Le brassage ne s'achève pas une fois la fermentation terminée.
À ce stade, la bière peut encore contenir de la levure, des particules de houblon, des protéines, des polyphénols et d’autres substances en suspension ou responsables de la turbidité. En fonction du type de bière et des objectifs de qualité du brasseur, il peut s’avérer nécessaire d’éliminer certains de ces composants avant que la bière ne soit transférée dans une cuve de bière claire ou acheminée vers la ligne de conditionnement.
La filtration peut donc répondre à plusieurs objectifs différents. Elle peut clarifier la bière après la fermentation, réduire la charge en particules avant une étape de filtration plus fine, améliorer la stabilité visuelle ou assurer une stabilisation microbiologique avant le conditionnement. Certaines bières, cependant, sont volontairement laissées troubles et peuvent ne nécessiter qu’une filtration finale minimale, voire aucune.
Le choix de l'équipement de filtration dépend du type de bière, de la concentration en matières solides, de la capacité de production, du degré de clarté souhaité, des exigences en matière de conditionnement et de la méthode de production privilégiée par la brasserie.
Pour les brasseries, qu'il s'agisse de petites brasseries artisanales ou de grandes usines commerciales et industrielles, les technologies les plus pertinentes comprennent la séparation centrifuge, la filtration sur terre de diatomées, la filtration en profondeur, la filtration sur plaques et cadres, la filtration sur cartouches et la filtration sur membrane.
Équipements courants de filtration et de séparation pour la bière
| Équipement / Technologie | Rôle principal dans la fabrication de la bière | Exemple d'application |
|---|---|---|
| Centrifugeuse à disques empilés | Clarification et séparation rapides de la levure et des matières en suspension | Bière verte, séparation de la levure, préfiltration |
| Filtre à terre de diatomées (Kieselguhr) | Filtration en profondeur et clarification de la bière | Filtration conventionnelle de la bière |
| Filtre à plaques et à cadres | Filtration sous pression à l'aide de feuilles filtrantes | Filtration de la bière en petites et moyennes cuvées |
| Filtre en profondeur / Feuilles filtrantes | Clarification et polissage fins | Réduction de la levure, des particules et de la turbidité |
| Filtre à cartouche | Filtration fine et finale des particules | Polissage et protection en aval |
| Filtration membranaire / Filtration tangentielle | Filtration fine et stabilisation microbiologique | Filtration de la bière sans kieselguhr |
| Filtre à manches | Filtration grossière ou auxiliaire | Exemples d'applications de préfiltration |
Ces technologies ne constituent pas simplement différents niveaux d'un même filtre.
Une centrifugeuse sépare les particules par la force centrifuge. Les filtres DE et les filtres en profondeur retiennent les particules au sein d'un milieu filtrant. Les filtres à cartouche assurent une rétention contrôlée des particules, tandis que les systèmes à membrane utilisent une séparation sélective par membrane.
C'est pourquoi une brasserie choisit généralement son équipement de filtration en fonction de l'objectif du procédé, plutôt que d'opter pour le filtre le plus fin disponible.
Clarification avant la filtration fine
La bière qui entre dans un filtre fin est très différente de celle qui sort de la cuve de fermentation.
La bière fraîchement fermentée peut contenir des quantités importantes de levures et d'autres matières en suspension. Envoyer l'ensemble de ces matières solides directement vers un filtre fin peut rapidement augmenter la perte de charge, réduire la durée de vie du filtre et accroître les pertes de bière.
C'est pourquoi on recourt souvent en premier lieu à la décantation primaire.
Dans la salle de brassage, le tourbillon assure déjà une étape importante de clarification en séparant les résidus chauds du moût avant le refroidissement et la fermentation. Après la fermentation, cependant, les particules solides sont beaucoup plus fines et se composent principalement de levure et d'autres matières issues de la fermentation.
C'est là que la séparation centrifuge, la sédimentation, la filtration sur diatomées ou d'autres technologies de clarification entrent en jeu.
Un processus type pourrait se présenter comme suit :
Fermentation → Maturation → Clarification primaire → Filtration fine → Bière claire → Conditionnement
Toutes les brasseries n'ont pas nécessairement besoin de passer par toutes les étapes. La configuration la plus adaptée dépend du type de bière et des caractéristiques recherchées pour le produit fini.
Centrifugeuses à disques empilés
A centrifugeuse à disques empilés utilise la force centrifuge plutôt qu'un média filtrant pour séparer les particules en suspension de la bière.
À l'intérieur du bol rotatif, une pile de disques coniques augmente la surface de séparation effective. La levure et les autres particules en suspension sont séparées du liquide et évacuées selon la configuration de la centrifugeuse.
Dans la fabrication de la bière, centrifugeuses à disques empilés peut être utilisé pour :
- Précisions sur la bière verte
- Séparation des levures
- Séparation fine solide-liquide
- Pré-clarification avant filtration
- Réduction de la quantité de matières solides parvenant aux filtres en aval
- Récupération de la bière
Son principal avantage réside dans sa rapidité et son fonctionnement en continu. Une centrifugeuse permet d’éliminer une grande partie des levures avant que la bière n’atteigne l’étape de filtration plus fine.
Cela peut s'avérer particulièrement utile dans les grandes brasseries où le débit de bière est élevé et où la capacité de filtration doit être maintenue tout au long de longues séries de production.
Filtration à la terre de diatomées (Kieselguhr)
La terre de diatomées, également appelée DE ou kieselguhr, est depuis toujours l'un des adjuvants de filtration les plus utilisés dans la production de bière.
Au cours de la filtration, la diatomite forme un gâteau de filtration poreux à travers lequel passe la bière. La levure, les particules en suspension et les autres éléments responsables de la turbidité sont retenus dans ce gâteau de filtration.
La principale raison de son utilisation persistante réside dans sa capacité à traiter une charge en matières solides relativement importante tout en produisant une bière claire et limpide.
Un procédé classique peut être :
Bière mûrie → Filtration DE → Filtration fine → Cuve de bière claire
Différentes granulométries d'adjuvant de filtration peuvent être utilisées en fonction des performances de filtration requises. Les granulats plus grossiers offrent une plus grande capacité de rétention des impuretés, tandis que les granulats plus fins peuvent être utilisés pour une clarification plus intensive.
Filtration DE Convient aux brasseries qui recherchent un procédé de filtration conventionnel ayant fait ses preuves. Il peut être utilisé aussi bien dans le brassage artisanal qu’industriel, le système de filtration et la surface filtrante étant adaptés aux besoins de production.
Il existe toutefois certaines limites. Le DE est un adjuvant de filtration consommable ; la brasserie doit donc gérer le stockage, le dosage, la manipulation et l'élimination des résidus de filtration. De la bière peut également rester retenue dans le gâteau de filtration, ce qui entraîne une perte de produit.
Ces facteurs ont incité de nombreuses brasseries à s'intéresser à la centrifugation, à la filtration en profondeur ou à la filtration sur membrane en tant que technologies alternatives ou complémentaires.
Filtres à plaques et à cadres
Les filtres à plaques et à cadres utilisent des feuilles filtrantes installées entre une série de plaques. La bière est pompée sous pression à travers ces feuilles, la levure et les particules en suspension étant retenues par le média filtrant.
Ce système est particulièrement utile pour la filtration en continu, car la surface de filtration peut être adaptée en fonction des besoins de production et les feuilles filtrantes peuvent être choisies en fonction du degré de clarification souhaité.
Les filtres à plaques et à cadres peuvent être utilisés pour :
- Clarification de la bière par lots
- Filtration fine
- Polissage
- Fabrication de bières artisanales
- Production brassicole à petite et moyenne échelle
Pour les petites brasseries, la conception relativement simple et la grande souplesse dans le choix des feuilles filtrantes peuvent faire de la filtration à plaques et cadres une option pratique.
La principale limite réside dans le fait que le fonctionnement est manuel. Les systèmes classiques doivent être ouverts pour permettre la mise en place, le remplacement et le nettoyage des feuilles filtrantes, ce qui peut entraîner des pertes de bière lors de ces opérations.
Filtration membranaire et filtration tangentielle
Filtration sur membrane offre une alternative à la filtration classique à l'aide d'un adjuvant de filtration.
Dans la filtration à flux transversal, la bière s'écoule tangentiellement à la surface de la membrane plutôt que directement à travers un gâteau de filtration statique. Une partie du liquide traverse la membrane tandis que les solides retenus restent du côté alimentation et sont emportés par le flux transversal.
Cette approche permet d'obtenir des résultats plus clairs et, selon la configuration de la membrane, d'assurer une stabilisation microbiologique sans avoir recours à la terre de diatomées.
Parmi les avantages potentiels, on peut citer :
- Pas de manipulation de terre de diatomées
- Réduction des déchets liés aux adjuvants de filtration
- Traitement en circuit fermé
- Performances de filtration reproductibles
- Réduction potentielle des coûts liés aux consommables
- Haut degré d'automatisation des processus
Cependant, systèmes à membrane ne constituent pas simplement un remplacement direct d'un filtre DE.
L'encrassement des membranes peut devenir un problème majeur lorsque la bière entrant dans le système contient de grandes quantités de levure ou de matières colloïdales. Une pré-clarification efficace et un programme de nettoyage adapté sont donc indispensables.
Pour les petites brasseries, cette décision doit également tenir compte du coût d'investissement, du volume de production, des exigences en matière de nettoyage, du remplacement des membranes, ainsi que de la nécessité réelle pour la brasserie de disposer d'un tel niveau d'automatisation.
Filtres à manches
Les filtres à manches jouent un rôle plus limité dans la production de bière que dans certains autres procédés de fabrication de boissons.
Ils sont généralement utilisés comme filtres grossiers ou auxiliaires plutôt que comme filtre final principal de la bière.
Une brasserie peut utiliser un filtre à manches pour éliminer les particules relativement grosses avant une étape de filtration plus fine ou pour protéger les équipements en aval.
Par exemple :
Élimination des particules grossières → Filtre à manches → Filtre fin
Cependant, la filtration sur sac n'est généralement pas la méthode privilégiée pour la clarification finale de la bière finie.
Pour une brasserie qui cherche à obtenir une bière claire de qualité constante, la centrifugation, la filtration sur diatomées, la filtration en profondeur, la filtration sur cartouche ou la filtration sur membrane constituent généralement des solutions plus adaptées.
Filtration de la bière : pourquoi “ plus fine ” ne signifie pas toujours “ meilleure ”
Une centrifugeuse ne fonctionne pas selon une finesse nominale en microns au même titre qu'un média filtrant. Ses performances dépendent de facteurs tels que la taille des particules, leur densité, la concentration en matières solides, la viscosité de la bière, la température et la force centrifuge.
La filtration sur membrane est un procédé encore différent, qui est choisi en fonction des caractéristiques de la membrane et du type de séparation requis.
En matière de conception des procédés de brasserie, la question la plus pertinente est la suivante :
Qu'est-ce qui doit être supprimé, et à quelle étape faut-il le faire ?
Choisir le système de filtration adapté aux différents styles de bière
Les différentes bières ne nécessitent pas nécessairement le même processus de filtration.
Lager et Pilsner
Les bières blondes claires se caractérisent généralement par un aspect brillant et une limpidité stable.
Une brasserie traditionnelle peut, quant à elle, recourir à une filtration sur diatomées, suivie d'une étape de filtration fine.
Pour les grandes brasseries, la centrifugation peut réduire la charge en matières solides sur le système de filtration en aval et contribuer à maintenir un débit constant.
IPA et bière houblonnée
Les bières houblonnées peuvent être plus difficiles à clarifier, car les particules de houblon et la turbidité liée aux polyphénols peuvent contribuer à leur aspect trouble.
Une filtration trop intensive n'est pas toujours souhaitable, car une élimination excessive peut altérer les caractéristiques que le brasseur souhaite conserver.
Pour de nombreuses bières modernes aux arômes de houblon prononcés, l'objectif est d'obtenir une clarification maîtrisée plutôt qu'une clarté maximale.
La bière de blé et la bière naturellement trouble
Certains types de bières sont conditionnés de manière à ce qu'ils contiennent délibérément de la levure en suspension ou des particules susceptibles de former un voile.
Dans ces cas-là, une filtration poussée peut s'avérer inutile ou indésirable.
Il s'agit là d'un aspect important à prendre en compte lors de la conception d'une brasserie : les équipements de filtration doivent être adaptés au type de bière plutôt que de soumettre toutes les bières au même processus de clarification.
Production commerciale de bière à grande échelle
À mesure que la capacité de production des brasseries augmente, la filtration devient un enjeu opérationnel et économique tout autant qu'un enjeu lié à la qualité du produit.
Une grande brasserie industrielle pourrait devoir prendre en compte les éléments suivants :
- Clarification continue
- Débit élevé de bière
- Consommation de filtres
- Pertes de bière
- Exigences en matière de CIP
- Automatisation
- Turbidité constante
- Intégration avec des cuves de bière blonde
- Intégration aux lignes de conditionnement
Une brasserie de plus grande taille peut donc associer la clarification par centrifugation à la filtration en profondeur, à la filtration sur cartouche ou à la filtration sur membrane, en fonction de sa gamme de produits et de sa philosophie de fabrication.
En revanche, une brasserie de plus petite taille peut privilégier un filtre à plaques et cadres ou un système à cartouches compact, car elle accorde davantage d'importance à la réduction des dépenses d'investissement et à la simplicité d'exploitation.
Quels sont les critères à prendre en compte lors du choix d'un filtre à bière ?
Le choix du filtre approprié doit se faire en fonction des exigences du processus de la brasserie plutôt qu'en se basant uniquement sur le degré de filtration.
Style de bière
Une lager exceptionnelle, une IPA trouble et une bière de blé naturellement trouble ont des objectifs de clarification différents.
Charge en levures et en matières solides
Plus la quantité de matières solides entrant dans le filtre est importante, plus un filtre fin s'encrassera rapidement. Une clarification efficace en amont peut donc avoir un impact majeur sur l'efficacité de la filtration.
Clarté requise
Le résultat peut aller d'une bière naturellement trouble à une bière d'une clarté éclatante.
Durée de conservation
La bière destinée à une distribution et à un stockage de longue durée peut nécessiter une filtration finale plus rigoureuse ou une stabilisation microbiologique.
Perte de produit
Chaque filtre retient une certaine quantité de bière. Il convient donc d'évaluer le système non seulement en fonction de ses performances de filtration, mais aussi en fonction du taux de récupération du produit.
Consommables
La filtration DE nécessite l'utilisation d'un adjuvant de filtration, tandis que les feuilles filtrantes et les cartouches jetables entraînent des coûts récurrents liés aux consommables. Les systèmes à membrane réduisent la dépendance vis-à-vis des consommables jetables, mais impliquent des opérations de nettoyage et de remplacement des membranes.
Capacité de production
Le système de filtration adapté à une brasserie fonctionnant par lots de 500 litres peut être très différent de celui requis pour une brasserie produisant plusieurs lots par jour, d'une capacité de 5 000 ou 8 000 litres par lot.
Les solutions de brassage proposées par Tiantai couvrent des volumes allant de 500 L à 8 000 L par cuvée dans cette gamme, avec des systèmes de brassage adaptables en fonction de différentes configurations de salle de brassage, de capacités de fermentation, de niveaux d’automatisation, d’équipements techniques, de stockage de la bière claire et de systèmes de remplissage. Tiantai propose également des systèmes de brasserie au-delà de cette gamme, allant des brasseries à petite échelle aux installations commerciales et industrielles.
Solutions de filtration pour la brasserie Tiantai
Tiantai conçoit et fabrique des systèmes complets de brassage destinés aussi bien aux brasseries artisanales qu'aux grandes brasseries commerciales et industrielles.
La capacité d'une brasserie peut aller de petits systèmes de brassage par lots à des installations de production à grande échelle, avec des systèmes de brassage, de fermentation, de clarification, de stockage de la bière claire, de nettoyage en place (CIP), de réfrigération, de remplissage, d'automatisation et d'utilités, configurés en fonction des exigences de production. Les solutions de brasserie proposées par Tiantai vont des installations de 100 L à plus de 200 HL, tandis que ses solutions de 500 L à 8 000 L offrent différentes configurations et différents niveaux d’automatisation en fonction de la capacité de la brasserie.
L'objectif n'est pas simplement de rendre la bière aussi limpide que possible.
L'objectif est d'obtenir le niveau adéquat de clarification et de filtration de la bière, tout en préservant son arôme, en réduisant au minimum les pertes de produit, en maîtrisant les coûts d'exploitation et en assurant la stabilité de la production de la brasserie.
Vous envisagez de créer une nouvelle brasserie ou de moderniser un système de filtration de bière existant ? Tiantai peut concevoir un processus de clarification et de filtration adapté à votre type de bière, à votre capacité de production et à l'ensemble du flux de travail de votre brasserie.
