Matériel de maitrise des températures de vinification

Matériel de maitrise des températures

Depuis plusieurs années, le souci permanent d'améliorer la qualité des vins a conduit les exploitations viticoles à s'équiper d'outils de contrôle et de maîtrise des températures.
La maîtrise des températures ne crée pas de nouvelles conditions de vinification ou d'élevage des vins : elle se contente d'en reproduire les meilleurs aspects.
Du raisin au verre, à chaque période de sa vie, chaque vin doit être préparé, vinifié, stabilisé, consommé à une température optimale avec des écarts acceptables relativement faibles. A chaque stade de l'itinéraire technique, cette température idéale contribue à améliorer les différents aspects de la qualité du vin .

Développement des arômes du raisin et de fermentation.
Clarification des moûts et vins.
Développement optimal puis inhibition des levures et bactéries.
Extraction des composés pelliculaires : tanins, anthocyanes, arômes.
Optimisation des phénomènes d'oxydoréduction et d'estérification.
Epanouissement des caractères olfactifs et gustatifs

Cuverie exterieure

Dans la plupart des cas, une bonne maîtrise des températures permet aussi d'optimiser l'emploi des cuves de vinification ainsi que celui des locaux d'élevage des vins ou de stockage des bouteilles.

Présentation technique

Chaque opération oenologique doit être menée à une température précise dans des conditions climatiques ou pratiques (locaux) très variables.

Stratégie de choix de matériel

Définir l'installation de maîtrise des températures la mieux adaptée à une unité de production donnée impose d'intégrer toute une série de paramètres techniques, économiques et pratiques. Pour ce faire, une étude au cas par cas doit être envisagée avec un professionnel en intégrant les éléments suivants :

Bilan thermique global de l'exploitation (Puissances thermiques et surfaces d'échangeurs)
Choix de l'énergie (Electricité, gaz, fuel)
Choix du fluide caloporteur (Eau, eau glycolée)
Niveau de régulation souhaité (Manuel, semi-automatique, automatique)
Choix des composants en fonction de leur fiabilité
Qualité du service après vente
Coût de l'installation, coûts de fonctionnement

Différents types de matériels de maitrise des températures

le refroidisseur - réchauffeur vinicole
la cuve de traitement thermique
l'échangeur externe
les échangeurs « internes » et « ceinture »
la tour de refroidissement
le réchauffeur à gaz
le thermoplongeur
le CO2 sous forme de glace ou de neige
le tube Vortex
les générateurs d'air froid ou d'air chaud
les autres systèmes de traitement thermique

Quel système choisir ? Réalisation d'un bilan thermique

Avant de choisir un système de traitement thermique, il convient d'évaluer précisément les besoins de l'exploitation en matière de puissances frigorifique et calorifique.

Le bilan thermique du chai est l'évaluation des puissances en chaud et en froid, cuve par cuve, jour par jour, nécessaires pour respecter les meilleures conditions thermiques choisies par le vinificateur pour chaque opération oenologique.

Ces puissances à installer peuvent être très variables d'un chai à un autre et dépendent de très nombreux facteurs :

Type de raisin : blanc, rouge ou les deux
Opérations oenologiques à effectuer
Rythme d'apport journalier
Matériaux et volumes des cuves
Volume total vinifié et volume par opération unitaire
Durée de chaque opération et temps d'utilisation quotidien des machines
Températures ambiantes (années chaudes ou années froides) ou souhaitées.

Il faut donc prendre tous ces paramètres en compte lorsqu'on désire établir un bilan thermique de chai digne de ce nom. Les estimations globales, à partir du seul volume de récolte, ne peuvent satisfaire ni le souci de la qualité ni le souci de saine gestion d'un vinificateur.

En savoir plus sur le module « Bilan thermique ».

A la suite de plusieurs années d'observations, mesures et études pratiques, nous pouvons proposer une méthode générale adaptable à chaque cas. Il convient de répondre précisément aux questions qui définissent parfaitement les problèmes à résoudre et permettent à l'utilisateur de comparer et choisir objectivement la solution la plus adaptée à son chai :

Quel est le planning des vendanges ?
Quelles sont les caractéristiques de la cuverie ?
Quels sont les besoins thermiques ?
Quel sont les équipements thermiques disponibles ou à prévoir ?

Fonctionnement et mise en oeuvre d'une installation

Avant la mise en route de l'installation, une réception de l'installation doit être effectuée comme pour un bâtiment ou une maison. Chaque élément installé doit correspondre à la proposition initiale qui aura été validée par un bureau d'étude ou un organisme de conseil.

Les réseaux hydrauliques doivent être impérativement rincés avant utilisation pour éliminer l'essentiel des résidus métalliques ou plastiques susceptibles d'occasionner des dysfonctionnements de l'installation. Ils sont ensuite purgés pour éliminer les résidus d'air contenus dans l'installation.
Les réseaux doivent ensuite être éprouvés en pression, environ 2 bars au-dessus de la pression d'utilisation. Cette opération permet de vérifier qu'il n'existe pas de fuites potentielles. Elle doit avoir lieu impérativement avant toute isolation qui pourrait masquer une fuite éventuelle et dégrader à terme le matériau isolant ou d'autres parties de l'installation (corrosion, salissures).

L'eau utilisée dans les circuits devra être traitée si nécessaire au niveau du calcaire, du fer, de manière à éviter la dégradation du réseau et à ralentir les baisses de performance des échangeurs.
L'ensemble des composants des réseaux (pompes, tuyauteries, flexibles, vannes, électrovannes, raccords, etc.) devra résister à long terme, sans dommages ni corrosion, à des températures d'eau de 5 à 70 °C, à la condensation et aux vapeurs de SO2.

La première mise en route doit être réalisée par l'installateur. Toutes les documentations des appareils ainsi qu'un manuel de mise en route et d'utilisation de l'installation doivent être fournis par l'installateur.
Il est, par ailleurs, recommandé de prévoir un contrat de remise en service annuelle de l'installation avec tous les contrôles nécessaires (purges, mise en eau, test à la pression, étalonnage des sondes, mise en route etc.).

L'installation devra également être conçue pour que l'utilisateur en ayant les compétences puisse effectuer lui-même l'échange standard de certaines pièces (électrovannes, régulateurs, sondes). A cet effet, l'accessibilité de ces éléments devra être facile. Un jeu de pièces de dépannage peut être fourni avec l'installation.

Hygiène

Avant et après chaque usage, tous les échangeurs en contact avec le moût, la vendange et le vin doivent être nettoyés, désinfectés et rincés à l'eau et à l'aide de produits adaptés à l'oenologie, en respectant les recommandations de chaque fabricant et la réglementation. Soumis à des différentiels de températures, les échangeurs s'entartrent très rapidement.

La méthode usuelle de nettoyage est la même que celle utilisée pour le détartrage des cuves inox. Pour les échangeurs internes ou « ceinture », elle doit avoir lieu sitôt après l'écoulage de la cuve et si possible après avoir opérer un « choc thermique » en faisant circuler de l'eau très chaude (70-80 °C) dans l'échangeur. Cette opération décolle les plaques de tartre frais de l'échangeur. Pour les échangeurs externes, on utilise le circuit complet de traitement thermique avec circulation de liquide détartrant puis désinfectant en circuit ouvert ou fermé, suivi d'un rinçage énergique. L'eau chaude, avec sortie à 80 °C au moins, est la aussi très efficace pour décoller le tartre avant l'utilisation d'une méthode chimique.
L'opération doit être rigoureuse.

Environnement et réglementation

L'industrie du froid connaît aujourd'hui des bouleversements importants concernant la suppression des CFC et le remplacement progressif des HCFC (R22) actuellement très répandus dans les groupes de froid des exploitations vinicoles. Ce remplacement va s'opérer jusqu'en 2013, date à laquelle la production des HCFC devra être impérativement arrêtée pour être remplacée par celle de fluides considérés comme moins polluants (ammoniac, HFC, CO2, H2O).

En revanche les installations fonctionnant encore aux CFC (R12 ou R502) doivent être rapidement remplacées car la production de ces fluides est désormais interdite et il devient donc extrêmement difficile de s'en procurer en cas de perte sur l'installation.
Il parait d'ores et déjà opportun de s'équiper avec des groupes compatibles avec ces fluides de substitution (R134A, R407A, B et C, R507, R410A).

Sécurité

Les équipements de maîtrise des température sont soumis aux règles générales de Mise en Conformité des Matériels de chai. Il est nécessaire que toute l'alimentation électrique soit protégée selon les règles en vigueur et que chaque élément de l'installation (de la production à la régulation) dispose de la certification CE sur le matériel et le manuel d'utilisation.

Composantes des installations de maîtrise des températures

Les installations de maîtrise de température, très évolutives, sont constituées de différents modules afin d'assurer d'une part une grande polyvalence des opérations thermiques et d'autre part d'assurer une meilleure surveillance des procédés en cours.
Le principe de fonctionnement consiste à mettre en place une production d'un fluide caloporteur (chaud ou froid) qui est ensuite distribué vers des organes d'échanges individuels. Chaque organe d'échange possède sa propre régulation manuelle ou automatique.
L'automatisme peut être assuré par des régulateurs de température, un automate ou un micro-ordinateur.

La production d'énergie thermique

Elle est assurée soit par un groupe de froid dont le fonctionnement est détaillé dans la présentation technique au chapitre « Production frigorifique » soit par une chaudière dont le fonctionnement est détaillé dans la présentation technique au chapitre « Production calorifique ».

La distribution

Le fluide traité est envoyé par une pompe vers différents éléments de stockage, de circulation ou d'échange intermédiaire puis vers les échangeurs.

En savoir plus sur le module « Distribution des fluides ».

Les organes de régulations

La circulation du fluide dans les échangeurs ne doit s'effectuer que lorsque cela est nécessaire. Chaque échangeur est donc muni d'un système de vannes manuelles ou automatiques. Pour les systèmes automatiques la température est contrôlée par une sonde et un appareil électronique qui va déclencher ou arrêter automatiquement la circulation du fluide en fonction de la température désirée.

En savoir plus sur le module « Organes de régulation et pilotage ».

La régulation et le pilotage

Il s'agit d'appareils électroniques qui vont centraliser les informations venant des capteurs et envoyer les ordres aux organes de régulations. Il s'agit en fait du tableau de bord de toute l'installation. En savoir plus sur le module " Organes de régulation et pilotage ".

Les échangeurs

Ce sont les appareils qui sont en contact direct avec le moût, la vendange ou le vin et dans lesquels vont circuler les fluides froid ou chaud provenant de la distribution générale.
Ces modules sont détaillés aux chapitres «Matériels» « ECHANGEURS EXTERNES » et « ECHANGEURS INTERNES, ceintures et doubles enveloppes ».

Productions calorifiques

Les 2 types de matériels sont :

les chaudières au fioul et à gaz
les réchauffeurs électriques

La mise en route initiale d'une chaudière électrique, à gaz ou au fioul ne peut être réalisée que par une entreprise spécialisée. Cette entreprise doit fournir à l'utilisateur toutes les recommandations de redémarrage, d'utilisation et d'arrêt de la chaudière sous la forme d'un manuel d'utilisation. Toutefois, un contrat d'hivernage et de remise en route peut être souscrit avec l'entreprise.

C'est avant tout le bilan thermique qui doit guider le choix de la puissance calorifique à installer. Cette puissance (une fois déterminée) doit être effective en fonction :

De la température de l'eau souhaitée (eau ou eau glycolée)
De l'énergie (électrique, gaz, fioul)

Comparatif pouvoirs calorifiques des energies

Ce tableau fournit un comparatif des pouvoirs calorifiques des différentes énergies.

Ce tableau contient les caractéristiques principales que l'on doit trouver sur la documentation d'une chaudière.

D'autres critères pouvant être pris en compte pour diriger le choix de l'énergie :

Combustible disponible localement, l'éloignement des sources d'approvisionnement posant des problèmes comme le coût qui augmente avec les frais de transport, la gestion et la capacité du stockage…
Importance des investissements et des capacités de financement.
Contrats d'approvisionnement proposés.
Prix du combustible, de l'abonnement, de la location des compteurs, des cuves …
Garantie de l'approvisionnement, quantité, qualité …
Possibilité de révision du contrat.

Notions de coût

Après établissement du bilan thermique, on peut évaluer les quantités d'énergie calorifiques consommées en période de vinification. Pour cela, il suffit de multiplier la puissance horaire journalière par 24 et de diviser cette quantité d'énergie par le Rendement (Rapport de la puissance calorifique sur la puissance absorbée (appelé C.O.P. pour les groupes de froid)) de la chaudière. On obtient ainsi la quantité estimée de kW/h consommée par jour et donc le coût de fonctionnement.

Productions frigorifiques

Les 2 types de matériels sont :

Les groupes de froid électriques
Les groupes de froid à gaz

Mise en oeuvre

La mise en route initiale d'un groupe de froid électrique ou à gaz ne peut être réalisée que par une entreprise spécialisée. Cette entreprise doit fournir à l'utilisateur toutes les recommandations de redémarrage, d'utilisation et d'arrêt du groupe de froid sous la forme d'un manuel d'utilisation. Toutefois, un contrat d'hivernage et de remise en route peut être souscrit avec l'entreprise.

Choix du matériel

C'est avant tout le bilan thermique , qui doit guider le choix de la puissance frigorifique à installer. Cette puissance, (une fois déterminée) doit être effective en fonction :

De la température de l'eau souhaitée (eau glacée ou eau glycolée)
De la température de l'air extérieur
De l'énergie (électrique, gaz) et du fluide utilisé (R22, R407, R134a, Ammoniac)

Caracteristiques principales d'une documentation de groupe de froid

Caractéristiques principales que l'on trouve sur la documentation d'un groupe de froid électrique

Dysfonctionnements

Les groupes de froid électriques sont généralement munis d'indicateurs ou de voyants permettant de contrôler son fonctionnement.
La pression de refoulement (indicateur ou voyant H.P.)
Elle est analysée par un pressostat qui contrôle l'efficacité du processus de condensation. Toute perte d'efficacité entraînant une élévation de pression est due à :

Des tubes sales dans le condenseur
Une diminution du débit d'air (panne de ventilateur) ou d'eau sur le condenseur ou batterie encrassée extérieurement.

La pression à laquelle le réfrigérant s'évapore (indicateur ou voyant B.P. ou L.P.)
Elle est contrôlée par un pressostat B.P. Une trop basse pression est due à :

Un manque de réfrigérant
Un détendeur défectueux
Un déshydrateur bouché
Un dispositif de réduction de capacité défectueux.

La température du fluide quittant l'évaporateur (indicateur ou voyant température)
Elle est mesurée par un thermostat de basse température. Les principales raisons d'une basse température d'eau sont les suivantes :

Une diminution du débit d'eau (panne d'une pompe)
Un point de consigne sortie d'eau trop bas.

Pression effective au compresseur
Elle est mesurée par un pressostat d'huile qui donne la différence entre la pression d'huile dans le circuit de lubrification et la pression du carter d'aspiration. Toute baisse de pression d'huile peut être causée par :

Un manque d'huile
Une pompe à huile défectueuse
La résistance d'huile détruite favorisant la condensation du réfrigérant dans l'huile.

Ce ne sont en fait qu'une partie des anomalies pouvant affecter un groupe frigorifique. Le but de ce paragraphe est surtout de familiariser l'utilisateur avec le fonctionnement d'un groupe de froid, de donner les informations nécessaires pour analyser d'une façon précise un problème et de faire intervenir le SAV avec plus d'efficacité.

Notions de coûts

Après établissement du bilan thermique, on peut évaluer les quantités d'énergie frigorifiques et calorifiques consommées en période de vinification.
Pour cela, il suffit de multiplier la puissance horaire journalière par 24 et de diviser cette quantité d'énergie par le C.O.P (Rapport de la puissance frigorifique sur la puissance absorbée (appelé rendement pour les chaudières). du groupe de froid. On obtient ainsi la quantité estimée de kW/h consommée par jour et donc le coût de fonctionnement.

Les pratiques oenologiques : zoom sur les aspects thermiques

Résumé des cycles thermiques des différentes vinifications

Cycle thermique de la vinification « Blanc sec »

Cycle thermique de la vinification « Blanc liquoreux »

Cycle thermique de la vinification « Rosé et Clairet »

La stabulation à froid pendant 15 à 20 jours à la limite de la congélation vers -5°C environ, parfois avec filtration intermédiaire.
Le traitement "par contact" en quelques heures vers 0°C, avec ensemencement massif par du bitartrate de potassium micronisé.
Le traitement continu, en quelques dizaines de minutes, vers 0/-5°C avec ou sans ensemencement et en continu dans des appareils spécialisés.

Dans la plupart des cas le refroidissement doit être rapide - de quelques secondes à quelques heures - mais avec des débits pouvant être modérés car la période possible de traitement est relativement longue (plusieurs semaines ou mois par an).

Quelques aspects oenologiques

La réussite de ces traitements exige un rigoureux contrôle oenologique (tests de stabilité, température de saturation, mini-contact etc..) avant et après traitement.
On doit maîtriser l'ensemble des paramètres oenologiques traditionnels (oxydation, SO2, CO2, etc..) pour respecter totalement les qualités organoleptiques des vins.
Elle convient bien aux vins rouges dont elle stabilise également la matière colorante.
Intérêts à l'appliquer sur vins jeunes :

plus d'efficacité (sursaturation)
laisse le temps au vin de se "remettre" du traitement

Elevage et conservation des vins

Principe

L'élevage et la conservation des vins sont sensibles aux conditions des températures ; des valeurs élevées accélèrent les phénomènes biochimiques ralentis par des températures plus basses. Les valeurs optimales sont très variables selon les vins, leurs modes de commercialisation.

Contraintes thermiques

L'élevage des vins (en cuves ou en barriques) bénéficie souvent de températures variant, sans excès, au cours de l'année, par exemple entre 5 et 20°C environ. Des températures constantes freinent cet élevage.

La conservation des vins en bouteilles bénéficie de conditions inverses : température aussi stable que possible, par exemple entre 10 et 15°C, en proscrivant les valeurs trop basses pouvant aller jusqu'au gel (ex. : janvier 1985) ou trop hautes et dépassant 18-20°C.

Les maîtrises de températures commencent toujours par une isolation suffisante des locaux. La ventilation, l'aération et la climatisation de chais demandent une sérieuse réflexion. Ces deux facteurs d'ambiance que sont la température et l'humidité sont pratiquement dans tous les cas indissociables et doivent être respectés simultanément. Leur importance varie selon qu'il s'agit d'un chai abritant des vins en cuves, en bouteilles ou en barriques.

Si l'on dispose actuellement d'équipements importants et performants en matière thermique, les connaissances d'ordre oenologique sont par contre très limitées dans ce domaine et mériteraient une étude plus approfondie.

Expérimentation

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