Introduction

1Depuis la première crise pétrolière des années 1970, la recherche d’une alternative au pétrole est devenue une priorité pour la majorité des pays dans le monde. La hausse du prix du pétrole, l’épuisement des réserves de pétrole et les problèmes environnementaux liés aux combustibles fossiles sont les principaux facteurs qui ont conduit à rechercher une source d’énergie alternative (Hasheminejad et al., 2011, Kesari et Rangan, 2011). Les biocarburants représentent l’une des alternatives les plus courantes pour la substitution à grande échelle des carburants conventionnels (Kaup et Selbmann, 2013), surtout quand les plantes ne sont pas comestibles. Ainsi, les graines oléagineuses non comestibles de Jatropha curcas, Calophyllum inophyllum, Ceiba pentandra, Millettia pinnata, etc., sont considérées comme des matières premières durables pour le biocarburant (Tabatabaei et al., 2015).

2La production mondiale de biocarburants a augmenté avec un taux de croissance annuel de 11,4 %, passant de 64 milliards de litres produits en 2007 à plus de 145 milliards de litres en 2017 (BP, 2018 In The University of British Columbia, 2019). Dans ce contexte, les huiles végétales et leurs dérivés pourraient être des solutions rentables et accessibles à tous les pays (Gopalkrishnan et Rao, 1996 ; Banwal et Sharma, 2004) afin d’anticiper l’épuisement des ressources pétrolières. Millettia pinnata (L.) Pierre (ou Karanja) produit des graines dont l’huile non comestible est utilisée pour fabriquer du biodiesel (Mukta et al., 2009). C’est donc un candidat potentiel pour la production d’énergies renouvelables (Scott et al., 2008). En effet, l’huile de Millettia pinnata est biodégradable et a été identifiée comme l’une des meilleures alternatives aux produits pétrochimiques (Naik et al., 2008). Millettia pinnata pousse en Inde, en Asie (Chine, Malaisie, Indonésie, Japon, Philippines), en Polynésie et dans les régions tropicales d’Australie (Queensland et le territoire du Nord) ; elle a été introduite en Nouvelle-Zélande et aux États-Unis (Scott et al., 2008). Cette plante se développe également sur la côte est de Madagascar et dans l’île Sainte-Marie. À Madagascar, il existe huit espèces de Millettia endémiques, dont Millettia capuronii Du Puy & Labat et M. taolanaroensis Du Puy & Labat. Toutefois, aucune étude n’a été jusqu’à présent réalisée sur la production d’huile végétale à partir de graines de ces espèces de Millettia. Ainsi, cette étude a eu pour objectif d’évaluer les qualités des huiles extraites de graines de Millettia pinnata, M. capuronii et M. taolanaroensis collectées à Madagascar pour un usage en biocarburant.

Matériels et méthodes

Matériels végétaux

3Millettia pinnata (Karanja) (MP) est un arbre originaire de diverses régions humides et subtropicales de l’Asie (Inde et tout le sud-est asiatique). Il est naturalisé sur les côtes est (Cap Est) de Madagascar et à l’île Sainte-Marie. C’est un arbre à croissance rapide qui a la capacité d’entrer en symbiose avec certains champignons du sol afin d’engendrer sa propre fertilisation. MP produit une huile non comestible, riche en acides gras C18:1 (acide oléique), aux propriétés utiles pour la fabrication de biodiesel.

4Millettia capuronii (Sikidihazo) (MC) est une espèce endémique de Madagascar. Son aire de répartition est située dans la région côtière à l’est, y compris Taolagnaro, Farafangana et Sambava. C’est un arbre à feuilles caduques et d’une hauteur de 4 à 8 m. Il fleurit à partir du mois d’avril et ses fruits sont mûrs au mois d’octobre ; son bois est utilisé pour la construction de maisons et de meubles.

5Millettia taolanaroensis (Mahavalia ou Anakaraka) (MT) est également endémique de Madagascar. Cette espèce est distribuée dans la partie sud-est de Madagascar, particulièrement à Petriky (Taolagnaro, dans les plaines côtières au nord et dans les pentes inférieures des montagnes à l’ouest, y compris Andohalela). C’est un arbuste à feuilles caduques ou un petit arbre de 4 à 6 m de hauteur. Il fleurit à partir du mois de janvier (fleurs de couleur mauve ou violette) et les fruits mûrissent à partir du mois d’août. Les feuilles sont utilisées comme poison pour les poissons.

Collecte des graines et extraction d’huile

6Les graines de MP de stade 2 (180 jours après la floraison selon Singha et al., 2019) ont été collectées à Ambodirafia (S 14°56’43,3’’ ; E 50°17’56,3’’, altitude de 1 m) dans la région Sava au nord-est de Madagascar, au mois de juin 2018. Les graines de MC ont été collectées à Sainte Luce (S 24°48’’08,6’’ ; E 47°09’48,0’’, altitude de 1 m) et celles de MT à Petriky (S 25°03’32’’, E 46°52’05’’, altitude de10 m) dans la région Anosy au sud-est de Madagascar en octobre 2018.

7Dans chaque site, la collecte a été effectuée sur 10 à 15 pieds à raison de 30 à 500 graines par pied. Le solvant n-hexane (trois répétitions par espèce) a été utilisé pour extraire l’huile des graines ; les masses de départ étaient de 50 g de poudre de graines broyées mécaniquement dans 300 ml de solvant. La teneur en huile a été déterminée en utilisant la formule suivante :

où R% est le rendement d’huile, M₂ la masse en g du ballon contenant l’huile, M₁ la masse en g du ballon vide et PE la masse en g de la prise d’essai.

Détermination des propriétés physicochimiques des huiles

8Les propriétés physiques des huiles considérées pour chaque espèce de Millettia sont la densité, l’indice de réfraction, l’indice de cétane et le pouvoir calorifique inférieur.

9La densité a été déterminée par la méthode normalisée NF-T 75-111 (Afnor, 1993), l’indice de réfraction selon la méthode normalisée NF-T 75-112 (Afnor, 1993), l’indice de cétane par la formule de Klopfenstein (Sankara et al., 1971) et le pouvoir calorifique inférieur par l’utilisation de l’équation empirique suivante :

PCI = 11 380 – Ii – 9,15 x Is

où Ii est l’indice d’iode et Is l’indice de saponification.

10Les propriétés chimiques des huiles considérées pour chaque espèce de Millettia évaluées sont l’indice d’acide, l’indice d’ester, l’indice de saponification et l’indice d’iode. L’indice d’acide a été déterminé selon la norme NF-T 75-103 (Afnor, 1993), l’indice d’ester par la méthode normalisée NF-T 75-104 (Afnor, 1993). L’indice de saponification a été calculé par la formule suivante :

11Indice de saponification = indice d’ester + indice d’acide

12L’indice d’iode a été calculé par la méthode de Hübl (1884) qui définit l’indice d’iode comme étant la masse en gramme d’iode fixé sur les doubles liaisons présentes dans 100 g de corps gras.

Analyse des données

13Des analyses de variance (Anova) avec des tests de Newman-Keuls (p = 0,05) ont permis de détecter les différences entre les valeurs de paramètres physiques et chimiques des huiles obtenues selon les espèces. Ainsi, les moyennes repérées par une même lettre représentent les groupes statistiquement homogènes (voir Résultats). Le logiciel XLSTAT-Pro 2018 a été utilisé.

Résultats

Teneur en huile des graines

14L’huile de MP est de couleur jaune poussin et a une odeur désagréable ; celle de MC est vert pâle et son odeur est proche de celle du fruit de la passion. L’huile MT est de couleur jaune orangé et son odeur est similaire à celle de MC.

15La teneur en huile des graines de chaque espèce de Millettia obtenue par extraction avec un solvant (n-hexane) est présentée dans la figure 1. Une différence significative est observée entre le rendement en huile des graines. Les graines de MC possèdent le rendement en huile le plus élevé (48,27 %), suivies des graines de MT (43,78 %) alors que celles de MP présentent le rendement en huile le plus faible (36,19 %).

Figure 1 – Rendement en huile des graines de chaque espèce de Millettia après séchage.

Propriétés physiques des huiles

16Une différence significative est observée entre la densité et l’indice de cétane d’huile selon l’espèce de Millettia. L’huile de MP est plus dense que celle de MC et de MT. Il en est de même pour l’indice de réfraction (tabl. 1). Ce tableau montre également que le pouvoir calorifique inférieur des huiles augmente avec l’indice de cétane. L’indice de cétane et le pouvoir calorifique inférieur de l’huile de MT sont plus élevés que ceux de l’huile de MC et de MP. Les valeurs sont respectivement de 66,36, 65,41 et 54,62 pour l’indice de cétane et 42,12 MJ/kg, 41,85 MJ/kg et 40,31 MJ/kg pour le pouvoir calorifique inférieur.

Propriétés chimiques des huiles

17L’indice d’acide de l’huile de MP est faible par rapport à ceux des huiles de MC et de MT (tabl. 2) ; les valeurs sont respectivement de 5,92 mg KOH/g d’huile, 7,3 mg KOH/g d’huile et 6,43 mg KOH/g d’huile. Ce tableau montre également que l’indice d’ester, l’indice de saponification et l’indice d’iode de l’huile de MP sont plus élevés que ceux de MC et de MT. Une différence significative est observée entre les propriétés des huiles selon l’espèce de Millettia étudiée.

Discussion

Rendement d’huile

18Le MP de Madagascar (36,19 %) a un rendement plus élevé que celui de MP de l’Inde (25 à 31 %) (Bobade et Khyade, 2012a ; Prakash et al., 2016). Par ailleurs, pour les espèces MC et MT endémiques malgaches, ces rendements sont supérieurs à ceux de MP obtenus par Nabi et al., (2009) et Murphy et al. (2012), qui varient de 38 à 40 %.

Densité

19Les densités d’huile de MP, MC et MT sont respectivement de 0,918 g/cm³, 0,874 g/cm³ et 0,864 g/cm³. Ces valeurs sont inférieures à celles de MP obtenues par Bobade et Khyade (2012a) (0,924 g/cm³) et par Prakash et al. en 2016 (0,92 g/cm³). Par ailleurs, l’huile de Millettia de Madagascar est moins dense que celle du Millettia indien.

20Pourtant, la densité de l’huile de MP à Madagascar est trop élevée pour une automobile à carburant diesel selon les exigences actuelles de l’American Society for Testing and Materials (ASTM International) et les spécifications européennes (EN 590 : 2013), ainsi que par rapport aux gammes acceptables de pétrodiesel (densité de 0,82 à 0,845 kg/l). En revanche, la densité de l’huile de MC endémique malgache s’en rapproche. Ainsi, l’huile des Millettia malgaches (MC) pourrait être utilisée comme carburant diesel.

Indice de réfraction

21Les indices de réfraction des huiles de MP, MC et MT sont respectivement de 1,475 ; 1,463 et 1,46. Ces valeurs sont faibles par rapport à celles trouvées par Vigya et al. en 2010 (1,478 à 28,6 °C) pour MP en Inde. Compte tenu de son indice de réfraction, l’huile de MP peut être classée parmi les huiles semi-siccatives, alors que les huiles de MC et de MT peuvent être classées parmi les huiles non-siccatives.

Indice de cétane

22La connaissance de l’indice de cétane (IC) conditionne l’utilisation de l’huile comme carburant. Les indices de cétane des huiles de MP, MC et MT de Madagascar sont respectivement de 55, 65 et 66. Ces valeurs sont plus élevées que celles obtenues en Inde par Bobade et Khyade (2012a) (IC de 42) et par Ashish et Balwinder (2018) (IC de 38). De ce fait, la combustion de l’huile des espèces de Millettia de Madagascar est plus facile que celle des Millettia indiens. En effet, selon Aliou (1996), plus l’indice de cétane est élevé, plus la combustion est facile. Les IC de l’huile des Millettia de Madagascar sont largement supérieurs aux gammes acceptables du pétrodiesel (IC ≥ 48) selon les exigences actuelles de l’ASTM et les spécifications européennes (prEN:590:2003) pour une automobile à carburant diesel. L’huile des trois espèces de Millettia étudiées est donc utilisable comme biocarburant.

Pouvoir calorifique inférieur

23Le pouvoir calorifique inférieur mesure l’énergie libérée lors de la combustion d’huile. Les pouvoirs calorifiques des huiles de chaque espèce (MP, MC et MT) sont respectivement de 40,31 MJ/kg, 41,85 MJ/kg et 42,12 MJ/kg. Ces valeurs sont faibles par rapport aux résultats de Vigya et al. en 2010 (44,34 MJ/kg) et élevées par rapport à celles obtenues par Bobade et Khyade (2012b) (36,54 MJ/kg). L’huile des espèces de Millettia, endémiques de Madagascar (MC et MT), libère plus d’énergie lors de la combustion que celle de l’espèce introduite MP.

Indice d’acide

24Les indices d’acide des huiles de MP, MC et MT sont respectivement de 5,92 mg KOH/g, 7,3 mg KOH/g et 6,43 mg KOH/g. Ces valeurs sont supérieures à celles obtenues pour MP en Inde par Bobade et Khyade (2012a et b) (5,4 mg KOH/g) et largement inférieures à celles de Prakash et al. en 2016 (38,2 mg KOH/g). De ce fait, les huiles des espèces malgaches renferment beaucoup d’acides gras libres par rapport à l’huile de MP indien et en contiennent peu par rapport à l’huile de M. pinnata curcus (une variété selon Prakash et al., 2016).

Indice de saponification

25Les indices de saponification des huiles de MP, MC et MT de Madagascar sont respectivement de 180, 140 et 132. Ces valeurs sont faibles par rapport à celles de MP en Inde trouvées par Bobade et Khyade (2012a et b) (184) et par Prakash et al. en 2016 (195). Ainsi, l’huile des espèces de Millettia de Madagascar est moins saponifiable que celle de MP indien. Cependant l’huile de l’espèce de Millettia introduite (MP) est plus saponifiable que l’huile des espèces autochtones de Madagascar (MC et MT).

Indice d’ester

26L’indice d’ester de l’huile de MP est de 173,23 et ceux de MC et MT sont respectivement de 132,7 et 125,25. Ces valeurs sont faibles par rapport à celles d’autres huiles végétales, en l’occurrence l’huile de baobab (224,8) selon Alioune et al. (2018). De plus, l’huile des espèces endémiques de Madagascar (MC et MT) est moins estérifiable par rapport à celle de MP, espèce introduite.

Indice d’iode

27Les indices d’iode des huiles de MP, MC, MT de Madagascar sont respectivement de 98,39, 88,35 et 94,1. Ces valeurs sont supérieures à celles trouvées pour MP en Inde par Bobade et Khyade (2012a) (87) et par Pavithra et al., 2012 (87,69). Ainsi, l’huile des espèces malgaches contient beaucoup plus d’acides gras insaturés par rapport à l’huile de MP de l’Inde. L’huile des espèces endémiques de Madagascar (MC et MT) renferment peu d’acides gras libres par rapport à celle de MP, espèce introduite. Ces différences peuvent être dues aux conditions écologiques (facteur édaphique et environnemental local) différentes et aux semences qui proviennent de différents génotypes (Vigya et al., 2010).

Potentialité des Millettia à Madagascar

28Les espèces de Millettia ont de multiples usages : sources de biocarburant, phyto-remédiation, médicaments, etc. Kesari et al. (2010) ont montré que l’huile de MP présente également une activité antifongique et antibactérienne à différentes concentrations. Par exemple, à une concentration de 90 %, l’huile de MP est efficace contre Listeria monocytogens et Salmonella paratyphi. Les racines de MP contiennent des produits anti-inflammatoires, en l’occurrence des flavonoïdes (Wen et al., 2018). Les tourteaux de graines de MP (avec une proportion adéquate) sont également de bons produits pour l’alimentation animale (Jathanna et al., 2020).

29La dépollution des sols contaminés du site minier de QMM à Taolanaro (zone d’étude) après l’extraction d’ilménite et de zircon, par la plantation de Millettia, en particulier MP, est envisageable. Selon Yu et al. (2019), MP, utilisé en phyto-remédiation, est capable de dépolluer un site de magnétite de vanadium-titane. Deux années après la plantation de MP, ces mêmes auteurs ont rapporté que la santé des sols a été considérablement améliorée grâce à l’augmentation des teneurs en N (de 75,43 %) et P disponibles (de 38,97 %), et que les activités enzymatiques des micro-organismes du sol ont été réactivées.

Conclusion

30Pour conclure, les caractéristiques physicochimiques de l’huile de Millettia de Madagascar diffèrent selon les espèces étudiées. Millettia pinnata, plante introduite à Madagascar, fournit une huile caractérisée par un indice d’acide, un indice de cétane et un pouvoir calorifique inférieur faibles. En revanche, Millettia capuronii et Millettia taolanaroensis, espèces endémiques de Madagascar, fournissent une huile caractérisée par une faible densité, un indice de cétane élevé et un pouvoir calorifique inférieur élevé. L’huile fournie par MC et MT est donc un biocarburant de bonne qualité, comparée à l’huile extraite de MP, espèce introduite à Madagascar. En outre, faciles à cultiver, ces espèces de Millettia ont des vertus écologiques, médicinales et industrielles et méritent d’être exploitées.