Filtre tangentiel
Les filtres tangentiels sont utilisés principalement pour préparer les vins avant le conditionnement, offrant une alternative à la pasteurisation en garantissant la qualité et réduisant les déchets. Ce procédé implique la circulation parallèle du liquide à travers une membrane poreuse, limitant ainsi le colmatage. Différentes configurations de fonctionnement (batch, batch alimenté, en ligne) permettent de gérer efficacement le flux et la concentration du vin filtré. Les membranes peuvent être organiques ou en acier inoxydable, adaptées à divers types de vin et impuretés. La filtration tangentielle assure une clarification efficace et une stabilisation microbiologique des vins.
Filtre tangentiel
Les filtres tangentiels sont majoritairement utilisés lors de la préparation des vins au conditionnement. Par rapport à la filtration par alluvionnage, la microfiltration tangentielle permet en effet une simplification de la chaîne de traitement, en garantissant le respect de la qualité, tout en limitant la production de déchets. Elle est également utilisée en filtration précoce des vins et comme procédé de stabilisation microbiologique, constituant dans ce cas une alternative à la flash-pasteurisation. De nouvelles configurations permettent la clarification de produits « chargés » en particules en suspension, comme les moûts, les bourbes et les fonds de cuve.
Principes comparés de la filtration frontale et de la filtration tangentielle
Le principe consiste à faire circuler le liquide à filtrer parallèlement à une membrane poreuse. Sous l'action de la pression, le liquide passe au travers de la membrane et se clarifie. Le flux tangentiel crée des turbulences qui limitent l'accumulation de particules à la surface de la membrane et retardent ainsi son colmatage.
Eléments principaux
Eléments filtrants
Ce sont des membranes intégrées dans des modules. La surface de chaque module et le nombre de modules déterminent la surface filtrante du filtre.On utilise des membranes organiques ou minérales.
Pompe d'alimentation
Centrifuge ou volumétrique à débit variable, elle assure l'alimentation et la mise en pression du fluide.Pompe de circulation
Elle crée le flux à la surface de la membrane. Une partie du rétentât est renvoyée dans la cuve d'alimentation. Une vanne peut permettre de réguler la pression transmembranaire.Cuve d'alimentation
Elle est intégrée ou non à l'unité de filtration (cuvon).
Description technique du filtre tangentiel
Boucle et canalisations
Tuyauterie en acier inoxydable, avec vannes et instruments de contrôle et de régulation (capteurs de pression, de débit, de température, de turbidité...).Dispositif de décolmatage
A l'exception des modules spiralés, les installations sont généralement équipées d'un système de décolmatage de la membrane en cours de filtration, le plus développé étant l'inversion périodique du flux, appelé également rétro-filtration, rétro-lavage ou back-wash. Différentes configurations sont proposées (systèmes pneumatiques, systèmes hydrauliques, rétrolavage par la pompe du filtrat).Fonctionnement du filtre tangentiel
Différentes configurations sont proposées. Ces différences sont liées essentiellement à la gestion du taux de concentration, aux besoins en terme d'automatisation et de débits d'installation.Fonctionnement en batch
Dans cette configuration, la plus simple et la moins onéreuse, le rétentat est recyclé dans la cuve d'alimentation.
Ce dispositif permet de filtrer à faible taux de concentration (FCV) sur la majorité du cycle, pour limiter le colmatage de la membrane.
Ce dispositif permet de filtrer à faible taux de concentration (FCV) sur la majorité du cycle, pour limiter le colmatage de la membrane.
Fonctionnement en batch
Fonctionnement en batch alimenté
Le rétentat est recyclé dans un cuvon intégré à l'unité de filtration. Dans cette configuration, le FCV augmente plus vite que précédemment, mais permet d'automatiser l'ensemble du fonctionnement.
Selon les dispositifs, le rétentat peut être concentré en cours de filtration ou uniquement en fin de filtration.
Selon les dispositifs, le rétentat peut être concentré en cours de filtration ou uniquement en fin de filtration.
Fonctionnement en batch alimenté
Fonctionnement en ligne
Une fraction du rétentat est extraite en permanence, ce qui permet de filtrer à faible taux de concentration.
Le rétentat est filtré en fin de cycle de filtration (système mono-étage) ou par un second filtre (système bi-étages).
Le rétentat est filtré en fin de cycle de filtration (système mono-étage) ou par un second filtre (système bi-étages).
Système bi étages - Fonctionnement en ligne
Configurations spéciales
Procédé « Tangential Integrated System »
Avec ce procédé chaque carter contenant un module est équipé de sa propre pompe de circulation. Il n'y a donc plus de boucle de circulation externe.
Système TIS - Siva Tami
Filtre monocarter en céramique
Filtre monocarter en céramique - Della Toffola
Membranes organiques pour la clarification des bourbes
Le filtre est équipé de membranes en fibres creuses. La particularité réside dans le diamètre des capillaires de 3 mm au lieu de 1.5 mm. Le filtre est également équipé de racleurs internes ( tubing supérieur ) , qui maintiennent fluide la circulation du liquide. En amont, un pré-filtre à tambour rotatif élimine les plus grosses impuretés.
Filtre mode bourbes - Bucher Vaslin
Membranes organiques pour la clarification des lies
Le filtre est équipé de membranes en polyfluorure de vinylidène, avec des fibres creuses à large diamètre interne.Membranes en acier inoxydable pour la clarification des lies
Le filtre est équipé de membranes tubulaires de large diamètre, composées d'un support en acier inox fritté et d'une couche en oxyde de titane.
Membrane support en acier inoxydable pour la filtration des lies - Bucher Vaslin
Filtre à disques rotatifs et membranes en céramique
Ce filtre, d'une conception très originale, est constitué de membranes disques en céramiques. La rotation des disques, en créant des turbulences, permet de limiter le colmatage des membranes.
Filtre à disques rotatif - Liatech Padovan
Conduite de la filtration tangentielle
Les conditions de mise en oeuvre de la filtration ont une incidence très importante sur le colmatage et donc sur les performances des filtres, que ce soit d'un point de vue quantitatif (productivité), que qualitatif (rétentions en colloïdes et macromolécules). Le fonctionnement des filtres est généralement géré par l'automatisme.Pression transmembranaire
La pression transmembranaire doit être maintenue faible, en particulier au démarrage de la filtration. Une augmentation trop rapide de la pression se traduira en effet par un colmatage rapide et en profondeur de la membrane.Les pressions transmembranaires préconisées, variables selon les conceptions, sont généralement proches de 1 bar (0.5 à 1.5 bars) et il est conseillé de ne pas dépasser 2 bars en fin de filtration.
Taux de concentration ou facteur de concentration volumique (FCV)
En microfiltration tangentielle, les débits sont d'autant plus faibles que la concentration en extrait sec du produit est élevée.Température des produits à filtrer
La filtrabilité augmente avec la température. Toutes choses égales par ailleurs, les débits de filtration sont plus élevés à chaud qu'à froid.En cour de filtration, une augmentation anormale de la température dans la boucle de circulation (de plus de 4 à 5°C) traduit un colmatage important des membranes. Il est alors conseillé d'arrêter la filtration et de réaliser un rinçage ou nettoyage chimique.
Durée du cycle de filtration et fréquence des nettoyages
Des cycles de filtration courts (de quelques heures) permettent d'obtenir des débits de filtration élevés. Ces cycles courts ont également l'avantage de limiter les phénomènes de colmatage irréversibles, mais augmentent fortement les consommations en eau et produits de nettoyage.A l'inverse, l'augmentation des durées de filtration (24 heures ou plus), apporte une réponse aux assez faibles débits par unité de surface des filtres tangentiels. La notion de temps disponible pour la filtration est alors plus importante que celle de débits instantanés, le filtre fonctionnement en automatique, y compris de nuit.
L'augmentation de la fréquence des nettoyages chimiques peut permettre également d'augmenter les débits d'une installation de filtration. Cette solution est cependant à déconseiller, car elle peut, selon les configurations, diminuer la durée de vie des membranes et augmenter les volumes et le caractère polluant des effluents.
Opérations de rinçage et de nettoyage
L'eau utilisée pour les rinçages et le nettoyage ne doit pas contenir de substances susceptibles de colmater les membranes, ni de réagir avec les produits de nettoyage. Elle doit être en général par sécurité pré-filtrée sur membrane de 1µm. Un adoucisseur peut être nécessaire.La régénération des membranes est favorisée par l'action de la température, d'où un besoin en eau chaude. Pour les membranes organiques, les températures maximales d'utilisation sont fonction de leur composition. Les membranes en céramique sont sensibles aux chocs thermiques.
La fréquence des nettoyages chimiques doit être optimisée, car cette opération est longue ( 2 à 4 heures), et génère des consommations importantes d'eau et de produits de chimiques. La durée de vie des membranes dépend également du nombre de nettoyage chimique réalisé.
Conditions particulières d'utilisation
Produits de collage et intrants
Certains produits utilisés pour le collage ou traitement des vins peuvent avoir un effet colmatant important. Une attention particulière doit être apportée en cas de traitement à la bentonite et d'utilisation de charbon. Les risques de détériorations étant fonction des caractéristiques des produits oenologiques utilisés, ainsi que de la conception des membranes, il est obligatoire de respecter les recommandations des fabricants de filtres.Couplage centrifugation et microfiltration tangentielle
La centrifugation préalable des produits avant filtration peut permettre d'augmenter les débits de filtration et de protéger les membranes.Couplage microfiltration et stabilisation tartrique
L'association microfiltration tangentielle à un traitement d'électrodialyse permet d'obtenir la limpidité, la stabilité microbiologique et tartrique en une seule opération. La microfiltration tangentielle peut être également positionnée en amont ou en aval d'un traitement de stabilisation tartrique par le froid. Dans ce dernier cas, la séparation des cristaux de tartre doit être réalisée en amont des filtres (hydrocyclones ou autres techniques).Filtration de produits « chargés » en particules en suspension (bourbes, fonds de cuve, retentâts)
La filtration de produits contenants d'importantes quantités de particules en suspension, comme les moûts issus d'un thermotraitement, les bourbes, les lies, boues de centrifugation, retentâts nécessitent des équipements spécifiques.Performances, moyennes
Productivité
Les débits , exprimée en L.h-1.m-2, mentionnés dans le tableau ci-dessous, peuvent être très variables selon les produits à filtrer, les conditions d'utilisation et les matériels.La filtrabilité des vins blancs et rosés est généralement supérieure à celle des vins rouges, certainement en raison de leur plus faible teneur en polyphénols.
Les vins rouges issus de chaînes de chauffage de la vendange sont généralement plus difficiles à filtrer.
| Type de produits | Densitées de flux moyennes (en L/h.m²) |
|---|---|
| Moûts, bourbes, lies | 20 - 40 |
| Vins rouges | 30 - 60 |
| Vines blancs et rosés | 40 - 80 |
Grâce à l'automatisation, il est possible de faire fonctionner les filtres sans surveillance, de manière autonome, sur de longues durées.
Niveaux de clarification
Après filtration tangentielle, la turbidité des vins est en général inférieure à 1 NTU, ce qui correspond à des vins brillants.Pour les moûts, bourbes et lies, les turbidités sont généralement comprises entre 0.5 et 5 NTU.
Stabilisation microbiologique
L'utilisation de filtres tangentiels peut permettre d'obtenir des vins pauvres en germes, et ce quels que soient les niveaux de populations initiales des micro-organismes.La rétention en levures (et notamment brettanomyces) est «totale». En fonction de la conception des matériels (diamètres moyen de pores, configuration hydrauliques), il peut rester ou non quelques bactéries en sortie de filtre.
