Traitement des eaux usées dans l'industrie vinicole

• 1. les eaux usées dans la production de vin
• 2. Production d'effluents dans l'industrie vinicole
• 3. le traitement des eaux usées générées lors de la production de vin
• 4. Récupération des déchets
• 5. Résumé

1. les eaux usées dans la production de vin

Les eaux usées produites dans les caves ont un impact environnemental significatif en raison de la forte consommation d'eau de cette industrie et des charges polluantes élevées.

Les stations d'épuration des eaux usées générées dans les caves à vin nécessitent un degré élevé de personnalisation, en raison de la variabilité des rejets, de leur charge élevée en DCO et de la présence de composés organiques complexes, qui sont parfois difficiles à traiter.

Le plus grand volume d'eaux usées est généré au moment de la récolte. Cet effluent doit être correctement traité pour éviter les problèmes environnementaux dus à sa forte charge organique, à son acidité et à la présence de composés phénoliques.

2. Production d'effluents dans l'industrie vinicole

Les caractéristiques des effluents générés dans une cave varient en fonction du processus de production, du type de vin produit et de la période de l'année.

L'eau est contaminée lors des activités suivantes :

• Lavage et nettoyage des réservoirs et des tuyaux.
• Lavage des fûts et du matériel.
• Lavage des bouteilles.
• Procédés de pressurage et de fermentation.
• Déversement de déchets de produits ou de lies.
• Nettoyage des sols et balayage.
• Pertes de vin, de moût et de sous-produits.
• Eau de refroidissement contaminée.

La plupart des polluants présents dans les eaux usées des caves à vin sont de type organique, bien que l'on en trouve également :

• Restes minéraux
• Terres
• Graisses
• Détergents et désinfectants
• Contaminants toxiques exogènes présents dans les raisins,
• Etc.

Outre les polluants issus des opérations de nettoyage, ces effluents se caractérisent par une charge polluante élevée provenant de la matière sèche du moût ou du vin, ou de micro-organismes. Il s'agit principalement de matières colorantes, de tanins, de protéines, d'acides organiques, d'hydrates de carbone et de micro-organismes (levures, bactéries lactiques et acétiques, champignons, etc.) Les résidus minéraux sont généralement constitués de tartrate de potassium qui précipite au cours du processus de vinification.

Les caractéristiques de base de ces rejets sont résumées ci-dessous :

• Concentration élevée de DBO5 et de DCO biodégradable.
• pH acide dans les rejets des caves et pH basique dans les rejets des usines d'embouteillage.
• Forte concentration de matières solides totales en suspension (MES), dont un grand nombre sous forme colloïdale.
• Faible toxicité.
• Graisses, huiles et terres provenant de la vendange, qui sont entraînées par les processus et les machines utilisés pour la récolte.
• Agents de nettoyage tels que : acides inorganiques, acides organiques,  les tensioactifs anioniques, cationiques et amphotères, les produits séquestrants et désinfectants tels que le chlore et ses composés, les composés d'ammoniums quaternaires, les composés oxydants tels que l'ozone, le peroxyde d'hydrogène, etc.
• Les raisins contiennent également des résidus de produits phytosanitaires. Ces toxines sont transférées au moût et au vin, mais la plupart d'entre elles sont éliminées au cours des différents processus tels que le pressurage, le soutirage et la stabilisation du vin.

Le tableau suivant présente les valeurs typiques des effluents générés par la production de vin :

PARAMÈTRE	UNITÉ	CONCENTRATION
pH	-	3,5 - 6,5
COD	mg/l	2.000 - 12.000
DBO5	mg/l	1.000 - 6.000
SST	mg/l	200 - 2.000
Conductivité	µS/cm	500 - 5.000
Phénols	mg/l	10 - 100
Éléments nutritifs (N, P)	mg/l	Faibles concentrations

La saisonnalité et la discontinuité sont deux caractéristiques distinctives qui ont un impact sur le volume et la composition de ces rejets. Cela influe sur des variables telles que :

• Fréquence d'entrée des matières premières.
• Technologie utilisée.
• Variétés de raisin transformées.
• Taille de la cale, etc.

D'autre part, nous avons une saisonnalité annuelle marquée par les vendanges, qui sont la période de l'année où le plus grand volume d'eaux usées est généré.

Un exemple clair est le respect des limites de DCO et d'azote lorsque

3. le traitement des eaux usées générées lors de la production de vin

Tout d'abord, il est essentiel de mettre en œuvre une stratégie de séparation et de minimisation des effluents générés au cours du processus de production. Les points clés à prendre en compte sont les suivants :

• Séparation des flux : Il est essentiel de séparer l'eau propre (telle que l'eau de pluie non contaminée ou l'eau de refroidissement) des eaux usées de traitement et de nettoyage. En effet, 80 % de la DCO est généralement concentrée dans ces dernières. Cette approche permet un traitement plus efficace en gérant les effluents séparément.
• Minimisation de la consommation d'eau : l'adoption de pratiques telles que le nettoyage à sec et la mise en œuvre de systèmes CIP (Clean-In-Place) permet de réduire à la fois le volume des effluents et leur charge polluante.
• Homogénéisation des effluents : L'utilisation de réservoirs d'homogénéisation permet de tamponner les débits de pointe et de diluer les fortes concentrations de polluants, ce qui facilite un traitement plus stable et plus efficace.

En outre, l'utilisation de filtres écologiques et la valorisation de sous-produits tels que les tartrates permettent de réduire la présence de solides et de liquides polluants, réduisant ainsi la charge organique des eaux usées.

Le système de gestion des effluents peut être structuré selon les étapes suivantes :

• Premier nettoyage à sec des équipements et des surfaces.
• Nettoyage final à l'eau sous pression.
• Mise en œuvre d'un plan d'action pour prévenir les fuites et les déversements.
• Planification de la décharge pour éviter de surcharger le système.
• La surveillance du pH et de la DCO comme outil de contrôle efficace.

Étant donné la nature saisonnière de la production d'eaux usées dans les établissements vinicoles, il est courant d'avoir deux lignes de traitement en parallèle ou de concevoir des installations avec une capacité de fonctionnement flexible, s'adaptant aux variations de débit tout au long de l'année.

Un processus courant de traitement des eaux usées dans les caves à vin est le suivant :

3.1 Traitement physico-chimique primaire

Pour ce faire, on procède tout d'abord à une séparation physique des contaminants les plus importants :

• Les cribles ou tamis, qui retiennent les solides grossiers (restes de raisins, feuilles, rafles, pépins). Cette phase de séparation des solides et des liquides est nécessaire pour éviter tout risque de colmatage des tuyaux, pompes et autres éléments du système de traitement de l'eau.
• Désableur / séparateur de graisse, qui sépare la terre, les solides denses et les graisses et huiles.
• Homogénéisation dans un réservoir de régulation pour ajuster le pH, tout en homogénéisant les débits et la charge polluante.
• La coagulation-floculation est un processus physico-chimique qui consiste en l'ajout contrôlé de coagulants (tels que des sels d'aluminium ou de fer) et de floculants (polymères organiques ou inorganiques) afin de déstabiliser et d'agglomérer les particules colloïdales et les polluants présents dans les eaux usées. Ce traitement favorise la formation de flocs plus gros et plus denses, qui peuvent ensuite être séparés par sédimentation ou flottation, ce qui améliore considérablement l'efficacité du processus de traitement.
• La flottation à l'air dissous (DAF), qui permet d'obtenir une efficacité de plus de 95 % dans l'élimination des solides en suspension, des huiles et des graisses, ainsi qu'une réduction de la DCO égale ou supérieure à 50 %.

Un système de flottation à l'air dissous prend moins de place qu'un décanteur et permet d'obtenir des rendements plus élevés, car les boues séparées par le DAF atteignent une concentration élevée (3 à 4 %) de matière sèche, ce qui les rend plus faciles à extraire et à gérer.

3.2 Traitement secondaire par réacteur biologique

En fonction de la taille de la cave et de la charge organique des effluents, différentes technologies peuvent être appliquées :

Systèmes aérobies

En général, les effluents des caves sont pauvres en éléments nutritifs (N, P, K), c'est pourquoi des sels riches en ces éléments sont souvent ajoutés :

• Boues activées : il s'agit d'un système très efficace pour les effluents hautement biodégradables, mais ces réacteurs occupent un espace considérable et la production de boues est élevée.
• Réacteur biologique séquentiel (SBR) : très adapté aux débits irréguliers, il permet de réduire l'espace en ne nécessitant pas de décantation secondaire, mais ses performances ne sont pas élevées.
• Réacteur biologique à membrane (RBM) : il offre un traitement efficace dans la réduction des polluants, ce qui permet d'obtenir un effluent de haute qualité, apte à la réutilisation. Ce système comprend un processus de filtration utilisant des membranes de microfiltration ou d'ultrafiltration, qui remplacent le décanteur secondaire classique et son épaississeur de boues.

Tels sont les principaux avantages d'un bioréacteur à membrane :

1. Réduction du volume dans le réacteur biologique.
2. Une production de boues plus faible, de l'ordre de 50 à 60 % par rapport au traitement avec des boues activées à faible charge.
3. Amélioration de la qualité de l'eau traitée.
4. Respect de normes environnementales strictes

Autres technologies de traitement secondaire

Traitement biologique à lit mobile (MBBR)

Il s'agit de réacteurs plus petits qui permettent d'obtenir des rendements élevés. Il s'agit d'agencer différents supports et étapes d'épuration, où certaines bactéries l'emportent sur d'autres afin d'optimiser l'épuration biologique. Un clarificateur devra être installé pour l'extraction des boues produites.

Systèmes anaérobies

Ils conviennent pour les charges organiques élevées. Bien que leur rendement ne soit pas très élevé (70 à 80 %) car l'eau n'est pas chaude, ils présentent un certain nombre d'avantages :

• Ils ont besoin de peu de nutriments (N, P).
• Ils prennent peu de place.
• Ils ne produisent pratiquement pas de boues.
• Ils produisent du biogaz à partir duquel il est possible de générer de l'énergie.

Les types les plus fréquents sont : UASB et EGSB.

3.3 Traitement tertiaire

Si l'effluent traité doit être réutilisé, un traitement tertiaire peut être nécessaire. Les techniques les plus couramment utilisées sont les suivantes :

• Filtration sur sable ou sur d'autres matériaux de remplissage (non nécessaire dans le cas d'un BRM)
• Désinfection (UV, O3 ou chlore)
• Dessalement par nanofiltration (NF) ou osmose inverse (RO)

Gestion des boues

Les boues obtenues dans le processus physico-chimique atteignent des concentrations élevées (environ 4 % de matière sèche) et peuvent être valorisées comme sous-produits dans certains cas.

Les boues générées dans le cadre d'un traitement par bioréacteur à membrane (BRM) présentent des concentrations de solides inférieures à celles des boues primaires. Il est toutefois possible de les mélanger pour les traiter conjointement au moyen d'un système de déshydratation mécanique, tel qu'un filtre-presse. Ce procédé permet d'atteindre des taux de siccité supérieurs à 30 %.

En raison de leur nature, ces boues peuvent également être utilisées pour le compostage en agriculture.

4. Récupération des déchets

L'industrie vinicole génère des quantités importantes de sous-produits riches en composés bioactifs tels que les tanins, les polyphénols, les anthocyanes et les fibres végétales. Ces composés, présents dans les résidus tels que le marc, les lies et les eaux usées, peuvent être récupérés grâce à des technologies qui permettent leur extraction et leur valorisation, contribuant ainsi à une production plus durable et plus rentable. Ces composés peuvent être utilisés dans les secteurs alimentaire, cosmétique, pharmaceutique et agricole.

En outre, il est également possible de réutiliser l'eau traitée pour des applications telles que l'irrigation, la chasse d'eau, l'eau de service et même l'eau de traitement.

Il existe d'autres options pour la valorisation des déchets générés dans les caves à vin :

• Production de biogaz : les déchets organiques (lies, boues, résidus de fermentation) sont hautement biodégradables et se prêtent à la digestion anaérobie et à la production de biogaz, qui peut être utilisé pour le chauffage des processus ou la production d'électricité.
• Compostage et application agricole : les boues stabilisées et les solides séparés peuvent être compostés avec du marc et d'autres déchets solides, ce qui permet de produire des engrais organiques pour les vignobles.
• Récupération de composés précieux : certains procédés permettent de récupérer les antioxydants naturels contenus dans les lies et les déchets liquides, qui sont utiles dans l'industrie cosmétique et alimentaire.
• D'autres produits de valeur méritent une mention spéciale :

RESIDUE	CANDIDATURE
Tanins	Antioxydants, conservateurs naturels, tannage, cosmétiques et additifs pour l'alimentation animale.
Anthocyanes	Colorants naturels dans les aliments et les cosmétiques
Flavonoïdes	Compléments anti-inflammatoires et nutraceutiques
Polysaccharides	Stabilisateurs alimentaires et produits de beauté.
Huile de graines	Cosmétiques et alimentation saine (riche en acide linoléique)

5. Résumé

L'industrie du vin joue un rôle important en termes économiques et nutritionnels dans le monde entier. Traditionnellement associé aux pays européens, un marché mondial très compétitif a émergé au cours des dernières décennies, sous l'impulsion de l'essor des pays émergents. Cette croissance a été influencée par les changements climatiques et les progrès des connaissances techniques sur les processus de récolte, de vinification et de production.

Cette industrie se caractérise par une forte consommation d'eau, notamment lors des étapes de vinification et de nettoyage. Par conséquent, elle génère des rejets avec une charge organique élevée (DCO élevée) et une grande variété de polluants, allant des résidus de produits de nettoyage et de produits phytosanitaires aux sucres résiduels et aux tanins.

Les traitements conventionnels ont souvent des difficultés à s'adapter à la saisonnalité, à la variabilité et à l'instabilité de ces effluents. Dans ce contexte, il est nécessaire d'optimiser les processus de production afin de minimiser à la fois le volume et la charge polluante des rejets. En outre, la séparation des flux les plus concentrés peut faciliter leur valorisation ultérieure.

L'industrie vinicole génère d'importants volumes d'eaux usées, provenant principalement du lavage des équipements, de la fermentation, de la vinification et du nettoyage des installations. La gestion et la récupération appropriées de ces effluents permettent non seulement de réduire l'impact sur l'environnement et de se conformer aux réglementations en vigueur, mais aussi de récupérer des ressources précieuses telles que l'eau, l'énergie et les sous-produits.

L'adoption de stratégies durables et de technologies de traitement avancées contribue non seulement à atténuer l'impact sur l'environnement, mais représente également une opportunité d'innovation et de rentabilité. La transition vers un modèle d'économie circulaire dans le secteur vitivinicole est techniquement et économiquement réalisable, et apparaît comme un facteur clé pour maintenir sa compétitivité dans un environnement de plus en plus exigeant sur le plan environnemental.

Bibliographie et consultations

• Codorniu Group - Rapport sur le développement durable 2023.
• OIV (Organisation internationale de la vigne et du vin) - Manuel technique sur la durabilité.
• Ministerio para la Transición Ecológica - Guía de buenas prácticas ambientales en bodegas.
• Traitement et valorisation des effluents agro-industriels.
• Water Engineering Journal, Vol. 29, No. 4, 2024.