Les eaux de traitement et la pulpe (aguas mieles)

Où ça se pratique

Partout où le café passe par la voie humide, c'est à dire partout où la cerise est dépulpée avant d'être séchée. La mesure et la réglementation, elles, ont une géographie beaucoup plus étroite.

La Colombie fournit l'essentiel des chiffres publiés. Cenicafé, à Chinchiná, a intensifié ses travaux sur l'eau du traitement à partir de 1984. La contrainte venait de la loi sur les rejets, le décret 1594 de 1984, auquel s'ajoute depuis le décret 3930 de 2010. Cenicafé cite les deux textes ensemble comme cadre à respecter. En sont sortis quatre outils, dans cet ordre :

• le lavage en cuve par rinçages successifs, dit tanque tina, en 1993 ;
• la technologie Becolsub, publiée en 1997 puis en 1999 ;
• le guide de construction et de conduite des Systèmes Modulaires de Traitement Anaérobie, ou SMTA, en 2010 ;
• les essais de déshydratation des mieles d'Ecomill, en 2012.

Les travaux de traitement anaérobie qui ont mené aux SMTA sont plus anciens que le guide. Cenicafé publie sur le sujet en 1999, puis dans un bulletin technique de 2006.

L'Éthiopie fournit la mesure de terrain de ce qui se passe quand on ne traite pas. Deux campagnes publiées dans la région Sidama, l'une en 2021 sur la rivière Orsha, l'autre en 2023 sur quatre rivières du district d'Aroresa, comparent l'amont et l'aval des ateliers.

Pour la pulpe bue en infusion, l'Union européenne a autorisé la mise sur le marché le 13 janvier 2022. Le texte est le règlement d'exécution 2022/47, pris sur notification de deux entreprises, Nestlé puis Lavazza. Il retient un historique d'usage alimentaire au Yémen, en Éthiopie et en Bolivie.

La voie sèche ne produit pas d'aguas mieles : la cerise sèche entière, et la pulpe ne quitte le grain qu'au déparchage, sous forme de coque sèche. Le règlement européen admet les deux origines : sa définition prévoit que le grain soit retiré avant ou après le séchage.

Le principe

Le traitement humide sépare le grain de tout le reste du fruit, et le reste est majoritaire. Sur 1 kg de cerise, Cenicafé compte 436 g de pulpe fraîche et 149 g de mucilage. Le mucilage est la couche de chair sucrée collée à la parche, l'enveloppe rigide qui entoure le grain. Le grain vendu ne représente qu'une petite part de la matière végétale produite.

Ces deux matières ne polluent pas par toxicité. Elles polluent parce qu'elles sont riches et solubles. Pulpe et mucilage contiennent quatre familles de composés qui partent dans l'eau :

• des sucres simples ;
• des pectines, les chaînes d'acide polygalacturonique qui forment le gel du mucilage ;
• des acides organiques ;
• des composés phénoliques.

Dès qu'ils touchent l'eau, ils s'y dissolvent. Les eaux de lavage ainsi chargées sont les aguas mieles, littéralement les eaux de miel.

À partir de là, le mécanisme est microbien. Les levures et les bactéries présentes consomment ces sucres. Elles produisent de l'acide lactique et de l'acide acétique, ce qui fait tomber le pH. Elles consomment aussi l'oxygène dissous dans l'eau.

C'est exactement ce que mesurent les deux indicateurs du métier. La DCO, demande chimique en oxygène, est la quantité d'oxygène nécessaire pour oxyder chimiquement toute la matière organique. Elle compte le biodégradable et le reste. La DBO5, demande biochimique en oxygène sur cinq jours, ne compte que la fraction que les micro-organismes savent dégrader. Rejetée dans un ruisseau, cette eau vide donc le milieu de son oxygène et l'acidifie. La vie aquatique disparaît, non pas empoisonnée mais asphyxiée.

Un point commande tout le reste. La charge polluante par kilogramme de café est presque fixe, puisqu'elle dépend de la matière du fruit et non de la conduite. Le volume d'eau, lui, se choisit. Diluer ne retire rien à la charge : cela augmente seulement la quantité d'eau à traiter, et cela dilue l'effluent au point de le rendre inapte à la digestion anaérobie. Toute la stratégie développée par Cenicafé tient dans cette phrase.

Le déroulé

• Dépulpage. Deux conduites s'opposent. Avec de l'eau et transport hydraulique de la pulpe, ou à sec avec transport par gravité, par vis sans fin ou par câble-disque. Le choix décide de presque tout. La pulpe porte 73,7 % du pouvoir polluant potentiel des sous-produits. Transportée à l'eau, elle en perd près de la moitié de son poids sec, qui passe dans le liquide. Dépulper à sec empêche cette part de partir à la rivière et la garde utilisable. Cenicafé donne trois autres raisons de se passer d'eau ici. Plus de la moitié de l'eau du procédé est économisée. Les volumes d'eau sale à stocker diminuent. La pulpe reste moins mouillée, donc plus facile à valoriser.
• Retrait du mucilage. Par fermentation naturelle puis lavage, ce qui donne les aguas mieles, entre 15 000 et 30 000 mg/L de DCO. Ou par démucilagineuse mécanique, avec renvoi du mucilage concentré sur la pulpe. On obtient alors un lixiviat, le jus qui s'écoule d'un tas de matière humide, autour de 110 000 mg/L. Ce n'est pas plus de pollution, c'est la même matière dans beaucoup moins d'eau.
• Lavage et classement. C'est là que se joue le volume. Canal de correteo traditionnel, la longue rigole où le café descend au fil de l'eau pour être lavé et trié : 20 à 25 L par kilogramme de café parche sec. Lavage en cuve par quatre rinçages successifs, le tanque tina : 4,13 L en moyenne, soit 80 % d'économie. Becolsub : moins de 1 L. Ecomill : 0,4 à 0,5 L. La DCO de l'eau de lavage monte en conséquence de 6 000 à 26 000 mg/L, et c'est recherché. Un effluent concentré se digère, un effluent dilué ne se digère pas.
• Bilan de l'atelier. Conventionnel : 40 à 50 L d'eau par kilogramme de parche sec, et environ 115 g de DCO par kilogramme de fruit. Écologique : 0,4 à 5 L, et 10,6 à 30 g de DCO par kilogramme de fruit. Le chiffre bas correspond au cas où le mucilage est versé sur la pulpe, donc sorti de l'eau et non supprimé.
• Stockage de la pulpe en fosse couverte. Le toit empêche la pluie de lessiver la pulpe et d'emporter ses composants vers les eaux de surface. Cenicafé chiffre à 72 % la pollution hydrique évitée par cette seule pratique, quand le transport se fait sans eau. Le chapitre en fait l'action préventive la plus importante de tout le procédé.
• Traitement primaire des lixiviats, quand pulpe et mucilage sont mélangés. Quatre organes en série :
• un conditionneur de pulpe fermé ;
• une unité de contrôle des insolubles, où se font l'hydrolyse et l'acidogenèse ;
• un lit de séchage des boues ;
• un filtre garni de pierre calcaire, qui remonte l'alcalinité.

Ce dernier organe est le nerf de l'affaire. Les bactéries méthanogènes, celles qui achèvent la digestion en produisant du méthane, travaillent mal en milieu acide. Abattement d'environ deux tiers de la DCO, durée de vie estimée à 5 ans.

• Traitement secondaire anaérobie, le SMTA. Personne ne purge l'air de ces cuves. On les ferme, les micro-organismes consomment l'oxygène qui s'y trouve, et le milieu devient anoxique par épuisement. Un piège à pulpes arrête les particules de plus de 5 mm qui boucheraient les tuyaux. Viennent ensuite des réacteurs hydrolytiques et acidogènes, puis une chambre doseuse qui règle le débit. Le flux finit dans des réacteurs méthanogènes garnis de tronçons de bambou guadua ou de bouteilles. Ce garnissage retient les bactéries et les empêche d'être emportées par l'eau. Inoculum : fumier frais bovin ou porcin dilué à parts égales dans l'eau. Trois semaines couvert, puis dix semaines de montée en charge progressive, à un débit de 550 mL/min par réacteur. Abattement supérieur à 80 % de la charge organique. Les cuves sont en polyéthylène noir et fermées, ce qui monte la température interne jusqu'à 30 °C et limite les odeurs.
• Dimensionnement. Le SMTA suppose une eau de lavage comprise entre 4,0 et 5,0 L par kilogramme de parche sec. Plus d'eau oblige à un système plus gros. Moins d'eau donne une surcharge organique, et c'est la cause la plus fréquente de mauvais fonctionnement.
• Post-traitement en marais artificiel. Rapport longueur sur largeur de 2:1 à 4:1, profondeur 0,6 m, pente 1 %, temps de séjour de 2 à 5 jours. Plantes flottantes couvrant 75 % du plan d'eau et récoltées tous les quinze jours, ou plantes émergentes sur gravier de 13 à 38 mm, à environ 30 plants par mètre carré. Environ 30 m² suffisent pour une ferme produisant 1 000 arrobas de parche sec par an, l'arroba de café colombienne valant 12,5 kg. L'abattement global passe de 80 % à près de 95 %.
• Évaporation, quand traiter n'est pas possible. Sur un séchoir solaire parabolique de 27 m², 2 761 L d'effluent Ecomill ont été placés. Il en a été évaporé 2 538 L en 26 jours, soit 92 %, ou environ 3,5 L par mètre carré et par jour. Sur les lixiviats Becolsub, un évaporateur branché sur les fumées d'un séchoir mécanique à café laisse un résidu à 295 000 mg/L de DCO et 35 °Brix. Le degré Brix mesure les matières dissoutes, surtout des sucres, en grammes pour 100 g.
• Valorisations mesurées, dans l'ordre croissant de technicité :
• compostage de la pulpe en fosse, retournée tous les quinze jours, transformée en quatre mois environ ;
• lombricompostage, environ une tonne de pulpe fraîche par mètre carré et par an, à 5 kg de lombrics par mètre carré, rendement de 35 à 40 % en base humide ;
• champignons comestibles et médicinaux sur pulpe et sciure de tronc. Rendements moyens supérieurs à 50 % pour les pleurotes, de 52 à 76 % pour le shiitaké sur substrat à rapport carbone sur azote de 40 ;
• pectines, 174 g de pectine à bas méthoxyle pour 10 kg de pulpe fraîche, 82 g de pectine à haut méthoxyle pour 10 kg de mucilage frais ;
• éthanol, 25,2 mL par kilogramme de pulpe fraîche et 58,4 mL par kilogramme de mucilage frais. Les sous-produits de 100 kg de cerise donnent ainsi 1,97 L ;
• méthanisation, 25 L de biogaz par kilogramme de pulpe fraîche, et 287 L de méthane par kilogramme de DCO appliqué à 36 °C ;
• cascara, la pulpe séchée passée en infusion, autorisée dans l'Union européenne depuis 2022.

Ce que contiennent les eaux de dépulpage, et une chaîne de traitement complète

Cette fiche décrit la charge polluante des eaux de traitement par ses grandeurs globales. Un chapitre entier d'un ouvrage de 2025 en donne la composition qualitative et une chaîne de traitement complète, du bassin de réception au bassin de finition. Les deux manquent ici, et la chaîne est utilisable telle quelle.

Ce qu'il y a dedans

Après dépulpage, les boues d'eaux usées portent des micro-organismes et un mélange de substances parfois toxiques : nitrate, phosphate, caféine, phénols, mélanoïdines, lignines et tanins. Les mélanoïdines sont les composés bruns nés de la réaction de Maillard, c'est-à-dire de la rencontre entre un sucre et un acide aminé, et leur présence rappelle que la pulpe chauffe et brunit dès qu'elle s'entasse. Le milieu est acide, autour d'un pH de quatre, il présente une demande biologique en oxygène élevée et il contient des matières en suspension.

Un mot sur cette demande biologique en oxygène, car cette fiche emploie ailleurs la demande chimique : la première mesure la quantité d'oxygène que les micro-organismes consommeraient pour dégrader la matière organique de l'eau, la seconde mesure la même charge par oxydation chimique totale. La chimique rend toujours une valeur supérieure, puisqu'elle oxyde aussi ce que les microbes ne savent pas digérer. Les deux ne se convertissent pas l'une en l'autre par un facteur fixe, et un chiffre donné sans préciser laquelle des deux il est ne vaut rien.

Une étude péruvienne récente est citée, selon laquelle quatre-vingt-cinq pour cent des petits producteurs ne traitent pas du tout leurs eaux usées. C'est le chiffre qui donne sa mesure au problème : la question n'est pas d'optimiser des installations, elle est qu'il n'y en a presque pas.

La chaîne de traitement, étape par étape

Les auteurs en donnent une, empruntée à Enden et Calvert, et sa logique est de traiter d'abord ce qui est le moins cher à retirer.

• Bassin d'acidification : Il abat les solides qui sédimentent, c'est-à-dire ce qui tombe tout seul. Retirer les solides en premier est ce qui rend tout le reste possible, puisque ce sont eux qui colmatent les étages suivants.
• Traitement à la chaux : Appliqué aux effluents clarifiés, il remonte le pH de quatre à six. Sans cette remontée, les micro-organismes de l'étage suivant ne travaillent pas : un milieu à pH quatre n'est pas un milieu où une flore de bioréacteur prospère.
• Bioréacteur anaérobie : Une fermentation, conduite cette fois à dessein, qui dégrade la matière organique dissoute en l'absence d'oxygène. Les auteurs rappellent utilement qu'un bioréacteur est simplement une cuve fermée munie d'entrées et de sorties dont on contrôle les paramètres, et qu'un sac plastique de fermentation en est un : le mot n'implique ni inox ni sondes.
• Zones humides construites : Des bassins plantés, en plusieurs étages, où les plantes et les micro-organismes de leur substrat réduisent le phosphate et la matière organique restante par voie aérobie. Elles tirent parti des températures élevées des pays producteurs, qui accélèrent la biodégradation. Le vétiver y est la plante la plus citée, une graminée en touffes aux racines très denses, éprouvée comme filtre dans plusieurs pays, peu coûteuse et sans entretien strict, à la condition que l'eau ait d'abord été débarrassée de la matière organique susceptible de colmater le système.
• Bassin à jacinthes d'eau : Placé en dernier, il traite la charge bactérienne résiduelle et les métaux lourds. La jacinthe d'eau est une plante flottante à croissance très rapide, ce qui est à la fois sa qualité ici et son défaut ailleurs, puisqu'elle est une invasive redoutée dans les cours d'eau tropicaux : elle ne doit pas s'échapper du bassin.

Les auteurs mentionnent enfin des tamis pour retirer pectines et fibres de cellulose en amont, ce qui allège les étages suivants. Et sur la valorisation, ils signalent que le mucilage est principalement composté, mais que des essais de terrain réussis existent pour produire du biohydrogène et du bioéthanol à partir de mucilage et d'autres résidus, et que des expériences de laboratoire ont produit des boissons alcoolisées à partir de pulpe et de mucilage, moyennant une optimisation encore à faire.

Sources de ce passage : Hackler et Särchen, chapitre 7, p. 102 pour la composition des effluents et l'étude péruvienne ; p. 103 et 104 pour la chaîne de traitement, d'après Enden et Calvert ; chapitre 5, p. 59 pour la valorisation du mucilage. Glossaire pour la demande biologique en oxygène et le bioréacteur.

Ce que ça donne en tasse

Ce process se déroule à côté du café, pas dedans. Une fois le grain séparé, ce qu'on fait des eaux et de la pulpe ne change plus la tasse. Aucun des travaux lus ici ne mesure d'effet du traitement des effluents sur la note sensorielle du café.

Une seule affirmation, dans ces sources, touche à la tasse. L'Avance Técnico 187 de Cenicafé porte au crédit du transport sans eau une fermentation plus rapide et plus homogène. Il le dit du café en baba, le grain encore couvert de son mucilage, et de la pulpe. C'est écrit comme un avantage attendu du procédé, sans essai sensoriel publié à l'appui dans ce document.

Ce qui se boit vraiment ici, c'est le cascara.

Ce qui est mesuré. Une boisson cascara produite en Suisse à partir de pulpe séchée titre 226 mg/L de caféine et 283 mg d'équivalent acide gallique par litre de polyphénols. Les six pulpes séchées analysées dans la même étude donnent de 4,9 à 9,2 mg d'équivalent acide gallique par gramme de matière sèche. Les deux plus caféinées, un maragogype et un bourbon du Congo, montent à 6,8 et 6,5 mg de caféine par gramme de matière sèche. Une étude polonaise de 2025 compare deux extraits préparés à 20 mg/mL. La coque de cerise donne 53 µg/mL de caféine, le grain arabica moulu 450 µg/mL, soit huit fois plus.

Ce qui est revendiqué. Quatre descripteurs circulent dans le commerce du cascara :

• fruits rouges ;
• raisin sec ;
• hibiscus ;
• églantier.

Aucun panel à l'aveugle publié n'a été trouvé dans cette recherche pour les étayer. Attention aussi à une confusion répandue. La boisson polonaise citée plus haut titre 280 mg/L de caféine. Mais c'est un mélange à parts égales d'infusion de café et d'infusion de coque. Cette valeur n'est pas celle du cascara seul.

Ce qui rate

Le premier risque est le rejet direct au cours d'eau, et il est documenté par la mesure.

Dans le district de Wonsho, région Sidama, en novembre et décembre 2019, l'effluent brut d'un atelier se situe à pH 2,38. Il porte 4 302 mg/L de DCO, 2 410 mg/L de DBO5 et 0,11 mg/L d'oxygène dissous. En amont du rejet, la rivière Orsha est à pH 6,9 et 10 mg/L d'oxygène dissous. En aval, elle tombe entre pH 3,56 et 4, et entre 0,96 et 1,33 mg/L d'oxygène. La seconde campagne, publiée en 2023 sur quatre rivières du district d'Aroresa, retrouve le même schéma. Au point de rejet, l'oxygène dissous y est divisé par plus de deux et le pH tombe entre 3,6 et 4,3.

Noter au passage que la DCO de ces effluents éthiopiens est bien plus basse que celle des aguas mieles colombiennes. Ce n'est pas un meilleur atelier, c'est plus d'eau pour la même matière.

Les autres risques se répartissent par étape.

• Toxicité de l'effluent déjà traité. Cenicafé a mesuré trois seuils sur les sorties de SMTA, exprimés en DCO. La concentration qui tue la moitié des individus est de 700 mg/L chez le microcrustacé Daphnia pulex. Elle est de 490 mg/L chez le poisson Lebistes reticulatus, le guppy, que l'étude donne pour l'indicateur le plus sensible. Celle qui fait mourir la moitié des cellules de l'algue Chlorella vulgaris est de 890 mg/L. Conforme à la loi ne veut donc pas dire sans effet.
• Surcharge organique du SMTA. Laver avec moins de 4 L par kilogramme de parche sec concentre l'effluent au-delà de ce que le réacteur digère. Les acides s'accumulent, les méthanogènes décrochent, l'abattement s'effondre.
• Envoi d'un lixiviat pulpe et mucilage non prétraité sur un SMTA. On lui présente 110 000 mg/L quand il est prévu pour une eau de lavage à 15 000 ou 30 000 mg/L.
• Inhibition des plantes de finition. Le jacinthe d'eau décroche à 1 281 mg/L de DCO, la laitue d'eau à 1 222, la salvinie à 903 et la massette à 508. Un effluent trop chargé tue l'étage censé le polir.
• Pulpe laissée à l'air libre. La pluie lessive ses composants, ce qui modifie le pH du sol et charge les eaux de surface.
• Cascara mal séché. C'est un risque de moisissure, donc de mycotoxine. Le règlement européen pose quatre bornes sur la pulpe séchée :
• eau, moins de 18 % ;
• activité de l'eau, 0,65 au plus ;
• ochratoxine A, moins de 5,0 µg/kg ;
• aflatoxine B1, moins de 2,0 µg/kg.

Une pulpe séchée trop lentement ou reprise par l'humidité ne passe pas ces seuils.

• Caféine du cascara sous-estimée. Au-dessus de 150 mg/L, l'étiquette doit porter la mention de teneur élevée en caféine et déconseiller le produit aux enfants et aux femmes enceintes ou allaitantes. La boisson mesurée à 226 mg/L montre que le cas n'est pas théorique.

Les repères

• Eau du traitement conventionnel40 à 50 L par kg de café parche sec
• Eau avec Ecomill0,4 à 0,5 L par kg de café parche sec
• Charge organique, conventionnel contre écologique115 contre 10,6 à 30 g de DCO par kg de fruit
• DCO des aguas mieles15 000 à 30 000 mg/L ; du lixiviat pulpe et mucilage : 60 000 à 120 000 mg/L
• Part de la pollution potentielle portée par la pulpe73,7 %
• Abattementplus de 80 % avec le SMTA seul, près de 95 % avec marais artificiel