Microfiltration tangentielle des vins par membranes en carbure de silicium (SiC) : de la caractérisation à la filtration au chai

Wines crossflow microfiltration by silicon carbide (SiC) membranes : from characterization to filtration in wine cellar

• Auteur / Autrice : Mathilda Trevisan
• Direction : Philippe Moulin, Rémy Ghidossi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement Génie des procédés
• Date : Soutenance le 16/12/2020
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de l'environnement (Aix-en-Provence)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique, Modélisation et Procédés Propres (M2P2) (Marseille, Aix-en-Provence) - Institut des sciences de la vigne et du vin (Villenave-d'Ornon, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Cédric Saucier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Pierrot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Denis Bouyer, Geneviève Gesan-Guiziou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carbure de silicium

Ultrafiltration

Vinification

Technique de la production

Mots clés libres

Microfiltration tangentielle

Carbure de silicium

Oenologie

Colmatage

Propriétés structurales

Crossflow microfiltration

Silicon carbide

Enology

Fouling

Structural properties

Résumé

Dans un chai, le vinificateur peut être amené à filtrer des matrices très différentes telles que des moûts, vins, bourbes, contenant de 1-10 mg.L-1 à 200-400 g. L-1 de matières en suspension ayant subi des traitements œnologiques variés. Ces étapes de clarification et de stabilisation des vins par microfiltration tangentielle sont limitées par le phénomène de colmatage qui réduit les flux de production et altère le potentiel aromatique des vins, contraignant les professionnels à utiliser successivement plusieurs médias filtrants. L’objectif de cette thèse est d’étudier l’influence des caractéristiques d’un nouveau matériau sur ce phénomène limitant. Ce matériau innovant en carbure de silicium montre que les caractéristiques structurales de cette membrane et la chimie de surface ont une influence sur les capacités de filtration. Cette étude a porté sur différentes matrices ayant des agents colmatant très divers et un classement de leur pouvoir colmatant a pu être établi. L’efficacité et la fiabilité des membranes SiC ont été éprouvées du laboratoire aux chais et validées sur l’ensemble des matrices testées. La conduite de ce procédé a été optimisée en particulier sur le développement d’un protocole de régénération efficace. La clarification et la stabilisation des matrices par les membranes SiC permettent (i) l’obtention de vins clairs et brillants, (ii) la rétention des microorganismes du vin (iii) en offrant des flux de production significativement supérieurs à ceux d’autres médias filtrants et en conservant les composés d’intérêt des vins. La connaissance des propriétés de surface et structurales des membranes SiC a permis d’expliquer l’efficacité de filtration supérieure pour les matrices issues de la filière œnologique

In a winery, the winemaker may have to filter very different matrices such as musts, wines, lees, containing from 1-10 mg. L-1 to 200-400 g. L-1 of suspended solids having undergone various oenological treatments. These stages of wine clarification and stabilization by tangential microfiltration are limited by the phenomenon of fouling which reduces production flows and alters the aromatic potential of the wines, forcing professionals to use successively several filtering media. The objective of this thesis is to study the influence of the characteristics of a new material (porosity, hydrophobicity and nature) on this limiting phenomenon. This innovative silicon carbide material shows that the structural characteristics of this membrane (pore size, porosity and tortuosity) and the surface chemistry have an influence on the filtration capacities. This study was carried out on different matrices with a large variety of fouling agents and a ranking was established. The efficiency and reliability of SiC membranes were tested from the laboratory to the winery and validated on all matrices tested. This process was optimized in particular by developing an efficient regeneration protocol. The clarification and stabilization of the matrices by SiC membranes allows (i) obtain clear and brilliant wines, (ii) the retention of wine microorganisms, (iii) offering significantly higher production flows than other filter media and conserving the interest compounds of wines. Knowledge of the surface and structural properties of SiC membranes has made it possible to explain the superior filtration efficiency of matrices from the wine industry