La filtration des vins soulève d’abord un problème de qualité de la clarification. La rétention des particules doit être complète, sans pour autant entraîner une modification de la structure chimique qui affecterait la qualité organoleptique. Une autre question concerne le débit de filtration et le colmatage des surfaces filtrantes. Ces critères commandent le rendement de l’opération, son coût et par conséquent la possibilité pratique de sa réalisation.
LA FILTRATION DU VIN SUR PRECOUCHE DE DIATOMEES OU FILTRATION PAR ALLUVIONNAGE
Généralités sur la filtration par alluvionnage
La filtration permet l’élimination d’une phase solide en suspension dans une phase liquide, par passage à travers une paroi poreuse. Cette dernière, constituant le support filtrant, est destinée à retenir les particules solides. Il existe différents éléments support :
- Les tissus en fils d’acier inoxydable ou reps : constitués d’une chaîne et d’une trame ;
- Les tissus synthétiques : composés de matières premières, telles que le polypropylène, le polyester ou encore le polyamide ;
- Les bougies : constituées d’un empilement de rondelles ou de ressorts cannelés ;
- Les plaques cellulosiques.
La filtration sur filtre-presse est dans la plupart des cas une filtration sur précouche, sauf pour les produits de forte turbidité comme les bourbes et certaines lies : la filtration se fait alors par autofiltration.
La particularité de la filtration par alluvionnage réside dans le fait qu’elle se déroule en deux temps. Une précouche est réalisée dans un premier temps (support mécanique et média filtrant pour le début du cycle), puis dans un second temps, la continuité est assurée par l’alluvionnage continu d’adjuvants de filtration qui permet le renouvellement permanent de la couche de filtration.
Mécanismes de la filtration par alluvionnage
La filtration par alluvionnage met en œuvre, comme la plupart des types de filtration, divers mécanismes de séparation :
Le tamisage
Toutes les particules d'une grosseur supérieure aux pores de la couche filtrante y sont retenues mécaniquement. L'efficacité du tamisage dépend du diamètre des pores et de la matière filtrante. Plus la perméabilité des adjuvants utilisés sera faible, plus l'effet de tamisage sera important et inversement.
Le colmatage d'une filtration par tamisage dépend de la compressibilité des matières à séparer.
Effet d'écoulement et de collision
Lors de la constitution du gâteau de filtration, on obtient tout d'abord une suspension homogène du liquide à filtrer et d'adjuvants de filtration. Par pression différentielle, cette suspension est déposée sur l'élément support en formant le gâteau de filtration. Les vitesses d'écoulement et les turbulences dans l'appareil avant le gâteau sont faibles. Il n'en est pas de même à l'intérieur du gâteau de filtration. L'efficacité de la filtration est étroitement liée aux chocs éventuels qui peuvent se produire entre les particules du trouble et le média filtrant. Les chocs dépendent, quant à eux, de la nature, de la taille et de la composition du trouble, ainsi que de la nature, de la taille et de la structure du matériau filtrant.
La capacité de filtration dépend de la surface interne du gâteau filtrant sur laquelle se fait l'adsorption du trouble. Ces deux facteurs sont étroitement liés.
Pour la séparation de plus petites particules (de taille inférieure à 5 micromètres), dont la densité est voisine de celle de la suspension, l'interception brownienne entre en jeu. On parle de diffusion brownienne lorsque les particules sont encore plus petites (de taille inférieure à 1 micromètre).
Nota : un mouvement brownien est un mouvement désordonné de très petites particules dans les liquides.
Adsorption et forces électrocinétiques
La filtration par alluvionnage met en œuvre les mêmes lois concernant les forces électrocinétiques que la filtration sur plaques filtrantes. La filtration par alluvionnage étant souvent utilisée pour la séparation de grandes quantités de trouble, on travaille avec des pores plus grands. Pour être efficace, l'adsorption qui met en jeu des forces électrocinétiques, a besoin de la présence de pores fins. Il en résulte que l'effet d'adsorption est limité dans la filtration par alluvionnage.
Parmi les charges électrocinétiques, nous distinguons les charges positives et les charges négatives. Ces deux types de charge sont indispensables pour la filtration des liquides.
Cas particulier du filtre-presse
Le filtre-presse présente de nombreux avantages qui résident dans :
- sa simplicité d'utilisation ;
- sa grande polyvalence : son travail a parfois une vocation esthétique comme la filtration de préparation à la mise et au label, mais également une fonction qualitative et d'amélioration comme la filtration des vins de presse, gouttes, liquoreux, lies ou bourbes. C'est le seul appareil de clarification du marché permettant de réaliser efficacement et dans le respect œnologique les différentes clarifications précitées ;
- ses performances œnologiques : conçu spécifiquement pour une application œnologique de qualité, permettant de préserver les caractéristiques organoleptiques et d'obtenir une qualité certaine de clarification des vins filtrés ;
- son adaptabilité et sa modularité : la surface de filtration est modulable, ce qui permet d'adapter la clarification à tous les volumes.
Le filtre-presse :
- offre un petit débit surfacique, d'où un gain qualitatif sur le produit filtré ;
- peut être composé de plateaux étanches, dont les toiles de filtration peuvent être traitées spécifiquement de façon à diminuer les phénomènes d'incrustation favorisant ainsi la maîtrise de l'hygiène ;
- est mécaniquement très solide, l'élément peut travailler avec une pression allant jusqu'à 10 bars ;
- est facilement modulable, la surface de filtration utile d'un matériel peut varier de 10 à 100 % ;
- sa construction permet de très grandes surfaces de filtration avec une technicité très simple ;
- propose des débits de filtration intéressants quel que soit le type de produits filtrés ;
- permet de réduire le nombre de pompages avec une minimisation des forces de cisaillement : le filtre-presse brasse au maximum 2 litres de vin pour 1 litre de vin filtré, alors que le filtre tangentiel brasse jusqu'à 30 litres de vin pour 1 litre filtré ou encore le filtre cloche brasse de 5 à 20 litres de vin pour 1 litre de vin filtré.
Cas particulier du filtre rotatif sous vide
Le filtre rotatif est constitué d'un tambour cylindrique recouvert d'un tamis perforé qui soutient une toile de support. Le tambour tourne à une vitesse modulable autour de son axe horizontal dans une auge équipée d'un agitateur pour garder l'homogénéité du liquide à filtrer. La dépression créée à l'intérieur du tambour par une ou deux pompes à vide provoque l'aspiration du liquide à travers une couche d'adjuvant de filtration (perlites ou kieselghurs).
Les matières solides retenues à la surface du tambour sont éliminées par une lame dont l'avance de pénétration dans la couche filtrante est réglable. La surface de filtration est renouvelée au fur et à mesure.
La durée du cycle de filtration est limitée par l'épaisseur de la couche filtrante et dépend de la vitesse d'avancement de la lame. Le débit reste sensiblement constant pendant toute la durée de la filtration.