CA1170596A - Systeme de culture d'algues a fibres dialysantes - Google Patents
Systeme de culture d'algues a fibres dialysantesInfo
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Abstract
: La présente invention a pour objet un nouveau système de culture d'algues unicellulaires à dialyse. Ce système est basé sur l'utilisation de fibres creuses dialysantes permettant les échanges osmotiques des nutrilites et des métabolites entre le milieu nourricier soit l'eau de mer ou les eaux usées domestiques et la culture d'algues, sans aucun risque de contamination pour la culture. Grâce à la surface d'échange importante du faisceau de fibres et son remplacement facile, cette méthode peut fournir durant un période prolongée une productivité biologique élevée.
Description
5~i La presente invention a pour objet un nouveau système de culture d'algues unicellulaires à dialyse comprenant une enceinte fermee contenant les algues dans un milieu de cul-ture et des moyens pour assurer un echange des nutrilites et metabolites nécessaires à la croissance des algues depuis un milieu nourricier vers le milieu de culture.
L'invention concerne également une nouvelle méthode de culture d'algues unicellulaires ~ c1ialyse~ ~ar cette méthode, une culture volumineuse d'algues en dialyse est réalisée avec une productivité biologique élevée.
Depuis près de 50 ans, une panoplie de ~2thodes de culture d'algues unicellulaires a été developpee aussi bien dans le secteur de la recherche appliquee: recherche d'une source nouvelle de nourriture pour l'homme, en aquiculture, pour l'utilisation des eaux usees, que celui de la recherch~
fondamentale, où des appareils généralement plus sophistiqués, genre chimiostat, ont permis la réalisation de découvertes importantes sur la photosynthèse. Dans tous ces appareils, la croissance des algues est determinee par le renouvellement automatique ou manuel de l'echaMtillon d'algues préleve, par du milieu enrichi, et la culture atteint sa croissance maximale par l'epuisement de sels nutritifs du milieu.
Récemment, en s'inspirant des methodes de cul-tures dialysantes chez les microorganismes non-photosynthetiques, des cultures de ph~toplancton marin ou d'eau douce ont ete de veloppees avec succès dans des enceintes dialysantes (voir à ce sujet (1) PRATT, R, 1944. Am. J. Bot. 31: 418~421; ~2) JENSEN, A., B. RYSTAD and L. SKOG~UND, 1972. J. Exp. Mar. Biol.
Ecol. 8: 241-248; [3) JENSEN, A. and B. RYSTAD, 1973.
~ 7~55~
J. ~xp. Mar. Biol. Ecol. 11: 27S-2~5; (4) SKOGLUND, L. and A. JENSEN, 1976. J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 21: 169-178;
(5) SAKSHAUG, E. et A. JENSEN, 1978. Oceanogr. Mar. Biol.
Ann. Rev. 16: 81-106). Ce procedé est particulierement inté-ressant puisqu'il fait appel uniquement a des échanges osmoti-ques de substance de faible poids moléculaire (par exemple, les sels nutritifs) entre la culture et son milieu nutritif, tcut en protegeant les cellules vegetales des predateurs ou de la contamination par les bacteries. Plus tard, Dor (voir a ce sujet High density, dialysis culture of algal on sewage-, Water Research, 9: 251-254, 1975) utilise le meme procedé pour de-montrer les possibilités de récupération des eaux d'égouts domestiques dans le but de produire des protéines algales.
Cependant, cette méthode possede deux faiblesses techniques majeures. D'abord, la durabilité limitée de la mem-brane dialysante en cellulose, sensible aux bacteries cellulo-lytiques et aux diatomees epiphytiques, rend impossible le main-tien d'une culture sur une longue periode. En fait, le rempla-cement de cette membrane a dialyse est irrealisable sans risque de contamination ou de destruction de la culture car elle tient également lieu de paroi de l'enceinte. De plus, pour des en-ceintes très volumineuses, le taux d'échange osmotique devient in-suffisant en raison de la baisse du rapport surface de dialyse/
volume de la culture. Ceci expli~ue les concentrations cellu-laires supérieures obtenues par Sakshaug et Jensen voir référen-ce ~4) precitee avec des petits sacs a dialyse seulement. Le système de culture de phytoplancton selon la presente invention, basé sur l'emploi d'unités de fibres creuses dialysantes, rem-plaçables, isol~es de la chambre de croissance, permet de con-tourner ces difficultés, c'est-a-dire d'obtenir une culture aseptique volumineuseet durable, et une croissance cellulaire tres élevée.
~l7g,~
Le brevet des Etats-Unis No. 4.043.903 (Dor) a pour objet un procédé favorisant la culture d'algues dans un mllieu aqueux contaminé. Dans ce procédé, on utilise une mem-brane dialysante qui permet des échanges osmotiques entre les élements nutritiEs contenus dans le milieu contaminé et la cul-ture d'algues. Nulle part dans ce brevet, on ne parle de fibres creuses dialysantes. On ne mentionne pas non plus l'emploi combiné d'une arrivée externe de CO2 gazeux et un débit-mètre afin de régler le débit de la culture et de l'eau de mer dans l'échangeur dialysant comme il en est question dans la présente invention. Leur système ne peut également fonctionner en continu, avec un échantillonnage automatique.
Palotta, dans son brevet américain No. 2.715.795 délivré le 23 aout 1955, décrit une méthode de culture de micro-organismes photosynthétiques. Cette méthode utilise un appareil comprenant une membrane dialysante ayant la forme d'un tube hélicoidal, enroulé autour d'un cylindre rotatif. L'appareil de Palotta ne peut donc être compare a celui de la présente demande.
Enfin, le brevet des Etats-Unis No. 3.228.877 délivré le 11 janvier 1966 a pour objet un appareil a permeabi-lite sélective et un procédé utilisant des fibres creuses. Ce brevet démontre la grande possibilité d'u-tilisation de ces fibres dans de multiples domaines techniques o~ un filtrage selectif est necessaire.
L'appareil du demandeur fait plutôt appel a la comblnaison de nombreux détails de realisation qui ne sont pas suggeres dans le brevet No. 3.228.877, comme par exemple, l'uti-lisation d'un courant d'un melange d'air et de bioxyde de car-bone gazeux pour assurer la circulation de la culture au sein de l'échangeur dialysant, ou encore d'un débit-mètre pour régler 7 S~
l'arriuee du milieu nourricier dans l.'échangeur dialysant et ainsi ajuster le debit aisement. L'emploi. d'un manometre pour regler la pression intrafibrillaire et la diffusion hydraulique vers la culture et permettre la reali.sation d'un système de culture à dialyse continu distingue egalement l'appareil du demandeur.
Ce sytème base sur l'utilisation de fibres creuses dialysantes permet les echanges osmoti.ques des nutri.li.tes et des metabolites entre le milieu nourricier soi.t l'eau de mer ou des eaux usees domestiques et la culture d'algues, sans aucun rI.sque de contami-nation pour la culture. Grâce à la.surface d'echange importante du faisceau de fibres e-t son remplacement facile, cette methode peut foùrnir durant une periode prolongee une productivite biologique elevee.
La presente.invention a donc pour objet un système de culture d'algues unicellulaires à dialyse. Celui-ci est du type compre-nant: une enceinte fermee contenant les algues dans un milieu de culture et des moyens pour.assurer un echange des nutrilites et metabolites necessaires à la croissance des algues depuis~un milieu nourricier choisi dans le groupe comprenant l'eau de mer et lbs eaux usees domestiques vers le milieu de culture. Les moyens d'échange sont constitu8s par des faisceaux de fibres creuses de type hemodialyseur en contact avec le milieu -de culture.~s algues, le m~lieu nourriGier circulant à l'interieur des fibres. Les movens d'echange et l'enceinte contenant le milieu de culture sont des unites distinctes et fonctionnent de manière independante.
L'invention concerne également une nouvelle methode de cultu-re d'algues unicellulaires à dialyse. Elle est caracterisee par les étapes suivantes: on introduit une souche d'algues dans un milieu de culture contenu dans une enceinte pour favoriser la croissance de ladite culture, on fait circuler à contre-courant dans ùn hémodialyseur constitue d'un faisceau de fibres ~ ~7~
crellses dialysantes, le milieu de culture et un milieu nourricier, le ~ilieu de culture circulant à l'e~térieur desdites fibres par entraine-ment d'un courant yazeux en~e ladlte enceinte et l'h~ialyseur-tandis que le milieu ncurricier circule à l'interieur de ces dites fibres, afin d'as-surer une osmose vers lsdit milieu de culture et permettre une diffusion des nutrilites nécessaires à la croissance des algues.
Au stade de croissance voulu, on procède ensuite à sa recuperation.
Le milieu nourricier utilisé est de l'eau de mer ou des eaux usées domestiques alors que le courant gazeux servant à entralner le milieu de culture est un mélange air-CO2 (V:V, 98:2) ayant un débit maximum d'un litre/min.
L'enceinte est logee, de préférence, dans un bassin d'eau thermostatee sous le controle d'une unite refrige-rante (pas indiquee). La forme etroite de l'enceinte donne un meilleur rendement pour des cultures concentrees car elle dimi-nue le facteur d'extinction lumineuse ~-Self-Shading- des algues).
On peut egalement utiliser des enceintes de forme cylindrique.
L'echangeur dialysant, du type hémodialyseur, possede une surface d'echange de l.l m2. Il provient de la compagnie Hospal. Cet echangeur est constitué d'une cartouche de plastique contenant des milliers de fibres creuses de collo-dion (D.I. 200 ~m~ et laissent diffuser les molécules inferieures à 1,500 ~.M. L'eau de mer ou le milieu nourricier, circule a l'interieur de chacune de ces fibres du haut vers le bas tandis que la culture passe entre les fibres en sens inverse, afin de permettre un echange osmotique vers le milieu de culture.
L'echangeur dialysant s'installe à l'exterieur de l'enceinte de culture et il est relie à celle-ci par deux tubes flexibles Tygon ou de silicone, l'un de ces tubes etant dit supérieur et l'autre inferieur.
... .. .... ...
* Marque de co~rce d'un tube flexible transparent fait de plastique.
;
Le système comprend en outre un conduit d'entrée d'un courant gazeux monté sur le tube inférieur reliant l'hémo-dialyseur à l'enceinte. Ce courant gazeux avorise la circula-tion du milieu de culture à l'interieur de l'hemodialyseur.
Le dialyseur est egalement prolonge ~ sa sortie par un tube dont l'ouverture est réglable au moven d'une valve permettant ainsi d'ajuster la pression intrafibrillaire.
On peut installer plusieurs echangeurs par enceinte et les remplacer au besoin car ils sont jetables.
Dans un système de dialyse en continu, un reci-pient d'echantillonnage muni d'une sortie d'air et d'un tube de prelèvement est relie au h~ut de l'enceinte de culture par un tube de deversement., Afin de mieux comprendre l'invention sans tou-tefois vouloir la limiter, on se referera maintenant aux dessins annexes, dans lesquels:
Les figures 1, 2 et 3 representent une enceinte de culture selon l'invention de 10 litres de capacite, vue sous trois angles: vue de face, de haut et de profil; et la figure 4 represente, vue de profil, un cou-plage de l'echangeur dialysant au bassin de culture et illustre le fonctionnement du syst8me de culture en continu (echantillon-nage automatique) selon l'invention.
La figure 4 montre le système complet en ope-ration. Un mélange air-CO2 (V:V, 98:2) arrive en (F) au bas de l'enceinte (A) au niveau du tube inferieur (D) reliant l'echan-geur (C) a l'enceinte avec un débit maximum d'un litre/min. Ce flux de gaz entraine la culture de l'enceinte (A) vers le tube (D) jusqu'au dialyseur (C), dans la chambre d'échange (G), puis 1~ 7~5'~i revient dans l'enceinte (A) via le tube (E). L'enceinte est logée dans un bassin d'eau thermostatee (B). C~ debit gazeux fournit une rotation complète de la culture en une heure. De plus, ce melange gazeux, favorise la croissance des algues grâce a l'apport en CO2. L'echangeur utilise dans le syst~me selon l'invention est constitue d'un faisceau de ~ibres creuses dia-lysantes du type hemodialyseur.
La circulation des deux liquides à contre-cou-rant dans l'echangeur (la culture entre les fibres et le milieu nourricier à l'interieur de chaque fibre) favorise les echanges osmotiques qui se produisent dans la chambre d'echange (G).
Pour un debit constant, la pression intrafibril-laire du dialyseur determine le taux de passage du milieu nourri-cier de part et d'autre de la barrière dialysante (diffusion hy-draulique). Selon que cette pression est superieure ou égale à
celle de la chambre de croissance le disposit,if operera en con-tinu ou en equilibre de croissance. Ainsi, pour maintenir une culture à un stade de croissance donne, i.e. à une concentration cellulaire stable (habituellement en phase logarithmique o~ le rendement biologique est superieur), il suffit d'exercer une pression intrafibrillaire superieure au poids de 1~ colonne de culture (60 mm de Hg et plus), de fason a creer une dilution cellulaire equiva-lente au rythme de croissance de l'algue. L'excedent de culture ainsi obtenu sera chasse automatiquement vers un recipient d'e-chantillonnage (K~ via le tube de deversement (N) (diamètre in-terne: 1.5 mm) grace a la pression ga~eus~ s'exersant à la par-tie superieure de la chambre de croissance. La culture sera acheminee vers ledit recipient d'echantillonnage et le gaz sera libere au niveau du filtre à air (I). Le prelèvement de l'algue s'effectue par le tube ~L). Un manomètre (M) situe entre un debit-m~tre (H) et le dialyseur (C) nous indique la pression ,~7~t~s~j in-trafibrillaire qu'on peut ajuster en variant l'ouverture du tube (J~ a la sortie du dialyseur (C).
En maintenant, par ailleurs, la pression intra-fibrillaire du dialyseur d'un système non-continu egale au poids de la colonne de culture (entre 55 et 60 mm de Hg) on obtient un système en equilibre, sans excedent de culture, le preleve-ment se faisant au moyen du tube O. Le système opère exclu-sivement en dialyse et la culture passe par toutes les phases de croissance, soit logarithmique, lineaire et plateau. Elle at--teint un plafonnement de croissance (plateau) qui varie avec les conditions du milieu (lumiere, sels nutritifs, etc.~.
Des experiences recentes effectuees par le de-mandeur ont montrees que le debit d'eau de mer dans les fibres agissait de fa~on tras marquee sur la productivite. Ainsi, chez Phaeodactylum tricornutum près du double de cellules 18 à 31 x 106 cellules/ml est obtenu au plateau en augmentant le debit de 5.5 à 14.5 L/heure. Pour obtenir de forts rendements, il est donc souhaitable de maintenir un débit élevé dans le dialyseur.
Ce debit est réglé par le débit-mètre (H).
Les essais en laboratoire du syst8me de culture selon l'invention utilisant les fibres dialysantes ont éte con-cluants quant a la capacite de production du ph~vtoplancton marin (genres diatomees). Chez Phaeodactylum tricornutum les concen-trations cellulaires atteintes sont de l'ordre de 30 à 40 x 106 cellules/ml avec un poids sec correspondant à 500 mg à 1 g/L, ce qui représente une production lO ~ 20 fois superieure aux systèmes de culture traditionnels (statique ou semi-continue) que le demandeur a testes. Les cultures se sont maintenues steriles indefiniment avec un changement de dialyseur toutes les semaines environ, et ce, en dépit d'une forte contamination du 17~S9~i milieu utilise. D'autres especes d'algues Skeletonema costatum en chaine, et Dunaliella tertiolecta ont ete cultivees avec succes par cet-te methode.
L'appareil du demandeur peut egalement bien s'adapter a des cultures de phytoplanc-ton d'eau douce pour la production de proteines algales a partir d'eaux usees domestiques.
L'invention concerne également une nouvelle méthode de culture d'algues unicellulaires ~ c1ialyse~ ~ar cette méthode, une culture volumineuse d'algues en dialyse est réalisée avec une productivité biologique élevée.
Depuis près de 50 ans, une panoplie de ~2thodes de culture d'algues unicellulaires a été developpee aussi bien dans le secteur de la recherche appliquee: recherche d'une source nouvelle de nourriture pour l'homme, en aquiculture, pour l'utilisation des eaux usees, que celui de la recherch~
fondamentale, où des appareils généralement plus sophistiqués, genre chimiostat, ont permis la réalisation de découvertes importantes sur la photosynthèse. Dans tous ces appareils, la croissance des algues est determinee par le renouvellement automatique ou manuel de l'echaMtillon d'algues préleve, par du milieu enrichi, et la culture atteint sa croissance maximale par l'epuisement de sels nutritifs du milieu.
Récemment, en s'inspirant des methodes de cul-tures dialysantes chez les microorganismes non-photosynthetiques, des cultures de ph~toplancton marin ou d'eau douce ont ete de veloppees avec succès dans des enceintes dialysantes (voir à ce sujet (1) PRATT, R, 1944. Am. J. Bot. 31: 418~421; ~2) JENSEN, A., B. RYSTAD and L. SKOG~UND, 1972. J. Exp. Mar. Biol.
Ecol. 8: 241-248; [3) JENSEN, A. and B. RYSTAD, 1973.
~ 7~55~
J. ~xp. Mar. Biol. Ecol. 11: 27S-2~5; (4) SKOGLUND, L. and A. JENSEN, 1976. J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 21: 169-178;
(5) SAKSHAUG, E. et A. JENSEN, 1978. Oceanogr. Mar. Biol.
Ann. Rev. 16: 81-106). Ce procedé est particulierement inté-ressant puisqu'il fait appel uniquement a des échanges osmoti-ques de substance de faible poids moléculaire (par exemple, les sels nutritifs) entre la culture et son milieu nutritif, tcut en protegeant les cellules vegetales des predateurs ou de la contamination par les bacteries. Plus tard, Dor (voir a ce sujet High density, dialysis culture of algal on sewage-, Water Research, 9: 251-254, 1975) utilise le meme procedé pour de-montrer les possibilités de récupération des eaux d'égouts domestiques dans le but de produire des protéines algales.
Cependant, cette méthode possede deux faiblesses techniques majeures. D'abord, la durabilité limitée de la mem-brane dialysante en cellulose, sensible aux bacteries cellulo-lytiques et aux diatomees epiphytiques, rend impossible le main-tien d'une culture sur une longue periode. En fait, le rempla-cement de cette membrane a dialyse est irrealisable sans risque de contamination ou de destruction de la culture car elle tient également lieu de paroi de l'enceinte. De plus, pour des en-ceintes très volumineuses, le taux d'échange osmotique devient in-suffisant en raison de la baisse du rapport surface de dialyse/
volume de la culture. Ceci expli~ue les concentrations cellu-laires supérieures obtenues par Sakshaug et Jensen voir référen-ce ~4) precitee avec des petits sacs a dialyse seulement. Le système de culture de phytoplancton selon la presente invention, basé sur l'emploi d'unités de fibres creuses dialysantes, rem-plaçables, isol~es de la chambre de croissance, permet de con-tourner ces difficultés, c'est-a-dire d'obtenir une culture aseptique volumineuseet durable, et une croissance cellulaire tres élevée.
~l7g,~
Le brevet des Etats-Unis No. 4.043.903 (Dor) a pour objet un procédé favorisant la culture d'algues dans un mllieu aqueux contaminé. Dans ce procédé, on utilise une mem-brane dialysante qui permet des échanges osmotiques entre les élements nutritiEs contenus dans le milieu contaminé et la cul-ture d'algues. Nulle part dans ce brevet, on ne parle de fibres creuses dialysantes. On ne mentionne pas non plus l'emploi combiné d'une arrivée externe de CO2 gazeux et un débit-mètre afin de régler le débit de la culture et de l'eau de mer dans l'échangeur dialysant comme il en est question dans la présente invention. Leur système ne peut également fonctionner en continu, avec un échantillonnage automatique.
Palotta, dans son brevet américain No. 2.715.795 délivré le 23 aout 1955, décrit une méthode de culture de micro-organismes photosynthétiques. Cette méthode utilise un appareil comprenant une membrane dialysante ayant la forme d'un tube hélicoidal, enroulé autour d'un cylindre rotatif. L'appareil de Palotta ne peut donc être compare a celui de la présente demande.
Enfin, le brevet des Etats-Unis No. 3.228.877 délivré le 11 janvier 1966 a pour objet un appareil a permeabi-lite sélective et un procédé utilisant des fibres creuses. Ce brevet démontre la grande possibilité d'u-tilisation de ces fibres dans de multiples domaines techniques o~ un filtrage selectif est necessaire.
L'appareil du demandeur fait plutôt appel a la comblnaison de nombreux détails de realisation qui ne sont pas suggeres dans le brevet No. 3.228.877, comme par exemple, l'uti-lisation d'un courant d'un melange d'air et de bioxyde de car-bone gazeux pour assurer la circulation de la culture au sein de l'échangeur dialysant, ou encore d'un débit-mètre pour régler 7 S~
l'arriuee du milieu nourricier dans l.'échangeur dialysant et ainsi ajuster le debit aisement. L'emploi. d'un manometre pour regler la pression intrafibrillaire et la diffusion hydraulique vers la culture et permettre la reali.sation d'un système de culture à dialyse continu distingue egalement l'appareil du demandeur.
Ce sytème base sur l'utilisation de fibres creuses dialysantes permet les echanges osmoti.ques des nutri.li.tes et des metabolites entre le milieu nourricier soi.t l'eau de mer ou des eaux usees domestiques et la culture d'algues, sans aucun rI.sque de contami-nation pour la culture. Grâce à la.surface d'echange importante du faisceau de fibres e-t son remplacement facile, cette methode peut foùrnir durant une periode prolongee une productivite biologique elevee.
La presente.invention a donc pour objet un système de culture d'algues unicellulaires à dialyse. Celui-ci est du type compre-nant: une enceinte fermee contenant les algues dans un milieu de culture et des moyens pour.assurer un echange des nutrilites et metabolites necessaires à la croissance des algues depuis~un milieu nourricier choisi dans le groupe comprenant l'eau de mer et lbs eaux usees domestiques vers le milieu de culture. Les moyens d'échange sont constitu8s par des faisceaux de fibres creuses de type hemodialyseur en contact avec le milieu -de culture.~s algues, le m~lieu nourriGier circulant à l'interieur des fibres. Les movens d'echange et l'enceinte contenant le milieu de culture sont des unites distinctes et fonctionnent de manière independante.
L'invention concerne également une nouvelle methode de cultu-re d'algues unicellulaires à dialyse. Elle est caracterisee par les étapes suivantes: on introduit une souche d'algues dans un milieu de culture contenu dans une enceinte pour favoriser la croissance de ladite culture, on fait circuler à contre-courant dans ùn hémodialyseur constitue d'un faisceau de fibres ~ ~7~
crellses dialysantes, le milieu de culture et un milieu nourricier, le ~ilieu de culture circulant à l'e~térieur desdites fibres par entraine-ment d'un courant yazeux en~e ladlte enceinte et l'h~ialyseur-tandis que le milieu ncurricier circule à l'interieur de ces dites fibres, afin d'as-surer une osmose vers lsdit milieu de culture et permettre une diffusion des nutrilites nécessaires à la croissance des algues.
Au stade de croissance voulu, on procède ensuite à sa recuperation.
Le milieu nourricier utilisé est de l'eau de mer ou des eaux usées domestiques alors que le courant gazeux servant à entralner le milieu de culture est un mélange air-CO2 (V:V, 98:2) ayant un débit maximum d'un litre/min.
L'enceinte est logee, de préférence, dans un bassin d'eau thermostatee sous le controle d'une unite refrige-rante (pas indiquee). La forme etroite de l'enceinte donne un meilleur rendement pour des cultures concentrees car elle dimi-nue le facteur d'extinction lumineuse ~-Self-Shading- des algues).
On peut egalement utiliser des enceintes de forme cylindrique.
L'echangeur dialysant, du type hémodialyseur, possede une surface d'echange de l.l m2. Il provient de la compagnie Hospal. Cet echangeur est constitué d'une cartouche de plastique contenant des milliers de fibres creuses de collo-dion (D.I. 200 ~m~ et laissent diffuser les molécules inferieures à 1,500 ~.M. L'eau de mer ou le milieu nourricier, circule a l'interieur de chacune de ces fibres du haut vers le bas tandis que la culture passe entre les fibres en sens inverse, afin de permettre un echange osmotique vers le milieu de culture.
L'echangeur dialysant s'installe à l'exterieur de l'enceinte de culture et il est relie à celle-ci par deux tubes flexibles Tygon ou de silicone, l'un de ces tubes etant dit supérieur et l'autre inferieur.
... .. .... ...
* Marque de co~rce d'un tube flexible transparent fait de plastique.
;
Le système comprend en outre un conduit d'entrée d'un courant gazeux monté sur le tube inférieur reliant l'hémo-dialyseur à l'enceinte. Ce courant gazeux avorise la circula-tion du milieu de culture à l'interieur de l'hemodialyseur.
Le dialyseur est egalement prolonge ~ sa sortie par un tube dont l'ouverture est réglable au moven d'une valve permettant ainsi d'ajuster la pression intrafibrillaire.
On peut installer plusieurs echangeurs par enceinte et les remplacer au besoin car ils sont jetables.
Dans un système de dialyse en continu, un reci-pient d'echantillonnage muni d'une sortie d'air et d'un tube de prelèvement est relie au h~ut de l'enceinte de culture par un tube de deversement., Afin de mieux comprendre l'invention sans tou-tefois vouloir la limiter, on se referera maintenant aux dessins annexes, dans lesquels:
Les figures 1, 2 et 3 representent une enceinte de culture selon l'invention de 10 litres de capacite, vue sous trois angles: vue de face, de haut et de profil; et la figure 4 represente, vue de profil, un cou-plage de l'echangeur dialysant au bassin de culture et illustre le fonctionnement du syst8me de culture en continu (echantillon-nage automatique) selon l'invention.
La figure 4 montre le système complet en ope-ration. Un mélange air-CO2 (V:V, 98:2) arrive en (F) au bas de l'enceinte (A) au niveau du tube inferieur (D) reliant l'echan-geur (C) a l'enceinte avec un débit maximum d'un litre/min. Ce flux de gaz entraine la culture de l'enceinte (A) vers le tube (D) jusqu'au dialyseur (C), dans la chambre d'échange (G), puis 1~ 7~5'~i revient dans l'enceinte (A) via le tube (E). L'enceinte est logée dans un bassin d'eau thermostatee (B). C~ debit gazeux fournit une rotation complète de la culture en une heure. De plus, ce melange gazeux, favorise la croissance des algues grâce a l'apport en CO2. L'echangeur utilise dans le syst~me selon l'invention est constitue d'un faisceau de ~ibres creuses dia-lysantes du type hemodialyseur.
La circulation des deux liquides à contre-cou-rant dans l'echangeur (la culture entre les fibres et le milieu nourricier à l'interieur de chaque fibre) favorise les echanges osmotiques qui se produisent dans la chambre d'echange (G).
Pour un debit constant, la pression intrafibril-laire du dialyseur determine le taux de passage du milieu nourri-cier de part et d'autre de la barrière dialysante (diffusion hy-draulique). Selon que cette pression est superieure ou égale à
celle de la chambre de croissance le disposit,if operera en con-tinu ou en equilibre de croissance. Ainsi, pour maintenir une culture à un stade de croissance donne, i.e. à une concentration cellulaire stable (habituellement en phase logarithmique o~ le rendement biologique est superieur), il suffit d'exercer une pression intrafibrillaire superieure au poids de 1~ colonne de culture (60 mm de Hg et plus), de fason a creer une dilution cellulaire equiva-lente au rythme de croissance de l'algue. L'excedent de culture ainsi obtenu sera chasse automatiquement vers un recipient d'e-chantillonnage (K~ via le tube de deversement (N) (diamètre in-terne: 1.5 mm) grace a la pression ga~eus~ s'exersant à la par-tie superieure de la chambre de croissance. La culture sera acheminee vers ledit recipient d'echantillonnage et le gaz sera libere au niveau du filtre à air (I). Le prelèvement de l'algue s'effectue par le tube ~L). Un manomètre (M) situe entre un debit-m~tre (H) et le dialyseur (C) nous indique la pression ,~7~t~s~j in-trafibrillaire qu'on peut ajuster en variant l'ouverture du tube (J~ a la sortie du dialyseur (C).
En maintenant, par ailleurs, la pression intra-fibrillaire du dialyseur d'un système non-continu egale au poids de la colonne de culture (entre 55 et 60 mm de Hg) on obtient un système en equilibre, sans excedent de culture, le preleve-ment se faisant au moyen du tube O. Le système opère exclu-sivement en dialyse et la culture passe par toutes les phases de croissance, soit logarithmique, lineaire et plateau. Elle at--teint un plafonnement de croissance (plateau) qui varie avec les conditions du milieu (lumiere, sels nutritifs, etc.~.
Des experiences recentes effectuees par le de-mandeur ont montrees que le debit d'eau de mer dans les fibres agissait de fa~on tras marquee sur la productivite. Ainsi, chez Phaeodactylum tricornutum près du double de cellules 18 à 31 x 106 cellules/ml est obtenu au plateau en augmentant le debit de 5.5 à 14.5 L/heure. Pour obtenir de forts rendements, il est donc souhaitable de maintenir un débit élevé dans le dialyseur.
Ce debit est réglé par le débit-mètre (H).
Les essais en laboratoire du syst8me de culture selon l'invention utilisant les fibres dialysantes ont éte con-cluants quant a la capacite de production du ph~vtoplancton marin (genres diatomees). Chez Phaeodactylum tricornutum les concen-trations cellulaires atteintes sont de l'ordre de 30 à 40 x 106 cellules/ml avec un poids sec correspondant à 500 mg à 1 g/L, ce qui représente une production lO ~ 20 fois superieure aux systèmes de culture traditionnels (statique ou semi-continue) que le demandeur a testes. Les cultures se sont maintenues steriles indefiniment avec un changement de dialyseur toutes les semaines environ, et ce, en dépit d'une forte contamination du 17~S9~i milieu utilise. D'autres especes d'algues Skeletonema costatum en chaine, et Dunaliella tertiolecta ont ete cultivees avec succes par cet-te methode.
L'appareil du demandeur peut egalement bien s'adapter a des cultures de phytoplanc-ton d'eau douce pour la production de proteines algales a partir d'eaux usees domestiques.
Claims (15)
1. Un système de culture d'algues unicellulaires à dialyse comprenant une enceinte fermée contenant les algues dans un milieu de culture et des moyens pour assurer un échange des nutrilites et métabolites nécessaire à la croissance des algues depuis un milieu nourricier vers le milieu de culture, caracté-risé en ce que lesdit moyens d'échange sont constitués de faisceaux de fibres creuses dialysantes du type hémodialyseur en contact avec le milieu de culture des algues, le milieu nourricier circulant à l'intérieur desdites fibres; et en ce que lesdits moyens d'échange et l'enceinte contenant le milieu de culture sont des unités distinctes et fonctionnent de manière indépendante.
2. Système défini selon la revendication. 1, caractérisé en ce que l'hémodialyseur est dispose à l'extérieur de l'enceinte et relié à celle-ci au moyen de deux tubes, dont l'un des tubes est dit supérieur et l'autre inférieur, ledit hémodialyseur étant monte de façon à ce que la circulation du milieu de culture et celle du milieu nourricier se fassent à contre-courant, afin de favoriser une osmose vers ledit milieu de culture.
3. Système défini selon la revendication 2, caractérisé.
en ce qu'il comprend un conduit d'entrée d'un courant gazeux monté sur le tube inférieur reliant l'hémodialyseur à l'enceinte pour faire circuler le milieu de culture à l'intérieur de l'hémodialyseur et en ce que ledit hémodialyseur comprend en outre des moyens pour régler les débits de circulation du milieu nourricier à l'intérieur des fibres et du milieu de culture à
l'extérieur des fibres.
en ce qu'il comprend un conduit d'entrée d'un courant gazeux monté sur le tube inférieur reliant l'hémodialyseur à l'enceinte pour faire circuler le milieu de culture à l'intérieur de l'hémodialyseur et en ce que ledit hémodialyseur comprend en outre des moyens pour régler les débits de circulation du milieu nourricier à l'intérieur des fibres et du milieu de culture à
l'extérieur des fibres.
4. Système défini selon la revendication 3, caractérisé en ce que le conduit d'entrée du mélange gazeux ect monté sur le tube inférieur reliant l'hémodialyseur à l'en-ceinte de culture et des moyens pour régler le débit du mélange gazeux.
5. Système défini selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit moyen pour régler la pression intra-fibrillaire du milieu nourricier est une valve ajustable montée sur le tube situé à la sortie du dialyseur.
6. Système défini selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'hémodialyseur a une surface d'échange d'environ 1.1 m2, le milieu nourricier étant choisi dans le groupe comprenant de l'eau de mer et des eaux usées do-mestiques et le courant gazeux faisant circuler le milieu de culture à l'intérieur de l'hémodialyseur étant constitué d'un mélange air-CO2 (V:V, 98-2) avec un débit maximum d'un litre/min.
7. Système défini selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il y a plusieurs hémodialyseurs par enceinte.
8. Système défini selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un récipient d'échantillonnage muni d'une sortie d'air et d'un tube de prélè-vement, ledit récipient étant relié au haut de l'enceinte de culture par un tube de déversement.
9. Méthode de culture d'algues unicellulaires à dialyse caractérisée en ce que l'on introduit une souche d'algues dans un milieu de culture contenu dans une enceinte pour favoriser la croissance de ladite culture, on fait circuler à contre-courant dasn un hémodialyseur constitué d'un faisceau de fibres creuses dialysantes, le milieu de culture et un milieu nourricier, ledit milieu de culture circulant à l'extérieur des-dites fibres par entraînement d'un courant gazeux entre ladite enceinte et l'hémodialyseur, tout en maintenant le milieu nour-ricier à une pression égale ou supérieure à celle du milieu de culture selon que l'on opère respectivement en équilibre de croissance ou en continu, et au stade de croissance voulue on procède ensuite à la récupération de la culture d'algues.
10. Méthode selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'on introduit comme milieu nourricier de l'eau de mer ou des eaux usées domestiques dont le débit est maintenu élevé
dans l'hémodialyseur et comme courant gazeux, un mélangé air-CO2 (V:.V, 98:2) avec un débit maximum d'un litre/min.
dans l'hémodialyseur et comme courant gazeux, un mélangé air-CO2 (V:.V, 98:2) avec un débit maximum d'un litre/min.
11. Méthode selon la revendication 9, caractérisée en ce que la pression intrafibrillaire est >60 mm de Hg pour assurer une culture dialysante en continu avec récupération automatique des algues.
12. Méthode selon la revendication 9, caractérisé en ce que la pression intrafibrillaire est maintenue entre 55 et 60 mm de Hg pour assurer une culture dialysante en équili-bre.
13. Méthode selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que l'on cultive le Phaeodactylum tricornutum.
14. Méthode selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que l'on cultive les espèces d'algues Skeletonema costatum en chaîne et Dunaliella tertiolecta.
15. Méthode selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que l'on cultive le phytoplancton d'eau douce.
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1982
- 1982-06-18 JP JP10522682A patent/JPS5851888A/ja active Pending
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