Un bâtiment de 300 m2 au bardage bois flambant neuf jouxte les halles de production et de stockage de l’usine Monin, à Bourges (Cher). Dès le seuil franchi, un effluve alcoolisé inattendu saisit le visiteur. « C’est le concentrat sucré qui commence déjà à fermenter », indique Ludovic Lanouguère, le chef du projet Life Zeus (zero liquid discharge, water reuse) chez Monin. Inauguré en octobre, le démonstrateur doit permettre au fabricant de sirops de recycler ses effluents industriels, sans aucune station d’épuration.
Trois flux y sont valorisés : l’eau recyclée est renvoyée vers l’usine, les sels minéraux sont réutilisés pour la régénération des résines d’adoucisseurs et la matière organique – le concentrat sucré odorant – est transformée en biogaz. Encore en phase de qualification, la station de lavage traitera 400 m3 d’effluents chaque jour, bien au-delà des 150 m3 actuellement produits. L’objectif principal pour Monin ? Réduire ses prélèvements en eau d’environ 60 %, soit près de 30 000 m3 par an.
Ce démonstrateur a vu le jour grâce au projet européen Life Zeus. Après une phase pilote d’une année, il est passé à l’échelle industrielle et s’apprête à injecter ses premiers litres d’eau recyclée dans les circuits de l’usine. « En 2019, au début du projet, nous avons étudié les technologies de recyclage disponibles, se souvient Ludovic Lanouguère. Nous avons choisi la filtration membranaire. Elle présente des coûts d’installation et de fonctionnement moindres, et elle met en œuvre des outils proches de ceux de notre procédé industriel. » La société héraultaise Chemdoc Water Technologies se retrouve alors embarquée dans l’aventure et adapte son système R-Oasys aux spécificités du projet.
Trois filtrations successives
Le recyclage R-Oasys repose sur trois filtrations successives qui garantissent un rendement supérieur à 80 %. Un préfiltre (100 μm) et une microfiltration (une membrane en céramique de 0,25 μm) débarrassent les effluents industriels des grosses particules, résidus de purées de fruits, micro-organismes et matières en suspension. « Cela élimine les éléments colmatant présents dans les effluents et protège ainsi les membranes suivantes », précise Jonathan Eyraud, le chef du projet recyclage eau chez Chemdoc.
Dans les béchers témoins alignés sur une table, l’effluent est passé d’un beige turbide à un beige translucide après cette étape. Sous un enchevêtrement de tuyaux Inox se cache le cœur du procédé de recyclage : les membranes de nanofiltration, séparant les sucres et les sels, et l’osmose inverse qui finalise la purification de l’eau. En sortie, l’eau recyclée est conforme aux exigences minimales de qualité de la récente réglementation encadrant son usage pour être apte au contact alimentaire.
Si la filtration membranaire n’a rien de nouveau, son emploi avec des effluents colmatant à la composition variable est exigeant. « Il a fallu s’adapter à la variabilité de la charge en matière organique et de la minéralité, à la qualité d’eau parfaite exigée en sortie et au besoin d’une teneur élevée en carbone du concentrat », témoigne François Chaine, directeur de projet chez Chemdoc.
L’entreprise occitane a mis en œuvre son procédé breveté Flexionic : des capteurs mesurent le degré Brix (taux de sucre) et la conductivité des effluents en entrée, et ajustent en continu le taux de conversion pour protéger les membranes tout en respectant les exigences fixées. Autre défi : la nature des effluents. « Avec les sucrés, le risque d’un développement bactériologique est présent. Nous avons adapté nos systèmes de nettoyage pour que l’ensemble des équipements et des tuyauteries soient nettoyables », ajoute Jonathan Eyraud.
Les effluents et les eaux recyclées de l’usine Monin sont stockés dans ces cuves. Les eaux y subissent un dernier traitement de désinfection par UV.
Comme nombre d’industriels, Monin dépend de la ressource en eau. En 2023, le siropier a prélevé 54 000 m3 d’eau dans le réseau de ville, et en a rejeté 38 000 m3 vers la station d’épuration urbaine. La source principale de sa consommation ? Les nettoyages en place (NEP). Ils utilisent un système intégré automatique, sans démontage. L’ensemble des NEP, dont les cuves, absorbe déjà 45 % de la consommation d’eau totale du site, rien que pour leur nettoyage.
Il faut dire que le fabricant se targue de référencer 150 parfums de sirops différents et 25 purées : cette variété impose des lavages à chaque changement de recette. L’eau est aussi utilisée à d’autres étapes moins consommatrices du procédé industriel, comme la pasteurisation, le rinçage des vannes ou la lubrification des garnitures. Les 20 % d’eaux prélevées sont intégrées aux produits finis, soit environ 11 000 m3 par an, une consommation incompressible.
Des effluents recyclés à 80 %
Avec le projet Life Zeus, Monin veut réduire drastiquement sa consommation en recyclant au moins 80 % de ses effluents. Pour cela, il a mis 2,7 millions d’euros sur la table, complétés par les aides de l’Europe, plusieurs agences de l’eau et la région. « Nous devons encore réaliser le bilan économique, mais nous n’attendons pas de retour sur investissement. Avec ce projet, nous évitons plutôt un potentiel arrêt d’usine », confie Ludovic Lanouguère.
Bourges n’est en effet pas épargnée par la raréfaction de l’eau, qui se traduit presque chaque année par des arrêtés sécheresse. « Beaucoup d’industries agroalimentaires nous sollicitent pour éviter ce risque de fermeture. C’est une demande très importante aujourd’hui », témoigne François Chaine. Depuis plusieurs années, Monin réduit ses prélèvements en eau.
Le site de Bourges compte une quinzaine de sous-compteurs d’eau, offrant une cartographie précise des réseaux – le premier levier indispensable à ce type de projet. Ludovic Lanouguère dresse la liste des actions mises en place : « Nous avons optimisé nos NEP en travaillant sur les données hydrauliques et optiques. Nous récupérons les eaux de refroidissement. La lubrification des garnitures a été basculée en circuit fermé et nous avons optimisé les rinçages des vannes. » Résultat : la consommation d’eau par litre de sirop est passée de 2,8 litres en 2019 à 1,9 litre en 2023.
« Il est indispensable de valoriser les concentrats »
L’autre objectif du projet Life Zeus est le « zéro rejet liquide ». Visiblement ému en ce jour d’inauguration de la station de recyclage, Olivier Monin, le PDG, raconte : « Il y a dix ans, notre site se situait dans le centre-ville de Bourges. Nous avions un problème : nos rejets avaient fait éclater une canalisation urbaine qui n’était pas adaptée à nos effluents... Il fallait donc déménager et nous avons considéré que c’était l’occasion de construire une usine plus grande et plus propre. »
Danone, LVMH, Nestlé... Tout le monde nous contacte pour visiter notre démonstrateur! Nous travaillons déjà à transférer ce projet dans nos usines en Inde, au Brésil, et notre futur site de Valenciennes
— Olivier Monin, le PDG de Monin
Si le recyclage des effluents désengorge la station d’épuration urbaine, il représente aussi une source d’économies. En sortie de R-Oasys, les concentrats sucrés sont envoyés vers une unité de méthanisation à quelque 25 kilomètres de là pour produire du biogaz. « Dans tout projet de recyclage ou de réutilisation, il est indispensable de valoriser les concentrats pour en garantir l’intérêt environnemental », souligne Xavier Lefebvre, le directeur adjoint du Critt Génie des procédés technologies environnementales (GPTE). Autre atout de la méthanisation : elle augmente le taux de recyclabilité des effluents. « Cet objectif zéro déchet nous a poussés à amplifier le rendement de la nanofiltration pour améliorer le pouvoir méthanogène du concentrat », confie François Chaine.
Une amélioration qu’explique Jonathan Eyraud : « La conception du R-Oasys – en particulier les 20 membranes de nanofiltration de tailles différentes – concentre 10 à 20 fois les effluents pour obtenir un concentrat au pouvoir méthanogène suffisant. » Partenaire du projet, l’Insa Toulouse travaille sur l’analyse du cycle de vie (ACV) du démonstrateur. D’après les estimations encore provisoires, le bilan environnemental est très positif. Alors que la consommation de R-Oasys devrait s’élever à environ 100 kWh/an, la production de méthane devrait atteindre 750 kWh/an. « L’osmose inverse est souvent pointée du doigt pour sa consommation énergétique. Pourtant nous démontrons ici que nous pouvons supprimer la station d’épuration et même produire de l’énergie », pointe François Chaine.
Exploitation de la chaleur fatale
Au milieu du vacarme régnant dans la station, Jonathan Eyraud montre un autre élément important du R-Oasys : « Les effluents passent dans un échangeur thermique juste avant la nanofiltration, puis l’eau recyclée est réchauffée avant sa sortie. Seuls 2 à 3° C sont perdus au cours du recyclage. » Mathilde Besson, ingénieure de recherche au Critt GPTE explique : « Nous ne l’avions pas anticipé, mais la valorisation de la chaleur fatale des effluents améliore beaucoup l’ACV du projet. »
Le procédé industriel de fabrication du sirop repose sur l’utilisation d’eau chaude pour fondre le sucre (70° C), nettoyer les cuves (60° C) et pasteuriser (94° C). En sortie d’usine, la température des effluents s’élève à 27° C en moyenne. « La chaudière à gaz utilisée pour chauffer l’eau est le poste le plus énergivore du site, R-Oasys permettrait de diviser par trois environ sa consommation », précise Mathilde Besson.
©Thierry Martrou Sous un enchevêtrement de tuyaux Inox se cache le cœur du procédé de recyclage : les membranes de nanofiltration.
Monin bénéficie aussi de la publication – attendue de longue date par le secteur – en juillet du décret et de l’arrêté fixant les exigences minimales de qualité des eaux recyclées dans l’agroalimentaire. « Nous avons avancé pendant plusieurs années sans aucune visibilité réglementaire... », regrette Ludovic Lanouguère.
Pour garantir une eau conforme aux exigences sanitaires, un laboratoire attenant à R-Oasys a été mis en place. Cytométrie en flux, analyse du carbone organique total ou encore chromatographie gazeuse-spectrométrie de masse (GC-MS), Lucie Drevillon, sa responsable, expose fièrement les équipements flambant neufs. « Nous analysons chaque jour une vingtaine de paramètres. À terme, nous ciblerons les analyses les plus pertinentes : l’objectif est de continuer à être réactifs pour anticiper des problèmes de qualité sur nos produits. »
Reste à vérifier si R-Oasys tiendra toutes ses promesses une fois en service. Chemdoc confie déjà travailler sur des pilotes similaires pour des industriels de boissons sans alcool, du vin ou encore pour l’agroalimentaire non lié au liquide. « Le recyclage et la réutilisation sont importants pour résoudre le problème de la disponibilité de l’eau, mais pas à n’importe quel prix : il faut toujours s’assurer de ne pas les mener au détriment de l’environnement », pointe Xavier Lefebvre.
De son côté, Olivier Monin, les yeux pétillants, énumère la liste des concurrents convoitant son projet : « Danone, LVMH, Nestlé... Tout le monde nous contacte pour visiter notre démonstrateur ! Nous travaillons déjà à transférer ce projet dans nos usines en Inde, au Brésil et notre futur site de Valenciennes, dans le Nord. »
©Thierry Martrou Une vingtaine de paramètres sont analysés chaque jour grâce à la cytométrie en flux, l’analyse du carbone organique total ou encore la GC-MS.
©Thierry Martrou L’eau recyclée est conforme aux exigences de qualité définies par la réglementation encadrant son usage pour le contact alimentaire.
Life Zeus, un projet innovant
4,5 millions d’euros d’investissement
4 partenaires : Monin, Chemdoc Water Technologies, Insa Toulouse, Office international de l’eau
42 mois pour la durée du projet
-60% de prélèvements en eau pour le site Monin
3 flux valorisés : eau, concentrats sucrés et sel
Interview de Xavier Lefebvre, le directeur adjoint du Critt Génie des procédés technologies environnementales
Qu’est-ce qui fait la réussite environnementale d’un projet de sobriété hydrique ?
L’un des points les plus importants est la gestion des concentrats. Le recyclage et la réutilisation n’éliminent pas les pollutions, ils séparent seulement les éléments. S’ils ne sont pas valorisés, les concentrats sont rejetés en station d’épuration ou dans le milieu naturel. Cela limite fortement les taux de recyclabilité, généralement 30 à 40 %, contre 80 % pour le projet Life Zeus. Le biogaz est la solution la plus évidente de valorisation des concentrats pour l’agroalimentaire, le maillage territorial des méthaniseurs est désormais suffisant.
Zeus semble aussi illustrer l’intérêt de la valorisation de la chaleur fatale pour réduire l’empreinte environnementale de l’usine...
Les procédés de recyclage consomment en effet de l’énergie, valoriser la chaleur fatale des effluents est donc très intéressant. Monin consommera ainsi moins d’énergie avec R-Oasys qu’en rejetant des effluents dans la station d’épuration urbaine. Le recyclage d’effluents chauds permet généralement des gains d’énergie pour les nombreux industriels utilisant de l’eau chaude. Mais il faut étudier chaque cas : l’intérêt énergétique peut être réduit si l’unité de recyclage ou la sortie des effluents se situent loin du procédé industriel, ou encore si le recyclage se fait en sortie de la station d’épuration.
Faut-il parfois renoncer à un projet de sobriété hydrique au risque d’un bilan ACV négatif ?
Pour les projets importants, l’industriel a tout intérêt à réaliser une analyse du cycle de vie pour valider la pertinence environnementale de la solution. Mais recycler l’eau est une mesure de gestion des risques. Il peut être plus intéressant de recycler des eaux usées que de dessaler de l’eau de mer pour assurer la continuité de la production industrielle. Pour réduire l’empreinte énergétique, il est aussi envisageable de mettre en œuvre le recyclage selon les besoins, lors des tensions sur la ressource.
