Filtre à Cartouches : Filtration Fine et Stérilisation

Filtre à cartouches

La filtration à cartouches est un procédé de stabilisation microbienne qui prend place juste avant l'embouteillage.

Eléments principaux

Les cartouches

Leur hauteur est souvent donnée en pouces (10 pouces = 254 mm).
Elles sont proposées en 10, 20, 30 ou 40 pouces.
Les cartouches sont caractérisées par leur seuil de rétention, donné en µm.

Le choix des cartouches est fonction de l'application.

A titre indicatif :
Diamètre des pores > 1 µm : filtration clarifiante
Diamètre des pores <1 µm : filtration stérilisante

Filtre à cartouches

Cartouches

Le tableau ci-dessous indique les seuils de filtration nécessaires à la rétention des levures et des bactéries.

Ø de pores	Résultat
> 1 µm	Elimination de particules Abaissement du taux de germes
1 µm	Elimination d'une grande partie des levures, pas des bactéries
0,65 µm	Elimination totale des levures et d'une partie des bactéries
0,45 µm	Elimination totale des levures et des bactéries.

Le carter

Il est adapté à la hauteur et au nombre des cartouches.
Plusieurs carters peuvent être montés en série, constituant une palette de filtration.
Une palette regroupe généralement les éléments suivants (figure 1) :

un ou plusieurs carters vin (en général deux), le premier, muni d'une cartouche de préfiltration, servant de protection à une membrane de stérilisation placée dans le deuxième
un carter de filtration d'eau pour le rinçage, la stérilisation et la régénération des cartouches
un circuit de by-pass avec clapet de décharge et clapet anti-retour pour éviter une surpression au niveau des cartouches et permettre l'arrêt de l'embouteilleuse sans dommages

Schéma de principe d'une palette de filtration

F : Filtre à eau	Th : Thermomètre
PF : Préfiltre	Car : Clapet anti retour du by-pass
FF : Filtre final	Cd : Clapet de décharge du by-pass

Désormais certains constructeurs proposent des palettes automatisées au niveau du nettoyage et du test d'intégrité.

La pompe

Elle doit être à débit variable, ne pas donner d'à-coups, ne pas émulsionner le vin, être équipée d'une soupape de sécurité pour ne pas dépasser la pression maximale autorisée (type pompe volumétrique, appelée queue de cochon ou pompe à rotor hélicoïdal).

Etapes de filtration

Préparation des vins à la filtration

Pour éviter un colmatage rapide, il est indispensable de préfiltrer le vin avec soin.
Pour contrôler l'efficacité de la préfiltration, trois mesures sont possibles : l'indice de colmatage (IC), l'indice de colmatage modifié (ICM) et la filtrabilité (Vmax).

Matériel nécessaire :
- une membrane de 0,65 µm et de 25 mm de diamètre
- une éprouvette de 500 ml
- un chronomètre
- un manomètre

Test de l'indice de colmatage (I.C.)

Faire passer le vin à contrôler sur la membrane sous une pression de 2 bars C.
Mesurer les temps de passage (en 100Ième de minutes) des 200 premiers ml de vin et de 400 ml.

I.C. = T400 - 2T200
La filtration sur membrane pourra se dérouler dans de bonnes conditions si le vin a un I.C.≤20.

Test de l'indice de colmatage modifié (I.C.M.)

Comme précédemment, mesurer les temps de passage de 200, 300 et 400 ml.

I.C.M. = ((T400-T300) - (T300-T200)) * 2
La filtration sur membrane pourra se dérouler dans de bonnes conditions si le vin a un I.C.M.≤10.

Test de filtrabilité Vmax (estimation du volume maximum au colmatage)

Cette mesure est plus longue mais les résultats sont plus fiables.

Relever les volumes filtrés à 2 minutes et à 5 minutes à une pression constante de 1 bar.

Calcul du volume théorique de la cartouche à utiliser

Si Vmax ≤ 4000 : le volume filtré sera inférieur au volume théorique (colmatage rapide).
Si Vmax ≥ 5000 : le volume filtré sera supérieur au volume théorique (colmatage lent).

Détermination du nombre de cartouches à utiliser

Le nombre nécessaire de cartouches est déterminé par le débit constant de la tireuse.
La valeur moyenne du débit d'une cartouche est de 3 à 5 hl/h par longueur de 10 pouces.

Exemple (sur une journée de 8 à 10 h) :
Soient un filtre équipé de cartouches de 30 pouces et une embouteilleuse travaillant à la cadence de 10000 bouteilles / heure.
Le débit de l'embouteilleuse est de 10000 x 0.75 /100 = 75 hlL/ h
Le nombre minimum de cartouches à installer est de 75 / (5 x 3) = 5

Mise en place du système

Insérer verticalement les cartouches sur la plaque support du carter
L'étanchéité est assurée, le plus classiquement par 2 joints toriques et 2 baïonnettes

Remettre la cloche
Relier le filtre à la pompe
Ouvrir les robinets de purge

Rinçage et stérilisation

Rincer les cartouches à l'eau filtrée durant le temps préconisé par le fabricant.
Dans le cas d'une filtration sans germes, stériliser les cartouches avec de l'eau filtrée sur un média de 1 mm, dans le sens de la filtration, à basse pression, à la vapeur ou à l'eau chaude (environ 90°C).

Remarque : Il est impératif de garantir une bonne stérilisation de la chaîne d'embouteillage, de veiller au rinçage correct des bouteilles, à l'utilisation de bouchons adéquats, etc...
Il est conseillé, si possible, de stériliser en ligne, du filtre jusqu'à la tireuse (y compris les circuits de by-pass).
La mesure des 90°C doit être réalisée aux becs des tireuses.

Test d'intégrité ou maintien de la pression

Certaines cartouches permettent la vérification de leur bonne qualité par le test d'intégrité, qui nous renseigne sur la bonne régularité du diamètre des pores, mais aussi sur le bon état des joints d'étanchéité.

Mode opératoire : (consulter les notices constructeurs)

Remplir le carter d'eau froide
Ouvrir les vannes de vidange jusqu'à élimination complète de l'eau
Fermer le robinet d'entrée et laisser le robinet de sortie ouvert
Mettre le carter sous la pression préconisée à l'aide d'air ou d'azote

La pression doit se maintenir constante de 5 à 10 minutes.

Remarques : La vérification de la qualité du filtre, en état de fonctionnement, est une caractéristique très appréciable des filtres à cartouches.
Le test d'intégrité peut maintenant être automatisé sur les nouvelles palettes de filtration.

Suivre l'évolution de la pression sur le manomètre. Il est recommandé de travailler à des pressions différentielles les plus basses possibles et de régénérer les cartouches avant d'atteindre 3 bars de pression différentielle pour avoir une meilleure durée de vie.

Suivi de la filtration

Figure 2 : Evolution de la Dp pour les cartouches de 30 pouces

Exploiter la lecture des manomètres dans une palette de filtration

Colmatage au niveau du préfiltre
P1 - P2 ≥ 3 bars
Colmatage au niveau du filtre final
P2 ≥ 3 bars

Exemples :
P1 = 6 bars et P2 = 3 bars
Préfiltre : P1 - P2 = 3 bars
Filtre final : P2 = 3 bars
Les 2 étages sont colmatés.

P1 = 3 bars et P2 = 3 bars
Préfiltre : P1 - P2 = 0 bar
Filtre final : P2 = 3 bars
Seul le filtre final est colmaté

P1 = 4 bars et P2 = 1 bar
Préfiltre : P1 - P2 = 3 bars
Filtre final : P2 = 1 bar
Seul le préfiltre est colmaté

Schéma de lecture des manomètres dans une palette de filtration

Régénération

A effectuer tous les soirs après la vidange du vin ou quand la montée en pression indique un début de colmatage, suivant les procédés conseillés par le fabricant :

Régénération à l'eau froide puis régénération à l'eau chaude 50°C, dans le sens de la filtration (co-courant) ou à contre courant (dans ce cas, respecter la pression inverse préconisée). Préfiltre : co-courant ou contre-courant.Filtre final : co-courant.

Débits de régénération préconisés (nécessaires et suffisants) :

à co-courant : 5 hl/h pendant 20 minutes pour une cartouche de 30 pouces
à contre-courant : débits indiqués par les fabricants en fonction du type de membrane

Remarque : Il est impératif de nettoyer chaque carter individuellement.

Conservation du matériel et des cartouches

Arrêt de moins de 72 heures
Le filtre doit être stérilisé et l'eau éliminée par poussée d'air ou d'azote.

Arrêt de plus de 72 heures
Le filtre peut être soit conservé dans une solution préconisée par le fournisseur, soit stérilisé, purgé, démonté, séché et rangé dans un endroit propre et sec (attention, le séchage n'est pas autorisé pour toutes les membranes car il peut entraîner une perte de leur intégrité).

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