1. Introduction

Le but de ce TP est de réaliser la distillation fractionnée de deux vins : l’un frelaté, l’autre pas.
L’intérêt de réaliser ces deux distillations est de pouvoir comparer les courbes obtenues dans les deux cas, étant donné que l’exploitation d’une seule courbe n’est pas très aisée.
Par comparaison, les élèves pourront découvrir si leur vin est frelaté ou non.

Il est possible de séparer le groupe de TP en deux sous-groupes, chaque sous-groupe réalisant une des deux distillations ; s’ensuit une confrontation et une discussion des résultats entre les deux sous-groupes.

En se basant sur les programmes cette activité peut être proposée pour plusieurs niveaux :

2^nde : option MPS- science et aliments ou science et investigations policières

1^ère S : Réaliser une distillation fractionnée.

1^ère STL (SPCL) : Réaliser une distillation simple, une distillation fractionnée, une recristallisation, une filtration sous vide, une chromatographie

1^ère ES : Mettre en oeuvre un protocole pour séparer les constituants d’un mélange de deux liquides par distillation fractionnée.

2. Matériel utilisé

1 montage de distillation fractionnée
1 thermomètre
1 chauffe-ballon
2 élévateurs à croisillon
2 éprouvettes graduées 100 mL
2 béchers 100 mL
Graisse à rodage
1 chronomètre

3. Situation déclenchante

De tous temps, certains négociants en vins ou spiritueux peu scrupuleux ont cherché à commercialiser leurs produits à meilleur coût en les frelatant de différentes façons : addition de sucres, de colorants, d’engrais ou de méthanol… avec des effets plus ou moins néfastes sur les consommateurs…
La distribution de boissons frelatées au méthanol a provoqué divers scandales :

Au Kenya en 2005 : « 94,72% » de méthanol retrouvé dans le breuvage qui les a tués
« Cinquante villageois kenyans ont trouvé la mort après avoir ingéré de l’alcool fortement frelaté avec du méthanol, composant chimique notamment utilisé dans l’industrie. Le Président Mwai Kibaki a déclaré la guerre aux producteurs et vendeurs de ces boissons dangereuses et illégales. Plusieurs personnes ont d’ailleurs été arrêtées dans le cadre de l’empoisonnement des villageois. […]»

En Italie en 1986 :
« Dès l'annonce de l'existence de cas d'empoisonnement en Italie par absorption de vin frelaté au méthanol, les services de la direction générale de la concurrence, de la consommation et de la répression des fraudes et de la direction générale des douanes et des droits indirects ont procédé au blocage, ainsi qu'à un échantillonnage, à des fins analytiques, des différents types de vins italiens détenus aussi bien par les importateurs français (notamment à Sète et à Marseille) qu'à tous les stades de la commercialisation. Du 26 mars au 11 mai 1986, 2 944 prélèvements ont été ainsi réalisés portant sur un volume de 422 000 hectolitres. Trente-six analyses seulement se sont révélées non conformes pour un volume de 28 000 hectolitres. Cette présence de méthanol à des doses anormales a été mise en évidence essentiellement sur des vins détenus en vrac au stade de l'importation. La rapidité et la multiplication des prélèvements d'une part, le blocage des vins suspects d'autre part, ont permis d'éviter la livraison de vins italiens au méthanol aux consommateurs français.[…] »

4. Principe de la distillation simple et de la distillation fractionnée

La distillation est une technique qui permet de séparer les constituants d’un mélange liquide. Lorsqu’on chauffe le mélange, la vapeur qui se condense en premier contient le constituant dont le point d’ébullition est le plus bas, le séparant ainsi du reste du mélange. Cependant, quelle que soit la technique, la séparation n’est jamais complète.
Lors d’une distillation simple, la différence entre les points d’ébullition des différents constituants doit être d’environ 25°C.
La distillation fractionnée possède un pouvoir de séparation supérieur. Elle consiste à intercaler entre le ballon et le réfrigérant une colonne de fractionnement (type colonne de Vigreux par exemple).

Figure 1 : Montage de distillation simple	Figure 2 : Montage de distillation fractionnée

http://www.ac-reims.fr/datice/sc_physiques/docs/divers/Handbook/Image422.gif

5. Distillation fractionnée du vin supposé frelaté

Expérience :
Le vin utilisé lors de cette manipulation est un vin de Bordeaux rouge à 13°.
En première approximation, on peut considérer que c’est un mélange d’eau et d’éthanol.
Le vin frelaté contient 20 % en volume de méthanol.
Les deux distillations ont été réalisées avec 100 mL de vin (frelaté ou pas).
Le montage utilisé est celui de la figure 2 précédente.

Remarque : Tant que l’ébullition n’est pas atteinte, on peut régler le chauffage au maximum, mais il est important de le baisser ensuite (environ de moitié) de façon à ne pas chauffer trop vite pour une meilleure séparation des constituants.

Mesures :
Dans ce qui suit, on a déclenché le chronomètre à l’instant t = 0, correspondant au début du chauffage. On a relevé au cours du temps la température T atteinte en tête de colonne (température des vapeurs condensées) ainsi que le volume V de distillat recueilli dans l’éprouvette.
Les résultats obtenus sont les suivants :

Vin non frelaté :

t (min)	0	8	9	10	10,5	11	11,5	12	12,5	13	13,5	14	14,5
T (°C)	22	22	23	78	80	84	87	87	88	88	89	89	90
V (mL)	0	0	0	1ères gouttes	2	3	4	6	7	8	9	10	10

t (min)	15	15,5	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27
T (°C)	90	91	91	91	92	93	93	94	95	95	95	96	96	97
V (mL)	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24

t (min)	28	29	30	31	32	33	34
T (°C)	97	97	97	97	98	98	98
V (mL)	24	25	26	27	27	28	29

Vin frelaté :

t (min)	0	7	7,5	8	8,5	9	9,5	10	10,5	11	11,5	12	12,5
T (°C)	22	22	69	73	75	77	78	79	79	79	79	80	80
V (mL)	0	0	1ères gouttes	2	3	5	6	7	8	9	10	11	12

t (min)	13	13,5	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
T (°C)	81	81	81	81	82	83	84	85	85	86	86	87	87	88
V (mL)	13	14	15	16	18	19	21	22	24	25	26	28	29	30

t (min)	26	27	28	29	30	31	32	33	34	35
T (°C)	89	89	89	90	90	90	91	92	93	94
V (mL)	31	33	34	35	36	37	38	40	42	44

Exploitation :
Données :

Nom	méthanol	éthanol	eau
Formule chimique	CH3OH	CH3CH2OH	H2O
Température de fusion	-98°C	-117°C	0°C
Température d'ébullition	65°C	78°C	100°C
Densité à 20°C	0,79	0,80	1,00

Graphe 1 : Température de passage des vapeurs en fonction du temps
T₁ correspond à la température de passage des vapeurs de vin non frelaté
T₂ correspond à la température de passage des vapeurs de vin frelaté




Graphe 2 : Volume de distillat recueilli en fonction de la température de passage des vapeurs
V₁ correspond au volume de distillat de vin non frelaté
V₂ correspond au volume de distillat de vin frelaté




A partir des résultats précédents, voici les remarques que l’on peut faire.

• Pour le vin non frelaté, les 1^ères gouttes de distillat sont obtenues à environ 78°C, ce qui correspond à peu près à la température d’ébullition de l’éthanol ; pour le vin frelaté, les 1^ères gouttes aux alentours de 69°C indiquent la présence de méthanol.

Sur le graphe 1 :


• On constate qu’à temps égal, la température de passage des vapeurs du vin frelaté est inférieure à celle du vin non frelaté du fait de la présence non négligeable de méthanol à éliminer avant de distiller le vin proprement dit.
• Les courbes se rejoignent vers la fin de la distillation, lorsque les mélanges ne contiennent plus que de l’eau et une faible proportion d’éthanol.

Sur le graphe 2 :


• Pour le vin non frelaté, on devine un « palier » (rupture de pente) autour de 13 mL (T₁ = 91°C), ce qui correspond approximativement au degré d’éthanol du vin ;
  Pour le vin frelaté, on devine un « palier » vers 20 mL (T₂ = 83°C), ce qui correspond au degré de méthanol, et vers 35 mL (T₂ = 90°C), ce qui donne le degré d’éthanol.
• On voit aussi qu’à température égale, le volume de distillat recueilli est plus grand avec le vin frelaté du fait de la quantité significative de méthanol, constituant le plus volatil.

Conclusion :
Même si les constituants des 2 types de vin ne peuvent être parfaitement séparés par ce type de distillation, il est possible de les différencier et d’envisager un début d’approche quantitative : détermination des températures d’ébullition du méthanol et de l’éthanol, composition approximative des 2 mélanges.