Dans l'environnement vinicole, les effluents fortement concentrés en DCO sont rejetés sur une courte période. Ils causent des déséquilibres biologiques dans les cours d'eau et des dysfonctionnements importants dans les stations d'épuration communales. Il faut donc les traiter. Pour ceci, des procédés adaptés ont été développés. Ils doivent être choisis au cas par cas en fonction des contraintes de chacun.
Les rejets des caves vinicoles sont fortement chargés en carbone, en azote et en phosphore. Rejetés sans traitement en milieu naturel, ces effluents polluent les nappes et les cours d'eau. Cette pollution essentiellement organique est fortement concentrée. Elle provoque un développement d'algues et de bactéries qui consomment l'oxygène de l'eau, ce qui finit par asphyxier les rivières et conduit à la disparition progressive des poissons. Trop concentrés en DCO, lorsqu'ils sont collectés pour être traités dans la station municipale, ils en perturbent son fonctionnement. Ce phénomène est renforcé par l'activité saisonnière de cette industrie. Joël Rochard de l'Institut Technique du Vin (ITV) explique : « L'essentiel de la pollution est rejeté au moment des vendanges. Cette période est plus ou moins longue, trois à quatre semaines, suivant le type de vinification. En Champagne par exemple elle est de deux semaines. Vient ensuite une seconde période, celle du nettoyage des cuves et des
Soutirages successifs, où les rejets sont nettement plus faibles. Elle s’étend jusqu’en avril-mai.
Les rejets saisonniers des activités de vinification et d’élevage du vin présentent un impact important sur l'environnement. La législation a d’ailleurs réglementé ces installations (voir encadré), dont les rejets sont étroitement surveillés. Pour pouvoir exercer, les chais produisant plus de 500 hl par an doivent répondre à certaines contraintes. D’où l’importance pour eux de savoir caractériser leurs pollutions.
Caractériser volume et charge polluante
« Avant de parler traitement, il est important de caractériser ce que l'on rejette en quantité de DCO et en eau puis, de rechercher tous les points posant un problème » affirme Joël Rochard, « après seulement il devient possible de le résoudre par la mise en œuvre d'un traitement adapté ». Cette investigation implique dans un premier temps la sensibilisation aux problèmes d’environnement des exploitants. C’est le cas notamment pour l’usage de l’eau. Pour produire un vin de qualité, l’hygiène est impérative. Elle se traduit bien souvent par une forte consommation d'eau de lavage. Les données recueillies par ITV montrent que pour faire un litre de vin, l'exploitant utilise (hors refroidissement) une moyenne de 0,8 litre d’eau pour nettoyer ses cuves et ses chais.
Dans les faits, les volumes d'eau consommés varient de 0,2 à 1,5 l d’eau par litre de vin produit. Cette fourchette s’élargit encore si l'on considère les volumes d’eau perdus pour le refroidissement des cuves. C’est un problème lorsque l’on sait que le volume d’eau consommé conditionne directement le volume des rejets à traiter, donc le coût de l’épuration.
En effet, ce sont ces eaux qui entraînent les matières solides et liquides qui polluent les rejets. On y trouve :
- * des rafles, des pépins, des bourbes, des lies, du tartre...
- * des pertes de produits bruts comme des moûts et du vin,
- * des produits de traitement notamment des colles, des terres de filtration,
- * des produits de nettoyage et de désinfection du matériel et des sols.
Les eaux résiduaires des caves contiennent des sucres, des alcools, des esters, du glycérol, des acides organiques (malique, tartrique, lactique, acétique) et des substances phénoliques. Toutes ces substances ont une forte DCO et présentent (à l'exception des polyphénols) une bonne biodégradabilité. En période de vendanges, la concentration moyenne des effluents est de 15 000 mg/l pour la DCO (soit environ 20 fois la concentration d'un effluent urbain) et la quantité de MES d’environ 2 000 mg/l. Leur rapport DBO/DCO, compris entre 0,5 et 0,7, permet de les dégrader facilement à l'aide de procédés de traitement biologiques.
Pour estimer la charge de pointe, l'exploitant peut se baser sur la méthode mise au point à l'ITV. Celle-ci propose d’évaluer la charge polluante théorique à partir de la base de données établie sur la durée des apports de vendanges plus dix jours, le tout…
dans le contexte œnologique spécifique de la région considérée. Ces données sont complétées par le calcul de la pollution hors vendanges. Il s’agit là de répertorier les différentes opérations générant des rejets dans l’établissement (soutirages, filtration, collage, détartrage...).
D’autres points devront être examinés avant la recherche d'une solution de traitement :
- * la qualité requise pour un rejet dans le milieu récepteur,
- * la faisabilité d’un traitement collectif rassemblant plusieurs unités,
- * les contraintes de site : surface disponible, proximité d’habitation, terrain d’épandage...
- * la possibilité de raccordement à une STEP,
- * les conditions climatiques locales : possibilité d’évaporation, odeurs ;
- * le coût de fonctionnement.
« Cette première approche détermine la faisabilité de solutions traditionnelles de type épandage ou évaporation et permet d’établir une hiérarchie dans une gamme de traitement envisageable », souligne-t-on à l'ITV.
L’épandage agricole
L’épandage consiste à apporter des doses maîtrisées d’effluents sur des sols cultivés. Cette solution reste la plus simple, notamment pour les caves de faible capacité, dès lors qu’elles respectent les règles et les contraintes liées à la mise en place d’un dispositif d’épandage.
Dans tous les cas, l’établissement doit disposer d'un stockage étanche de volume suffisant pour faire face aux aléas climatiques défavorables. Suivant son volume, le stockage pourra être une cuve en béton ou métallique, ou encore une lagune avec bâche d’étanchéité. Si le séjour de l'effluent dure plusieurs mois, il faut ajouter un dispositif d’aération pour réduire les nuisances olfactives et empêcher la formation de gaz explosifs. L’épandage est réalisé à l’aide d'une citerne ou d’un canon. Dans le premier cas un dégrillage grossier peut suffire, alors qu'une dispersion par canon implique un dégrillage fin, un tamisage ou la mise en œuvre de pompes broyeuses pour éviter le colmatage des asperseurs.
Plusieurs facteurs limitent toutefois l’épandage, d’abord le volume d’effluent à disperser et les apports en potassium. Ainsi, la quantité d’effluent qui pourra être dispersée dépend du bilan hydrologique et de la teneur en potasse du sol. Une dispersion annuelle de 300 à 600 m³ à l'hectare est habituellement pratiquée avec une rotation des parcelles sur trois ans. « Cette voie trouve aussi ses limites sur certaines exploitations de la vigne là où elles sont plantées en rangs étroits », explique Joël Rochard, « le travail du matériel d’épandage est alors rendu difficile. Elle pose aussi un problème de ruissellement sur les terrains pentus ». Dans ces cas-là, l'exploitant doit se tourner vers les autres solutions mises à sa disposition.
Parmi les autres techniques disponibles, les traitements biologiques constituent la part prépondérante. Plusieurs techniques sont utilisées. Parmi les plus utilisées citons le stockage aéré, les boues activées, la méthanisation.
Les traitements par boues activées
Les procédés multi-étages sont généralement les mieux adaptés en raison de la concentration initiale des effluents. Ils permettent de limiter le volume des ouvrages et constituent un facteur de sécurité vis-à-vis de l’acceptation des pointes de charge aléatoires.
C'est la solution retenue par le GIE Chantemerle pour la station commune réunissant l’union des producteurs de Rauzan et l’Union Saint Vincent en Gironde. La station biologique par boues activées conçue par Ondéo-Degrémont est dimensionnée pour recevoir un débit journalier moyen variant de 140 à 30 m³/j. « À Rauzan, la station est ensemencée par des bactéries », explique Françoise Petitpain d’Ondéo-Degrémont, « d’autres comme celle de Saint Émilien travaillent avec des levures qui sont plus réactives ». L’unité de Rauzan se compose d'un poste de relevage, suivi d'un microtamisage de type Prepazur, d'un bassin tampon, d’un bassin d’aération forte charge, d’une séparation solide/liquide par flottation, d’un bassin d’aé-
ration prolongée et d’une clarification raclée. Une déshydratation des boues sur filtre à bande de type GD Presse complète l'installation. Cette installation permet d'abaisser la DCO d'entrée entre 2 120 et 320 kg/j pour la rendre conforme aux normes de rejet, soit entre 500 et 300 mg/l. Cette station qui a coûté plus d’un million d’euros à l'époque est un investissement inenvisageable pour de nombreuses caves aux revenus modestes. Pour elles, de petites stations de traitement biologique à alimentation séquentielle ont été mises au point. Elles sont aujourd'hui proposées par les grands groupes comme par exemple Ondéo-Degremont, mais aussi par des PME plus proches du monde vinicole comme Ateliers d’Occitanie, qui exploite le brevet INRA lié au SBR (1), ou Michael Paetzold, une société très proche du milieu vinicole qui propose aujourd'hui équipements et services liés au traitement des effluents de vinification.
Des traitements à alimentation séquentielle
Mis au point par l'INRA, le procédé SBR est un procédé spécialement conçu pour le traitement des effluents vinicoles. « Cet équipement fonctionne en mode séquentiel discontinu », explique Michel Torrijos, chercheur à l'unité de recherche Biotechnologies de l'environnement, département Microbiologie et département d’Environnement et Agronomie du centre de recherche INRA de Montpellier, « les effluents sont stockés puis traités dans un réacteur biologique à deux périodes de l'année ». Une première unité a été mise en place en 1994 au domaine du Mouton, près de Narbonne pour traiter la totalité des eaux usées rejetées. Aujourd’hui l'équipement est commercialisé par Ateliers d’Occitanie. « Dans le procédé SBR le réacteur sert à la fois de bassin aéré et de décanteur », explique Olivier Azam, responsable du service environnement aux Ateliers d’Occitanie, « les boues en excès sont purgées par le fond ». Le réacteur est alimenté en conditions d’aération par les effluents à traiter. Pendant cette phase, les bactéries affamées vont immédiatement capter la pollution. Ce processus dit d’accumulation favorise le développement des bactéries floculantes et gêne considérablement la croissance des bactéries dites filamenteuses, une bactérie très longue qui emprisonne les autres bactéries et génère un amas flottant impossible à décanter. Vient ensuite la phase de régénération qui dure 18 heures avec successivement une phase anaérobie suivie d’une phase d’aérobie. Les boues sont ensuite décantées avant d’être vidangées. En tout, le cycle dure 24 heures. Actuellement, cet équipement est en service à Château de Berne (83) qui produit 5 000 hl/an, à la Cave coopérative de Quincié (69) 32 000 hl/an, à la Cave coopérative de Chautagne (73) 12 000 hl/an, à la Cave coopérative de la Tour de France (66).
Pour les petites exploitations, la société Michael Paetzold propose la construction et la gestion complète de la station (maintenance électromécanique, traitement des boues, ...). L’entreprise s’occupe ainsi du bon fonctionnement des équipements, notamment pendant les vendanges, une période critique pour le vigneron et pour le matériel. La solution proposée met en œuvre un procédé par boue activée dans un bioréacteur de 200 à 1000 m³. L'installation complète réunit un bassin tampon (permettant 3 jours de stockage) et un bioréacteur fermé (ce qui limite les mauvaises odeurs et le bruit). Le rejet de l'eau est toujours réalisé à l'aide d'une unité mobile de filtration tangentielle sous la surveillance d'un technicien. Celui-ci s'assure que le rejet est dans les normes. Cette filtration, dont le seuil de coupure est de 0,2 µm, sépare l'eau épurée de la biomasse. L’ensemble de la station est géré par un automate. Un système de télégestion assure en permanence un lien entre la station et les équipes techniques. Il est ainsi possible de connaître en temps réel les principaux paramètres de fonctionnement de la station par simple appel téléphonique. Cet équipement équipe déjà une quarantaine de caves comme Château Lafitte Rothschild, Château Canon la Gaffelière (St Emilion), Château Kirwan (Margaux), Grand Enclos de Cérons (Sauternes)...
Autre technique, le stockage aéré qui repose sur une mise en œuvre rustique de l'épuration par boues activées.
Le stockage aéré
Le stockage aéré, c'est la solution retenue par l'EARL Jacky Bordet qui produit 1 024 hl de Muscadet, de Gros Plant et de vins de Pays. La solution retenue, un traitement biologique par stockage aéré, a été faite après un examen minutieux des installations et équipements de lavage de la cave et des charges polluantes qu'elle produit. Dans ce procédé, la matière organique est dégradée sous l'action des micro-organismes dont le développement est favorisé sous l'action de l'oxygène. Les boues formées doivent être séparées de l'effluent traité par décantation. L’installation réalisée par la société Butrot (44) consiste en une fosse de 70 m³ en béton, recouverte d'une dalle avec trappe d’accès et cheminée de dégazage. Cette fosse est équipée d'un système de traitement par oxygénation, un groupe CP 3102 MT 430 de Flygt. L'installation mise en service pour les vendanges 2000 a permis de traiter 100 m³ avec une DCO moyenne de 18 300 mg/l. Après 59 jours de traitement, soit 67 jours après le début du traitement, la DCO était tombée à 160 mg/l sur l’échantillon décanté et 87 mg/l après une décantation de 2 heures.
S'équiper, l’entreprise aura investi 20 243 € subventionnés à hauteur de 19,77 € par hectolitre produit. Quant au coût de fonctionnement, il s’élève à 0,19 €/hl produit.
Ce procédé, simple et rustique, est de plus en plus utilisé sur les petites comme sur les grosses exploitations. Il a été retenu dans le cadre du projet Fair Craft Clean Oenology initié en 1996 dans lequel Vaslin Bicher a collaboré avec huit partenaires européens dont les sociétés Purflo Calona et Flygt, avec la participation d’organismes comme le CIVC (F), le CSTB (F), le SLFA (D) et l’INCAVI (SP). La filière mise au point est une filière rustique basée sur un stockage et un traitement prolongé. Une telle installation équipe aujourd'hui le Cellier de Saint Étienne, à Saint Étienne-des-Oullières (69) qui vinifie 3 600 tonnes de raisin. En 2001, la cave s'est équipée de cette technique, un prétraitement par stockage aéré double cuve, permettant un abattement global de 97 % de la DCO entrante (12 000 kg pour une période de vendanges – soutirage).
Une autre voie de traitement consiste à traiter l'effluent en absence d’oxygène. Ce procédé biologique anaérobie, producteur de méthane, s’effectue dans un réacteur fermé.
La méthanisation
C'est la technique adoptée par Revico à Cognac pour traiter les vinasses des 250 distilleries clientes. Chaque jour, 20 000 hl d’effluents sont à traiter avec une DCO brute de 30 g/l pour les vinasses de vin et de 50 g/l pour les vinasses de lies. Pour traiter cette pollution, l'entreprise s'est équipée d'un procédé commercialisé par Proserpol, mettant en œuvre deux digesteurs à film fixé de 6 000 et 4 000 m³ et deux digesteurs infiniment mélangés de volumes 5 000 et 6 000 m³. Dans ce procédé intensif, l'épuration s'effectue par des micro-organismes anaérobies qui transforment la charge polluante en méthane, CO₂ et biomasse. Ce procédé est utilisé en entrée de filière. Il constitue un traitement partiel permettant d’abattre une fraction importante de la charge polluante (de 70 à 90 %), mais il nécessite un traitement de finition aérobie sur site ou en station d’épuration urbaine avant un rejet dans le milieu extérieur.
Extraire et produire des constituants à haute valeur
Les effluents et déchets vinicoles contiennent à faible concentration de nombreux produits susceptibles d’être valorisés dans l’industrie. Encore faut-il pouvoir les séparer. C'est sur cette voie que travaille l’équipe André Bories de l'unité expérimentale de Pech Rouge, Département de Transformations des produits végétaux au centre de recherche INRA de Montpellier. Actuellement, l’équipe travaille sur l’extraction directe de constituants de coproduits solides ou liquides et sur la transformation des coproduits en vue de valorisation par voies microbiennes. L’extraction directe permet la récupération d’arômes (par exemple à partir de marc de muscat), de composés phénoliques (qui donnent des colorants naturels ou encore des proantocianidols qui peuvent intéresser l'industrie pharmaceutique pour leurs vertus sur les systèmes circulatoires) ou encore la récupération de biopolymères polysaccharides à partir de coproduits vinicoles comme les lies (matière intéressante pour l'environnement pour ses capacités à complexer des métaux lourds).
La transformation des coproduits en vue de valorisation par voies microbiennes et biotechnologie de transformation vise, par exemple, à exploiter les coproduits des vinasses de distillerie. Celles-ci contiennent des composés organiques comme le glycérol ou l'acide lactique qui sont des constituants à faible valeur ajoutée qu'il est difficile d'extraire dans des conditions économiques acceptables. Leur transformation par fermentation, étudiée sous l'angle de la transformation du glycérol et de l’acide lactique par des bactéries propioniques, permet d’obtenir de l’acide propionique. Cet additif ali-
Effluents vinicoles : des solutions au cas par cas
ALBA est spécialisée dans l’épuration des effluents vinicoles et fromagers depuis de nombreuses années. Cette société présente des solutions de traitement adaptées aux différents types d’établissements vinicoles. Son savoir-faire s’appuie sur de nombreuses références allant de la cave particulière de 600 hl en Beaujolais à la cave coopérative de 100 000 hl en Côtes du Rhône, ou du négoce de 20 millions de cols par an au château prestigieux du Haut-Médoc. Autant de vignobles, autant de types d’eaux usées à traiter. ALBA propose différents procédés adaptés à la taille et aux particularités de chaque site :
- * Le système FGR, procédé développé spécifiquement pour les eaux usées vinicoles de petites caves, de 500 à 1 500 hl environ. Sa conception lui permet de s’adapter aux différents rythmes de fonctionnement d’une cave, depuis les vendanges jusqu’à la mise en bouteilles, pour un investissement réduit et avec un minimum de suivi par le viticulteur.
- * Le système roue ALBA en stations containerisées préfabriquées en usine pour les caves particulières de 1 500 à 5 000 hl. Son point fort : une emprise au sol réduite (3 m × 5 m), qui permet une intégration paysagère soignée.
- * Le système roue ALBA en stations réalisées sur place pour les caves plus importantes de 5 000 hl à 100 000 hl ou pour des sites de négoce.
Tous ces procédés ont été développés en étroite relation avec les Agences de l’eau, sont validés et donnent droit à des aides à l’investissement.
La décision d’épurer ses eaux est un choix décisif dans la vie d’une cave et d’une fromagerie (le coût d’une dépollution s’échelonne de 15 000 à 750 000 €) et les experts d’ALBA accompagnent le viticulteur et le fromager dans leurs démarches, depuis l’audit jusqu’à la mise en exploitation de l’installation. L’objectif est de mettre en place des installations fiables avec une grande sécurité de fonctionnement. Ses compétences lui permettent de répondre au mieux à chaque demande, allant du simple prétraitement jusqu’à une épuration hautes performances pour rejet dans un milieu naturel sensible.
La Société Nouvelle TERLY, avec une expérience de 30 ans, complète le savoir-faire d’ALBA avec des procédés classiques de type aération prolongée fines bulles, aération à axe vertical (turbines), aération à axe horizontal (brosses) et stockage-aspersion. De nombreuses réalisations, y compris des mixions des eaux résiduaires communales et vinicoles, acceptent de grandes variations de charges : Villié-Morgon, Aubignan Beaume-de-Venise (83), etc.
Le département travaille également sur la récupération d’alcool dans les eaux vinicoles. Quatre-vingts à 90 % de la charge organique des effluents de caves est de l’éthanol. « Nous avons pu proposer un nouveau procédé travaillant par distillation et concentration des eaux. Un brevet Inra est déposé sur le sujet depuis 1998. Une première installation fonctionne à la Compagnie Française des Grands Vins (CFGV) à Tournan-en-Brie (77). L’entreprise, qui produit 30 000 hl/an de vin mousseux à partir de moût concentré, traite par distillation ses effluents chargés de 5 à 10 g/l d’alcool. Après récupération de l’éthanol, la phase désalcoolisée est concentrée par évaporation thermique. On obtient alors une eau résiduaire distillée, fortement épurée, éventuellement réutilisable sur site industriel. L’éthanol étant vendu comme alcool industriel. » Ce procédé est validé par les Agences de l’eau Méditerranée-Corse et Adour-Garonne. Il a été primé comme technologie innovante.
