
Escherichia coli (SATCC 25922)
Staphylococcus aureus (SATCC 25923)
4.1.6 Méthodes d’analyses
4.1.6.1 Caractéristiques morphologiques des dattes
Les caractéristiques physiques sont réalisées sur 20 fruits de dattes prélevés au hasard sur lesquels
sont déterminés (Boukhiar, 2009):
La couleur qui a été observée visuellement ;
La consistance : au toucher ;
Les dimensions du fruit entier (longueur et largeur) au moyen d’un pied à coulisse ;
Le poids de la datte, de sa pulpe et de son noyau au moyen d’une balance de précision (type
FA2004N à la précision de ± 0,001) ;
Le rapport pulpe/datte (%) ;
Le rapport noyau/datte (%).
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
46
4.1.6.2 Analyses physico-chimiques
Mesure du pH, par un pH-mètre type HANNA instruments pH210 (NF V 05-108,1970) (Méthode
AFNOR, 1982).
Mode opératoire
Après élimination des noyaux et des loges carpellaires, les dattes sont coupées en petits morceaux,
puis placées dans un bécher dans lequel de l’eau distillée est versée à raison de deux ou trois fois son
volume. Un chauffage pendant 30 minutes avec agitation par une baguette en verre est réalisé dans un
bain-marie. Le mélange ainsi obtenu est broyé dans un mortier, le pH est mesuré à l’aide d’un pH-mètre
sous agitation.
Détermination de la teneur en eau (Acourene et Tama, 1997)
Mode opératoire
- Sécher des capsules vides à l’étuve durant 15 minutes à 103 ± 2 °C ;
- Tarer les capsules après refroidissement dans un dessiccateur ;
- Peser dans chaque capsule 10g de pulpes de dattes et les placer dans l’étuve réglée à 103 ± 2°C
pendant 24 heures ;
- Retirer les capsules de l’étuve, les placer dans le dessiccateur et après refroidissement les peser.
L’opération est répétée jusqu’à l’obtention d’un poids constant (en réduisant la durée de séchage
à 30 minutes) pour éviter la caramélisation.
La teneur en eau est déterminée selon la formule suivante :
Teneur en eau (H %) =M1−M2
M1∗ 100 (4.1)
Avec
M1 : la masse de la matière fraîche avant séchage (kg);
M2 : la masse de la matière fraîche après séchage (kg);
Matière sèche 𝑀𝑠(%) = 100 − H(%) (4.2)
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
47
4.1.6.3 Analyses microbiologiques
a. Préparation de la dilution mère et des dilutions décimales
Dans des conditions stériles, on introduit 25g de l’échantillon dans un sachet stérile de type
«Stomacher», puis on ajoute 225mL de diluant (TSE). L’ensemble est placé directement dans l’appareil
Stomacher pour homogénéisation. La solution obtenue (suspension mère) DM correspond à la dilution d
=10-1. On introduit aseptiquement à l’aide d’une pipette en verre graduée stérile 1mL de la DM dans un
tube contenant 9mL de la solution même diluant stérile (TSE), puis on homogénéise la solution avec le
vortex pendant 5 à 10 secondes, cette deuxième dilution correspond à 10-2, on procède ainsi de suite
jusqu'à l’obtention de la dilution 10-4.
b. L’ensemencement
L’ensemencement en profondeur se fait par l’introduction de 1mL d’inoculum dans une boite de
Pétri stérile sur laquelle on verse 15mL du milieu adéquat, fondu et refroidi à 44°C. L’ensemencement
en surface se fait par étalement de 0,1mL de l’inoculum sur la surface du milieu solide.
c. L’incubation
La température et la durée d’incubation varient selon les microorganismes (Annexe 4) ainsi on a :
- 22°C pour la flore fongique, sur milieu OGA
- 30°C pour la microflore aérobie mésophile totale, sur milieu PCA
- 37°C/44°C pour les coliformes sur milieu VRBL
- 46°C pour les Clostridium sulfito-réducteurs sur milieu VF
- Les durées d’incubation sont résumées dans le Tableau 4.1
d. Lecture et dénombrement
Après avoir repérer les colonies typiques recherchées, on dénombre les trois boites
correspondantes à la même dilution, on fait ensuite la moyenne de ces boites, le nombre obtenu est
multiplié par l’inverse de la dilution. Le nombre N est déduit à partir de la moyenne arithmétique des
colonies entre les différentes dilutions. Les échantillons de Btana cités auparavant ont fait l’objet des
analyses microbiologiques comme le montre le Tableau 4.1 :
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
48
Tableau 4.1. Les conditions et les groupes de microorganismes recherchés dans l’écosystème datte
Extraction de l’huile essentielle ;
Détermination du rendement d’extraction ;
Etude de l’activité antimicrobienne ;
Préparation de l’inoculum ;
Préparation des disques ;
Tests de l’activité antibactérienne ;
Méthode de diffusion ou des aromatogrammes ;
Toutes les opérations citées ci-dessus sont détaillées dans l’annexe 2.
4.2 Pouvoir fermentaire
4.2.1 Echantillonnage
L’échantillonnage des dattes DCFVM représente deux (02) sites, du Nord de la Willaya d’Adrar
au Sud-Ouest de l’Algérie après la récolte.
Groupe microbien
recherché
Milieu
de base
Facteur
inhibiteur
Additif
Volume
ensemencé
mL
T°C
d’incubati
on
Durée
d’observati
on (h)
Germes aérobies
mésophiles totaux
PCA Aucun / 1 en
profondeur
30 24-48
Clostridium sulfito-
réducteurs
VF Anaérobiose alun de fer et
sulfate de Na
1 en
profondeur
46
24-48
Coliformes totaux et
fécaux
VRBL Bile, vert brilliant / 1 en
profondeur
37 -44 24-48
Staphylococcus
aureus
BP Chlorure de lithium
+
tellurite de
potassium
Jaune d’œuf +
tellurute de K
0,1-1 à la
surface
37 24-48
Salmonelles Hectoene Sels biliaires / 0,1-1 en
surface
37 24
SS
La flore fongique OGA Oxytetracycline Solution
D’oxytetracycline
0,1-1 en
surface
25 120
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
49
4.2.2 Fermentation et isolement des souches de levure
Une quantité de 2kg de dattes a été ramassée de façon aseptique dans un flacon stérilisé et
conservée immédiatement à 4°C, ensuite elle est transportée au laboratoire dans un récipient isotherme
pour des fins d’analyse. Cette technique a été appliquée sur chaque point d’échantillonnage. Le jus est
fermenté à 20°C en petit volume de 500mL, et il est soumis à une agitation mécanique à 20 tr/min. Le
processus de fermentation est contrôlé quotidiennement en déterminant la perte massique des moûts de
dattes. Une fois une réduction de 70g/L est observée, correspondant à la consommation d’environ 2/3 du
contenu en sucres, les échantillons sont diluées à 10-4 et 10-5 (Schuller et al., 2005), Chaque dilution est
étalée à la surface des milieux gélosés Sabouraud avec l’addition de Gentamicine 0.04g/L afin d’inhiber
la croissance de bactéries Gram+ et Gram- (Tsuyoshi, 2004). L’ensemencement est effectué en surface,
par étalement de 0.1mL de culture en stries transversales (Hammer, 1998, Tsuyoshi, 2004). Les boites
de Pétri sont incubées à 30°C pendant 24 à 72 h (Harrigon et al., 1976).
4.2.3 Purification des souches de levure
Les souches bien isolées de différentes morphologies sont repiquées ensuite sur un milieu
Sabouraud. La purification des souches est effectuée par la méthode des stries sur un milieu Sabouraud
solide. Ces étapes sont répétées plusieurs fois jusqu’à l’obtention de colonies homogènes pures, retenues
pour l’étude.
4.2.4 Conservation
La méthode de conservation des souches la plus utilisée et la plus simple à appliquer, consiste à
repiquer les souches en tube sur gélose inclinée PDA ou MA ; les cultures sont incubées pendant 3 à 5
jours, pour permettre une croissance maximale, puis elles sont stockées à 4°C pendant 4 semaines pour
favoriser leurs viabilités et limiter les possibilités de variations (UI-Haq, 2002).
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
50
4.2.5 Test de pouvoir fermentaire de levure dans les dattes
Description et choix de la variété
Nous avons choisi la variété de dattes DCFVM (Tinaceur Figure 4.4) suivant certains critères
qui sont :
La disponibilité ;
La composition (Richesse en sucre) ;
Faible valeur marchande.
Figure 4.4. Substrat des dattes communes de la variété Tinaceur.
Le processus de fermentation est effectué selon les étapes suivantes :
Etape 1 : Les souches de levure sont introduites dans un milieu enrichi de sucre (milieu OGA sans
Agar), les tubes sont laissés 24 heures dans l’étuve à 25°C.
Etape 2 :
Préparation du moût des dattes de la variété (Tinaceur) ;
Stérilisation du moût dans un autoclave à 110°C pendant 20min (UI-Haq ., 2002) ;
Ajout 9 mL de suspension de souche dans chaque flacon ;
Mettre les flacons préparé dans un bain-marie à 30°C plus l’agitation (UI-Haq ., 2002).
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
51
Figure 4.5. Montage de fermentation alcoolique du moût de dattes
Afin de suivre l’évolution de la fermentation, on a procédé à des prélèvements chaque 24 heures
pour effectuer les analyses physico-chimiques nécessaires. Après 72 heures, la fermentation est arrêtée.
L’opération de fermentation est répétée trois fois dans le but d’obtenir une valeur moyenne représentative
des différentes analyses.
4.2.6 Les analyses effectuées
a. Détermination du pH (ISO 11289:1993 et AOAC 981.12)
La méthode est basée sur l’utilisation d’un pH-mètre. Le pH-mètre est un voltmètre qui se
caractérise par une très grande impédance d’entrée en raison de fortes résistances présentées par
l’électrode de mesure.
Mode opératoire
Cas des dattes
Après élimination des noyaux et les loges carpellaires, les dattes sont coupées en petits morceaux,
puis placées dans un bécher dans lequel de l’eau distillée est versée à raison de deux ou trois fois son
volume. Un chauffage pendant 30 minutes avec agitation par une baguette en verre est réalisé dans un
bain-marie.
Le mélange ainsi obtenu est broyé dans un mortier, le pH est mesuré à l’aide d’un pH-mètre sous
agitation.
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
52
Cas de moût de fermentation
La détermination du pH, est essentielle pour le contrôle du moût, avant et au cours de la
fermentation. Sa variation nous renseigne sur l’activité métabolique de la levure au cours de la
transformation des sucres en alcool. La détermination du pH s’effectue par une lecture directe à l’aide
d’un pH-mètre.
b. Détermination de la teneur en eau
La détermination de la teneur en eau est effectuée par une dessiccation de la biomasse dans une
étuve jusqu’à une masse pratiquement constante.
Mode opératoire
- Sécher des capsules vides à l’étuve durant 15 minutes à 103 ± 2 °C;
- Tarer les capsules après refroidissement dans un dessiccateur;
- Peser dans chaque capsule 10g des pulpes de datte et les placer dans l’étuve réglée à 103 ± 2 °C
pendant 24 heures;
- Retirer les capsules de l’étuve, les placer dans le dessiccateur et après refroidissement les peser.
L’opération est répétée jusqu’à l’obtention d’un poids constant (en réduisant la durée de séchage
à 30 minutes) pour éviter la caramélisation.
c. Détermination de la teneur en cendres (AOAC 940.26)
La teneur en cendres est déterminée par incinération. Un étuvage à 105°C pendant 24 heures des
échantillons, est suivi par une calcination au four à moufle à 600°C jusqu’à l’obtention d’une couleur
grise claire ou blanchâtre.
Mode opératoire
Cas des dattes
La pulpe de datte (10g) est introduite dans une étuve pendant 24 heures à 105°C puis dans un four à
moufle pendant 2 heures à 600°C.
Cas du moût de fermentation
Trois essais de fermentation ont été réalisés, le premier d’une durée de 24 heures, le deuxième de 48
heures puis le troisième de 72 heures. Le moût est filtré et les cendres ont été déterminées par étuvage
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
53
du résidu à 105°C pendant 24 heures, ces cendres subissent une calcination au four à moufle pendant 2
heures à 600 °C.
Le pourcentage de la matière organique est donné par la formule suivante:
Matière Organique MO (%) =M1−M2
M1∗ 100 (3)
Avec
M1: masse de prise d’essai (g);
M2: masse de cendre (g);
La teneur en cendres est calculée comme suit:
Cendre (%) =100 – MO (%) (4)
d. Détermination du Taux de Solide Soluble (°Brix)
Le taux de solide soluble est déterminé par un réfractomètre. Il mesure la concentration en saccharose
d’une solution aqueuse ayant le même indice de réfraction que le produit à analyser. Il est exprimé en
pourcentage de masse ou en degré Brix (NF V-05-109).
Mode opératoire
Après réglage avec l’eau distillée, on place une goutte de moût de la fermentation sur la surface
du prisme.
Abattre le deuxième prisme sur le premier, ce qui permet d’obtenir une couche uniforme de
liquide.
Lecture directe des résultats sur le réfractomètre (type Abbè), l’échelle supérieure sert pour la
lecture de l’indice de réfraction et l’échelle inférieure pour la lecture du pourcentage Brix.
e. Détermination du taux de sucres réducteurs (glucose)
Le dosage des sucres réducteurs est effectué par la méthode de phénol/acide sulfurique introduite
par Dubois 1956, il se forme des chromophores de couleur jaune-orange. Leurs apparitions sont suivies
en mesurant l’augmentation de la densité optique à 490 nm (Linden et Lorient, 1994).
Mode opératoire
Une quantité de 1g de produit est mélangé avec 300 mL d’eau distillée et 3g de CaCO3 (bicarbonate
de calcium), le mélange, sous agitation, subit un chauffage pendant 30min jusqu’à ébullition.
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
54
Après refroidissement du mélange, de l’eau distillée est rajoutée à raison d’un litre avec une quantité
d’acétate de plomb qui a pour but l’élimination des protéines. Le mélange subit deux filtrations
successives. La première filtration est suivi d’une précipitation afin d’éliminer le plomb par ajout d’une
petite quantité de d’oxalate de potassium. La deuxième filtration a pour but d’éliminer le plomb précipité
par l’oxalate de potassium.
Après la deuxième filtration, des prises d’essai de 1mL sont mélangées avec 1mL de phénol (5%) et
5mL sous une agitation, les tubes sont maintenus pendant 5 minutes à 100°C après un séjour pendant
30min à l’obscurité. Les densités optiques du témoin et des échantillons ont été relevées par
spectrophotomètre UV-VIS à 490 nm. Les concentrations en sucre sont déterminées en g/L à partir d’une
courbe d’étalonnage (voir l’Annexe 3).
f. Détermination de la teneur en protéines (Méthode de Kjeldahl)
Le principe de la méthode est basé sur la transformation de l’azote organique en sulfate d’ammonium
sous l’action de l’acide sulfurique en présence d’un catalyseur, alcalinisation des produits de la réaction
puis distillation de l’ammoniac libéré et titrage (Gavrilovic, 1996).
Mode opératoire
Nous introduisons dans un matras de minéralisation 2g de dattes (ou 2 mL du moût) et une pincée
de catalyseur (sulfate de cuivre et de potassium), puis nous ajoutons 15 mL d’acide sulfurique pur avec
des billes en verre; nous appliquons un chauffage à 420°C pendant 4 à 5 heures; quand la solution devient
limpide, elle est refroidie et complétée à 100 mL avec de l’eau distillée.
Un témoin est réalisé dans les mêmes conditions sans échantillon. La distillation est réalisée dans un
distillateur semi-automatique (VELP):
- Mettre le tube de digestion contenant l’échantillon dans le distillateur Kjeldahl;
- Régler le volume de soude (35 %) à 20 mL;
- Régler le volume de l’acide borique (25 %) à 25 mL;
- Mettre quelques gouttes d’indicateur (mélange de bleu de méthylène et le rouge de méthyle) dans le
bécher de récupération de distillat; mise en marche le distillateur jusqu’à l’obtention de 100 mL de
distillat dont la coloration est verte (Gavrilovic et al, 1996).
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
55
Le dosage est fait par l’acide sulfurique 0,05 N jusqu’à l’obtention de coloration rose. La teneur en
azote total est déterminée par la formule (5).
Teneur en azote (%) =
V1
V1′ (V2−V2
′ )∗0,05∗1,4
P (5)
Avec
V1: le volume de la solution minéralisée (mL);
V1′: le volume de la solution de soude ajoutée (mL);
V2: la quantité d’acide sulfurique lue après titrage (mL) avec l’acide sulfurique (0,05 N);
V2′: le volume de l’acide sulfurique utilisé dans le titrage du témoin (mL);
P: le poids de la prise d’essai (g).
La teneur en protéines est calculée en multipliant le taux d’azote total (%) par le coefficient 6.25
(Gavrilovic et al., 1996).
g. Dénombrement de la levure pendant la fermentation
Pour suivre le dénombrement de la levure au cours de la fermentation, Nous présentons une méthode
basée sur la turbidimétrie en utilisant un spectrophotomètre à une longueur d’onde de 630 nm
(www.didier-pol.net). Le nombre de cellules de la levure est déterminé à partir d’une courbe d’étalonnage
(Voir l’Annexe 3).
h. Détermination de la densité
La densité est le rapport entre la masse d’un volume de moût de dattes et celle d’un même volume
d’eau. Elle a été déterminée en utilisant un pycnomètre de capacité 10cm3.
Mode opératoire
Nous avons prélevé 10mL de moût de datte et nous l’avons pesé à l’aide d’une balance électronique
de précision.
ρ′ =m
V → d =
ρ′
ρ (6)
Avec
d: densité; m: masse d’échantillon en g; v: volume de pycnomètre; ρ′: masse volumique de du moût en
g/mL; ρ: masse volumique de du l’eau en g/ml.
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
56
i. Dosage du degré alcoolique
Le dosage du degré alcoolique au cours de la fermentation consiste à distiller le jus alcoolisé puis à
mesurer le degré alcoolique du distillat à l’aide d’un alcoomètre (gradué de 0 à 100°) à la température
ambiante (Nadhim, 1982), (OIV-MA-AS312-01A : R2009).
4.3. Fermentation alcoolique
4.3.1. Le choix des substrats
Le choix de la variété des dattes (DCFVM) et le rebut de dattes est orienté par leur disponibilité,
leur abondance et leur appréciation pour la production de bioéthanol de dattes. Selon l’enquête
prospective réalisée au niveau des Ksours et des données de la DSA (Direction de Service Agricole)
d’Adrar, nous avons choisi les rebuts des dattes et DCFVM comme substrat de fermentation alcoolique
(Kacien, H’chef et des dattes touchées par sable, insecte, oiseaux…etc.).
La wilaya d’Adrar dispose d’une récolte de tonnage important de dattes sèches de faible valeur
commerciale, qui est échangée sous forme de troc avec les pays limitrophes, le Mali et le Niger (Figure
4.6).
Figure 4.6. Répartition de la production de différentes variétés de dattes dans la Wilaya d’Adrar
(Boulal et al., 2013).
La production de dattes en Algérie atteint 700,000 T (Belguedj, 2011), et selon les informations
qu’on a pu récolter, il apparait que les écarts de tri des dates représentent une moyenne de 25-30% de la
production annuelle (Chehma et al, 2000).
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
57
Figure 4.7. Aspect de datte servant comme substrats de la fermentation.
4.3.2 Matériel biologique
La levure boulangerie sèche, Saccharomyces Cerevisiae c’est le microorganisme utilisé pour la
production de l’éthanol.
Figure 4.8. La souche de levure de la fermentation.
4.3.3 Protocole expérimental de production de bioéthanol
4.3.3.1 Protocole expérimental de la fermentation alcoolique
La production de l’éthanol à partir de rebuts de dattes comprend les étapes suivantes (Figure 4.11):
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
58
* Les DFVM, ont été lavés, plongés dans un bain d'eau, frottés avec soin, et rincés avec de l'eau pure
pour éliminer le sable, les cailloux, les insectes et les plantes restantes.
* Imbibition des dattes dans de l’eau chaude (90°C à 95°C) afin de faciliter l’opération du dénoyautage.
Cette eau riche en sucre sera par la suite utilisée comme eau de dilution du moût.
* Pesée des pulpes de datte.
* Broyage des pulpes.
* Dilution 1 /4 de pulpes broyées par l’eau de robinet plus l’eau d’imbibition récupérée, la solution
préparée est appelée moût de dattes.
* Ajustement du pH du moût entre 4.3 et 4.7 (Revuz, 1979) pour inhiber la croissance bactérienne et
favoriser la croissance de la levure (Wei-Hao et al., 2016), avec l’acide sulfurique (H2SO4 ; 1N).
Figure 4.9 Diagramme de production de l'éthanol à partir des DCFVM (Maheni et al, 2013)
Le moût de dattes est mis dans le fermenteur et est inoculé par 1g/L de S. cerevisiae réactivée
dans un délai de 60 à 90min sous une température ambiante de 25 à 30°C dans une solution aqueuse en
glucose avec 12% V/V. Ce dernier est fermé hermétiquement afin d’assurer l’anaérobiose du milieu.
Ensuite le fermenteur est plongé dans le bain-marie où la température est maintenue à 30 ± 2°C pendant
72 heures (Nonus et al, 1988). Une fois la fermentation est achevée, on procède à la filtration de la
solution. Le filtrat récupéré est le vin de dattes.
Ethanol
Traitement
Des dattes Rebus de
dattes
Moût de
dattes
Vin de
dattes
Fermentation 30°C ±32°C
Distillation
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
59
4.3.3.2 Protocole expérimental de la distillation alcoolique
A l'aide d'un distillateur de 30 litre de capacité à colonne fractionnée, nous avons distillé le moût
fermenté durant 72 heures auparavant. Ce dernier est chauffé à l’aide d’un réchaud à gaz jusqu’à la
température d’ébullition de l’éthanol 78°C mesurée au niveau de la tête de la colonne. Les vapeurs sont
portées à reflux afin d’augmenter la concentration en éthanol, puis elles sont condensées à l’aide d’un
réfrigérant et par la suite l’éthanol est récupéré dans un récipient en verre.
4.3.4 Moyen de production d'éthanol
Après la maitrise des paramètres de la fermentation alcoolique et dans le but de réduire la
consommation en électricité, nous avons élaboré un fermenteur chauffé par énergie solaire d’une capacité
de 50 litres.
a. Le fermenteur solaire
Le fermenteur du lot (Figure 4.9) a été conçu et installé pour fonctionner efficacement en utilisant
un chauffe-eau solaire plan dans le but de réduire le coût du procédé de production de bioéthanol. Le
fermenteur a été réalisé au sein de l’Entreprise de Construction Métallique au sud (ECOMES, 2015),
située à la wilaya d’Adrar. Le fermenteur est composé d'un réservoir de 50L, construite en double paroi
en acier galvanisé et isolé thermiquement par une mousse polyurithane isolante de 5cm d'épaisseur.
L'échangeur de chaleur du système est placé entre les deux parois de la cuve de stockage. Le couvercle
du réservoir est hermétique et contient un orifice d'évacuation de gaz et un deuxième orifice connecté à
un tuyau de cuivre. Cela a été pratiqué en milieu du réservoir et contient un thermostat pour régler la
température du substrat au voisinage de 30°C.
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
60
Figure 4.10. Fermenteur chauffé par énergies solaire (Boulal et al., 2013)
Le fermenteur est équipé d'un agitateur manuel pour homogénéiser le substrat. Le fermenteur est relié à
une acquisition des données modèle Fluke 2635A équipée d’une carte mémoire interne. Le fermenteur
est échauffé par un chauffe-eau solaire à capteur plan. Ce capyeur est incliné à latitude (27,88°N et
0,28°O à 264m d’altitude) et orienté Nord-Sud sur site d’Adrar pour capturer l'optimum d'énergie solaire
énergie incidente au cours de l'année. L'eau chaude est stockée dans un réservoir d’un volume de 200L
et sa circulation est assurée par une pompe hydraulique contrôlée par un thermostat. L’expérimentation
est effectuée pendant la saison hivernale.
b. Le distillateur à gaz butane
Les principales composantes du distillateur sont :
Cuve de distillation : Il s’agit d’une cocotte en inox d’une capacité de 30 litres qui dispose au niveau
du couvercle d’un manomètre et une valve de détente ;
Colonne de distillation : C’est un tube en cuivre de 35 mm de diamètre et de 1,5 m de long placé
verticalement sur le couvercle de la cocotte.
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
61
Figure 4.11. Dispositif expérimental de la distillation fractionné (Boulal et al., 2014(a))
4.3.5 Méthodes d’analyse physicochimique de bioéthanol
a. Détermination du pH
Le pH est mesuré à l’aide d’un pH mètre sous agitation type HANNA instruments PH210
(NF V 05-108,1970, AFNOR, 1982).
b. Détermination de la densité
On appelle densité ; le rapport du poids d’un certain volume d’un corps déterminé à celui du
même volume d’eau pure dans les mêmes conditions de température (OIV-MA-AS2-01A : R2012).
c. Détermination de la teneur en sucre, méthode de Dubois (1956)
La méthode de Dubois permet de mesurer le taux de sucre en utilisant le phénol et l'acide
sulfurique concentré. En présence des réactifs, les sucres donnent une couleur jaune crème, dont
l'intensité est proportionnelle à la concentration des sucres totaux. La Densité Optique (D.O) est
déterminée à 490nm (Ould El Hadj, 2001).
d. Le dosage de l’alcool
Le dosage de l’alcool au cours de la fermentation est effectué par aérométrie. La méthode consiste
à distiller le jus alcoolisé puis à mesurer le degré du distillat à l’aide d’un alcoomètre (gradué de 0 à 100°)
à la température ambiante (OIV-MA-AS312-01A : R2009), Nadhim (1982).
Chapitre 4 Matériels et Méthodes
62
e. Analyse du bioéthanol par chromatographe phase gazeuse CPG
Les conductions de chromatographie sont effectuées par chromatographe de marque Perkin Elmer 500.
Détecteur à ionisation de flamme (FID) ;
Sensibilité : 10-11A/mV atténuation : 1 ;
Phase stationnaire : RTX diamètre 0.32 mm ;
Températures : injecteur : 110°C détecteur : 150°C ;
Gaz vecteur : N2 débit : 4 mL/min ;
Injecteur Split : taux de split 30 :1 ;
Le volume injecté 1µL ;
On utilisera un ordinateur pour la détermination des aires de pics (E.T.S.L., 2013).
Partie 3
Résultats et Discussion
Chapitre 5 Résultats et Discussion
64
Chapitre 5 : Résultats et Discussion
5.1 Conservation traditionnelle des dattes communes de faible valeur marchande (Btana)
Ce chapitre présente les résultats de l’étude morphologique, de l’analyse physico-chimique, du pH
et de l’humidité ainsi que le suivi de la qualité microbiologique et finalement l’effet des huiles
essentielles.
5.1.1 Résultats morphologiques des dattes
Les caractéristiques morphologiques ainsi que la composition biochimique des dattes, dépendent
de nombreux facteurs parmi lesquels nous citons :
- la qualité du pollen (Higazy et al., 1983) ;
- l’irrigation (Hussein F. et Hussein M A., 1983) ;
- la fertilisation (Bacha et Abo-Hassan, 1983) ;
- l’humidité relative au moment de la récolte (Sawaya et al, 1983) ;
- le stockage des dattes (Al-Mashhadi et al, 1993) ; (Hamad et al, 1993) ; (Mekki et Al-Taisan, 1993).
Les caractéristiques morphologiques des dattes des différentes régions étudiées sont représentées dans le
Tableau 5.1. Les résultats exprimés pour chaque critère représentent la moyenne des analyses effectuées
sur 20 dattes.
Chapitre 5 Résultats et Discussion
65
Tableau 5.1. Caractéristiques morphologiques et morpho-métriques des dattes étudiées
Aspects Commune de Tsabit Commune de Timmi Comm. de Talmine
Couleur Rouge à marron Rouge à marron Marron
Forme Sub cylindrique à ovoïde Sub cylindrique Sub cylindrique
Consistance Plus ou moins sèche Plus ou moins sèche Plus ou moins sèche
Plasticité Elastique Elastique Tendre
Texture Fibreuse à farineuse Fibreuse à farineuse Fibreuse à farineuse
Longueur de la datte 3.502 ± 0.78 3.902 ±0.451 4.047 ± 0.197
Largeur de la datte 2.131 ± 0.34 2.289 ± 0.27 2.424 ± 0.213
Longueur du noyau 2.306 ± 0.41 2.582 ± 0.39 2.517 ± 0.101
Largeur du noyau 0.725 ± 0.185 0.735 ± 0.19 0.778 ± 0.06
Poids de la date 6.38 ± 2.4 7.44 ± 2.33 8.57 ± 1.85
Poids de la pulpe 5.61 ± 2.41 6.61 ± 2.35 7.63 ± 1.73
Poids du noyau 0.76 ± 0.32 0.81 ± 0.24 0,94 ± 0.23
Rapport longueur/largeur 1.64 1.70 1.91
Rapport pulpe/datte (%) 88% 88% 89%
Rapport Noyau/datte (%) 12% 11% 11%
Rapport pulpe/noyau 7.38 8.16 8.12
La longueur des dates est donnée en cm et le poids en g. Les dattes des différentes régions ont
des morphologies très semblables avec quelques différences. On constate d'après les résultats du Tableau
5.1 que : La couleur au stade Tamr des dattes est rouge à marron d’une forme Sub-cylindrique. Les dattes
récoltées à la région de Tsabit ont une consistance légèrement plus sèche que celle des dattes récoltées
dans les deux autres régions, tandis que les dattes de Talmine sont mieux classées en ce qui concerne le
paramètre plasticité vu qu’elles sont les plus tendres. Ces différences dans le degré de plasticité et de la
consistance peuvent être attribuées à la différence dans les conditions climatiques et à l’utilisation de
différentes méthodes de cultures (irrigation, fertilisation, travaux d’entretien) dans les palmerais. Du
point de vue morpho-métrique, les critères d’évaluation qualitative des dattes ont été rapportés par Meligi
et Sourial (1982) et Mohammed et al. (1983) (voir Tableau 5.2) sur les cultivars Egyptiens et Irakiens
(Açourene et al. 2011).
Chapitre 5 Résultats et Discussion
66
Tableau 5.2. Critères d’évaluation qualitative des dattes.
Qualité Longueur du fruit
cm
Poids du fruit
g
Poids de la pulpe
g
Diamètre du fruit
cm
Bonne Longue
sup. à 4
Elevé
sup. à 8
Elevé
sup. à 7
Elevé
sup. à 1.8
Acceptable Moyenne
3,5 - 4
Moyen
6 - 8 g
Moyen
5 - 7
Moyen
1,5-1.8
Qualité
Non acceptable
Réduite
inf. à 3.5
Faible
inf. à 5
Faible
inf. à 1.5
Très faible
inf. à 1.5
La longueur des dattes varie de 3.50 à 4.04 cm, le diamètre de 2.13 à 2.42 cm, tandis que le poids
des dattes varie de 6.38 à 8.57 g et le poids de la pulpe de 5.61 à 7.63 g.
On remarque l’absence de qualité «non acceptable» les résultats sont soit de caractère «acceptable» soit
«bon». Les valeurs obtenues sont plus grandes que celles de Mahma (2012) sauf pour la longueur des
dattes les valeurs se rapprochent.
Le rapport «noyau/datte» est de 11 à 12% ; l'un des critères de qualité des dattes est le
rapport «noyau/datte» le plus faible. Ainsi, il semble correspondre aux résultats cités par Munier (1973)
qui sont entre 8 à 12 %.
Le rapport « pulpe/datte » permet également de caractériser les dattes. Il est de 88 à 89% le
meilleur rapport est celui dont la valeur est plus élevée.
L’étude morphologique des dattes au stade final de maturation, a permis de vérifier l’état et les critères de qualité
de ces fruits qui dénotent une qualité acceptable selon les régions étudiées.
5.1.2 Résultats physico-chimiques
5.1.2.1 Mesure et suivi du pH au cours de la conservation
Dans notre étude on a suivi l’évolution du pH depuis le premier jour de préparation des Btanas
puis chaque 10 jour après. Les résultats obtenus sont exprimés dans les Figures 5.1, 5.2 et 5.3.
Chapitre 5 Résultats et Discussion
67
Figure 5.1. Variation du pH au cours de la conservation des dattes de la région de Tsabit.
Figure 5.2. Variation du pH au cours de la conservation des dattes de la région de Timmi.
Chapitre 5 Résultats et Discussion
68
Figure 5.3. Variation du pH au cours de la conservation des dattes de la région de Talmine
Le pH initial : Les dattes entières soumises à l'expérimentation sont faiblement acides, les valeurs
de pH des échantillons oscillent entre 5.54 et 5.78, et sont donc de qualité acceptable du point de vue
acidité (Acourene et al., 2001). La variation du pH de nos échantillons malgré leur appartenance à la
même variété peut être expliquée par le fait que les dattes n’ont pas la même origine d’une part, et d’autre
part la période de stockage qui s’est écoulée entre la récolte et l’analyse n’est pas la même. Aussi la
qualité des sols, le climat et le mode de culture sont différents d’une région à une autre ce qui influe
fortement sur la qualité de dattes. D’autre part la variation du pH peut être attribuée aussi à la présence
de nombreux acides organiques (citrique, malique et oxalique) ce qui est rapporté par certains auteurs
(Al-Shahib et Marshall, 2003).
Le 1er jour de la préparation : Durant la transformation des dattes, le pH a été augmenté de 0.08
unité pour les Btanas traités de la région de Tsabit tandis que les Btanas non traités ont augmenté de 0.06
unité seulement. Les Btanas traités de la région de Timmi ont augmenté de 0,06 et les Btanas non traités
de 0,07 unité de pH. L’effet inverse est constaté dans le Btana de Talmine, où on a constaté une baisse
de 0.03 et de 0.04 unité de pH dans le Btana traité et non traité respectivement.
La modification du pH est due au rinçage et au blanchiment qu’ont subit les dattes pendant leurs
transformations en Btana ; ces deux procédés affectent l’aspect et la composition physicochimique des
dattes, et modifient donc le pH de dattes.
Chapitre 5 Résultats et Discussion
69
Le suivi du pH : Après 10 jours de conservation, les pH des dattes ont chuté significativement
par l’effet de conservation et de l’activité biologique au sein des pâtes. Les Btanas traités ont chuté de
0,08 à 0,12 unité de pH, tandis que les Btanas non traités ont montré une chute plus importante qui varie
de 0.15 à 0.22 unités sauf pour l’échantillon de Talmine qui marque une diminution de 0.04 unité de pH
seulement. L’échantillon de Timmi a présenté un pH plus bas, à savoir une baisse de 0.22 unité 5.64 à
4.42 ; ceci peut être dû à une forte teneur en microorganismes, qui utilise les sources de carbones
disponibles dans les dattes ce qui engendre l’élimination de déchets tels que les acides organiques, qui
font baisser le pH. Le pH des dattes après 20 jours de conservation continue a chuter remarquablement
par rapport à la valeur initiale des échantillons.
À la fin de la période de conservation, on remarque que le pH se stabilise, cela est dû à la
diminution de la charge microbienne. Pour les échantillons additionnés de Romarin le pH atteint des
valeurs de 5.64 ; 5.28 et 5.45 pour les régions de Tsabit, Timmi et Talmine respectivement.
L’analyse des données recueillies sur le pH montre que les échantillons ont réuni des conditions dans
lesquelles le pH a été diminué par l’effet d’une activité biologique, Ceci ne se fait que dans les cas des
fermentations microbiennes qui sont désormais utilisées comme un mode de conservation des aliments,
et qui offrent aux aliments de nouveaux caractères relatifs à l’aspect, la composition physicochimique et
la qualité organoleptique.
5.1.2.2 Suivi du taux d’humidité des dattes
La variété de datte Hmira appartient aux dattes demi-molles (Hannachi et al., 1998 ), l’analyse
de l’humidité des dattes utilisées indique une faible teneur en eau variant entre 11.22 et 11.58 avec une
moyenne de 11.42 (Tableau. 5.3). Ces résultats avoisinent les valeurs trouvées par Al-Shahib et Marshall
(2003) sur des dattes sèches (12,7%).
Chapitre 5 Résultats et Discussion
70
Tableau 5.3. Taux d’humidité des dattes en fonction de la période de conservation
Dans cette étude, le taux d’humidité avant et après la préparation des Btanas a augmenté de
10,88% pour les échantillons de Tsabit, de 4.04 à 4.08% pour les échantillons de Timmi et 5.92 à 5.98
% pour ceux de Talmine. Cette augmentation est due aux procédés de préparation du btana afin que les
pâtes deviennent plus humides. La légère augmentation du taux d’humidité des dattes après 10 jours de
conservation (de 1.37 à 1.95% pour les échantillons de Tsabit et Timmi), sont probablement dues à
l’écoulement et le drainage de l’eau depuis le cœur du Btana vers les parois des sacs. Au fur et à mesure
de la progression de la période de conservation, nous avons constaté un dessèchement progressif de la
pâte des dattes, ceci est probablement dû au contact avec le milieu extérieur. Au bout du 30ème jour, le
taux d'humidité a diminué de façon remarquable, cette diminution est plus accentuée avec la prolongation
de la durée de conservation.
5.1.3 Résultats microbiologiques
Les résultats des dénombrements microbiens sont représentés dans les Tableaux 5.4 à 5.6 suivants :
Prélèvement
Taux d’humidité (%)
Taux moyen Tsabit Timmi Talmine
T NT T NT T NT
Datte entière 11.22 11.22 11.47 11.47 11.58 11.58 11.42
1er jour 22.1 22.1 15.51 15.55 17.5 17.56 18.38
10ème jour 23.4 23.39 17.42 17.40 16.9 16.8 19.21
20ème jour 22.16 22.18 16 16.2 15.8 15.7 18.00
30ème jour 21.33 21.35 15.5 15.7 15.2 15.1 17.36
Chapitre 5 Résultats et Discussion
71
Tableau 5.4. Résultats des analyses microbiologiques de l’échantillon de Tsabit
GT (x102) CT (x102) CF (x102) St (x101) Sal Cl L.M (x101)
T NT T NT T NT T NT T NT T NT T NT
Tsa
bit
1er pré 0.7 1.1 3.96 2.08 00 0.025 00 0,4
Abs.
Abs.
1.5 1.6
2éme pré 0.4 18 0.6 0.6 00 0.013 00 00 1.3 1.3
3éme pré 0.1 4 00 00 00 0.008 00 00 1.1 1.8
4éme pré 00 1 00 00 00 00 00 00 0.85 2.4
GT:
Germes totaux
Sal:
Salmonelles
CT: Coliformes totaux Cl: Clostridium
CF : Coliformes fécaux L.M: Levures et moisissures
St: Sterptococcus
Tableau 5.5. Résultats des analyses microbiologiques de l’échantillon de Timmi
GT (x102) CT (x102) CF(x101) St (x101) Sal Cl L.M (x101)
T NT T NT T NT T NT T NT T NT T NT
Tim
mi
1er pré 13 36 0.2 0.2 0.7 0.5 0.1 40
Abs.
Abs.
0.9 1.4
2éme pré 1 29 00 00 00 0.1 00 20 0.6 0,1
3éme pré 0,2 10 00 00 00 00 00 00 00 1.38
4éme pré 0.84 4.3 00 00 00 00 00 00 00 1.5
Chapitre 5 Résultats et Discussion
72
Tableau 5.6. Résultats des analyses microbiologiques de l’échantillon de Talmine.
GT (102) CT (101) CF St (101) Sal Cl L.M (101)
T NT T NT T NT T NT T NT T NT T NT
Ta
lmin
e
1er pré 1.7 9
Abs.
Abs.
1 0.56
Abs.
Abs.
1.7 9
2éme pré 2.5 8.7 0.2 0.1 2.5 8.7
3éme pré 2 3 00 00 2 3
4éme pré 00 1.6 00 00 00 1.6
Tout au long de la période de conservation, nous avons noté l’absence des Clostridium sulfito-
réducteurs et des Salmonelles présumés pathogènes.
a. Flore aérobie mésophile totale (FAMT)
Le dénombrement de la flore totale a permis d’apprécier la qualité microbiologique globale des
aliments, il a donné une idée sur le taux de contamination de l’aliment. On remarque d’après les
(Tableaux 4.5, 4.5 et 4.6) une grande différence entre les Btanas préparés avec du Romarin et ceux
préparés sans Romarin, la charge microbienne de la deuxième étant nettement plus grande que la
première, car elle prend plus de temps pour l’élimination de la flore totale.
Le jour de la préparation des Btanas, les bactéries aérobies mésophiles totales représentaient une
charge considérable. Pour les Btanas non traités ; La concentration la plus élevée est observée dans
l’échantillon de Timmi 36.102 UFC/g, l’échantillon de Talmine représente une charge de 90.101 UFC/g
et en dernier lieu celle de Tsabit avec 0,11 UFC/g. Tandis que les Btanas traités ont une charge moins
importante que l’autre, l’échantillon de Timmi est de 13.102 UFC/g, celui de Talmine de 0.17 UFC/g et
de la région de Tsabit est de 0.07 UFC/g
Chapitre 5 Résultats et Discussion
73
b. Les coliformes
Les examens microbiologiques révèlent une rare présence des coliformes totaux (20 UFC/g dans
l’échantillon de Timmi et l’absence totale pour l’échantillon de Talmine) ; ce qui indique l’incapacité de
cette microflore à s’adapter aux conditions physicochimiques des dattes, l’échantillon de Tsabit par
contre montre une concentration plus prononcée de 396 UFC/g pour l’échantillon traité et 208 UFC/g
pour l’échantillon non traité, cela peut être le résultat d’une contamination liée à un manque d'hygiène.
Ces résultats rejoignent les observations faites au niveau des dattes saoudiennes par Hamad et al (1982)
qui ont montré que les coliformes étaient rares dans les dattes analysées.
c. Les staphylocoques
La charge des staphylocoques diminue très rapidement au cours de la conservation, on remarque
sa disparition au bout de la deuxième semaine de conservation (jusqu’à trois semaine pour l’échantillon
de Talmine) ; sa présence dans les aliments est plutôt un indice de contamination humaine et
vraisemblablement de mauvaises pratiques de l’hygiène des manipulateurs d’aliments (Baynaud, 1997).
d. Levures et moisissures
Les groupes bactériens ont été remarquablement réduits dans les Btanas préparés, on remarque la
différence dans le taux de diminution des microorganismes affectant les Btanas. L’utilisation du Romarin
a permis une élimination plus rapide des microorganismes ce qui affirme l’efficacité du mode de
conservation utilisé.
5.1.4 Les résultats statistiques
Tableau 5.7. Influence de l’addition du Romarin sur le pH pendant la conservation du Btana
Temps
(Jième)
Tsabit Timmi Talmine
T NT ER (%) T NT ER(%) T NT ER(%)
-1 5.78 5.78 0 5.5400 5.54 0 5.6700 5.6700 0
1 5.86 5.84 0.3413 5.60 5.64 -0.7143 5.6400 5.6500 -0.1773
10 5.76 5.69 1.2153 5.48 5.42 1.0949 5.5600 5.6100 -0.8993
20 5.68 5.51 2.9930 5.42 5.31 2.0295 5.4800 5.4000 1.4599
30 5.64 5.49 2.6596 5.28 5.23 0.9470 5.4500 5.3200 2.3853
Var (ER) 1.8076 1.1177 1.7820
Chapitre 5 Résultats et Discussion
74
Figure 5.4. Variance de l’écart relatif du pH en fonction de temps sur la conservation du Btana
Le temps (-1) (Figure 5.4) correspond aux dattes à l’état brut avant la mise sous forme de Btana.
La variance du pH des Btanas au cours de la conservation est optionnelle pour les trois sites
agricoles candidats.
Pour le site de Tsabit, les variances des écarts des cinétiques de pH entre le Btana traité et non
traité présentent une augmentation linéaire significative passant de 0 à 3% durant les 20 premiers jours
de conservation (Figure 5.4). Ces écarts présentent un maximum au 20ème jour de la conservation. Durant
les dix jours qui suivent, l’écart de la cinétique du pH diminue lentement.
Pour le site de Timmi, le Btana traité présente un pH inférieur à celui qui est brut au début de la
conservation indiqué par une variance négative, par la suite les variations des cinétiques de pH sont
similaires à celles de Tsabit mais avec des taux moindres.
Pour le site de Talmine, le Btana traité présente un pH inférieur à celui qui est brut au cours des
dix premiers jours de la conservation indiqué par une variance négative, par la suite les variations des
cinétiques de pH sont similaires à celles de Tsabit et de Timmi mais avec des taux comparativement
différents. Le maximum est obtenu après 30 jours de conservation.
-1 1 10 20 30-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Time (Jours)
Variance d
e l'é
cart
rela
tif
du p
H (
%)
Tsabit
Timmi
Talmine
Chapitre 5 Résultats et Discussion
75
Tableau 5.8. Influence de l’addition du Romarin sur l’humidité pendant la conservation du Btana
Figure 5.5. Variance de l’écart relatif d’humidité en fonction du temps sur la conservation du Btana
Pour les trois sites Tsabit, Timmi et Talimine les variances des écarts des cinétiques de
l’humidité entre le Btana traité et non traité ne représentent aucun changement significatif.
-1 1 10 20 30-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
Temps (Jours)
Variances d
es é
cart
s r
ela
tifs
des h
um
idités (
%)
Tsabit
Timmi
Talmine
Temps
(Jième)
Tsabit Timmi Talmine
T NT ER (%) T NT ER (%) T NT ER (%)
-1 11.22 11.22 0 11.47 11.47 0 11.58 11.58 0
1 22.1 22.1 0 15.51 15.55 0.2579 17.5 17.56 -0.3429
10 23.4 23.39 0.0427 17.42 17.40 0.1148 16.9 16.8 0.5917
20 22.16 22.18 -0.0903 16 16.2 -1.2500 15.8 15.7 0.6329
30 21.33 21.35 -0.0938 15.5 15.7 -1.2903 15.2 15.1 0.6579
Var(ER) 0.0046 0.5023 0.2361
Chapitre 5 Résultats et Discussion
76
Tableau 5.9. Influence du Romarin sur les germes pendant la conservation du Btana
Figure 5.6. Variance de l’écart relatif des charges en germes totaux en fonction du temps sur la
conservation du Btana
Pour les trois sites de Tsabit, Timmi et Talmine les variances des écarts des cinétiques de la
charge en germes totaux (UFC/mL) entre le Btana traité et non traité présentent une augmentation
significative.
1 10 20 300
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Temps (Jours)
Ecart
s r
ela
tifs
des v
ariances d
e la c
harg
e m
icro
bie
nne (
UF
C/m
L)
Tsabit
Timmi
Talmine
Temps
(Jième)
Tsabit Timmi Talmine
T NT ER (%) T NT ER (%) T NT ER (%)
1 0.7000 1.10 57.1 13.00 36.00 176.9 1.70 9.00 429.4118
10 0.4000 18.00 4400 1.00 29.00 2800 2.50 8.70 248
20 0.1000 4.00 3900 0.20 10.00 4900 2.00 3.00 50
30 0 1.00 10000 0.84 4.30 4119 0 1.60 10000
Var(ER) 5.6463 106 4.9583 106 3.6011 106
Chapitre 5 Résultats et Discussion
77
5.1.5 L’effet inhibiteur du Romarin
a. Le pouvoir antimicrobien
Les résultats expérimentaux présentés dans le Tableau 5.10 montrent que l’huile essentielle du
Romarin fraichement extraite est très active sur toutes les souches à l’exception de Pseudomonas
aeruginosa (Figure 5.4). Pour les souches de Pseudomonas aeruginosa, ce comportement n’est pas
surprenant car elles possèdent une résistance intrinsèque à une large gamme de biocides. En effet, cette
résistance est associée à la nature de sa membrane externe.
Tableau 5.10. Activité antimicrobienne de l’huile essentielle du Romarin
5 µL d’huile essentielle
Les souches Diamètre d’inhibition
(mm)
Surface
(cm2)
Coefficient d’activité
(cm2/µL)
Pseudomonas - - -
Staphylococcus 15 1.8 0.36
E. coli 13 1.32 0.27
- : résultat négatif
L’inhibition observée chez E. coli et Staphylococcus est de 13 et 15mm respectivement (Figure
5.7). Une grande surface d’inhibition est observée dans le cas de Staphylococcus aureus, tandis que la
surface d’E. Coli est inférieure. Ces espèces sont donc les plus sensibles à cette huile.
Figure 5.7. Aromatogrammes de l’huile essentielle du Romarin effectuées E. coli(A), Staphylococcus
(ATCC) (B) et Pseudomonas (ATCC) (C).
Chapitre 5 Résultats et Discussion
78
b. Détermination de la concentration minimale inhibitrice
L’existence d’activité antibactérienne contre les deux souches testées nous a permis d’estimer la
Concentration Minimale Inhibitrice (CMI) d’huile essentielle du Romarin. Il y a absence de la croissance
de la souche Staphylococcus avec une CMI égale à 3,9 µg/mL, et pour la souche bactérienne E. coli on
a une CMI égale à 0.9 µg/mL. Par conséquent, ces concentrations sont mesurées dans le but de définir
les frontières de l'acceptabilité sensorielle et l'efficacité antibactérienne des huiles essentielles (Tiwari et
al., 2009). L’huile essentielle du Romarin est donc très active sur l’ensemble des souches testées.
Figure 5.8. La concentration minimale inhibitrice
5.2 Isolement et pouvoir fermentaire des levures issues de la fermentation alcoolique traditionnelle
de quelques variétés de dattes
5.2.1 Isolement des levures
La culture des échantillons des dattes a permis l’isolement de trois souches de levures (S1, S2 et
S3) (Figure 5.9). Les résultats montrent que tous les échantillons de moût de dattes en provenance des
différentes localités du Sahara, présentent des aspects de colonies de levures plus ou relativement
uniformes. La couleur des colonies allant du blanc vers la crème. La forme des colonies est sphérique ou
ovoïde aux contours.
Au Sahara algérien, la température ambiante subsiste comme un facteur crucial pour le
développement des levures. La plupart des levures sont actives entre 15°C et 35°C. Certaines souches
demandent des températures plus élevées entre 40°C et 45°C, et d'autres souches nécessitent des
températures très basses de 0°C pour se développer (Foulonneau, 2002). Néanmoins, certaines souches
de levures peuvent bien résister dans cette zone aride (sèche et chaude). Des souches de levures issues
Chapitre 5 Résultats et Discussion
79
de la région d'Adrar se développent parfaitement sur un milieu Sabouraud et donnent trois types de
colonies (Figure 5.9) et (Tableau 5.11).
Tableau 5.11. Caractéristiques et aspect au microscope des levures issues des différents échantillons
Couleur des colonies Aspect des colonies Mode de groupement
Blanche à crème Sphérique Chaînette
Blanche à crème Ovoïde Chaînette
Blanche à crème Sphérique Chaînette
Figure 5.9. Les souches des levures isolées.
Purification de la souche S1
sur milieu sabouroud
Observation microscopique de la souche S1
(G : ×100)
Observation microscopique de la souche S2
(G : ×100)
Purification de la souche S2
sur milieu sabouroud
Purification de la souche S3
sur milieu sabouroud
Observation microscopique de la souche S3
(G : ×100)
Chapitre 5 Résultats et Discussion
80
5.2.2 Test de pouvoir fermentaire
a. Le pH
Figure 5.10. Cinétique classique du pH lors d’une fermentation alcoolique
Le maintien du pH cytoplasmique est indispensable à la survie de la levure et les limites de leur
pH reportées dans la littérature qui se situent entre 2,4 et 8,6 avec un pH optimal entre 4,4 et 6,5 (Jones
et al., 1981). La nature de l’acide (forme dissociée ou non) a une grande importance. La Figure 0..5
montre une légère diminution du pH pour les quatre souches étudiées, cela est dû à la formation de
l’alcool. Avec une variation remarquable de S3 par rapport au témoin T, le pH s'est varié de 5.45 à 4.57
pour la S1 et à 4.49 pour la S2, à 4.23 pour la S3 et à 4.1 pour le T. Ces valeurs de pH sont inférieures à
celles retrouvées dans la première fermentation. Ce résultat montre que les levures peuvent supporter la
plupart des acides organiques jusqu'au pH 4.5, par contre leurs croissances sont est inhibées par de fortes
concentrations en acides lactiques, citriques et acétiques et elles le sont encore plus avec les acides
sorbiques et propénoïques. D’autres stresses peuvent modifier ce pH comme il a été démontré par Jones
et ses collaborateurs (1981) où le stresse éthanolique provoque une chute du pH cytoplasmique, ce qui
induit le décès des microorganismes cellulaires. Cette diminution du pH intracellulaire peut être due soit
à un influx de protons (Birch et Walker. 2000), ou à une accumulation d’intermédiaires de la réaction
tels que l’acide acétique, le glycérol (Ferreira et al., 2004).
b. La densité
La Figure 5.11 représente une diminution remarquable de la densité de moût de dattes au cours du
temps, pour les quatre souches étudiées elle varie de 1.075 à 1.029 pour la souche S1, à 1.021 pour la
4
4.5
5
5.5
6
0 12 24 36 48 60 72 84
pH
Temps (h)
S1
S2
S3
T
Chapitre 5 Résultats et Discussion
81
souche S2 et S3 et à 1.015 pour la souche Témoin. Cela peut être expliqué par la transformation du
glucose en alcool et la perte de masse sous forme de CO2.
Figure 5.11. Evolution de la densité en fonction du temps de fermentation.
La Figure 5.11 ci-dessus, montre une diminution remarquable de la densité de moût de dattes au
cours de la fermentation, cette diminution est expliquée par la transformation du glucose en alcool et la
perte de masse sous forme de CO2 (Gaillard et al, 1995).
c. La teneur en sucres totaux (méthode de Dubois, 1956)
Les composés carbonés sont d’une grande importance pour les levures puisqu’ils fournissent, le
carbone nécessaire pour la biosynthèse de constituants cellulaires et l’énergie nécessaire à son
fonctionnement. Les glucides sont les plus fréquemment utilisés, en particulier les monosaccharides
comme les hexoses, les disaccharides et les trisaccharides. D’autres glucides abondants sont peu couteux
comme les pentoses et les polysaccharides ont fait l’objet de nombreux travaux de recherche ces dernières
années (Waldron, 2010). En anaérobiose, les levures sont capables de fermenter le glucose en éthanol,
en dioxyde de carbone, avec coproduction de glycérol, de certains acides et esters (Leyral et Vierlin,
2007). Dans ce métabolisme, la fonction d’accepteur final d’électrons est assurée par des molécules
organiques où la levure utilise d’abord le NAD+ comme accepteur intermédiaire d’électrons qui est réduit
en NADH. La réduction finale de l’acétaldéhyde en éthanol et en dioxyde de carbone permet ainsi de
maintenir l’équilibre de la balance redox en réoxydant. Les NADH produits au cours de la glycolyse,
1.01
1.02
1.03
1.04
1.05
1.06
1.07
1.08
0 12 24 36 48 60 72 84
Den
sité
Temps (h)
S1
S2
S3
T
Chapitre 5 Résultats et Discussion
82
voie principale de dégradation du sucre en pyruvate. Le bilan énergétique de cette transformation est
décrit par l’équation qui suit :
C6H12O6 + 2 Pi + 2 ADP → 2 C2H6O + 2 CO2 + ATP (20 kcal) (5.1)
Figure 5.12. Evolution de sucres totaux en fonction du temps de fermentation.
La Figure 5.12 montre une dégradation remarquable des sucres est observée surtout chez S3 par
rapport à T, telle que la teneur en sucres totaux qui chutent de 63.81% à 38.49% pour S1, à 34.77% pour
S2 et à 30.44% pour S3 et environ à 17.05% pour la souche T. Cette bioconversion est active surtout
durant les premières 48 heures pour les quatre souches par la production de biomasse et l’assimilation
des sucres. Ce résultat est en accord avec celui reporté par El-Okidi (1987) qui a évoqué un temps de
fermentation entre 36 et 72 heures. L’évolution du degré d’alcool durant la fermentation montre que la
cinétique de la production d’alcool est proportionnelle au taux de sucre contenu dans les dattes. Nos
résultats se rapprochent toutefois de ceux trouvés par Sawaya et al. (1983) puisqu’ils sont compris entre
60 et 80%.
d. Taux de solides solubles (TSS) (ISO 2173)
La Figure 5.13 montre une légère diminution de l'indice de réfraction Brix qui représente la
concentration en saccharose d’une solution aqueuse ayant le même indice de réfraction que le produit à
analyser.
0
10
20
30
40
50
60
70
0 12 24 36 48 60 72 84
Su
cre
tota
ux (
%)
Temps (h)
S1
S2
S3
T
Chapitre 5 Résultats et Discussion
83
Figure 5.13. Evolution du degré de Brix au cours de la fermentation.
e. Degré alcoolique
Les levures ne présentent pas les mêmes sensibilités au degré d’éthanol. Les plus résistantes sont
les Saccharomyces que l’on utilise dans les procédés de fermentation alcoolique pour l’élaboration des
boissons ou la fabrication d’éthanol industriel (la tolérance à l’éthanol dépend de la composition des
membranes cytoplasmiques des cellules et en particulier des lipides. Cette composition dépendant elle-
même du milieu de culture et de la température (Leveau et Bouix, 1979). La diminution des paramètres
microbiologiques, durant la fermentation montre que la cinétique du pouvoir fermentaire de la souche
S3 est meilleure que celles des souches S1 et S2 par rapport à la souche T (Figure 5.14). Cela peut
s’expliquer par le fait que les souches des levures isolées pour la présente étude semblent moins
performantes. Simultanément, outre que les conditions de fermentation, d’autres facteurs tels que le
pouvoir des levures qui continue à fermenter les sucres même en phase de déclin on favorisant le
rendement (Munier, 1973).
4
6
8
10
12
14
16
18
0 24 48 72 96
Deg
re B
rix (
%)
Temps (h)
S1
S2
S3
T
Chapitre 5 Résultats et Discussion
84
Figure 5.14. Evolution du degré alcoolique pendant la fermentation.
En fermentation alcoolique, l’éthanol semble représenter la principale cause de stresse de la
levure et devient toxique à des concentrations allant de 8 à 18% (P/V) pendant la culture qui limite sa
production et ceci selon son état physiologique et les souches utilisées. Une fois la concentration de
l’éthanol augmente dans le milieu de culture, on assiste à une diminution de la vitesse de croissance, de
la viabilité cellulaire, de l’activité métabolique et de la capacité de production de la levure. De nombreux
travaux ont confirmés ces phénomènes, en particulier chez le Saccharomyces cerevisiae (Aguilera et al.,
2006 ; Canetta et al., 2006 ; Hirasawa et al., 2007 ; Watanabe et al., 2007).
5.3 Etude comparative du rendement du bioéthanol de deux variétés de dattes communes de faible
valeur marchande : Teggaza et Lebghel
5.3.1 Caractéristiques des matières premières
a. Caractéristiques physiques des dattes
Les caractéristiques physiques des dattes étudiées sont représentées dans le Tableau 5.11. Il ressort
de ce Tableau que les dattes des deux variétés sont diffèrent physiquement l’une de l’autre. En effet, bien
que la forme des dattes soit ovoïde pour les deux variétés étudiées, les dattes de la variété Lebghel sont
plus allongées que celles de la variété Teggaza mais ayant presque les mêmes volumes.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 H 2 4 H 4 8 H 7 2 H
De
gré
alc
oo
liqu
e (
°)
Temps (h)
T
S1
S2
S3
Chapitre 5 Résultats et Discussion
85
Tableau 5.12. Caractéristiques physiques des dattes étudiées
Paramètres Valeurs moyennes
Teggaza Lebghel
Couleur Marron ou rouge Jaune pâle
Consistance Sèche Sèche
Poids de la datte entière (g) 6.05 6.2
Poids de la pulpe (g) 5.22 5.19
Poids du noyau (g) 0.83 1.01
Longueur de la datte (cm) 3.79 4.14
Largeur de la datte (cm) 2.12 1.89
Rapport pulpe/datte (%) 86.2 83.71
Rapport noyau/datte (%) 13.79 16.29
Les dattes de la variété Teggaza présentent une coloration marron tandis que la couleur de la
deuxième variété est jaune pâle. Les dattes présentent parfois des zones brunes sur sa surface, ces zones
peuvent être dues aux réactions de brunissement qui sont accentuées par l’exposition directe des dattes
au soleil. Il convient de rappeler ici l’importance de la couleur en tant que critère de qualité. Pour les
consommateurs, il s’agit d’un critère de choix pour l’appréciation de la qualité d’un aliment.
La consistance d’une variété est déterminante pour ses qualités organoleptiques, et de ce point de
vue, les deux variétés sont classées comme variétés sèches et communes. Les deux variétés de dattes
étudiées présentent une qualité physique acceptable conformément aux critères fixés par Meligi et Sourial
(1982) ; Mohammed et al. (1983) et Acourene et al. (2001).
Le Tableau 5.11 donne un autre critère de qualité des dattes selon Othman, (1995) ; c’est le
rapport massique noyau/datte, plus il est faible, plus la qualité du fruit est élevée, Il doit être compris
entre 10 et 15%. Ce rapport se situe entre 16 et 17 % pour la variété Lebghel. Par conséquent, la variété
Teggaza est plus intéressante de ce point de vue, le rapport noyau/datte est entre 13 et 14 %.
La détermination d’un autre rapport inversement corrélé au rapport cité précédemment permet
également de caractériser les dattes. Il s’agit du rapport pulpe/datte. Étant donné que la meilleure datte
est celle dont ce rapport est plus élevé, la variété Teggaza semble meilleure que Lebghel. Le rapport
pulpe/datte de la variété Teggaza se rapproche de la valeur trouvée par Chibane (2008) pour la variété
Algérienne sèche Frezza (88,28 %).
Chapitre 5 Résultats et Discussion
86
b. Caractérisation physicochimique de la pulpe des deux variétés
Les résultats de la caractérisation physicochimique de la pulpe des deux variétés trouvées sont
données dans le Tableau 5.13.
Tableau 5.13. Caractéristiques physico-chimiques des dattes étudiées.
Paramètres Teggaza Lebghel
pH 5.44 5.7
Indice de refraction 1.3409 1.3401
Teneur en eau (%) 7.46 10.4
Matière sèche (%) 92.54 89.6
Teneur en cendre (%) 3.29 4.38
Matière organique (%) 96.71 95.65
Teneur en sucres réducteur (%) 41.23 41.52
Teneur en protéines (%) 2.19 1.75
Le pH des deux variétés de dattes étudiées est légèrement acide et varie entre les valeurs 5.3 et 5.8.
Ce degré du pH est nuisible au développement des bactéries mais il est favorable à la prolifération
des levures et les moisissures Bocquet (1982), ce qui est un point positif pour la fermentation
alcoolique. Les études effectuées par Dowson et Aten (1963) et Rygg (1977), notent que le pH des
dattes étudiées ce classe comme des dattes de qualité moyenne (dattes communes).
La teneur en eau des deux variétés de dattes Tableau 5.13 est faible. Elle est de 10.4% pour Lebghel
et de 7.46% pour Teggaza. Ce qui indique que cette variété est relativement moins humide que la
variété Lebghel. Ces valeurs sont nettement inférieures à celles des autres variétés sèches Bihri 11.55
% et Safri 11.53 % déterminées par Al-Hooti et al. (2002), car la récolte de ces dattes est effectuée
après qu’elles soient devenues sèches sous l’influence du climat sec de la région d’Adrar. Il convient
de noter que la teneur en eau est le facteur responsable de la consistance du fruit. Dans notre étude,
le résultat trouvé confirme son classement en tant que variété sèche. De plus, cette teneur est favorable
à une bonne conservation des dattes.
Le taux des cendres représente la quantité totale en sels minéraux présents dans le fruit (Amellal-
Chibane, 2008). Les valeurs trouvées pour Teggaza et Lebghel sont égales à 3.29 et 4.38%
respectivement, elles sont nettement supérieures à la valeur de la variété sèche Mech-Degla données
Chapitre 5 Résultats et Discussion
87
par Djouab (2007), qui correspond à une valeur de 2%. Ces valeurs élevées expliquent la richesse de
la variété Teggaza et Lebghel en éléments minéraux.
Le teneur de sucre réducteur des deux variétés de dattes est élevée. Elle s’élève à 41.23 et 41.52%
comparativement au résultat de Djouab (2007), qui avait travaillé sur la variété sèche Mech-Deglet
et pour laquelle le taux était de 38.38%. D’après Dowson et Aten (1963), les dattes molles sont à
sucres réducteurs tandis que les dattes sèches sont riches en saccharose. La faible teneur en sucres
réducteurs des dattes sèches est expliquée par le dessèchement des dattes sur le palmier avant l’action
de l’enzyme «invertase» sur le saccharose. L’inversion de ce dernier en sucres invertis (sucres
réducteurs) pendant la période de maturation est inhibée partiellement à cause de la faible teneur en
eau des dattes (Bousdira, 2007).
Pour évaluer le taux en protéine, nous avons déterminé la teneur en azote total, celui-ci est multiplié
par le coefficient de 6.25. La teneur en azote total des deux variétés Lebghel et Teggaza est de 0.28
et 0.35% respectivement et la teneur en protéines est estimée à 1.75% pour la variété Labghel et
2.19% pour le Teggaza. Ces valeurs sont supérieures à celles trouvées par Boudrâa (2004), qui donne
une valeur de 1.09% pour la variété sèche Mech-Deglet. Selon Al-Hooti et al. (1997); Khalil et al.
(2002); Besbes et al. (2009), la teneur en protéines des dattes est faible et ne dépasse pas généralement
un taux de 3%.
5.3.2 Résultats de l’analyse des moûts de dattes pendant la fermentation alcoolique
Les résultats des analyses des moûts de dattes qui ont été produits à partir des variétés de dattes
Lebghel et Teggaza, ont montré que différents paramètres influent sur les procédés de fermentation. Le
pH du milieu de production est initialement ajusté à 4.5. La Figure 5.15 montre l’évolution du pH au
cours de la fermentation.
Chapitre 5 Résultats et Discussion
88
0 10 20 30 40 50 60 70 803.8
3.9
4.0
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
pH
Temps ( h )
Teggaza
Lebghel
Figure 5.15. Evolution du pH au cours de la fermentation alcoolique des deux variétés
Teggaza et Lebghel.
o Une légère diminution du pH (Figure 5.15) est observée au cours de la fermentation pour les deux
variétés de dattes Teggaza et Lebghel de 4.5 à 3.88. Cette variation de pH est approximativement
comprise dans l’intervalle optimum de croissance des levures : 4.3-4.7 (Schmid-Rolf, 2005). Nous
remarquons une diminution importante du pH au cours des deux premiers jours pour les deux
variétés. Cet abaissement du pH est probablement dû dans un premier temps à la consommation des
sucres et la production du bioéthanol, puis aux acides et alcools métabolisés par les microorganismes
(levures) présents dans le moût, tels que les acides gras, en particulier l’acide octanoïque et l’acide
decanoïque. Aussi, une partie du dioxyde de carbone produit se dissout dans le moût et contribue
aussi à l’abaissement du pH.
o La diminution remarquable de la densité du moût des dattes au cours de la fermentation (Figure 5.16)
observée pour les deux variétés de dattes reste comprise entre 1.07 et 0.99, cette diminution peut être
expliquée par la transformation du glucose en alcool et la perte de masse sous forme de CO2.
Chapitre 5 Résultats et Discussion
89
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0.99
1.00
1.01
1.02
1.03
1.04
1.05
1.06
1.07
Den
sité
Temps (h)
Teggaza
Lebghel
Figure 5.16. Évolution de la densité au cours de la fermentation alcoolique des deux variétés
Teggaza et Lebghel.
o La diminution continue de l’indice de réfraction jusqu’à l’arrêt de la fermentation (Figure 5.17). Cette
diminution peut s’expliquer par l’augmentation de la vitesse de la lumière dans le moût au cours de
la fermentation qui est liée directement à la diminution de la densité.
0 10 20 30 40 50 60 70 80
1.335
1.340
1.345
1.350
1.355
Ind
ice d
e r
éfr
acti
on
Temps (h)
Teggaza
Lebghel
Figure 5.17. Évolution de l’indice de réfraction au cours de la fermentation alcoolique des deux
variétés Teggaza et Lebghel.
o La teneur en cendres (Figure 5.18) diminue au cours de la fermentation, du fait de la dégradation
des sucres et la perte de masse. Néanmoins les paramètres qui renseignent sur l’évolution de la
Chapitre 5 Résultats et Discussion
90
fermentation demeurent essentiellement: la production de biomasse, l’assimilation des sucres et
la production d’éthanol.
20 30 40 50 60 70 80
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
Cen
dre (
%)
Temps (h)
Teggaza
Lebghel
Figure 5.18. Évolution de la teneur en cendres au cours de la fermentation alcoolique des
moûts des deux variétés Teggaza et Lebghel.
0 10 20 30 40 50 60 70 800
3
6
9
12
15
18
21
0
3
6
9
12
15
18
21
Tau
x d
e S
acch
arose
(%)
Tau
x d
e S
ucres
Réd
ucte
urs
(%)
Temps (h)
Teggaza SR
Lebghel SR
Teggaza TSS
Lebghel TSS
Figure 5.19. Évolution des taux de sucres réducteurs (glucose) et de (saccharose) au cours de
la fermentation alcoolique du moût des deux variétés Teggaza et Lebghel
Chapitre 5 Résultats et Discussion
91
o Les teneurs en sucres réducteurs des deux moûts de dattes (Figure 5.19) varient au cours de la
fermentation entre 0.3 et 17.27% pour Teggaza et entre 0.72 et 18.73% pour Lebghel, par contre les
teneurs en saccharose des deux moûts de dattes varient entre 4.7 et 15.1% pour Teggaza et de 1.9 et
12.25% pour la deuxième variété. Comme explication technologique, ces différences peuvent être
observées pendant la fermentation des moûts qui durent 72 heures, une importante dégradation du
sucre est révélée, cette transformation était active durant les premières 48 heures surtout entre 24 et
48 et par la suite la production du bioéthanol diminue progressivement à cause de la diminution du
taux de sucre et de l’accumulation de composés toxiques. Nous observons après 72 heures que les
sucres n’ont pas été consommés totalement par la levure, cela peut être dû à l’arrêt de la croissance
de Saccharomyces cerevisiae par accumulation des substances toxiques (Boulal et al., 2010), ce qui
indique que les acides gras formés par la levure deviennent toxiques pour cette dernière, aussi l’effet
de l’alcool dans le milieu devient inhibiteur.
o Les teneurs en protéines des moûts des deux variétés de dattes au cours de la fermentation alcoolique
(Figure 5.20), varient entre 0.219 et 0.875% pour Teggaza et entre 0 et 0.875% pour Lebghel pendant
la fermentation. Ces taux de protéines bien que faibles, ils ne sont pas négligeables comme source de
matières azotées pour la levure. L’azote joue un rôle important sur la fermentation alcoolique en
permettant la synthèse des protéines qui vont assurer le transport des sucres vers l’intérieur de la
cellule où ils seront fermentés en éthanol. Ces protéines se dégradent pendant la fermentation
alcoolique et la levure a donc besoin de renouveler ses protéines pour achever la fermentation
alcoolique. Par ailleurs la levure rencontre de plus en plus de difficultés à retrouver l’azote, ce qui
explique la diminution des teneurs en protéines au cours de la fermentation.
Chapitre 5 Résultats et Discussion
92
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0.0
0.3
0.6
0.9
Pro
tién
e (
%)
Temps (h)
Teggaza
Lebghel
Figure 5.20. Evolution de la teneur en protéines au cours de la fermentation alcoolique du
moût des deux variétés Teggaza et Lebghel.
o L’évolution du nombre de cellules de la levure au cours de la fermentation est représentée par la
Figure 5.21, où la levure Saccharomyces cerevisea, montre une cinétique de croissance
microbienne avec ces 3 phases :
1. Phase de croissance : elle s’étend sur les premières 24 heures pour la variété Lebghel et 52
heures pour la deuxième variété. Cette phase est caractérisée par un rythme de croissance rapide et
progressif, où la population levurienne atteint une valeur maximale de 37.719 et 35.088 cellules/µL
pour Teggaza et Lebghel respectivement, cette croissance est due à la multiplication cellulaire. La
construction de nouvelles cellules est basée sur la consommation des sucres et d’azote ;
2. Phase stationnaire : l’azote qui est nécessaire à la construction de nouvelles cellules atteint sa
valeur minimale, due à l’arrêt de croissance de la levure ;
3. Phase de décroissance : au cours du troisième jour, la concentration cellulaire viable diminue du
fait de la lyse cellulaire causée par les conditions qui deviennent défavorables dans le milieu.
Chapitre 5 Résultats et Discussion
93
0 10 20 30 40 50 60 70 800
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
Nom
bre d
u l
eveu
r p
ar µ
L
Temps(h)
Teggaza
Lebghel
Figure 5.21. Évolution du nombre de cellules de la levure Saccharomyces cereivisea dans le moût au
cours de la fermentation
Degré alcoolique
o Le suivi du degré alcoolique est illustré par la Figure 5.22 et le Tableau 5.14.
Tableau 5.14. Résultats de la fermentation alcoolique des variétés Teggaza et Lebghel.
Durée
(h))
Degré
alcool. (°)
Observations Degré
alcool.(°)
Observations
00 0 - Couleur du moût :
jaune.
00 - Couleur de moût : marron.
24 10 - Apparition de trois
couches ;
- accélération rapide
des CO2.
9 - Apparition d’une couche mince de la
mousse (début de la réaction de la
fermentation);
- dégagement fort de bulles de CO2;
- Formation d’un chapeau au niveau de
la surface.
48 14 - Couleur du
précipité : vire vers
le rouge.
13 - Apparition de trois couches ;
- accélération rapide des bulles de
CO2.
72 24 - Le surnageant
devient de plus en
plus clair (jaunâtre).
18.5 - Le vin devient de plus en plus clair
(jaune);
- Résidu vire vers la couleur rouge.
Chapitre 5 Résultats et Discussion
94
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80
0
5
10
15
20
25
Degré a
lcooli
qu
e (
°)
Temps (h)
Teggaza
Lebghel
Figure 5.22. Suivi du degré alcoolique des deux variétés Teggaza et Lebghel.
Les résultats obtenus montrent que la production d’éthanol augmente progressivement au cours de
la fermentation pour les deux variétés de dates. Le degré alcoolique obtenu à la fin de la fermentation est
de 19° pour la variété Teggaza et de 24° pour la variété Lebghel dans le moût, ces valeurs sont
légèrement supérieures à celles obtenues par Boulal et al., (2010).
5.3.3 Caractérisation du produit bioéthanol obtenu au laboratoire
a. Caractérisation physico-chimique
Les résultats des analyses physico-chimiques du bioéthanol produit à partir des deux variétés de
dattes Teggaza et Lebghel, sont représentés dans le Tableau 5.15.
Tableau 5.15. Caractéristiques de l’éthanol produit au laboratoire à partir des deux variétés
Lebghel et Teggaza.
Paramètre Teggaza Lebghel Éthanol pur
Densité 0.834 0.819 0.789
Indice de refraction 1.3679 1.3682 1.3594
Degré d’alcool (1ére distillation) (°) 50 65 -
Degré d’alcool (rectification) (°) 88 90 -
Chapitre 5 Résultats et Discussion
95
Les caractéristiques de l’éthanol produit au niveau du laboratoire sont proches de celles de
l’éthanol pur. Comparativement, les densités des solutions d’éthanol produit par les dattes Teggaza et
Lebghel sont égales à 0.834 et 0.819 respectivement, et celle de l’éthanol pur est de 0.789. Le bioéthanol
produit au niveau du laboratoire (Figure 5.23) a les caractéristiques suivantes : volatil, inflammable,
limpide et possédant une odeur piquante.
Figure 5.23 Caractéristiques de l’éthanol des deux variétés de dattes
(Laboratoire de l’URERMS, Adrar).
b. Analyse chromatographique
Les résultats des analyses faites par chromatographe en phase gazeuse sont représentés dans les
Figures 5.24 et 5.25.
Chapitre 5 Résultats et Discussion
96
Figure 5.21. Chromatogramme de l’éthanol de la variété Lebghel.
Figure 5.24. Chromatogramme de l’éthanol de la variété Lebghal.
Figure 5.24. Chromatogramme de l’éthanol de la variété Lebghel
Chapitre 5 Résultats et Discussion
97
Figure 5.25. Chromatogramme de l’éthanol de la variété Teggaza.
Figure 5.25. Chromatogramme de l’éthanol de la variété Teggaza
D’après les deux chromatogrammes des Figures 5.24 et 5.25, nous constatons que la
concentration en bioéthanol obtenue par la variété Lebghel qui est égale à 1079.220 g/L est nettement
supérieure à celle obtenue par la variété Teggaza 680.955 g/L, ce qui confirme les résultats du degré
alcoolique pour les deux variétés.
Chapitre 5 Résultats et Discussion
98
c. Analyses de l’éthanol obtenu par distillation du moût des deux variétés de dates par
spectrophotométrie IR
Les Figures 5.26 A et B ci-après représentent les signatures vibratoires des bandes
obtenues par spectrophotométrie infrarouge des deux produits d’éthanols. Les différentes vibrations
des bandes existantes dans le spectre sont illustrées dans le Tableau 5.16.
Tableau 5.16. Groupements correspondant à la vibration de valence.
Vibrations des bandes Groupement Composé
3339.08 C-OH Alcool
2974.29 C-H Alcane
2888.12 C-H Alcane
1380.91 C-OH Alcool
1087.06 C-OH Alcool
1044.53 C-OH Alcool
Une comparaison entre les spectres infrarouges de l’éthanol produit par les deux variétés de dattes
et celui de l’éthanol pur montre une parfaite concordance, les bandes de vibrations de différents
groupements apparaissent au même endroit. Ces spectres confirment la qualité et la nature du bioéthanol
obtenu qui est l’alcool éthylique C2H5OH.
Chapitre 5 Résultats et Discussion
99
Figure 5.26. Spectre d’Infra-Rouge du bioéthanol obtenu des deux variétés :
(A) Teggaza et (B) Lebghel.
5.3.4 Rendement pondéré de production du bioéthanol
Le rendement pondéré est défini comme étant le rapport entre la quantité d’alcool produite et la
quantité de dattes avec noyaux utilisée (Boulal et al, 2013(b)). Les rendements obtenus correspondant à
chaque variété, sont 20,47% pour la variété Teggaza et 18,08% pour la variété Lebghel. Le rendement
de la variété Teggaza est relativement élevé par rapport à la variété Lebghel. Mais d’une manière
Chapitre 5 Résultats et Discussion
100
qualitative, l’éthanol produit à partir de la datte Lebghel a un degré alcoolique plus élevé que celui de
Teggaza.
5.4 Production de bioéthanol par l’utilisation d’un fermenteur de capacité 50 litres
5.4.1 Suivi de l’évolution de température du fermenteur solaire
Après la conception d’un système de fermenteur de type batch de 50 litres de capacité chauffé
par énergie solaire au moyen d’un chauffe-eau solaire plan, nous avons testé le bon fonctionnement de
ce système par un suivi de la température à l’intérieur du milieu fermenteur. Les résultats de ce test ont
montré que cette température reste (elle ne reste pas automatiquement, elle est contrôlée par thermostat)
dans l’intervalle optimale qui est entre 28 et 32°C durant toute la période de fermentation.
Figure 5.27. Evolution de la température du moût de dattes durant la fermentation
5.4.2 Suivi des paramètres physico-chimiques pendant la fermentation des rebuts de dattes
Le Sacchromyces cerevisiae possède l’option de respiration anaérobique sur la bioconversion
alcoolique du processus de fermentation. Dans la phase anaérobie, le glucose est transformé en éthanol
par l'effet de la fermentation. Cette transformation est active durant les premières 48 heures surtout entre
24h et 48 heures section.
Chapitre 5 Résultats et Discussion
101
Figure 5.28. Evolution de la Concentration des sucres totaux (ST) et des sucres réducteurs (SR) au
cours de la fermentation alcoolique.
La Figure 5.28 ci-haut montre que l'alcool produit augmente durant les dernières 48h de la
fermentation où une dégradation importante du sucre est observée après 72h du processus. Le taux de
glucose total est fortement diminué au cours du temps du processus, passant de 13.8% au début du
processus de fermentation à 3% après 72h. La période de fermentation du jus de dattes varie entre 36 et
72h dans des conditions similaires. Le glucose n’est pas consommé complètement en raison de la
cessation de la croissance de la levure provoquée par l'accumulation de substances toxiques (acides gras),
en particulier l'indice d'octane et le décane dans le moût des DCFVM, (Benziouches, 2011; El-Okaidi,
1987).
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 10 20 30 40 50 60 70 80
S.R
S.T
Temps (Heurs)
Co
nce
ntr
atio
n d
usu
cres
(%
)
Chapitre 5 Résultats et Discussion
102
a. La densité
Figure 5.29. Evolution de la densité pendant la fermentation
La Figure 5.29, montre une diminution remarquable de la densité de moût fermenté durant la
fermentation qui peut être expliquée par la transformation du glucose en alcool et la perte de masse sous
forme de CO2.
b. Degré alcolique
Figure 5.30. Evolution du degré alcoolique en fonction du temps de fermentation.
1
1.01
1.02
1.03
1.04
1.05
1.06
1.07
1.08
0 20 40 60 80
Temps
(Heurs)
Den
sit
éé
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Temps (Heurs)
Deg
ré a
lcooli
que
(°)
Chapitre 5 Résultats et Discussion
103
La Figure 5.30 montre qu’au début de la fermentation le degré alcoolique est nul, par contre après
24 heures on enregistre une valeur de 6° qui augmente jusqu'à 15° après 48 heures et à la fin de la
fermentation (après 72 heures) nous avons enregistré 22°.
Figure 5.31. Variation du degré alcoolique en fonction du temps au cours de la distillation
Après distillation et rectification, nous avons obtenu un rendement qui correspond à 250 litres
d'alcool/tonne de déchets de dattes. L’éthanol produit est caractérisé par une volatilité, inflammabilité,
limpidité et odeur piquante. Le degré alcoolique de l’éthanol produit dépasse les 90° (Figure 5.32).
Figure 5.32. L’éthanol obtenu à haut degré
Après distillation et rectification du moût des DCFVM fermenté, une production spécifique
importante du bioéthanol a atteint 250 mL/kg de dattes à 90° de degré alcoolique, ce qui représente un
0
10
20
30
40
50
60
30 60 90 120 150 180 210 240 270 330 390 450 510 570
Deg
ré a
lcooli
que
(°)
Temps (min)
Chapitre 5 Résultats et Discussion
104
rendement de bioconversion de 33% par rapport à la transformation théorique typique du saccharose en
alcool décrit en utilisant l'équation analytique chimique suivante :
C6H12O6 + S. cerevisiae → 2 C2H5OH + 2CO2 + Énergie (5.2)
Où, 76 g/kg de glucose produit 25 mL d'alcool + x (g) du dioxyde de carbone, si elle est fermentée par
la levure.
5.4.3 Caractérisation spectrométrique IR du bioéthanol obtenu
Figure 5.33. Spectre IR de l’éthanol produit
Le spectre Infra Rouge du produit final obtenu par fermentation, distillation et rectification (Figure
5.33) est caractérisé par les vibrations des bandes suivantes :
2990 cm-1: Vibration de valence correspondant au groupement C-H d’un alcane.
3300 cm-1: Vibration de valence correspondant O-H spécifique d’un alcool.
2990 cm-1: Vibration de valence correspondant au groupement C-O d’un alcool.
Chapitre 5 Résultats et Discussion
105
Résultats du chromatographique (CPG Perkin Elmer 500)
Figure 5.34. Chromatogramme de l’éthanol industriel pur
Chapitre 5 Résultats et Discussion
106
Figure 5.35. Chromatographe du bioéthanol produit par fermenattion
Les résultats de la chromatographie des deux produits traités, montrent que le produit obtenu
contient en majorité de l’éthanol à 95,83% et quelques traces d’autres produits non identifiés.
Les résultats des analyses physicochimiques de bioéthanol qu’on a produit à partir des rebuts des dattes,
sont représentés dans le Tableau 5.17.
Chapitre 5 Résultats et Discussion
107
Tableau 5.17. Les valeurs moyennes de quelques paramètres physicochimiques d’alcool obtenu
Designation Ethanol obtenu
Densité 0.83
Degré d’alcool (1ère distillation) 50°
Degré d’alcool (rectification) 93°
Indice de réfraction 1.361
pH 5.65
A la lumière de ces résultats, on peut conclure que notre bioéthanol obtenu est conforme aux
normes internationales.
4.4.4 Test du bioéthanol sur un moteur à essence
Figure 5.36. Essai du bioéthanol produit à l’URERMS sur un moteur à essence
(Groupe électrogène).
Pour la mise en marche du moteur à essence, nous avons respecté les normes européennes CE
2003, pour des rapports bioéthanol/essence (E5 E10 E15 et E20), 5%, 10%, 15% et 20%. Les tests avec
Chapitre 5 Résultats et Discussion
108
ces rapports de mixage n’ont donné aucune conséquence négative sur le fonctionnement du moteur à
essence. Le bioéthanol contient 35% d’oxygène, ce qui permet une réduction d’émission de matière
toxique. L’utilisation de bioéthanol réduit de 7% la quantité de CO2 émise par rapport à l’essence (Ayhan
et Muhammet Fatih 2010). Par ailleurs, le bioéthanol se caractérise par un indice d’octane très élevé. Un
fort indice d’octane indique une résistance élevée à la détonation provoquée par un allumage prématuré
assurant une haute performance du moteur, notamment sur le plan de la puissance développée (CRAAQ,
2008). On peut conclure donc que les déchets de dattes perdues chaque année peuvent constituer une
source potentielle pour la production de nombreux produits dérivés et permet de bénéficier d'une bonne
partie de ses dépenses d‘importation. Seulement avant de transposer les résultats des expériences à
l’échelle industrielle il faut passer en premier lieu par des shémas pilotes similaires aux celles de la Figure
5.37 permettant de valider les résultas obtenus au niveau des laboratoires afin de convaincre les
décideurs, les investisseurs et les consommateurs.
Chapitre 5 Résultats et Discussion
109
Figure 5.37. Schéma proposé de procédé semi pilote de production de bioéthanol à partir des rebuts de
dattes.
Conclusion Générale et
Perspectives
Conclusion Générale et Perspectives
111
Conclusion générale et perspectives
L’étude concernant la vérification de l’efficacité des procédés de conservation artisanale des
dattes découlant des méthodes traditionnelles a permis de conclure au terme de ce travail de thèse que
Les procédés artisanaux utilisés dans la confection des Btanas permettent la conservation des
dattes communes de faible valeur marchande DCFVM pour une longue période. Ces procédés semblent
efficaces et offrent plusieurs avantages sur le plan technique (pratrique), socioéconomique et sanitaire en
particulier pour les citoyens des régions arides et semi-arides de l’Algérie.
Outre que les techniques pratiques (rinçage, blanchiment puis création d’anaérobiose), l’addition
des herbes aromatiques telles que le Romarin au Btanas semble avoir un grand effet inhibiteur sur la
prolifération des microorganismes au cours de la période de conservation des dattes. En effet, les Btanas
traités par le Romarin ont connu une diminution significative de la charge microbienne plus rapide par
rapport à celles des Btanas non traités. Les principales différences sont marquées par la flore aérobie
mésophile totale, les levures et les moisissures.
L’addition de Romarin (Rosmarinus officinalis) au Btana améliore sa qualité microbiologique et
sauvegarde sa qualité physicochimique. Ces résultats laissent prévoir un avenir prometteur de l’utilisation
de Rosmarinus officinalis dans l’industrie alimentaire.
L’exploitation des plantes médicinales et aromatiques s’avère être un choix judicieux face aux
risques de contamination précis ou à la nécessité de réduire ou de remplacer les conservateurs chimiques
ou synthétiques à risques. Aussi, leurs utilisations à très faibles doses est envisageable, en raison de leurs
grandes efficacités. L’utilisation de ces plantes réalise un compromis entre le goût, la fraîcheur,
l’équilibre nutritionnel et le prix.
Dans cette thèse, les rebuts de dattes abondants au Sahara Algérien tels que le H’chef, Kassien,
et des DCFVM comme Tegazza, Tenaceur et autres ont fait aussi l’objet de matière première
(Biomasse) pour la production efficiente du bioéthanol de qualité par fermentation anaérobique et
distillation via des procédés biotechnologiques développés au niveau de l’URERMS d’adrar par les
moyens de bord et utilisent l’énergie solaire en vue de réduire le coût global du système bioreacteur. Ces
procédés sont brevetés à l’INAPI.
Conclusion Générale et Perspectives
112
L’étude comparative des rendements de production montre que les deux variétés de dattes
Teggaza et Labghel étudiées dans le laboratoire de l’URERMS d’Adrar dans le cadre de cette thèse
permettent de produire du bioéthanol à haut degré alcoolique de 88° et 90°, avec des productions de 2.5
et 2.78 mL/kg/h et d’efficacités de 23.57 et 26.2% respectives.
Dans ce travail, nous avons montré également que les dattes de faibles valeurs marchandes telles
que le Teggaza, et le Tinaceur sont riches en sucre et que le jus extrait à partir de ces dattes représente
un milieu de fermentation favorable pour la production d'éthanol et de biomasse.
L'utilisation d'un fermenteur de type batch sur site réel et chauffé par énergie solaire peut
contribuer à la réduction du coût de production du bioéthanol en diminuant l'énergie électrique
consommée durant la fermentation des dates. La productivité du fermenteur solaire utilisé dans cette
étude est comparativement acceptable, elle est de 3.47mL/kg/h. La concentration la plus élevée en
éthanol produit par distillation à colonne fractionné est d'environ 90°, correspondant à une efficacité de
33% par rapport à l'efficacité éthanolique théorique obtenue à partir d'une réaction chimique utilisant la
même quantité de sucre qui est de 50%.
Le fermenteur biotechnologique de type Batch chauffé par énergie solaire conçu et réalisé à
l’URERMS d’Adrar est breveté au niveau de l’INAPI à Alger en 2013 et il est caractérisé par :
L'utilisation des rebuts de dattes de la wilaya d'Adrar pour la production du bioethanol comme
matière première pour l'utiliser dans divers domaines et aussi comme carburant ;
L’exploitation de l'énergie solaire via un chauffe-eau solaire à capteur plan comme source de
chaleur pour chauffer le fermenteur en réduisant ainsi l'énergie consommée par l'installation et
par conséquent réduire le coût de l'éthanol produit ;
Le contrôle de la température dans l’intervalle de 28 à 32°C durant toute la période de
fermentation (72 heures) par thermostat ;
La production d’un bioéthanol à une concentration qui dépasse 93° après distillation et
rectification.
Le rendement de production du bioethanol sur site réel dépasse les 33%
la qualité de l’éthanole produit est comparable à celle produit par voie chimique (éthanole pur)
Le distillateur à colone fractionnée chauffé par gaz butane est breveté au niveau de l’INAPI, Alger
en 2014 et il est caractérisé par :
Une température d'évaporation de l'éthanol fixée à 78°C;
Conclusion Générale et Perspectives
113
L'éthanol obtenu en fin de distillation dépasse les 93° (il est caractérisé par une chromatographie
en phase gazeuse, CPG);
Le système de distillation est chauffé en utilisant une cocotte hermétique et un réchaud à gaz
butane.
Les résultats obtenus concernant la production de bioéthanol au niveau du laboratoire et sur site
réel à échelle réduite sont attractifs et encourageants à poursuivre la recherche-développement dans ce
domaine (cet axe) des énergies renouvelables et de développement durable en milieu saharien. Il est donc
indispensable de construire des fermenteurs semi-pilotes et pilotes adaptés et optimisés et de prospecter
de nouvelles méthodes, micro-organismes et sous-produits (biomasses) pour améliorer la quantité
d'éthanol produite et réduire la consommation d'énergie pendant le processus de fermentation alcoolique
dans le but de diminuer le coût du produit final.
La quantité de 213,000 tonnes/an de DCFVM et l’énergie de 1,8MWh/m2/jour de rayonnement
solaire semblent relativement suffisante pour 40 millions d'habitants pour développer une industrie de
biocarburants au Sahara Algérien pour subvenir aux besoins locaux et pourquoi ne pas exporter l’excès
vers les pays voisins.
Perspectives
De nos jours, la politique industrielle de l’Algérie s’oriente de plus en plus vers les énergies
renouvelables et le dévelopement durable à travers l’acquisition et l’installation des centrales
photovoltaiques, des fermes éoliennes et des centrales à concentration connectés au réseau de
distribution. En 2006, une compagnie biotechnologique appellée Nakhil avait annoncé le lancement de
la production du bioéthanol pour le transport routier en se basant sur les déchets industriels recyclés.
C’est la première initiative au monde arabe conduite par le faite que plus de 25% des déchets de dates
est non consommé par la société ce qui offre une importante biomasse. En plus, les résultats de recherche
montrent la possibilité de développer d’autres industries biotechnologiques dérivées pour produire des
acides lactiiques et acétiques.
Au vu des avantages offerts par le secteur biotechnologies. Il s’avère indispensable une mise au point
ou la recherche de ferments performants. Parmi les industries agro-alimentaires, les industries de
fermentation avec la production d’alcool éthylique recherchés dans les domaines thérapeutiques, et de
vinaigre pour la cuisine ou comme condiment, gagnent de plus en plus une place de choix.
Conclusion Générale et Perspectives
114
A l’instar d’autres pays comme le Brésil, le Canada, les Etats-Unis, qui ont avancé dans le
développement des programmes industriels intégrés pour la production d’éthanol à partir de la canne à
sucre, le blé, le maïs et autres, l’Algérie, qui recèle un potentiel considérable de déchets municipales et
de sous-produits de dattes, pourrait lancer des programmes similaires efficientes.
La production d’éthanol à partir des dattes de faible valeur commerciale constitue une solution
intéressante sur le plan socio-économique à grande échelle. L’alcool produit par fermentation peut
remplacer avantageusement et progressivement celui obtenu par voie chimique à partir des produits
pétroliers et qui est importé de l’étrager. Le bioéthanol peut aussi remplacer le pétrole léger comme
carburant ou au moins permettre le mixage avec l’essence en pourcentage (5 à 10% d’éthanol). Une telle
industrie pilote de bioéthanol doit être aussitôt mise en place dans la région phoenicicole d’Adrar selon
le schéma de la Figure 5.35 qui est caractérisée par un potentiel énergétique solaire important et une
forte disponibilité de déchets de dattes de faible valeur marchande.
En fin, il faut encourager les recherches scientifiques pour améliorer les connaissances dans ce
domaine.
Il serait souhaitable de:
Mettre en valeur les autres variétés de dattes locales par d’autres études, et la recherche de
performance de cette méthode de conservation en introduisant d’autres paramètres.
Completer cette étude par :
Identification des composés de Romarin et son huile essentielle par des tests phytochimiques;
Identification de la composition d’huile essentielle avec CG-SM ainsi la détermination de leur
activité antimicrobienne.
Recherche d’autres méthodes de production d’éthanole plus efficient de deuxième et de
troixième génération
Recherhce de nouvelles micoorganismes plus efficaces et plus simples à produire et utiliser
Prospecter de nouvelles biomasses
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Les articles publiés dans
le cadre de thèse
Les articles
134
Abstract— The dates are used to prepare several food products, among which the Btana is a best conservation form
commonly practiced in the South-west area of Algeria. The peasants add during its preparation one or more aromatic
herbs according to the choice and the areas. The present research aims relates to the study of the effectiveness of the
methods used from the microbiological quality point of view and the determination of the effect of the plants added
during the Btana preparations, for that we followed the evolution of the bacterial load during the conservation. The
experience results obtained show a strong regression of the microorganisms in the samples containing Rosemary
compared to those, which do not contain it. Another advantage of the use of Rosemary herb is that it enables us to
stabilize the pH of date with a less acid degree of a higher quality; these results were supported by a complementary
study, which consists in showing the effect of the essential oil of inhibiting Rosemary on some pathogenic
microorganisms…etc.
Index Term— Dates, Hmira, Btana, traditional conservation, Rosemary.
1. Introduction
The Sahara accounts 90% of the Algeria's surface that is to stay more than two million km2, where the date palm
called Phoenix dactylifera L, constitutes the tree of providence for the population. Dates, the fruits of date palm
are an important stable food in the diet of population living in the arid and semi-arid regions of North and Middle
East of Africa as well as South-Asian countries [1,2]. The south Algeria regions count 18.7 million palm trees
scattered over 169361ha, which produce almost 690,000 metric tons [3,4]. However, 30% of the production of
Algerian dates is characterized by a low commercial quality known as common Cultivars [5,6].However, the dates
has a historical capacity, and a major origin in the custom and the dietary habits of the Saharan man. It constitutes
the raw material for the elaboration of a good number of food products [7]. Among which “Btana”, a conservation
mode directed by the traditional spirit which makes it possible to preserve dates during several years and
constitutes a food reserve for the family.
In this work we are interested to the traditional method of the date’s conservation known “Btana” very practiced
in the phonically area especially in south-west of Algeria. The variations of recipe for the making of Btanas are
numerous, but turn around the same principles; we use during the preparations various aromatic herbs which
improve the conservation bring new therapeutic virtues and reinforce with gustatory dimensions. The peasants
questioned about the effectiveness of this conservation technique showed a great satisfaction, however insist on
the fact that the addition of aromatic herbs improves the taste and does not influence in no case on the upkeep
Les articles
135
quality. In this context, we have fixed as an objective the study the aromatic plants influence on the conservation
quality; we chose as aromatic herb the Rosemary, which is the most, used.
Date production in South Algeria The ground surface reserved for the phoenic-culture at Adrar town reached 27.75ha, of which 25.56 ha, were
irrigated at the end of year 2012.The number of dates palmtree is almost of 3.704.782 where 71,94% are prolific.
The principal date's varieties ratios cultivated in the local area are shown in Fig. 1.
Fig. 1. Main varieties of Adrar dates [8]
Btana preparation procedure
Description and choice of date variety
The South-West of Algeria in particular Adrar town site dispose of 305 kinds of dates[8].Among the most
important varieties exist we cited Takarboucht, Aghamou, Tinaceur, and other do not valorized until nowadays.
The Btana Fig.2 was prepared by starting from the Hmira-date. According to the prospective investigation carried
out in the field. The choice of this variety is justified by its abundance, largely widespread use and its availability
on the markets at the beginning of our training course during March and April in the year. The Hmira is
characterized by a right form, a reddish color, a fibrous texture with farinaceous, an average plasticity and an
aromatic taste.
B) Btana preparation
After dates selection we performed the preparation of each Btana according to the following diagram Fig.2.
After the preparation of Btana dates we put it at ambient temperature. We will carry out the sampling
each 10 days during one month; the preparation of Btana is carried out between the 11th and 15th on
March, 2013 by the peasants of each area seen Fig. 2.
Les articles
136
Fig. 2. Btana steps preparation process C) Local aromatic plants ingredient used in the Btana
Generally, the date's farmer added one or more crushed aromatic herbs such as: the Juniper, Rosemary, the
Armoise, Thyme, Menthe, Basil… etc. in order to bring a pleasant odor and to reinforce the gustatory quality of
dates. In the present study, we decide to add only aromatic plant Rosemary. According to the proper prospection,
this plant is the most used in the Btana in the Sahara’s region in the aim to ameliorate date conservation and to
eliminate as possible antagonistic and/or interaction on the flora microbial of dates. To prepare the Btana it is
necessary to added 3.3g of Rosemary to 1kg of dates.
1. Methods
1. Sampling
The Btana was prepared from dates collected at full maturity during the harvest period of October-
November in the year then tidied in the aim to choose the acceptable dates. This product was obtained from three
Les articles
137
different phoenicical sites: communes of Tsabit, Timmi, and Talmine attached to Adrar town. We have picked for
each site 03 different samples in order to represent well the region; and for each one we have prepared two Btanas
dates, one with addition of Rosemary and another untreated in order to compare between the two methods.
The physico-chemical analyzes is performed by measuring the pH according to the (NF V 05-108, 1970) method,
and the water moisture of the Btana (NF V03-903), was determined by taking one potion of 1g of the sampling at
103±2°C, until obtaining a constant weight [9]. The microbiological analysis consists After sampling, 25g of dates
were aseptically mixed with 225ml of diluents (0,1% tryptone, 0,85% NaCl) in a sterile stomacher bag
and homogenized by a Stomacher Laborator y-blender. Then serial 10 fold dilutions were prepared according to
ISO, (NF ISO 6887-1:1999) in [10] recommendations. The microflora in dates and Btana samples were obtained
by serial or spread plating dilutions according to standard methods on appropriate selective media. Results were
expressed as colony forming units per gram (cfu/g) and reported as log UFC/g to facilitate reading.
2. Results & Analysis
A) Physicochemical characteristics of dates
Water moisture: The Hmira date variety belongs to the half-soft dates after [11].
The analysis of the dates moisture used indicates a slight water variation between 11,22% and 11,58% with an
average of 11,42% see Table 1. These results border the values found by [Al-Shahib and Marshall 2003] of dry
dates with 12,7%. These results are the consequence of one period of storage, which extends up to 5 months after
harvest season. In addition, all dates are stored in perforate bags in Halfa, which facilitate ventilation and avoid
the deterioration of dates. Beside this storage tool, enable the progressive drying of dates [12].
It may be seen in Table 1 from present study the water content increased by 10,88% for the sample of Tsabit; from
4,04 to
4,08% for the Timmi sample and from 5,92 to 5,98% for those of Talmine. This augmentation is owing to the
preparation methods of the Btana characterized by hydration excess. The feeble increase in water content of dates
after one week of conservation is equal to 1,37% to 1,95% for Tsabit and Timmi samples respectively, may
be due to the flow and drain of water from the Btana center toward the surface. Progressively of the advance of
the period of conservation, we note a progressive drying of the date paste; this it probably owed to the effect of
the exchanges with the external medium at the end of 30 days, the water rate decreased in a remarkable way. This
reduction could be more accentuate, if we prolong the conservation period.
Les articles
138
After one month, the water rate decreased in a significant manner, and this reduction could be more emphasize,
if we prolong the conservation period. During conservation process, we observe a progressive desiccation of the
date’s paste. This situation is probably due to the exchange effect with the outdoor medium. The humidity rate
also decreased strongly due to the prolonged conservation date.
The pH constitutes one of the main obstacles against the microbial flora proliferation. A pH in the range of 3 to 6
is very favorable to the development of yeasts and moulds. On the other hand, the bacteria prefer neutral mediums.
In general pH ranges between 7 and 7,5 for the majority of the tolerances, with variations between 6 and
9[11,13].The pH of date is a quality indicator, which contributes to the date's stability in the storage period. Into
agro-alimentary field, we classify dates in three groups according to their pH: dates of bad character if pH<5,4,
dates of acceptable nature if5.4<pH<5.8, and dates of good character if pH is higher than
5,8 despite [14].
In present study, we have followed the date pH evolution from the initial state, before the preparation of Btana
then each 10 days afterwards; to start with the day of preparation.
The results obtained were expressed in figures 3, 4 and 5 modification of the pH is due to the rinsing and to the
whiting that the dates subjected during their transformation into the Btana; these two processes affect the
physicchemical composition, and thus modify the pH of dates.
After 10 days of Btana conservation, the date’s pH fell significantly by the effects of conservation and the
biological activity within the paste. The pH value of treated Btana, increased from 0,08 to 0,12 unities while the
untreated Btana showed a more important fall varying from 0,15 to 0,22 excepted for the Talmine sampling when
it is about 0,04 unities of only.
Les articles
139
Fig.3. pH evolution during date’s conservation in the Tsabit site
Fig.4. pH evolution during date’s conservation in the Timmi site
Les articles
140
Fig.5. pH evolution during date’s conservation in the Talmine area
Fig.6. pH progress in the Btana treated for various sites
Les articles
141
The Figures 4, 5 and 6 describe the pH variation for each sample during the Btana conservation process. The all
dates subjected to the experimentation are slightly acid. The initial pH values of all three samples vary between
5,54 and 5,78.
These values have an acceptable quality in point of view of acidity based on [14]. The pH variation of samples
studied in spite their membership to the same variety can be explained by the fact that the dates have not the same
origin site. This situation induce variation in soil nature, climate exchange and cultural modes as well as they have
not the same storage period between the harvest of dates and the beginning of the analyze. These parameters
influence strongly the date's quality. In addition, the pH variation can be also owing to the presence of many
organic acids as citric, malic and oxalic, which brought back by name of authors [15].
During the first day, the pH of dates increased by 0.08 unities of the Tsabite treated Btana while the untreated one
augmented by only 0.06 unities. Besides, the Timmi treated Btana was increased by 0.06 unities and 0.07 unities
for the untreated sample. However, an adverse effect was observed in the Talmine sampling, where we noted a fall
of 0.03 and 0.04 unities of pH in treated and untreated Btana respectively. The While the sample of Timmi present
a lower pH, namely a fall of 0,22 unities of pH from 5,64 to 4,42. This state can be due to a strong content of
microorganisms, which used the sources of carbons available in dates what generates the waste elimination of
which the organic acids causes a drop in the pH of Btana.After20 days the pH dates remains to drop remarkably
compared to the initial value of the samples. At the end of the conservation period after 30 days, we notice that the
pH tend to stabilizes relatively due to the decrease of the microbial load. For the samples added with Rosemary,
the pH reaches values of 5.64, 5.28 and 5.45 for the Tsabite, Timmi and Talmine sites respectively. The data
analysis collected on the pH shows that the samples combined conditions under which the pH decreased by the
effect of a biological activity. This state was done only in the cases of microbial fermentations which henceforth
used like a food conservation mode, and which offers to food new characters relating to the aspect, the physico-
chemical composition and organoleptic quality. The tests enabled us to follow the pH evolution and thus to
appreciate the impact of the conservation process on the dates characteristics.
All pH curves may be approximated by using an exponent function as the following form:
(1)
Where the pair (α , β ) are constant and maybe fixed from experimental tests and d is the day number. The values
of these parameters are: (6.049, 0.0013), (5.4739, 0.0013), and (5.4739, 0.0012) of treated Btana sampling and
(6.049, 0.0022), (5.4739, 0.0025) and (6.049, 0.0029) about no treated one for Tsabite, Timmi and Talmine sites
Les articles
142
respectively. The error between the mathematical model and the experimental data vary from 5 to 15% for all
sampling.
B) Microbial Analysis.
In order to study the dynamics development of the various microbial groups in the Btana we carried out by
taking away throughout the conservation period, in present study 30daysby 10days interval. The results of the
microbial denumerable are represented in the following tables: throughout the conservation period, we noted the
absence of Clostridium sulfito-reducers and the Salmonellas supposed pathogenic. In these conditions
microorganisms spend energy for expulsing the extraprotons from their cytoplasm in order to uphold the internal
pH, but it should maintain by the same way its hemostasis damaged by osmotic pressure induced by high sugar
content in dates [16, 17].
The total mesophyll aerobic flora denumerable permits to assess the general microbiological quality of the food.
It gives an idea on its contamination rate. We notice according to the Table 2 a great difference between Btana
prepared with Rosemary and those without in term of microbial load.
The day of Btana preparation, the total Mesophyll aerobic bacteria represented a considerable load. For the
untreated Btana a highest concentration was observed in the sample of Timmi equal to 3600UFC/g. The Talmine
sample represents a load of 900UFC/g, and lastly that of Tsabite is with 0,11UFC/g. Each Btana has a load less
important than the other samples. After treatment, the Timmi sample is about 1300UFC/g, the Talmine one is of
0,17UFC/g and those of Tsabitereach0,07UFC/g. It was noted that the reduction in the microbial load due to the
added of the Rosemary is performed in a more accelerated manner than that prepared without Rosemary and which
takes a more time the total flora elimination.
Coliforms: The tests reveal rarely the presence of the total coliforms. We found 20UFC/g in Timmi and the total
absence for Talmine, which indicates that the microflora is incapable to adapt to the physico-chemical conditions
of dates. On the other hand, the Tsabite sample shows a more
Les articles
143
strong concentration of 396UFC/g for the treated sample and 208UFC/g for the untreated one. This situation can
be explained as result of a contamination of the hygiene lack.
These results confirm the observations obtained on the Saudi dates by [18], which showed that the coliforms were
rare in analyzed dates.
Staphylococcus: The Staphylococcus load decreases very quickly according to Table2, for all sites examined.
Were we mark its total disappearance during the second week of conservation and between the second and the
third week for Talmine sample. This is explained by reference [18], since the food poisonings in majority are
caused by the
Staphylococcus aureus kind. This presence of this bacterial in food is rather an indication of human contamination
and probably bad practices of the hygiene of the food manipulators.
Yeasts and molds: The analysis of the flora-fungi shows an enough strong presence of mushrooms in dates, this
is explained by the origin of the fruit as well as the conditions under which it is developed and which is favorable
to the appearance of this micro-Flora in dates.
Les articles
144
Generally, the bacterial groups were remarkably reduced in the Btana prepared. Therefore, the Btana treated with
the Rosemary herb assured a fast elimination of undesirable micro organisms cited before comparing to the
untreated Btana what proves the effectiveness of the conservation mode used.
VI. CONCLUSIONS
The present study allowed checking the effectiveness of the artisanal conservation processes of dates under Btana
technique. All process steps such as: rinsing, bleaching, anaerobic creation and aromatic herbs have great
advantage and large inhibition effects on the proliferation of the microorganism objective investigated.
The Btana treated by adding Rosemary presented a fast increase in microbial load compared to those untreated.
These significant differences expressed for the total mesophyll aerobic flora as well as yeasts and moulds.
Indeed the denumerable results for the samples of Btana treated by Rosemary herb recognized a very fast reduction
in microbial load compared to those of untreated Btana. The total mesophyll aerobic flora, yeasts and moulds,
expressed the greatest difference. However regarding to the water content, Rosemary was shown without effect.
On the other hand the pH is very influenced by the addition of this latter considering that it changes according to
the microbial loads the substrates degradation and incorporation of new metabolites.
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Les articles
146
Every year, more than 236,807 tons, equivalent to 30% of date-palm fruits produced in Algeria, is lost during picking,
storage, and commercialization processes. Gasification of this huge biomass can generate biogas such as bioethanol,
biodiesel, gasoline and other useful substances. Bioethanol is becoming the main biofuel produced by chemical
synthesis or anaerobic fermentation from biomass and is significant for industrial development, investment, and use.
It is eco-friendly, moderately costly and cleaner than other gasses. Actually, due to modern biotechnologies, it is
possible to valorise the common date-palm waste (CDPW) by bioconversion and to commercialize them in local and
international markets in the form of new products with an acceptable added value such as bioethanol.
CDPW is a renewable and sustainable resource of energy that is not greatly used in industries. The date is rich in
biodegradable sugars, providing bioethanol after fermentation during 72 h at 30°C in the presence of Saccharomyces
cerevisiae yeast and the distillation of date’s juice obtained. In the first experience, a solar batch fermenter (SBF) of
50L capacity, and a butane gas distiller using a cocotte (cooker) of 30L capacity was designed and constructed. The
bioconversion systems led to the production of 250 mL/kg of ethanol at 90° after distillation of the CDPW juice at 78°.
This is in comparison to the theoretical ethanol directly produced from sugar by chemical synthesis process. The 33%
efficiency that was obtained appeared satisfactory and it encouraged the great scaling development of bioethanol based
on CDPW biomass and other raw materials abundant in Algeria Sahara.
Keywords: Algerian Sahara, bioethanol, dates-palms waste valorization, distillation, fermentation, solar energy,
Saccharomyces cerevisiae.
Les articles
147
Energy produced and used are crucial elements for the development of countries and improvement on human
activities (WEA, 2000). Electricity and heat generation from biomass is an efficient manner of energy conversion
that is climate friendly. In Algeria, biomass potentially offers great promises with the bearing of 3,700,000 tons of
oil equivalent (TOE) coming from forests and 1,330,000 TOE per year from agriculture and urban wastes (Hasni,
2006). A pre-review showed the feasibility of electricity production of 3-6MW from the discharge of Oued-Smar
in Algiers (Himri et al., 2009). The removal of biogas by combustion is essential to protect the atmosphere from
the undesirable emission of unburned methane contained in biogas. The increasingly use of biogas, particularly
produced from landfills, has commenced with national pilot research projects initiated by Renewable Energy
Development Center (CDER, http://portail.cder.dz), studying methane recovery from cull dates and fruits
processing of by-products. This operation is followed by the successful experience carried out by Renewable
Energy Research Unity in Sahara Medium (URERMS) located at Adrar Province in Southern Algeria. The project
is considered as a first progressive step as regard biogas energy generation in the country.
Bioenergy, including bioethanol, biodiesel, and other substances is feasible and have economically become the
future solution for energetic and ecologic issues. Amongst other biogases, bioethanol has higher burning effect
€2.25/kWh and lower environmental effect (Sindhu et al., 2016). According to the Renewable Fuels Association
(RFA), USA, Brazil, EU and China produced 50.3%, 25.5%, 4.5%, and 2% million gallons of ethanol in 2014
respectively (Sanchez and Cardona, 2008). Certainly, the countries with agronomic based economy are therefore
appropriate for bioethanol generation (Mielenz, 2001).
Governments around the world have actively promoted the identification, development and commercialization of
technologies for the production of alternative biofuels within the last three decades. The operation includes the
production of bioethanol, which captures the attention of many researchers, consumers and investors in the
hopefulness of better fuel sustainability (Oh et al., 2010). The competition between food and fuel risks the
equilibrium of the equation.
Bioconversion process utilizes non-edible lignocellulose, starchy materials coming from agricultural and forestry
biomass; and it is becoming the main solution to provide renewable eco-friendly and economical energy source.
The characteristics and capabilities of bioethanol make it favorable to mix with gasoline (Balat et al., 2008). In
addition, the need to satisfy the energy demand without environmental bearings and non-renewable fuels stock
resulted from the fossil fuel, investing in research development in clean energy and sustainable development to
which bioethanol is one of them (Krylova et al., 2008).
Bioethanol prevents engine knocking and premature explosion due to its high octane index of 110. Moreover,
higher octane index also provides wider flammability, higher heat vanishing and speed of flame (Lashinsky and
Les articles
148
Schwartz, 2006). Bioethanol has 35 to 40% lower energy content compared to gasoline, and 35% of higher oxygen
content which makes the combustion cleaner and resulting in a lower emission of toxic substances (Li et al., 2008).
Bioethanol helps to reduce CO2 emission up to 80% compared to using gasoline, thus promoting a cleaner
environment for the future (REN21, 2014).
Chemically, bioethanol is less unsafe than gasoline and its higher flash point (13°C) gives better storage treatment
ability and it is less flammable. The auto-ignition temperature is between 333 and 423°C and ethanol relatively
require an elevated temperature than gasoline to be an auto-detonation; hence, ethanol vapor will be only
combusted later than gasoline without a forced detonation (Shinsuke et al., 2005).
Many microorganisms (yeasts) can be used for transforming biomass into ethanol (Nigam, 2000). S. cerevisiae
yeast can be used to produce ethanol of 48.8 mL/kg from pineapple cannery by-product and 120.7mL/kg from
sorghum juice (Johansson et al., 2012).
The augmented request of energy in homes, industries, transportation and agricultural sectors needs the rapid use
of bioenergy options. Without exception, the founded biomass renewable energy is expected to progress from
50EJ/year in 2012 into more than 160EJ/year by 2050 (Kwiatkowski et al., 2006).The uncooked material and the
energy request are the major cost factors in the bioethanol production (Vucurovic et al., 2012). Following the oil
crisis of 1970, biofuels were perceived in many countries as a realistic solution to oil resources dependence
problem.
Moreover, the mixture usage with traditional fuels made it possible to consider the gain on the levels of vehicles
pollutant emissions. The oil counterblows of 1986 and the too high maintenance and cost slowed down their
development. To date, bioethanol is seen as the main biofuel for the future. It is subject to a significant industrial
development around the world, and can be produced by chemical synthesis or fermentation (FAO Stat, 2015).
Algeria has several natural energy resources, including oil reserves of about 13.4 billion barrels, natural gas of
4502 billion m3, and coal of 65 million tons. On the other hand, the date-palm grove areas have registered a
significant expansion in Algeria, estimated at 69%, growing from 101,000 ha in the year 2000 to 169,361 ha in
the year 2009 with a total of 18.7 million palm trees (Nakhla in Arabic word) scattered over around 1,000 farms,
producing 789,357 tons of dates every year.
Approximately 50% of these palms are currently in production (Elsanhoty et al., 2012). Algeria is a country
situated in the sunbelt region of the earth where the solar radiation potential is over 8 billion MWh/year. Algeria
has an important area of about 2.4 million km2 and a feeble population density of 15.8 inhabitants/km2 where the
Sahara occupies more than 84% of the whole area.
Les articles
149
Algerian climate is maritime-north and semiarid to arid middle and south. Date-palm constitutes the principal axis
of the oasis climate of the Sahara and found the basic agronomy structure of the inhabitants. These trees create the
essential microclimate for all other cultivars of cereals
Figure 1. Some principal varieties of dates produced in Algerian Sahara. A, Dates of low quality; B, Dates of high
quality.
and vegetables, provide materials, and burn biomass for building and warming. The top ten countries producing
about 90.5% of the world’s dates are Egypt, 17.2%; Saudi Arabia, 13.7%; Iran, 13%; United Arab Emirates, 9.8%;
Pakistan, 9.6%; Algeria, 9%; Iraq, 7.2; Sudan, 5.4%; Oman, 3.5%; and Libya, 2% (FAO Stat., 2012). More than
236,8 tons equivalent to 30% of dates produced in Algeria are lost during picking, storage, ommercialization and
conditioning process, caused by the fungus, infestation by insects or simply due to their low quality, unconsumed
by humans (Sofien et al., 2014). Only Adrar city region counted more than 3,000,000 of date-palm, playing an
important ecological role, and offers great dates tonnage of 86,000/year. But in spite of this huge richness, these
dates present a low commercial value (Figure 1a) compared to the high-class varieties of dates such as Deglet-
Nour, Degla-Beida, Gears and Fergus (Figure 1b).
Therefore, the CDPW are intended only for subsistence farming and animal feeds or barter exchange with foreigner
countries, as in Mali, Niger, and others.
No processing industry was established in the Algerian Sahara areas to transform these huge harvests of
(CDPW) into economic useful gain. Dates are generally a complete food value, rich in fermentable and
biodegradable sugars, where energy reaches 2000 to 3000 Cal/kg, offering bioethanol, anaerobic fermentation,
and distillation afterward. Their composition analyses showed that the Algerian Sahara dates varieties are very
rich in reducing sugars, especially glucose and fructose of about 73 to 83% in dry basis (Acourene and Ammouche,
Les articles
150
2012). Thus, making dates extract moderately suitable as feedstock for fermentation (Wei-Hao et al., 2016). For
instance, we can produce ethanol after anaerobic fermentation by microorganisms such as S. cerevisiae. In addition
to their sugars resource and moderately long conservation period, dates offer many other technological
possibilities. They are seen as raw materials for the production of different metabolites, iopolymers, organic acids,
antibiotic, amino acids, enzyme, bakery yeast, and also the butanol and hydrogen (Shahravy et al., 2012; Qureshi
et al., 2012; Abd-Alla et al., 2012; Aditiya et al., 2016). The present work consists of the realization of an
experimental solar batch fermenter prototype operating with the solar water heater, in order to reduce the energy
consumed and to ensure anaerobic fermentation medium for the CDPW dates juice at 30%, and for producing a
high quality and quantity of bioethanol at low cost after distillation.
Materials and Methods
Raw material and microorganism
The mixture of the CDPW used in the study to produce bioethanol is composed essentially of Hchef, Kacien, and
other varieties of date’s scraps of the cattle food originated from Algerian Sahara (Figure 1a). The products are
dried, kept in bags and stored at room’s temperature. The microorganism S. cerevisiae used in the fermentation
process of date’s juice is provided by the industrial plant of bakery yeast production, coming from Oued-Semmar
in Algeria.
Ethanol production medium
1. The CDPW (Figure 2a), were washed, plunged in a water bath, rubbed carefully, and rinsed with pure water to
eliminate sand, pebbles, insects and remainder plants (Figure 2b).
2. The CDPW are petted to separate seeds from coasts (Figure 2c).
3. The CDPW substrates are ground and imbibed in hot water at 90
Les articles
151
Figure 2. Bioethanol generation process.
to 95°C to facilitate sugars extraction (Figure 2d).
4. 200 g of CDPW was diluted into 800 ml of tap water, and simultaneously sulfuric acid was added and adjusted
to ensure the pH between 4.3 and 4.7, for inhibiting the bacterial growth and favoriting overgrowth of the yeast
(Figure 2e) (Wei-Hao et al., 2016).
The fermentation medium is inoculated with 1g/L of S. cerevisiae and reactivated within 60 to 90min under an
ambient temperature of 25 to 30°C in an aqueous solution in glucose with 12% V/V (Figure 2f).
5. The batch fermenter (Figure 2g) was designed and installed to operate efficiently by using solar water heater
with the aim to reduce the cost of the bioethanol generation process. The fermenter was realized within the South
Society of Metallic Construction (ECOMES, 2015), located at Adrar. The fermenter consisted of a tank of 50
L,built in double walls in galvanized stain steel and thermally insulated by fiberglass wool of 5 cm thickness. The
Les articles
152
heat exchanger is placed between the two walls of the tank. The lid of the tank is quite tight and contains a hole
for evacuation of gasses and a second hole is
Figure 3. Sugars consumed during fermentation.
provided with a copper pipe. This was done in the middle of the tank and contained a thermostat for adjusting the
substrate temperature close to 30°C. The fermenter is equipped with a manual agitator shaft and connected to a
temperature data logger model Fluke 2635A with an internal memory card (Figure 2g). The batch fermenter is
heated by water solar heater owned by the CDPW.
6. The water solar heater is inclined at Adrar latitude (27.88°N and 0.28°O) and oriented North-South to capture
the optimum of solar energy incident during the year. The hot water is stored in a tank of 200 L and its circulation
is ensured by a hydraulic pump controlled by a thermostat. Experimentation is performed during the cold season
of the year, the first week of January 2015. During the fermentation process, the density sugars consumed, pH and
the alcohol degree of the CDPW juice are controlled. The glucose evolution was controlled using Dubois method
given in MichelDuBois et al. (1956). Reducing sugars (RS) and total sugars (TS) are assessed by titration using a
spectrometer UV. Saccharose content was estimated as the form:
Saccharose (%) = (TS – 0.95RS) %
7. The pH was measured by a digital pH-meter model Mettler Toledo methods (ISO11289, 1993 and AOAC, 98,
1.12) and the date’s juice temperature during the alcoholic fermentation was recorded using thermocouples K type
connected to the data logger. After 72 h of alcoholic fermentation, the substrate juice to extract the bioethanol was
Les articles
153
used to filter. At the beginning of the distillation process (Figure 2h), the degree of alcohol is measured every
30min, and once the process is slowed, the alcohol is recorded every one hour. The process is stopped when the
degree of alcohol became very weak. The distillation temperature was kept at about 78°C.
Results and Discussion
The microorganism S. cerevisiae has an optional anaerobic breathing on the alcoholic bioconversion
process. In anaerobic phase, the glucose is transformed into the ethanol by fermentation effect. During
the first 48h of transformation, the process is active, especially between 24 and 48 h. However, the alcohol
produced is increased throughout the last 48h of the process and an important degradation of the sugar is noticed
after 72 h (Figure 3). The total glucose rate is strongly decreased during the time from 13.8% at the beginning of
the fermentation process to 3% after 72h. The period of the fermentation process of date’s juice varied between
36 and 72 h under similar conditions. The glucose is not consumed completely due to the cessation of yeast growth
caused by the accumulation of toxic substances (fatty acids), especially the octane and decane in CDPW juice
(Figure 3), (Benziouches, 2011; El-Okaidi, 1987).
Also, the density of the CDPW juice decreased significantly during the fermentation process from
1.07 to 1.0107 g/cm3, which was caused by the transformation of sugar into bioethanol and the loss
of mass under CO2 form (Figure 4). The continuous diminution of the refractive index indicated the
increase of the light speed through the date caused by the decrease of the dates density. The total
solvable solids in the date’s juice were measured by a handheld refractometer for viniculture, using a
refractometer, Atago model NAR-3T (°Bx), corresponding approximately to the total sugar concentration in (g/L).
After distillation of the CDPW juice, a significant specific production of the
bioethanol reached 250 mL/kg of dates at 90° was obtained, representing a bioconversion efficiency of
33% relatively to the theoretical sucrose transformation in the alcohol described using the
following chemical synthesis equation:
C6H12O6 + S. cerevisiae → 2C2H5OH + 2CO2 + Energy (2)
Where, 76 g/kg glucose produces 25 mL alcohol + x(g) of carbon dioxide if it is fermented by the yeast.
Finally, the vibration sign of the biofuel produced is identified using the Infra-Red Spectra, showing
different vibrations bands characterized by the
Les articles
154
Figure 4. Density of (CDPW) juice during fermentation.
Figure 5. Vibration sign of the ethanol produced.
following wave numbers 2990, 3300 and 2990 cm-1, corresponding to the molecules group C-H, O-H and C-O
respectively (Figure 5).
Conclusion
The current study shows that the CDPW must constitute a favorable medium for S. cerevisiae growth, due to its
sugar content and it is becoming an attractive raw material. It is intended to produce the bioethanol by using the
solar batch fermenter at relatively moderate cost, especially in Sunbelt region of Algerian Sahara, without a
negative effect on human. The CDPW distilled juice produced the highest ethanol concentration of about 90°, with
Les articles
155
an acceptable productivity of 250 or 3.47 mL/kg/h, assessing a scale efficiency of 33%. Compared to the theoretical
ethanol efficiency obtained from a chemical reaction using the same sugar quantity which is 50%. The present
results obtained is a strong encouragement to continue Research-Development in this renewable energy field.
Therefore, It is necessary to start the construction of semi-pilot and pilot fermenters and investigate new methods,
microorganism, and materials by-product to improve the quantity of ethanol produced and to reduce energy
consumption during the bioethanol process transformation, for decreasing the cost of the final product.
The quantity of 213,000 tons/year of CDPW and 1.8MWh/m2/day of solar radiation appeared relatively sufficient
for 40,000,000 inhabitants to develop an important biofuel industry in Algerian Sahara.
Nevertheless, it is necessary to validate this purpose on bioethanol pilot installations in order to demonstrate the
relevance of the proposed valorization before any transposition on an industrial scaling. Any main factor support
for CDPW research and biotechnology development depend on the priority and emphasis of the national
government to endorse the founding date-palms based agro-food and biofuel industry as well as local and
international market to boost local economy.
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Date by-products constitute the principal food for the oasis populations in Middle East and North
Africa. Dates contents consist of 70 to 80% of reducing sugars, and do not require an intensive energy and labour for
thermophysical pre-treatment. They can serve as a good feedstock for bioethanol generation through fermentation
and distillation. Algeria is among the top sixth producers of dates in the world with more than 250,000 tons/year; from
these, more than 30% can be lost for different reasons and may be of low quality. In the laboratory, after an alcoholic
fermentation of the substrate of the date varieties, Teggaza and Lebghel (T & L) using bakery yeast at 30°C for 72 h,
the distilled and rectified date juice generated the highest ethanol ( 88° and 90°) with acceptable productions of 2.5
and 2.78mL/kg/h, and assessed scale efficiencies of 23.57 and 26.2%. This is unlike the one (ethanol; 50%) directly
generated by chemical reaction using the same quantity of sugar. The efficiencies that were obtained seem satisfactory
and encourage the great scaling development of bioethanol generation using date waste biomass abundant in Algerian
Sahara.
Key words: Algerian Sahara, alcoholic fermentation, bioethanol, bakery yeast, dates by-product, distillation.
Les articles
158
INTRODUCTION
Due to the variability in oil-market and increase in air pollution, there is the need to discover novel alternatives
for renewable and sustainable energy sources to ensure energy security in the future. Bioethanol produced from
bioenergy feedstock is one of the sustainable, economic and ecologic solutions to these issues. It can be produced
from reduced sugars and stiff biomass or from Lignocellulosic biomass (Sims et al., 2008). Typical alcohol
applications include chemicals, food and fuel products, fungicides, laboratory reagents, plastics, antiseptic,
preserving solutions, refrigeration, solvents and others (Simo et al., 2009). Bioethanol was suggested as biofuel
substitution; it is economical and ecofriendly and can be produced from many biomass sources including wood
ships, corn husks, dates and other agricultural by-products. Using bioethanol instead of gasoline leads to the
reduction of carbon emission by 80% and overall gasoline consumption by more than 30% (Elsanhoty et al., 2012).
The production of bioethanol from lignocellulose raw materials requires generally the incorporation of an efficient
pretreatment, followed by a scarification of the carbohydrates to obtain satisfactory effectiveness (Acourene and
Ammouche, 2012).
Compared to the use of gasoline, bioethanol helps to reduce CO2 emission to about 80% (Li et al., 2008).
“Dactylifera L.” constitutes the central harvest and adapted sapling in arid and semi-arid areas of the globe. It
constitutes the principal food of their inhabitants and animals since one kilogram of dates offers about 3,000
calories, income and economy sources for Saharan people in middle-East and North Africa (Boufis et al., 2014).
The economy of the these regions is based principally on date palm cultivation and the use of its fruit by-products
to prepare pasta, flours, syrups, vinegars, alcohols, yeasts, and confectioneries. It provides major sources of
revenue for these oasis populations. The date palm is completely used, including its trunks, leaves forbasketry and
house structure. The date fruit is used in fresh and dry forms, and transformed into syrup (rub of tamr), (Amani et
al, 2013), or fermented to produce metabolite (wine and vinegar); its leaflets and seeds are used in animal feed
(Abbès et al., 2011). The world’s potential production of dates is increasing in some countries like Egypt (17.2%),
Saudi Arabia (13.7%), Iran (13%), United Arab Emirates (9.8%), Pakistan (9.6%), Algeria (9%), Iraq (7.2%),
Sudan (5.4%), Oman (3.5%) and Libya (2%) (Chandrasekaran and Bahkali, 2013).
Algeria “Phoenicia” had an important progress in datepalms cultivars: it got 18,000,000 palms, covering more
than 350,000 ha, where 11,000,000 trees are productive (FAO Statistic, 2015). The Algerian harvest attained
500,000 tons. The leftover dates that constitute the common dates reach 250,000 tons, in which 30% are of low
quality dates. Only Adrar Province produced 86,500 tons of dates in 2012, coming from 2,000,000 of datepalms.
This important production is commercialized in large quantities to foreigners in border countries while a few
quantities are locally consumed.
Les articles
159
Dates are rich in biodegradable sugars of about 73 to 83% on dry mass basis in two inverted forms, glucose and
fructose (FAO statistics, 2015). They have long conservation and constitute a basis for various products, sugar-
liquid, juice, alcohol, vinegar etc. Various products can be derived from dates feedstock like bio-polymers
(Louhichi et al., 2013), organic and amino-acids (Radwan et al., 2010), bakery-yeast (Qureshi et al., 2012),
probiotics and antibiotics (Abd-Alla and El-Enany, 2012), enzymes (Mussatto et al., 2010) and biofuels (hydrogen,
butanol) (Nigam and Singh, 2011).
Algerian economy is based principally on fossil fuel. Algeria imports about 30,000 to 50,000 hl of ethylic
alcohol per year for its proper uses. To reduce the dependency on fossil fuels and importations of chemical
products, the Algerian Government has developed a national program from 2011 to 2030 to promote
concreteactions in the fields of energy efficiency and renewable energy (MEM, 2011; Stambouli et al., 2012).
The objective of the present work is to study the feasibility and productivity of generating bioethanol of
highest quality in laboratory from the transformation of two common varieties of date by-products, Teggaza and
Lebghel (T & L) of low quality in Adrar Province using anaerobic fermentation and distillation processes.
Materials and Methods
Raw material and microorganisms
The date by-product (Figure 1) used in the present study to generate bioethanol is composed essentially of (T &
L) varieties of dates originated from Algerian Sahara. It w as obtained from Adrar conditioning unit of dry dates
feedstock at the Agronomy Research National Institute of Algeria (INRAA, elmouchir.caci.dz).
The dates w ere dried, kept in bags and stored at room temperature. They w ere sold in few quantities at local
markets or served as feed for animals. The microorganism S. cerevisiae used in the fermentation process of date
juice w as provided by the industrial plant of bakery yeast production, from Oued-Semar in Algeria.
Bioethanol generation medium
Dates w ere w ashed, plunged in w ater, rubbed, and rinsed to eliminate sand, pebbles, insects and leftover plants.
Then the seeds w ere separated from the coats and then petted (Figure 2a). Dates substrate w as imbibed in hot w
ater at 90 to 95°C to facilitate sugars extraction. Then 250 g of dates w as diluted into 1 L of tap w ater, and
simultaneously sulfuric acid w as added and adjusted to obtain pH betw een 4.3 and 4.7, to inhibit bacteria and
favor overgrow th of yeast (Wei-Hao et al., 2016). The anaerobic medium w as inoculated w ith 1 g/L by S.
cerevisiae model SII esaffre 59703 w hich is available in local markets; it w as reactivated during 60 to 90 min
under 30°C into an aqueous solution in glucose w ith 12% V/V.
Tw o bioreactors w ere prepared for each date variety studied. The first bioreactor is a glass bottle of 3 L capacity
Les articles
160
and used to follow the fermentation process w hile the second is a plastic jug w ith a great capacity of 30 L used
to assess the system scaling efficiency. For both bioreactors, the inoculum size is 3% from the active dry yeast.
The inoculum w as prepared in a 3 L bioreactor containing 2 L of date substrate. It w as incubated at 30°C, 10 rpm
and air flow rate of 1 vvm for 30 to 60 min and then stored at 4°C.
During the fermentation process, the bioreactor w as equipped w ith a manual agitator shaft (Figure 2b). The main
objective of aeration is to provide microorganism grow th in submerged cultures w ith appropriate oxygen for their
metabolic needs. Agitation guarantees a homogeneous distribution of microorganisms and nutrients in the broth.
The density of sugars consumed, pH and the alcohol concentration of the date juice are controlled using Dubois
method given in DuBois et al. (1956). The pH w as measured by a digital pH-meter model Mettler Toledo methods
(ISO11289, 1993; AOAC, 98, 1.12) and the date juice temperature during the alcoholic fermentation w as recorded
using thermocouples K type connected to the data logger model Fluke 2635A. Reducing sugars RS and total sugars
TS are assessed by titration using a spectrometer UV (Siddiq et al., 2013).
Saccharose content w as estimated w ith the follow ing formula (Reynes et al., 1994).
Figure 1. Date's variety by-product used in bioethanol generation.
Les articles
161
Figure 2. Bioethanol generation process in laboratory.
Saccharose (%)TS 0.95RS%
Different analyses w ere performed on dates including w ater content, sugars content, pH, consistency, protein
rate, cinder rate and the concentration of ethanol. The physicochemical proprieties of the date by-product (T & L)
used to produce the bioethanol at URERMS laboratory are summarized in Table 1. The moisture containing MC%
in the fresh date w as determined as the difference betw een the fresh mass FM and the dry mass of date DM at
105°C, until a constant mass w as attained. This w as done w ith a digital balance model SKU: US- TRADER-
PRO UPC: 878285001193 and the follow ing formula (Siddiq et al., 2013):
Based on the water content, dates are classified as soft if MC>30%, dry if MC<10 and semisoft or semidry if
10%<MC<30%. The consistency of dates w as determined as the ratio of total sugar/w ater content (Reynes et al.,
1994). Dates w ith consistency up to 3.5 are classified as dry, those betw een 2 and 3.5 are considered as semisoft
or semidry, and those w ith ratio less than 2 are soft dates
Les articles
162
Table 1. Physicochemical characteristics of dates studied.
(Lakkana et al., 2009). After 72 h of alcoholic fermentation (Figure 2b), the substrate juice w as used to filter the
bioethanol (Figure 2c). At the beginning of the distillation process, the degree of alcohol is measured every 30
min, and once the process is slow ed, the alcohol is recorded every one hour. The distillation process is stopped w
hen the concentration of the alcohol became very feeble. The distillation temperature w as kept at 78°C.
The deposit after distillation (Figure 2c) is composed of a cocotte of 30 L capacity, built in stain steel; its cover is
made of a manometer, detent-valve, and a vertical colon tube of 3.5 cm diameter and 1.5 m height built in cooper.
The cocotte is rumpled at 75% of its capacity w ith date substrate juice. The liquid mixture is evaporated at 78°C
by heating the cocotte at the bottom and the vapor crosses the distillation colon by density gradient. The ethanol
vapor is the condensed one traversing the sloped tube retriggered to accelerate the ethanol condensation process.
The distillate produced w as recuperated in a bottle at the end of the cooling system and rectified in order to
increase the alcoholic degree.
Results and Discussion
S. cerevisiae yeast has an optional anaerobic respiration in the fermentation process. In anaerobic
phase, glucose was converted to ethanol by fermentation effect. Firstly, the process is active particularly between
24 and 55 h, where the yeast population reaches 37,719 and 35,088 cells/µL. The ethanol produced increased
during the last 40 h of the process and an important degradation of the sugar is observed after 72 h (Figure 3). The
density of the date juice (Figure 4) decreased considerably during the fermentation process from 1.07 to 0.99
g/cm3, due to the conversion of sugar into alcohol and the loss of mass under CO2 form. Also, the diminution of
Les articles
163
the protein rate in the date juice (Figure 5) represents an additional azotic source for the yeast to grow. In addition,
azote has an important role in alcohol transformation; it ensures the transport of sugars to the external of the
biologic cells to generate the fermentation process. The typical period of the fermentation process of the date juice
varied between 48 and 72 h under similar conditions. The glucose is not consumed entirely due to the cessation of
yeast growth caused by accumulation of toxic substances into the date juice, particularly the octane and decane in
the date juice (Benziouches, 2011).
The total solvable solids in the date juice (Figure 6) were measured by a handheld refractometer for
viniculture, using refractometer, model Atago NAR-3T (°Bx). This corresponds approximately to the total sugar
concentration in (g/L) (DuBois et al., 1956).
The continuous diminution of the refractive index (Figure 7) indicated the augmentation of the light
speed through the date caused by the reduction of the date density. The concentration of the ethanol in
the alcohol produced (Figure 8) is performed using liquid chromatography (Benziouches, 2011). After
distillation of the date juice, a significant specific production of the bioethanol reached 180, and 200.5
mL/kg of dates at 90°C was obtained, representing bioconversion efficiencies of 23.57 and 26.2% for
both variety of dates (T & L) respectively (Ahmed et al., 2016). Finally, the vibration sign of the biofuel produced
(Figure 9) is identified using Infra-Red Spectra. It showed different vibrations bands
characterized by the following wave numbers: 3339.08, 2974.29, 2888.12 and 1380.91/1380.5,
1087.06/1087.18, 1044.53/1044.66 cm-1, corresponding
Figure 3. Sugars consumed during the fermentation process.
Les articles
164
Figure 4. Density of date's juice during the fermentation.
to the molecule groups C-H, O-H and C-O for the two varieties (T & L) respectively. This is compared to the
results reported by Khaled and Segni (2014), Ghanim (2013) and Chniti et al., 2014), where 1 kg of date produces
300 to 350 mL of ethanol at 95°. The production obtained in the present study appeared acceptable since the price
of 1L of ethanol at 90° in the worldwide market is about 10€ on web site (http://www.servilab.fr/, 2015).
The price of 1kg of date crude is about 0.25€ and when it is transformed into bioethanol its cost is 1€. This
corresponds to an income of about 6€/1L of ethanol produced by fermentation process at 90°, which it is equivalent
to a benefit of 60%.
Les articles
165
Figure 5. Protein rate during the fermentation process.
Figure 6. Cinder of dates during the fermentation process.
Les articles
166
Figure 7. Refractive index during the fermentation process.
Figure 8. Alcohol concentration during the fermentation process.
Les articles
167
Conclusion
The current study in laboratory shows that the date byproduct of the varieties, T & L, abundant in Algerian Sahara,
constitutes an important biomass and a favorable medium for bakery yeast growth for alcoholic fermentation due
to its sugar content, cheap pretreatment and it is an attractive biomass. Dates are used to generate bioethanol at
relatively moderate cost, without negative effects on air and water resources. After an alcoholic fermentation, the
distilled and rectified date juice generated the highest ethanol concentration of about 88 and 90°; they had an
acceptable production of 180 and 200.5 mL or 2.5 and 2.78 mL/kg/h, and assessing scale efficiencies of 23.57 and
26.2% for both varieties studied (T & L) respectively.
This is compared to the theoretical ethanol efficiency obtained from a chemical reaction using the same sugar
quantity, which is 50%. The present results obtained encourage the continuation of research and developmentin
this clean and sustainable energy field and prospect novel bio-resources, bio-technologies and microorganisms
that are more economical and efficient. They are useful because they enhance ethanol productivity, shorten ethanol
development process, and reduce the energy consumed to lower the final cost of the product. The amount of
250,000 tons/year of date by-product seems favorable for developing a biofuel industry in South Algeria. However,
firstly it is necessary to build bioethanol pilot installations to confirm the results obtained in laboratory before
transposing the experience into industrial scales.
Les articles
168
Figure 9. Infra-Red Spectra of the bioethanol produced. (A) Teggaza; (B) Lebghel
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Les articles
170
Annexes
Annexe1
172
Annexe 1 :
1.1 Présentation de la région d’Adrar
La wilaya d'Adrar est située dans la partie centrale du Sahara, elle est limitée au nord par la wilaya
de Béchar, à l'est par la wilaya de Ghardaïa et Tamanrasset à l'ouest par la wilaya de Tindouf au sud et
par les républiques islamiques de la Mauritanie et de Mali (Figure A). Elle a une superficie de 427,968
km2, et une population totale de près de 450,000 habitants habitants (Abid, 2012).
La wilaya d'Adrar comprend environ 300 Ksars sous forme d'oasis. Elle fût jadis un axe d'échange
important avec le Mali et la Mauritanie (CDARS, 1999). L’écosystème oasien, représente un patrimoine
socioculturel exceptionnel avec des modes socio-économiques et des exploitations traditionnelles,
caractérisés par un climat continental désertique et un régime pluviométrique très faible.
Figure A. Carte géographique de la Région d’Adrar (Abid, 2012).
Annexe2
173
Annexe 2 :
2.1 Définition et description du Romarin
Le Romarin (Rosmarinus officinalis), est un arbrisseau très odorant de la famille des Lamiacées
(Quezel et Santa, 1963), utilisée comme plante aromatique, médicinale et condimentaire, On lui attribue
de nombreuses vertus phytothérapeutiques.
Cette plante est caractéristique du bassin méditerranéen et sans doute l'une des plantes les plus
populaires en Algérie ; elle recouvre plus de 70,000 ha du territoire national. Sa tige est lignifiée, les
feuilles persistantes et enroulées, vertes sur la face supérieure et blanches sur la face inférieure (Koubissi,
1998). Elles sont étroites, opposées et épaisses (Poletti, 1982).
Figure B. Plante Romarin
2.2 Définition d’huile essentielle
Les huiles essentielles sont des extraits végétaux volatils et odorants qui expriment les propriétés
de la plante dont elles sont extraites. On les trouve naturellement dans diverses parties des arbres, des
plantes et des épices (Evans, 1998). Elles diffèrent des huiles fixes (huile d'olive,...) et des graisses
végétales par leur caractère volatil ainsi que leur composition chimique (Thomas, 2016).
Les huiles essentielles sont obtenues à partir de plantes par entraînement à la vapeur d’eau, hydro-
distillation ou expression (pression à froid) (Ondet, 2009).
Annexe2
174
2.3 Méthode d’extraction de l’huile de Romarin
La méthode utilisée pour l’extraction d’huile essentielle du Romarin est l’hydrodistillation ou la
distillation à la vapeur d’eau de la matière végétale.
Elle est la plus simple et la plus répandue, et consiste en un entraînement par la vapeur d’eau des
constituants volatiles (huiles essentielles) à l’aide d’un appareil de type Clevenger.
Soixante grammes (60g) de Romarin sont broyés et introduits dans un ballon de 1000mL rempli
d’eau jusqu’au 2/3 de sa capacité (600 à 700 ml).
Le ballon est chauffé à l’aide d’une calotte chauffante qui produit de la vapeur qui, à son tour, se
charge des produits volatils. Cette vapeur se condense au contacte du réfrigérant ; le condensât
est recueilli dans une ampoule à décanter (le processus dure environ trois heures) ou l’on sépare
la phase aqueuse de la phase organique (phase supérieure), laquelle constitue l’huile essentielle;
celle-ci sera séchée avec du sulfate de sodium anhydre afin d’éliminer toute trace d’eau. L’huile
est séchée séparée du sulfate de sodium par filtration sur de la laine de verre.
L’huile est ensuite conservée à une température de 0 à +6°C dans un flacon en verre brun fermé
hermétiquement en vue de son utilisation.
!!
Figure C. Dispositif d’extraction des huiles essentielles de Romarin par hydro-distillation
Annexe2
175
2.4 Détermination du rendement d’extraction
Selon la norme AFNOR (1986), le rendement en huile essentielle (RHE), est défini comme étant
le rapport entre la masse de l’huile essentielle obtenue après extraction et la masse de la matière végétale
utilisée. Le rendement en huile essentielle a été calculé en utilisant la relation suivante :
𝑅𝐻𝐸 = (𝑀𝐻𝐸
𝑀𝑀𝑉⁄ ) × 100
Où:
RHE : Le rendement en huile essentielle (%)
MHE : La masse d’huile essentielle (g)
MMV : La masse de la matière végétale utilisée (g)
Le rendement d’huile essentielle de Romarin : Après plusieurs extractions par hydro-distillation la
moyenne du rendement en huiles essentielles obtenus dans notre étude est de 0.57%. Ce résultat se
rapproche à celle trouvé par Guet (2011) qui est de 0.6%.
Propriétés Organoleptiques de l'huile du Romarin : liquide mobile, incolore et une odeur fraîche,
aromatique et herbacée.
2.5 Etude de l’activité antimicrobienne
a. Préparation de l’inoculum
On utilise pour l’étude de l’activité antimicrobienne des colonies jeunes ayant moins de 24h (dans le
cas contraire on fait un repiquage et on ensemence en surface dans une boite contenant le milieu
gélose nutritive).
A l’aide d’une anse de platine raclée quelques colonies jeunes bien isolées et identiques.
Décharger l’anse dans 5mL d’eau physiologique stérile et homogénéiser la suspension, elle doit avoir
une densité optique de 0.08 à 0.10 lue à 625 nm (équivalente à 108 UFC/mL).
Ajuster l’inoculum en ajoutant l’eau physiologique pour le diluer ou des colonies pour le concentrer
l’ensemencement doit se faire en moins de 15 minute après la préparation de l’inoculum.
Annexe2
176
b. Préparation des disques
Les disques sont fabriqués à partir du papier Wattman №40, avec un diamètre de 6mm (0.28cm2
de surface) par l'emporte-pièce. Ensuite, ces disques sont mis dans un tube à essai, stérilisés à l'autoclave,
puis stockés à une température ambiante (le tube à essai est hermétiquement fermé).
c. Tests de l’activité antibactérienne
L'évaluation de l'activité antibactérienne de l’huile essentielle est réalisée d’abord par la méthode
de diffusion des disques, en raison de sa simplicité et son efficacité pour tester la sensibilité des bactéries.
La concentration minimale inhibitrice (CMI) est estimée par la méthode de dilution d’Agar.
d. Méthode de diffusion ou des aromatogrammes
La méthode des aromatogrammes est la technique choisie pour tester l’activité antibactérienne de
l’huile essentielle. Cette méthode repose sur le pouvoir migratoire des huiles sur un milieu solide à
l’intérieur d’une boîte de Pétri et permet ainsi la détermination de la résistance ou la sensibilité des
bactéries vis-à-vis de cette huile essentielle.
Ensemencement
Dans une boite de pétri contenant 20mL du milieu Muller Hinton solidifier, on étale en surface
100µL de la suspension bactérienne préparée comme indiqué ci-haut.
Dépôt des disques
Dans des conditions aseptiques et à l’aide d’une pince stérile, des disques de papier Wattman sont
déposés sur l'Agar, précédemment inoculés avec le microorganisme choisi, puis ils sont imbibés de 5µL
d'huile essentielle. Les boites sont maintenues à 4ºC pendant 1h pour que l’huile essentielle puisse
diffuser.
Incubation
Les boites ont été incubées à l’étuve selon la souche bactérienne à 37ºC pendant 18 à 24h.
Annexe2
177
Lecture des résultats
A la sortie de l’étuve, l’absence de la croissance microbienne se traduit par un halo translucide
autour du disque, identique à la gélose stérile, dont le diamètre est mesuré à l’aide d’un pied à coulisse
(y compris le diamètre de disque de 6mm).
D’après Ponce et al. (2003), la sensibilité à l’huile a été classée par le diamètre des halos d'inhibition :
non sensible (-) pour les diamètres moins de 8mm ; sensible (+) pour des diamètres de 8 à 14mm ; très
sensible (++) pour des diamètres de 15 à 19mm et extrêmement sensible (+++) pour les diamètres plus
de 20mm.
Les bactéries montrent une sensibilité à l’huile essentielle sont sélectionnées pour déterminer la
concentration minimale inhibitrice (CMI) (Derwich et al., 2010).
Annexe 3
178
Annexe 3 :
3.1. Préparation de la courbe d’étalonnage de glucose
Tableau A. Préparation de la courbe d’étalonnage de glucose
Numéro de fiole Témoin 1 2 3 4
Solution étalon de glucose (1g/L) 0 mL 10 mL 20 mL 30 mL 40 mL
Concentration en glucose (g/L) 0 0.1 0.2 0.3 0,4
Absorbance 0 0.93 1.8 2.721 3.472
La lecture de l’absorbance de la gamme préparée est illustrée dans la Figure D.
0.0 0.1 0.2 0.3 0.40.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
Ab
sorb
an
ce
Concentration (g/L)
Figure D. Courbe d’étalonnage de glucose
3.2.Préparation de la courbe d’étalonnage de la levure
Construction de la courbe d’étalonnage :
- Préparation une suspension de levure de boulanger (levure sèche) à 0,1 g/100 mL;
- Réalisation d’une série de dilutions de la suspension initiale (1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16);
- Détermination du nombre de cellules par unité de volume avec la cellule à Malasser;
Annexe 3
179
- Mesure de l’absorbance de chaque dilution, la courbe d’étalonnage est illustrée par la Figure E.
Figure E. Courbe d’étalonnage de la levure
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 1 2 3 4 5 6 7
Ab
sorb
an
ce
Nombre de cellules par µL x1000
Annexe 4
180
Annexe 4 :
4.1 Milieux des cultures
Bouillon Tryptone-Sel (TSE)
Composition pour la préparation d'un litre de milieu de culture :
Mettre en solution 9.5 g de milieu déshydraté (BK014) dans 1litre d’eau distillée ou
déminéralisée.
Agiter lentement jusqu’à dissolution complète.
Répartir en tubes ou en flacons.
Stériliser à l’autoclave à 121°C pendant 15 min.
Plate Count Agar(PCA)
Composition pour la préparation d'un litre de milieu :
Peptone de caséine ………..5.00
Extrait de levure……… 2.50
Glucose………………. 1.00
Agar………………….. 15.00
pH final à 25°C ……… 7.0 ±0,2
Autoclaver à 121°C pendant 15 minutes.
Milieu viande foie (FV)
Composition pour la préparation d'un litre de milieu.
Base viande foie………… 30.0 g
Glucose…………………...2.0 g
Agar………………………6.0 g
pH………………………... 7.4
Autoclaver à 121°C pendant 15min.
Annexe 4
181
Milieu lactosé bilié au cristal violet et au rouge neutre (VRBL)
Composition pour la préparation d'un litre de milieu :
Peptone………………… ……7 g
Extrait de levure………… 3 g
Lactose…………………. .10 g
Chlorure de sodium……... 5 g
Mélange sel biliaire……... 1.5 g
Cristal violet…………….. 0.002 g
Rouge neutre……………..0.03 g
Agar-agar………………..15 g
pH………………………..7.4
Autoclaver à 121°C pendant 15 min.
Gélose Baird Parker (BP)
Composition pour la préparation d'un litre de milieu en (g)
Peptone :................................................10.0
Extrait de viande de bœuf :..............4.0
Extrait de levure :.............................2.0
Pyruvate de sodium : ........................10.0
Glycocolle..........................................12.0
Chlorure de lithium :..........................5.0
Agar-agar :..........................................20.0
A ajouter en conditions stériles juste avant l'ensemencement (sinon détruit par l'autoclavage) :
Émulsion de jaune d'œuf (stérile) : ...............50.0 mL
Tellurite de potassium (stérile):......................0.1 g
pH…………………………………………………7,2
Annexe 4
182
Gélose Salmonella-Shigella (gélose SS)
Composition pour la préparation d'un litre de milieu
Extrait de viande de bœuf ……..5
Bio-polytone……………………5
Sels biliares……………………8.5g
Lactose………………………..10g
Citrate de sodium…………… 8.5g
Thiosulfate de sodium………..8.5g
Citrate ferrique……………….1g
Vert brillant…………………. 0,330 mg
Rouge neutre…………………0,025g
Agar………………………... .13.5g
pH…………………………….7.0
Autoclaver à 121°C pendant 15min.
Milieu Oxytetracycline-Glucose-Yeast Extract Agar (OGA)
Composition pour la préparation d'un litre de milieu :
Extrait autolytique de levure……….. 5.0g.
Glucose……………………………… 20.0g.
Oxytétracycline………………………0.1g.
Agar agar…………………………….15.0g .
pH …………………………………….6.6 ± 0,2 à 25°C
Autoclaver à 121°C pendant 15 min.
Milieu Potato dextrose agar (PDA)
Composition pour la préparation d'un litre de milieu :
Pomme de terre …………………………200 g
Dextrose ou de sucre blanc de cannes…...15 g
Agar-agar………………………………..20 g
Autoclaver à 121°C pendant 15 minutes.
Annexe 4
183
IV.2 Milieu d’isolement :
Gélose de Sabouraud
Composition pour la préparation d'un litre de milieu
Peptone....................10 g
Glucose massé........ 20 g
Agar-agar.................15 g
Vitamines et facteurs de croissance
pH = 6.0
Autoclaver à 121°C pendant 15 minutes.
Ajouter au milieu refroidi à 50°C une solution d’Oxytétracycline (terramycine). La concentration
en Oxytétracycline doit être de 0.10 mg/ml de milieu de culture. Incubation ; 20 à 25C° pendant
2 à 5 jours.