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10 Microfiltration tangentielle Une installation de microfiltration tangentielle compte un certain nombre d’éléments. Hormis les installations de laboratoire ou certains pilotes, toutes sont équipées d’un circuit de re-circulation (figure 9). 2. Principe général des installations Une installation comprend au minimum : une cuve d’alimentation, intégrée ou non à l’unité de filtration (cuvons), une pompe d’alimentation, centrifuge ou volumétrique à débit variable. Elle assure l’alimentation et la mise en pression du fluide, une pompe de circulation (ou re-circulation). Elle assure la vitesse de circulation tangentielle. Une partie du rétentat est renvoyée dans la cuve d’alimentation. Une vanne peut permettre de réguler la pression trans-membranaire, un module de microfiltration. Lorsqu’une installation comporte plusieurs modules, ceux-ci sont généralement montés en parallèle, une tuyauterie en acier inoxydable, avec vannes et instruments de contrôle et de régulation (capteurs de pression, de débit, de température, de turbidité…). A l’exception des modules spiralés, les installations sont généralement équipées d’un système de décolmatage mécanique par inversion de flux (rétrofiltration). Figure 9 Schéma d’une installation de microfiltration tangentielle A-M. Denizot, IFV pompe d'alimentation vanne mise en pression perméat (vin clarifié) pompe de circulation P sortie P entrée PTM = Pe + Ps - P filtrat 2 cuvon d'alimentation module P filtrat Différents profils de membranes minérales P. Larignon, IFV ; Siva-Tami Module fibres creuses minérales (céramiques) Della Toffola

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Microfiltration tangentielle

Une installation de microfiltration tangentiellecompte un certain nombre d’éléments. Hormis lesinstallations de laboratoire ou certains pilotes,

toutes sont équipées d’un circuit de re-circulation(figure 9).

2. Principe général des installations

Une installation comprend au minimum :� une cuve d’alimentation, intégrée ou non àl’unité de filtration (cuvons),� une pompe d’alimentation, centrifuge ouvolumétrique à débit variable. Elle assurel’alimentation et la mise en pression du fluide,� une pompe de circulation (ou re-circulation).Elle assure la vitesse de circulation tangentielle.Une partie du rétentat est renvoyée dans la cuved’alimentation. Une vanne peut permettre deréguler la pression trans-membranaire,

� un module de microfiltration. Lorsqu’uneinstallation comporte plusieurs modules, ceux-cisont généralement montés en parallèle,� une tuyauterie en acier inoxydable, avec vanneset instruments de contrôle et de régulation(capteurs de pression, de débit, de température,de turbidité…).A l’exception des modules spiralés, les installationssont généralement équipées d’un système dedécolmatage mécanique par inversion de flux(rétrofiltration).

Figure 9 Schéma d’une installation de microfiltration tangentielle

A-M

. Den

izot

, IFV

pompe d'alimentation

vanne mise en pression

perméat(vin clarifié)

pompe de circulation

P sortie

P entrée

PTM = Pe + Ps - P filtrat 2

cuvond'alimentation

moduleP filtrat

Différents profils de membranes minérales

P. L

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IFV

; Siv

a-Ta

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Module fibres creuses minérales (céramiques)

Del

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la

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A partir de ce principe général, différentes configurations sont proposées. Ces différences sont liées essentiellement à lagestion du taux de concentration, aux besoins en termes d’automatisation et de débits d’installation.

3. Installations pratiques : les différents dispositifs

Fonctionnement discontinuen batchDans cette configuration, la plussimple et la moins onéreuse, lerétentat est recyclé dans la cuved’alimentation. Ce dispositifpermet de filtrer à faible taux deconcentration (FCV) sur lamajorité du cycle, pour limiter lecolmatage des membranes. Lecircuit de retour du rétentat dansla cuve doit être bien étudié, afinde limiter les risques d’aération.

perméatcuve module

pompe d'alimentation

module filtrat

pompe de circulation

cuved'alimentation

pompe de transfert

rétentat

module

cuved'alimentation

Fonctionnement en batch alimentéLe rétentat est recyclé dans uncuvon intégré à l’unité de filtration.Parallèlement, ce dernier estalimenté en vin brut, l’ensembleétant commandé par des capteursde niveau. Dans cetteconfiguration, le FCV augmenteplus vite que précédemment,mais permet d’automatiserl’ensemble du fonctionnement.Selon les configurations, lerétentat peut être concentré encours de filtration et évacué à la lie(concentration intermédiaire), ouuniquement en fin de filtrationpour limiter les pertes de produits.

Fonctionnement continu mono-étageUne fraction du rétentat estextraite en permanence, le débitd’alimentation étant modulé enfonction du taux de concentrationou du débit du perméat.L’évacuation du rétentat peut êtrepilotée en fonction du taux deconcentration final désiré ougérée entièrement par l’auto-matisme. Le rétentat est filtré enfin de cycle de filtration. Ce modede fonctionnement permet defiltrer à faible taux deconcentration, en limitant donc lecolmatage, avec les avantagesd’un fonctionnement continu.

Figure 10 Fonctionnement discontinu en batch

Figure 11 Fonctionnement en batch alimenté

Figure 12 Fonctionnement continu mono-étage

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. Den

izot

, IFV

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izot

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Microfiltration tangentielle

rétentat final

cuved'alimentation

perméat

Module2

Module1

pompe d'alimentation

vin brut

bac de travailet de

nettoyage

moduleTIScéramique

Fonctionnement continu bi-étagesLe principe est de coupler deux filtres surune même unité de filtration, chaque filtreétant équipé de membranes spécifiques.Le premier filtre le vin brut et évacue sonrétentat dans un cuvon attenant. Lesecond filtre le rétentat du premier.

Cette configuration permet de filtrersimultanément le vin et le rétentat et dediminuer les pertes en vin.Des installations continues à plus de deuxétages sont possibles mais n’ontactuellement pas d’applications indus-trielles dans le secteur vinicole.

Configuration spéciale Avec le procédé « TangentialIntegrated System », la boucle decirculation est intégrée àl’intérieur du carter. Chaquecarter contenant un module estéquipé de sa propre pompe decirculation. Ce procédé, coupléavec des membranes encéramiques, permet de réduireles dépenses énergétiques liéesà l’utilisation de membranesminérales et de réduirefortement les volumes morts,donc le volume final de rétentatet les consommations en eau.

Figure 13 Fonctionnementcontinu bi-étage

Figure 14 Configuration spéciale, Tangential Integrated System

A-M

. Den

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, IFV

J-M

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A-M

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Les filtres tangentiels font l’objet d’évolutions trèssignificatives. Si les premiers filtres proposés dansles années 1980 avaient une incidence forte surles composés et la qualité des vins, il estdésormais reconnu, a minima, que leséquipements actuels n’appauvrissent pas plus levin qu’un autre procédé de filtration pour autantqu’ils soient utilisés selon les règles de l’art.Historiquement, les progrès ont concerné enpremier lieu les membranes, avec la mise au pointde médias spécifiques au vin, limitant lesphénomènes d’adsorption et de rétention. Lesmembranes font encore l’objet d’évolutionssignificatives, mais les avancées les plus récentesconcernent surtout la maîtrise du procédé aveccomme objectifs, outre la recherche permanentede la qualité :- d’augmenter la productivité- de faciliter la mise en œuvre de la filtration(simplicité et automatisation)- de limiter les impacts environnementaux- d’optimiser les coûts de production et les retourssur investissement.

Evolutions qualitativesL’objectif est de limiter les impacts qualitatifs sur lemoût ou le vin filtré. Ceux-ci sont liés auxphénomènes de rétention et de brassage.

� Réduction des rétentionsLes rétentions de composés tels quepolysaccharides ou polyphénols sont liées auxphénomènes d’adsorption de couche depolarisation et de colmatage des membranes. Lesmembranes utilisées sont désormais adaptées auvin. Les phénomènes de colmatage sont limitéspar la mise en place de systèmes de rétrofiltrationet une gestion optimisée des paramètres de

fonctionnement comme la pression trans-membranaire, les débits de perméation et les tauxde concentration.

� Réduction du brassage des vinsL’utilisation des premiers filtres tangentiels dans lesannées 1980 provoquait une augmentationimportante de la température du produit filtré, enraison des puissances énergétiques mises enœuvre et de la recirculation du produit dans laboucle de circulation. Cette augmentation detempérature traduisait un brassage important etnécessitait la mise en place d’un échangeur dechaleur pour maîtriser cet échauffement.L’augmentation de température liée à la filtrationest actuellement généralement inférieure à 2 à3°C, ce qui traduit bien une réduction importantedes phénomènes de brassage. Ces résultats sontobtenus notamment par :- une meilleure maîtrise du colmatage et desparamètres de fonctionnement comme la pressiontrans-membranaire et la vitesse de circulationtangentielle- des améliorations de conception, notamment laréduction des volumes morts (réduction destemps de séjour), la réduction des pertes decharges, l’optimisation énergétique…

� Protection des vins vis-à-vis de l’oxydationLes essais réalisés ces dernières années ont misen évidence que la dissolution d’oxygène estdésormais négligeable en cours de filtration. Lesopérations de remplissage et de vidage des filtrespeuvent être réalisées sous gaz inerte.

Améliorations de la productivitéLa productivité exprimée en l/h.m2 reste le facteurlimitant en filtration tangentielle. Elle a cependantété fortement améliorée par la mise en place des

4. Matériels : évolutions et perspectives

Filtre à l’échelle pilote

B-to

-B D

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E. V

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u, IF

V

Filtre quatre modules, avec manchon de rétrofiltration, système hydraulique

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Microfiltration tangentielle

systèmes de rétrofiltration et une gestionoptimisée des paramètres de fonctionnement. Laréduction des volumes morts, l’augmentation de lasurface filtrante par module permet, àencombrement égal, d’augmenter la productivitédes filtres, exprimée en hl/h.

Améliorations de la « praticité »Un des avantages de la filtration tangentielle estqu’elle peut être entièrement automatisée. Latendance actuelle est de réaliser des installationsmodulaires, permettant par exemple d’intervenirsur un module sans arrêter la production del’ensemble du filtre.

Limitations des impacts environnementauxLes consommations d’eau des anciens filtrestangentiels pouvaient être très élevées, jusqu’à 15à 20 l/hl de vin filtré, avec une incidence directesur le dimensionnement des unités de traitementdes effluents. Grâce aux améliorations techniquesapportées sur la conception (réduction desvolumes morts, réduction du volume desrétentats) et de maîtrise du procédé (optimisationdu nombre de rinçages intermédiaires, denettoyages chimiques), les consommations eneau peuvent être comparables à celles de

l’utilisation de filtres à alluvionnage à débâtissage àsec (filtres dits écologiques) : de 2 à 5 litres d’eaupar hectolitre filtré.

Optimisations économiquesActuellement, on recherche à améliorer le retoursur investissement par la réduction :- des coûts de fonctionnement : de main d’œuvregrâce à l’automatisation, des consommationsénergétiques, de la consommation en eau et deproduits de nettoyage- des pertes en vin : réduction des volumes morts(donc du volume du rétentat final) et filtration desrétentats.

La possibilité d’automatiser les opérations defiltration constitue un des atouts de la filtrationtangentielle. Le niveau d’automatisation a uneincidence prépondérante sur les prix desinstallations et doit donc être raisonné en fonctiondes besoins. Plusieurs niveaux d’automatisation sedistinguent :

� Fonctionnement semi-automatique : L’auto-matisme ne gère que les opérations séquentielles,comme les rétrofiltrations et les sécurités(fonctionnement à sec des pompes, surpressions…).Les fonctions de régulation des débits, des pressions,

les opérations de nettoyage sont réaliséesmanuellement par le filtreur, comme sur un filtre àalluvionnage.

� Fonctionnement automatique de niveau 1 :Le cycle de filtration se déroule en automatique,jusqu’à épuisement de la cuve, mais les phases dedémarrage et de nettoyage nécessitent laprésence d’un opérateur.

� Fonctionnement automatique de niveau 2 :L’ensemble des opérations de filtration et denettoyage se déroule en automatique. Les filtressont équipés de compteurs volume, de débitmètreset de turbidimètres. L’automate permet unetraçabilité des opérations. Seuls, le changement decuve et la préparation des solutions de nettoyagenécessitent la présence d’un opérateur.

� Fonctionnement automatique de niveau 3 -supervision : L’automatisme met en œuvre unplanning de production : succession de cycles defiltration et de lavage, avec la possibilité deprogrammer la filtration de plusieurs cuves, avecune traçabilité complète. Le filtre peut être contrôléà distance et assurer un travail 24 heures sur 24,sans la présence d’un opérateur.

5. Automatisation et contrôle

Exemple d’automate

J-M

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seig

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FV

Filtre douze modules, avec procédé derétrofiltration

Pall

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Temps en minutes

Den

sité

s de

flux

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m2

0 20 60 80 100 120 140400

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Graphique 1 Evolution des densités de flux lors de la filtration de cinq vins rouges différents sur un même filtretangentiel

Bonnes pratiques d’utilisation

Le comportement des moûts et des vins enmicrofiltration tangentielle, leur filtrabilité,demeurent difficile à prévoir sur la base desconnaissances actuelles.Pour un filtre donné, les performances dedébits peuvent varier très fortement selon lesproduits filtrés (graphique 1). Cette variabilités’explique par un colmatage plus ou moins

rapide de la membrane, qui se traduit par unechute des valeurs de débits, observable dès ledébut du cycle de filtration. Il n’y a pas derelations simples entre les caractéristiques desvins (comme la turbidité, les indices defiltrabilité, la teneur en polyphénols ou enpolysaccharides) et leurs comportements encours de filtration.

Pour un vin donné, dans les mêmes conditionsexpérimentales, les performances de débitspeuvent être également très différentes selon lesmatériels utilisés. Le même vin peut être alorsconsidéré comme « facile » à filtrer pour un filtreet « difficile » à filtrer pour un autre, sans qu’il soitpossible de généraliser la différence deperformances entre les matériels. Ceci expliquepourquoi les essais comparatifs de filtres

tangentiels se traduisent par des résultatssouvent très variables, parfois mêmecontradictoires.

Les productivités moyennes, issues d’obser-vations de terrain, sont mentionnées dans letableau 4. La filtrabilité des vins blancs et rosésest généralement supérieure à celle des vinsrouges, certainement en raison de leur plusfaible teneur en polyphénols. Les vins rougesissus de chaînes de chauffage de la vendangesont généralement plus difficiles à filtrer. Entermes de prétraitement, les opérations decollage, d’enzymage, de pré-clarification parfiltration sur terre ou centrifugation, permettentgénéralement d’augmenter significativement lesperformances des filtres tangentiels.

1. Filtrabilité des moûts et des vins

Moyenne de densité de flux en l/h.m2

Moûts 20-40Vins rouges 30-60Vins blancs et rosés 40-80

Tableau 4 Productivité moyenne des filtres

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Les conditions de mise en œuvre de la filtrationont une incidence très importante sur le colmatageet donc sur les performances des filtres, que cesoit d’un point de vue quantitatif (perméabilité,productivité) que qualitatif (rétentions en colloïdeset macromolécules). Le fonctionnement des filtresest généralement géré par l’automatisme, maisnous rappelons ci-dessous quelques règlesgénérales.

Flux de perméation (débits instantanés)Des flux de perméation très élevés, notamment endébut de cycle de filtration, peuvent provoquer descolmatages très rapides. Un compromis est donc àrechercher entre des flux instantanés faibles,limitant la vitesse de colmatage, mais au détrimentde la productivité globale du filtre, et des fluxinstantanés élevés, entraînant un colmatagerapide. Ces flux de perméation peuvent être régléspar le débit d’alimentation et/ou la pression trans-membranaire.

Pression trans-membranaireLa pression trans-membranaire doit êtremaintenue faible, notamment au démarrage de lafiltration. Une augmentation trop rapide de lapression se traduira en effet par des flux deperméation élevés en début de filtration,conduisant à un colmatage rapide et enprofondeur de la membrane. Une pression élevéepeut également provoquer un compactage dudépôt à la surface de la membrane. Les pressionstrans-membranaires utilisées, variables selon lesconceptions, sont généralement proches de 1 bar(0,5 à 1,5 bars) et il est conseillé de ne pasdépasser 2 bars en fin de cycle.

Vitesse de circulation tangentielleDe par le principe de la filtration tangentielle, lavitesse de circulation doit être élevée pourfavoriser les turbulences et limiter les phénomènesde polarisation. L’augmentation de la vitesse setraduisant également par une augmentation despertes de charges, un compromis est donc àrechercher entre vitesse de circulation et pressiontrans-membranaire. Des vitesses proches de2 m/s sont fréquemment rencontrées.

Taux de concentration ou facteur deconcentration volumique (FCV)En microfiltration tangentielle, les débits sontd’autant plus faibles que la concentration en extraitsec du produit filtré est élevée, en raison notammentde l’augmentation de la viscosité du produit.Lorsqu’on travaille en discontinu, la concentration durétentat augmente progressivement, ce qui se traduitpar une diminution des débits. En fonction de laconcentration initiale du vin à filtrer, une fraction durétentat peut être évacuée en cours de filtration pourconserver des flux élevés et limiter les colmatages.

Température des produits à filtrerLa filtrabilité augmente avec la température,l’augmentation de température se traduisantnotamment par une baisse de la viscosité. Touteschoses égales par ailleurs, les débits de filtrationsont plus importants à chaud qu’à froid. En cour de filtration, une augmentation anormalede la température dans la boucle de circulation(de plus de 4 à 5°C) traduit un colmatageimportant des membranes. Ce colmatage ayantune incidence sur les rétentions, il est alorsconseillé d’arrêter le cycle de filtration et de réaliserun rinçage ou un nettoyage chimique.

Durée du cycle de filtration et fréquence desnettoyagesEn raison du colmatage progressif des membranes,des cycles de filtration courts (de quelquesheures), associés à un surdimensionnement dessurfaces installées, permettent d’obtenir des débitsde filtration élevés, souvent nécessaires dans desinstallations de type négoce. Ces cycles courts ontégalement l’avantage de limiter les phénomènesde colmatage irréversibles, mais augmentent lesconsommations en eau.A l’inverse, l’augmentation des durées de filtration(24 heures ou plus), peut apporter une réponseaux faibles débits par unité de surface des filtrestangentiels. La notion de temps disponible pour lafiltration est alors plus importante que celle dedébits instantanés.L’augmentation de la fréquence des nettoyageschimiques peut permettre également d’augmenterles débits d’une installation de filtration. Cetteaugmentation de la fréquence des régénérationsest cependant déconseillée car elle peut, selon lesconfigurations, diminuer la durée de vie de lamembrane et augmenter le volume et le caractèrepolluant des effluents.

2. Conduite de la filtration

Unité mobile de filtration tangentielle J-M

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ne, I

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En filtration tangentielle, les opérations de rinçageet de nettoyage ont pour rôle d’assurer à la foisdes conditions d’hygiène suffisantes et de rétablirles performances initiales des membranes entermes de perméabilité.

Caractéristiques des eaux utiliséesL’eau utilisée pour les rinçages et le nettoyage nedoit pas contenir de substances susceptibles decolmater les membranes et de réagir avec lesproduits de nettoyage (sels de calcium, sels demagnésium, fer…). Elle est généralement parsécurité pré-filtrée sur membrane de 1 µm. Lesindices de dureté requis sont variables selon lesmatériaux membranaires utilisés. Un adoucisseurd’eau peut être nécessaire. La régénération desmembranes est favorisée par l’action de latempérature, d’où un besoin en eau chaude. Lestempératures d’utilisation sont fonction de larésistance thermique des matériaux membranaires,de 40 à plus de 100°C. Les membranes minéralessont plus performantes sur ce point. Pour limiter lespertes de temps lors des opérations deremplissage du filtre, les débits en eau froide et eneau chaude doivent être importants.

Cycles de nettoyageLes opérations de rinçage et de nettoyage sontréalisées par circulation d’eau et comportent desphases successives : remplissage en eau du filtrepuis circulation en boucle à co- ou contre-courantpendant une certaine durée et enfin vidange. Enfonction de l’utilisation ou non de détergentschimiques, on distingue :

� Des rinçages à l’eauCeux-ci sont réalisés généralement à l’eau chaudepour une meilleure efficacité. Pour éviter les chocs

thermiques pouvant endommager les membranes,ils sont précédés d’un rinçage à l’eau froide outiède. Les opérations de rinçage, qui comprennentplusieurs étapes successives, peuvent demanderplus d’une heure. Elles permettent de rétablir unebonne perméabilité que si les membranes sontfaiblement encrassées. Leur efficacité doit êtrecontrôlée par un test de débit à l’eau.

� Des nettoyages chimiques, avec utilisation deproduits détergentsUne séquence de nettoyage chimique est longue(2 heures ou plus), car elle comprend denombreuses phases : pré-rinçage à l’eau froide -rinçage à l’eau chaude - une ou plusieurs phasesde nettoyage chimique - deux ou trois rinçages àl’eau jusqu’à neutralité. Ces nettoyages chimiquessont obligatoires lorsque l’on filtre du vin blancaprès du vin rouge (ou rosé) et lorsque lesmembranes sont fortement colmatées. Lesproduits utilisables dépendent du matériaumembranaire. La fréquence des nettoyageschimiques doit être optimisée car cette opérationest longue, nécessite une forte consommationd’eau et génère des effluents contenant desproduits chimiques. La durée de vie desmembranes dépend également du nombre denettoyages chimiques réalisés.

Consommations en eauGrâce aux améliorations techniques apportées auxmatériels, les consommations en eau ont étéfortement réduites. Ces dernières peuvent êtredésormais, avec de bonnes conditions d’utilisation,comparables à celles liées à l’utilisation de filtres àalluvionnage à débâtissage à sec et inférieures àcelles liées à l’utilisation de filtres à débâtissagehydraulique (graphique 2).

3. Opérations de rinçage et de nettoyage

Filtre tangentiel n°1 Filtre tangentiel n°2 Filtres à plateaux0

2

4

6

10

14

Con

som

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vin

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é

8

12

Graphique 2 Consommations d’eau comparées entre filtres tangentiels et filtres à alluvionnage

Chaque histogramme correspond à un essai différent.

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Microfiltration tangentielle

Les volumes d’eau consommés dépendent de laconception des matériels (volume de la boucle decirculation, volume mort, dispositif de vidangeutilisé…), et surtout des conditions d’utilisation.

Charge polluante des effluentsLa charge polluante des effluents issus des filtrestangentiels est très différente de ceux générés parles filtres à plateaux horizontaux, à débâtissage à

sec (tableau 5). Les effluents de lavage des filtresà plateaux sont caractérisés par des teneursélevées en matières en suspension (MES). Lesteneurs en DCO et DBO5 sont faibles. La chargepolluante est concentrée dans les terres, quiconstituent des déchets pollués à traiter. Leseffluents de lavage des filtres tangentielscontiennent peu de MES, mais en moyennebeaucoup de DCO et DBO5.

Comme pour les consommations d’eau, la chargepolluante générée par les filtres tangentiels peutêtre très variable selon les matériels (volumes

morts et récupération des rétentats) et lesconditions d’utilisation (graphique 3).

Enfin, les analyses réalisées sur chaque fractiond’eau au cours des nettoyages mettent enévidence des caractéristiques de pollution trèsdifférentes (tableau 6). Les dernières eaux derinçage ne peuvent être envoyées aux eaux

pluviales, mais, dans un souci d’optimisation,pourraient être réutilisées : lavage des sols,prélavage des équipements, éventuellementpremiers rinçages de filtres tangentiels.

Filtre tangentiel n°1 Filtre tangentiel n°2 Filtres à plateaux0

10

20

30

50

70

DC

O e

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amm

es p

ar h

l de

vin

filtr

é

40

60

Graphique 3 Flux de DCO par hectolitre de vin filtré

Caractéristiques Filtre tangentiel de 120 m2 Filtre à plateaux 10 m2,deux filtrations (terre blanche et rose)

MES en g/hl de vin filtré 0,1 5,2DCO en g/hl de vin filtré 206 23

Tableau 5 Exemple de comparaison de la charge polluante des effluents d’un filtre tangentiel et d’un filtre à plateaux

Cycle de nettoyage chimique - Filtre de 96 m2

Echantillons Nettoyage Nettoyage Nettoyage Nettoyage Nettoyage Rinçage Rinçageeau 1 eau 2 eau 3 chimique 1 chimique 2 eau 1 eau 2

volume d’eau (litres) 180 600 600 600 360 600 600pH 3,66 5,49 6,61 12,89 12,15 9,54 9,03MES (mg/l) 1 895 139 0 0 0 0 0DCO (mg/l) 63 200 7 440 630 3 420 0 0 0DBO5 (mg/l) 20 000 800 70 40 < 30 < 30 < 30

Tableau 6 Caractéristiques des eaux de nettoyage d’un filtre tangentiel

Chaque histogramme correspond à un essai différent.

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Efficacité de la clarification� TurbiditéLa mesure de la turbidité est le moyen le plus simplepour contrôler l’efficacité de la filtration. En raison desfaibles niveaux de turbidité obtenus (1 à 2 NTU), lesexigences en termes de performances et de précisiondes néphélomètres sont néanmoins élevées.Le contrôle peut être réalisé par des turbidimètresde laboratoire. Il est cependant préférable deréaliser des mesures en continu, permettant :- de contrôler en permanence l’efficacité de lafiltration, en autorisant une traçabilité del’opération,- de détecter des dysfonctionnements, notammentles pertes d’intégrité du filtre (rupture decapillaires, fuites…), avec arrêt automatique de lafiltration.Les mesures en continu sont réalisées soit enligne, soit sur une conduite de dérivation. Une desdifficultés est la sensibilité de la mesure à laprésence de bulles de gaz, pouvant provoquer desarrêts intempestifs de la filtration. Différentsdispositifs permettent de s’affranchir de cettedifficulté.� Indice de colmatage et VmaxL’indice de colmatage (IC), l’indice de colmatagemodifié (ICM) et le Vmax permettent dedéterminer le caractère colmatant des vins avantpassage sur membrane de filtration finale. Les vinsaprès filtration tangentielle ont dans la majorité descas une excellente filtrabilité.

Contrôles microbiologiquesLa technique classique et éprouvée de contrôlemicrobiologique est le dénombrement sur boîtesde Pétri. Elle nécessite cependant une incubationde plusieurs jours. La cytométrie de flux a étérécemment développée pour le dénombrement

rapide des Brettanomyces en 15 minutes. Ellepeut être utilisée pour décider d’une opération destabilisation microbiologique par filtrationtangentielle, mais, en raison du seuil de détectionencore assez élevé (10 cellules/ml), elle n’atoujours pas d’applications en contrôle de filtration.

Tests d’intégrité des membranes ou tests de fuiteL’intégrité des systèmes membranaires(membranes, modules, joints) doit être vérifiéerégulièrement pour éviter notamment le passagede micro-organismes. Cette vérification peut êtreréalisée :- par la mesure en continu de la turbidité. De petitsdéfauts d’intégrité ne sont cependant pas toujoursdétectables par une variation de turbidité,- par des tests de maintien en pression (testsd’intégrité ou tests de fuite), sur des modules àfibres creuses. Le filtre ayant été rincé et vidangé,une pression d’air est appliquée. Dans un moduleintègre, la pression d’air baisse uniquement àcause de la diffusion de l’air au travers des poresde la membrane, remplis d’eau. En cas de défaut,la baisse de pression est très rapide. Ces testsd’intégrité doivent être réalisés avant ou aprèschaque cycle de filtration.

Tests de débit à l’eauLe test de débit à l’eau permet d’apprécier laperméabilité de la membrane et donc de contrôlerl’efficacité d’un rinçage à l’eau ou d’unerégénération chimique. Il peut être utiliséégalement pour décider d’une opération denettoyage. Il consiste en une mesure des débitssur de l’eau, sous certaines conditions de pressionet de température.

Contrôle des résidus chimiques après nettoyage chimiqueComme pour tout équipement, il ne doit passubsister de résidus chimiques provenant deproduits d’entretien (détergents et désinfectants)sur les surfaces en contact avec les denréesalimentaires. Ce contrôle est réalisé sur lesdernières eaux de rinçage, généralement par lamesure de pH et par l’utilisation de bandelettesréactives. L’efficacité des rinçages peut dépendredes caractéristiques des eaux utilisées (indice dedureté).

4. Contrôles de la filtration

Débitmètre installé sur une unité de filtrationJ-M

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seig

ne, I

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Microfiltration tangentielle

La durée de vie des membranes a évidemmentune incidence directe sur les coûts d’uneinstallation de microfiltration tangentielle. Cettedurée de vie est cependant difficile à établir, carelle est très variable en fonction du matériaumembranaire utilisé et des conditions d’utilisation.Dans tous les secteurs industriels utilisant lamicrofiltration tangentielle, il est considéré que lesmembranes minérales ont des durées de viesupérieures aux membranes organiques. Desdurées de vie moyennes de 5 à 10 ans pour lesmembranes organiques et de 10 à 15 ans pour lesmembranes minérales sont fréquemment citées

par les constructeurs. Il est cependant préférabled’exprimer cette durée de vie en nombre d’heuresd’utilisation. Les garanties des constructeurspeuvent varier de 5 000 heures à plus de 30 000heures.Dans la pratique, cette durée de vie est fortementliée à l’utilisation qui est faite des membranes. Descolmatages importants (colles, bentonite…), lafiltration de produits contenant des élémentsabrasifs (cristaux de tartre) et le nombre denettoyages chimiques ont des incidences directessur la dérive dans le temps des performanceset/ou sur la fragilité des membranes.

5. Durée de vie des membranes

Produits de collage et intrantsCertains produits utilisés pour le collage des vinspeuvent avoir un effet colmatant important. Il estdonc souvent recommandé avant filtration delaisser les vins 2 à 3 jours en stabulation aprèscollage.Une attention particulière doit être apportée en casde traitement à la bentonite. La bentonite a eneffet un très fort pouvoir colmatant, avecégalement un risque d’obstruction des canaux desfibres creuses. La durée de vie des membranessera alors fortement affectée. Certainesmembranes, de par leur composition ou leurconception, supportent mieux les opérations derégénération spécifiques à mettre en œuvre lorsd’un colmatage lié à la présence de traces debentonite.

La filtration de produits contenant du charbon actifest fortement déconseillée. L’ajout d’acide méta-tartrique diminue les débits de filtration. L’ajout degomme arabique ne doit évidemment être réaliséqu’après filtration.

Filtration résiduelle des rétentats et filtrationdes liesLa filtration tangentielle génère des rétentats,généralement évacués avec les lies. Ces pertessont variables selon les conceptions (volumesmorts, dispositifs de vidange…) et les conditionsd’utilisation. Elles sont d’autant plus importantesque le nombre de lots de vin filtré est grand. Cespertes représentent en général de 0,5 à 2 % desvolumes.Pour limiter ces pertes et donc autoriser un retoursur investissement plus rapide, la tendanceactuelle est de refiltrer ces rétentats. Cette filtrationsecondaire est réalisée selon différents dispositifs :- utilisation de membranes fibres creuses outubulaires spéciales, avec des capillaires ou tubesde diamètres plus élevés,- utilisation de membranes identiques à cellesutilisées pour la première filtration,- dispositifs continus à deux étages, le premierétant destiné à la filtration du vin brut, le second àla filtration des rétentats.Grâce à cette filtration secondaire des rétentats, lespertes de vin liées à la filtration sont négligeables :moins de 0,1 % des volumes à filtrer.

6. Conditions particulières d’utilisation

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Pompe de circulation d’un filtre tangentiel

Page 12: 2. Principe général des installations · filtration constitue un des atouts de la filtration tangentielle. Le niveau d’automatisation a une incidence prépondérante sur les prix

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Institut Français de la Vigne et du Vin

Couplage microfiltration tangentielle etstabilisation tartriqueLa microfiltration tangentielle peut être positionnéeen amont ou en aval des traitements destabilisation tartrique des vins.

En amontLes traitements de stabilisation tartrique par lefroid, par stabulation ou en continu, sont favoriséspar une clarification préalable des vins, limitantl’effet des colloïdes protecteurs inhibiteurs de lacristallisation. La nécessité de séparer les cristauxformés constitue cependant le point faible de ceschéma de production.L’association de la microfiltration tangentielle à untraitement d’électrodialyse est fréquemmentréalisée. Ce couplage permet d’améliorer les débitsde traitement par électrodialyse. Le couplagepermet d’obtenir la limpidité, la stabilitémicrobiologique et tartrique en une seule opération.

En avalLa microfiltration tangentielle peut être positionnéeen aval de traitements de stabilisation tartrique parstabulation au froid. Les cristaux de tarte ont uncaractère très abrasif et peuvent endommager lacouche filtrante. Leur séparation doit être réaliséeen amont des filtres (hydrocyclones ou autrestechniques).

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