La production et la consommation françaises d'eau minérale sont parmi les premières dans le monde. " eaux minérales naturelles ", " eaux de source " et " eaux rendues potables par traitement " correspondent à des réglementations très strictes qui régissent leur composition et les quelques traitements possibles au cours de l'embouteillage. La microfiltration frontale est l'une des techniques utilisées couramment par les exploitants de sources. Grâce à cette technique, micro-organismes et particules sont éliminés des fluides de service (eau, air et vapeur), et ne viennent pas contaminer l'eau qui va être embouteillée. On verra même des filtres particulaires installés sur le réseau d'eau pour éliminer toutes les particules générées avant l'embouteillage. Ces filtres mis en contact direct ou indirect avec l'eau n'auront aucun effet sur la composition minérale ou microbienne de l'eau. Ils permettront à l'exploitant de se prémunir contre certains accidents dus aux procédés utilisés qui pourraient entraîner d'importantes conséquences.
La microfiltration frontale est l'une des techniques utilisées couramment par les exploitants de sources. Grâce à cette technique, micro-organismes et particules sont éliminés des fluides de service (eau, air et vapeur), et ne viennent pas contaminer l'eau qui va être embouteillée. On verra même des filtres particulaires installés sur le réseau d’eau pour éliminer toutes les particules générées avant l’embouteillage. Ces filtres mis en contact direct ou indirect avec l'eau n’auront aucun effet sur la composition minérale ou microbienne de l'eau. Ils permettront à l’exploitant de se prémunir contre certains accidents dus aux procédés utilisés qui pourraient entraîner d’importantes conséquences sur la production.
Avec plus de 80 litres par personne et par an, les Français sont les premiers consommateurs d'eau embouteillée au monde. Au niveau européen, trois pays se partagent près de 80 % de la consommation totale : l’Italie, la France et l'Allemagne, avec chacun plus de 4 milliards de litres par an.
L’évolution de la production d’eau embouteillée a connu une expansion particulière au cours des dix dernières années due principalement à la pollution croissante des nappes phréatiques dans de très nombreuses zones. Cette pollution, encore accentuée par la prise en considération dans les réglementations récentes de substances nouvelles indésirables ou toxiques (pesticides, hydrocarbures...), ne peut avoir qu’un effet d’entraînement sur cette consommation, mais elle doit également inciter le consommateur à se montrer vigilant sur la qualité des produits qui lui sont proposés.
Les trois types d’eaux conditionnées
La dénomination des eaux embouteillées est donc soumise à une réglementation très stricte : le décret n°89-369 du 6 juin 1989 classe les eaux conditionnées en trois catégories :
- - Les eaux minérales naturelles : d’après la réglementation française, une eau minérale naturelle est “une eau possédant un ensemble de caractéristiques qui sont de nature à apporter des propriétés favorables à la santé.” Le texte français ne se distingue du texte européen que par l’insistance mise sur la notion d’effet thérapeutique : “Elle se distingue des autres eaux destinées à la consommation humaine par sa nature, caractérisée par sa teneur en minéraux, oligo-éléments ou autres constituants, et par certains effets”.
- - Les eaux de sources : une eau de source est “une eau d'origine souterraine, microbiologiquement saine et protégée contre les risques de pollution, apte à la consommation humaine...”
- - Les eaux rendues potables par traitement (anciennement dénommées “eaux de table”) : il s'agit d’eaux traitées pour les rendre conformes à la législation relative à l’eau potable, d’origines diverses (eaux de surface - lacs, rivières - et eaux de nappes peu profondes...). “Cette dénomination doit être complétée par l’indication des traitements mis en œuvre”.
Il y a en France entre 1200 et 1400 sources : 800 sources d’eaux minérales sont actuellement exploitées dans 104 stations thermales et 64 unités d’embouteillage.
Les eaux de sources sont, elles aussi,
exploitées sous une soixantaine de marques répertoriées. En 1989, elles ne représentaient que 16 % de la production des eaux embouteillées en France, mais leur exploitation connaît une croissance supérieure à celle des eaux minérales.
L’unité d’embouteillage
Le conditionnement des eaux n’est plus automatiquement réalisé sur le lieu-même du captage de la source. Les progrès réalisés, aussi bien dans les matériaux de canalisations et les pompes, que dans les conditions d’entretien et de nettoyage, rendent possible le transport de l’eau par canalisations, parfois sur plusieurs kilomètres.
La conception globale de l’usine doit répondre aux mêmes principes que toutes les unités de production agroalimentaires.
L’eau captée à la source va d’abord être canalisée, puis éventuellement traitée : on éliminera en particulier fréquemment le fer et le manganèse dissous, et l’eau plate pourra éventuellement être gazéifiée au dioxyde de carbone (CO₂), naturel ou de synthèse. Elle sera ensuite stockée puis dirigée vers le soutirage. Les bouteilles une fois remplies seront bouchées et transportées vers l’atelier de surconditionnement.
La salle de remplissage constitue le point le plus sensible de l’usine, car l’eau entre alors en contact avec le plus grand nombre de vecteurs de contamination : air (atmosphère) ambiant, machines de conditionnement, personnel, canalisations, emballages, contacts indirects avec les produits de nettoyage ou de sanitisation, fluides de service : air (pousses), eau (rinçage), vapeur (stérilisation des équipements).
Aussi toutes les précautions doivent être prises à ce niveau pour assurer un état sanitaire satisfaisant.
Traitement de l’eau embouteillée
Le décret précité du 6 juin 1989 stipule qu’« une eau minérale naturelle, telle qu’elle se présente à l’émergence ne peut faire l’objet d’aucun traitement ou adjonction autres que ceux autorisés par arrêté ministériel » et, parmi ces derniers : « la séparation des éléments instables, par décantation et filtration… ce traitement ne devant pas avoir pour effet de modifier la composition de l’eau dans ses constituants essentiels ».
Les traitements autorisés pour l’eau de source sont sensiblement les mêmes : il est précisé qu’« elle doit être introduite au lieu de son émergence, telle qu’elle sort du sol, dans les récipients de livraison au consommateur ou dans des canalisations l’amenant directement dans ces récipients. La séparation par décantation et filtration est, elle aussi, autorisée, dans la mesure où est respectée la composition de l’eau ».
Ces traitements effectués sur les eaux minérales ou de source « ne doivent pas avoir pour but ou effet de modifier les caractéristiques microbiologiques de l’eau minérale naturelle (ou de source) ». Dans le cas des eaux rendues potables par traitement, tous les traitements classiques de potabilisation de l’eau (floculation/décantation, chloration, stérilisation…) sont, par définition, autorisés, ainsi que tous les procédés membranaires utilisables en fonction du type de « polluant » à éliminer.
- • Osmose inverse : désalinisation, dénitratation
- • Ultrafiltration : élimination de macromolécules en solution.
- • Microfiltration : traitement de suspensions (clarification et stérilisation).
Tableau I
Efficacité des filtres Emflon II dans l’air.
| Organismes testés | Nombre de filtres testés | Quantité incidente à l’entrée par modules de 25 cm | Effluent | Réduction de Titre (TR) obtenue |
|---|---|---|---|---|
| Pseudomonas diminuta | 15 | 1,2 – 3,6 × 10¹¹ | Stérile | |
| Bactériophage T1 | 22 | 1,7 × 10⁷ | Stérile |
Tableau II
Efficacité des filtres Ultipor N66.
| Type de filtre | Seuil de rétention | Micro-organismes testés | Réduction de Titre (TR) obtenue |
|---|---|---|---|
| Grade | P. diminuta | S. marcescens | |
| NA | 0,2 µm | > 10⁶ | > 10⁶ |
| NB | 0,45 µm | 10⁴ | > 10⁴ |
Tableau III
Efficacité des filtres Profile II dans les liquides.
| Code du filtre | Taille des particules retenues (µm) | Efficacité absolue 99,9 % | 99 % | 90 % |
|---|---|---|---|---|
| 005(1) | 0,5 | < 0,5 | < 0,5 | < 0,5 |
| 007 | 0,7 | < 0,5 | < 0,5 | < 0,5 |
| 010 | 1,0 | < 0,5 | < 0,5 | < 0,5 |
| 020 | 2,0 | 1,5 | 1,0 | < 0,5 |
| 030 | 3,0 | 2,5 | 1,8 | 0,7 |
| 050 | 5,0 | 4,0 | 2,5 | 1,5 |
| 070 | 7,0 | 6,0 | 5,0 | 3,5 |
| 100 | 10,0 | 9,0 | 7,5 | 6,5 |
Nombre de micro-organismes en amont du filtre
TR = Nombre de micro-organismes en aval du filtre
(*) Les tests réalisés avec des mycoplasmes ou des bactéries sauvages de l’eau ne donnent pas de réduction de titre significative.
(*) Résultats des tests OSU-F2.
(1) Limite de détection du test OSU-F2 : 0,5 µm.
Microfiltration et protection de la qualité de l’eau
Dans tous les cas de figure, l’exploitant devra veiller à ce que son eau, issue du captage ou d’un traitement de potabilisation, ne soit pas dénaturée par une contamination particulaire ou microbienne qui risquerait de modifier la composition minérale ou bactérienne de son eau dans la bouteille.
Il est donc indispensable, au cours de l’embouteillage, de ne mettre l’eau en contact qu’avec des produits, matériaux et fluides qui ne pourront pas la contaminer. Les facteurs de contamination sont nombreux ; la « propreté » des fluides de service (eau, air et gaz, vapeur) joue à cet égard un rôle important dans la constance de la qualité de l’eau mise en bouteille.
La microfiltration frontale permet de retenir des contaminants d’une taille comprise entre 10 et 0,1 µm dans les liquides et descendant jusqu’à 0,01 µm dans les gaz. Elle vise donc à l’élimination de toute particule en suspension et permet de stériliser les liquides et les gaz.
Les filtres à cartouches sont largement utilisés pour décontaminer les fluides de service au cours de l’embouteillage des eaux (figure 2). Les cartouches et boîtiers de filtration présentent une excellente résistance mécanique et thermique et peuvent s’adapter à tous les dimensionnements. Les matériaux employés dans la construction des systèmes de filtration sont agréés pour le contact alimentaire en conformité avec les besoins de tous les industriels de l’agroalimentaire qui demandent les filtrations les plus délicates (figure 2).
Filtration de l’air
L’air comprimé est également beaucoup utilisé pour maintenir les cuves de stockage en surpression (figure 3), pour pousser l’eau dans les canalisations, assurer le soufflage des bouteilles et le déplacement des bouchons. La protection de l’embouteillage, zone sensible, peut nécessiter des précautions telles que l’installation d’un tunnel de conditionnement avec surpression d’air stérile.
Pour sécuriser l’exploitant, l’air utilisé devra dans tous les cas présenter les caractéristiques suivantes :
- il doit être sec, sans suspension de micro-gouttelettes d’huile ou d’eau qui véhiculeraient particules et micro-organismes vers la bouteille. On utilisera en préfiltration un filtre à coalescence qui permet d’agglomérer les micro-gouttelettes en gouttes plus lourdes s’éliminant simplement d’elles-mêmes en tombant au fond du filtre par gravité en entraînant avec elles les contaminants les plus grossiers en suspension dans l’air ;
- il doit être stérile, dépourvu de bactéries et de certains virus grâce à un filtre hydrophobe à seuil de rétention absolu (0,01 µm) dans les gaz. Le filtre cartouche Emflon II, constitué d’une membrane en PVDF plissée, permet d’obtenir une excellente efficacité de rétention des micro-organismes (tableau I).
Filtration de l’eau
Lorsqu’elles ne seront pas réalisées avec de l’eau de même origine que celle qui sera embouteillée, les opérations de rinçage devront être effectuées avec une eau strictement contrôlée du point de vue microbiologique. À cet effet, il sera nécessaire de filtrer l’eau en deux étapes :
- une préfiltration particulaire sur filtre à membrane en fibre de verre à un seuil de rétention absolu (1 µm) : la cartouche filtrante Ultipor GF Plus ajoute à cette capacité de rétention sa caractéristique de charge positive qui permet l’adsorption de petits contaminants chargés négativement et l’obtention d’une turbidité faible ;
- une filtration stérilisante sur filtre à membrane en Nylon avec un seuil de rétention absolu de 0,2 µm. La cartouche filtrante N66 Posidyne, également chargée positivement (figure 4), arrêtera les contaminants microbiens classiques de l’eau mais elle aura peu d’effet sur la flore autochtone* d’une eau de source classique.
Ces deux étapes peuvent être précédées d’autres opérations de filtration, si le colmatage des filtres est trop rapide ou si la charge particulaire de l’eau (due aux traitements de l’eau : grains du filtre à sable, fines de charbon actif) est trop importante. Cette filtration se fera sur un filtre « profondeur » (figure 5) en polypropylène de type Profile II Plus avec des seuils de rétention de 3 ou 5 µm.
(*) Les mycoplasmes et « organismes sauvages » de l’eau, préconisés comme contaminants standards de tests par les fabricants de filtres, en challenge des cartouches à 0,1 µm, ne sont pas retenus par les filtres NA et NB, des seuils 0,2 µm, utilisés par les exploitants d’eaux minérales (tableau II).
Filtration de la vapeur
La vapeur utilisée pour la stérilisation des matériels de production est rendue propre et de qualité alimentaire après passage sur des filtres en acier inoxydable poreux type filtres PSS. Le seuil de rétention absolu le plus couramment utilisé est de 1 µm.
Rétention particulaire dans l’eau embouteillée
Malgré cette surveillance des sources de contamination possibles pendant l’embouteillage, l’exploitant risque de constater une augmentation du nombre de particules en suspension dans l’eau embouteillée par rapport à la teneur originelle. Ce phénomène parfaitement normal est dû à l’entraînement de ces particules au cours des quelques opérations de traitement (filtre à sable) ou du transport dans les canalisations (particules de rouille…). Le législateur a prévu cette éventualité, qui autorise la filtration de l’eau à embouteiller dans la mesure où l’opération ne modifie pas la composition ou les caractéristiques microbiologiques de l’eau.
Le filtre « profondeur » Profile II permettra la rétention de ces particules en suspension à des seuils absolus compris entre 0,5 et 10 µm avec une efficacité importante (tableau III). Le choix de ces seuils, et donc de la taille des pores, permettra de se prémunir contre une rétention éventuelle de minéraux dissous et des micro-organismes naturels de l’eau qui se retrouveront donc intégralement dans la bouteille.
Conclusion
Conscients de l’utilité de la microfiltration et de la sécurité qu’elle procure quant au respect de la qualité de leurs eaux embouteillées, les plus importantes sources d’eaux minérales et groupes d’embouteillage ont équipé leurs unités de production de nombreux filtres. Ceux-ci leur permettent en outre de se prémunir contre certains « accidents », tels qu’une contamination brutale due au procédé, qui, compte tenu des importantes capacités du tirage, peuvent provoquer le recyclage de milliers de bouteilles.
Grâce à la filtration, ils peuvent donc garantir aux consommateurs la constance de la qualité de leur eau, qui fait la renommée de leurs marques.
