Suivi, contrôle et modélisation de la fermentation alcoolique en oénologie

Abstract

Ce travail visait la mise au point d’une méthode de suivi et de contrôle automatique de la fermentation alcoolique en œnologie. Dans une première étape, réalisée en fermenteur de 15 litres, des corrélations linéaires entre les paramètres physiques et biologiques caractéristiques du procédé ont été établies. Il s’agit du volume de CO2 dégagé, de la perte de poids, de la densité et de l’indice de réfraction pour les paramètres physiques et des concentrations en éthanol produit et en sucres résiduels pour les paramètres biologiques. Dans une seconde étape, des cuves œnologiques de 700 litres (échelle pilote) et de 5000 litres (échelle semi industrielle) ont été instrumentées avec des capteurs de mesure de la température de fermentation, du volume de CO2 dégagé (compteur volumétrique) et de la densité du milieu (capteurs de pression). La mise en place d’organes électroniques et informatiques d’acquisition et de traitement des données ont permis de réaliser le suivi en temps réel du déroulement de la fermentation alcoolique : les concentrations en éthanol produit et en sucres résiduels sont déterminés à partir des mesures en ligne du volume du CO2 dégagé et de la densité du milieu, avec des précisions de l’ordre de plus ou moins 3 %. De plus, la cinétique fermentaire est déterminée, en temps réel, par calcul de la vitesse de dégagement de CO2. L’asservissement de la température à la cinétique fermentaire a été réalisée : deux lois de pilotage, l’une appliquée aux vins rouges, l’autre aux vins blancs, ont été testées. Elles constituent un mode particulièrement élégant de contrôle de la température en œnologie. Du fait de sa facilité d’utilisation et de sa fiabilité, nous préconisons pour le développement industriel du projet, la méthode basée sur la mesure du volume de CO2 dégagé pour suivre en temps réel et contrôler la fermentation alcoolique. Les quatre phases successives de la cinétique fermentaire ont été caractérisées au moyen des grandeurs suivantes : le temps du début du dégagement gazeux (Td), l’accélération de la production de CO2 (k1), la vitesse maximale de dégagement de CO2 (Vmax) et la pente du logarithme de la vitesse de dégagement de CO2 lors de la phase de décroissance (k2). Une méthode de prédiction en ligne des valeurs de Vmax et de k2, basée sur la détermination en temps réel de Td et de k1 est décrite.