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La présente invention concerne un bassin de plein air pour la culture d'algues macroscopiques, dans lequel les algues flottent dans l'eau de mer qui y circule et un procédé de culture mettant en oeuvre ce bassin.
05 Les algues sont largement utilisées par les industries pharmaceutiques, chimiques et alimentaires comme source de matières premières ; certaines espèces sont même consommées fraiches ou réhydratées dans différents pays ; mais la récolte des algues sauvages, sur les côtes françaises notamment, diminue, et il est souhaitable de produire les algues - au moins certaines espèces - par culture dans des bassins alimentés en eau de mer et situés à
l'air libre sur le rivage, loin des tempêtes et des phénomènes de marée.
De nombreuses espèces d'algues peuvent être ainsi cultivées, telles que Chord~us cr~s~us, ~i~a~t~na s~R~l~ta, r~l~i~lepr~is c~lia~a ~t l~ce~ a, Laml~a~l~ s~ b~i~r~a s~ , ~lwa s~., E~ u~a s~ r~o~s~s s~.
Pour certaines comme le o~ordEus, une algue rouge dont on extrait les carraghénanes, polysaccharides épaississants de qualité
alimentaire, et plus particulièrmeent pour le o~o~d~us cr~s~us dont les tonnages traités en Europe sont importants, il est tout à fait souhaitable de trouver des conditions de culture économiquement compétitives. Quelques équipes de spécialistes ont déjà étudié
cette question, telle que celle de R.G.S. Bidwell au Canada, qui a décrit dans Botanica Marina vol. XXVIII p. 87-97 (1985) un bassin pour la culture de ~h~n~rus C~lS~US, encore appelé ~r~sh ~ss, alimenté en eau de mer, nutriments et gaz carbonique, le brassage des algues étant assuré par un bullage d'air à partir du fond du bassin, de 80 cm environ de profondeur.
û'après les auteurs, ce dispositif assure un éclairement intermittent des algues, favorable à leur développement, et répartit régulièrement les sources de carbone et autres nutriments nécessaires bien connus du spécialiste, tandis que le système de roue à palettes, précédemment utilisé pour l'agitation par Simpson , - .- . . . - - . . , . - . : - - -- . - . . ... -- . . , - - , -- . ~
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The present invention relates to an outdoor pool for growing macroscopic algae, in which the algae float in the circulating sea water and a cultivation process using this basin.
05 Algae are widely used by industries pharmaceutical, chemical and food as a source of raw materials ; some species are even eaten fresh or rehydrated in different countries; but the harvest of wild algae, on the French coasts in particular, decreases, and it is desirable to produce algae - at least some species - by cultivation in basins supplied with sea water and located at the open air on the shore, away from storms and phenomena tide.
Many species of algae can be as well cultivated, such as Chord ~ us cr ~ s ~ us, ~ i ~ a ~ t ~ na s ~ R ~ l ~ ta, r ~ l ~ i ~ lepr ~ is c ~ lia ~ a ~ tl ~ ce ~ a, Laml ~ a ~ l ~ s ~ b ~ i ~ r ~ a s ~, ~ lwa s ~., E ~ u ~ as ~ r ~ o ~ s ~ ss ~.
For some such as o ~ ordEus, a red algae which we extracts carrageenans, quality thickening polysaccharides food, and more particularly for the o ~ o ~ d ~ us cr ~ s ~ us including the tonnages processed in Europe are significant, it is quite desirable to find growing conditions economically competitive. Some teams of specialists have already studied this question, such as that of RGS Bidwell in Canada, which described in Botanica Marina vol. XXVIII p. 87-97 (1985) a pelvis for the cultivation of ~ h ~ n ~ rus C ~ lS ~ US, also called ~ r ~ sh ~ ss, supplied with seawater, nutrients and carbon dioxide, mixing algae being ensured by air bubbling from the bottom of the pelvis, about 80 cm deep.
û according to the authors, this device provides lighting intermittent algae, favorable to their development, and distributes carbon and other nutrients regularly necessary well known to the specialist, while the system of paddle wheel, previously used for shaking by Simpson , - .-. . . - -. . ,. -. : - - --. -. . ... --. . , - -, --. ~
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- 2 et Coll. et décrit dans Bot. Mar. 21 p. 229-235 (1978), est nettement moins efficace et rentable parce que les plantes circulent mal et ont tendance à se déposer au fond du bassin, avec pour conséquence une croissance plus lente et un développement 05 facilité des épiphytes et maladies. Pourtant, il était souhaitable de trouver un autre dispositif, car l'agitation du bassin par barbotage d'air présente divers inconvénients dont une consommmation élevée d'énergie et de gaz carbonique, ainsi qu'un coût de réalisation des bassins plus élevé : ceux-ci doivent être lû équipés en tuyaux non corrodables d'alimentation en air, et leur profondeur doit être 4 à 5 fois celle de pénétration de la lumière pour assurer un brassage correct.
Le bassin selon l'invention, du fait de sa forme et de la présence d'obstacles convenablement placés sur le parcours du milieu liquide mis en mouvement par une roue à aubes, permet la culture d'algues notamment du Gh~r~s ~lSp~S, dans une zone tempérée moyennement ensoleillée, comme les côtes de la Manche et - de l'Atlantique en France, avec d'excellents rendements.
Les algues se développent rapidement, dans des conditions de culture classiques, telles que celles décrites par R.G.S.
Bidwell dans le document précédemment cité, ou par Neish et col.
- dans Canadian Journal of Botany 55 p. 2263-2271 (1977~.
La productivité par unité de surface est dix à quinze fois plus élevée que lorsque l'algue se trouve dans son milieu naturel ; on a en outre observé une légère différence d'aspect entre l'algue sauva~qe et celle cultivée dans les bassins selon l'invention et surtout une différence de composition puisque dans l'algue de culture, on ne trouve pratiquement pas de fraction mu, précurseur du carraghénane Kappa, mais uniquement ce carraghénane ;
ceci permet d'effectuer l'extraction par macération de la plante dans une eau légèrement alcalinisée, alors qu'un traitement basique à pH 12 est nécessaire pour transformer les précurseurs et extraire tout le carraghénane de la plante sauvage.
Le bassin, selon l'invention, a en plan horizontal la forme d'une couronne elliptique, aplatie selon son grand axe, .
définie entre une paroi extérieure et un noyau interne qui peut etre réduit à un simple plan, situé dans le grand axe de l'ellipse ; ce plan sera matérialisé par exemple par un mur qui s'arrête de chaque côté à une distance de la paroi extérieure du 05 bassin approximativement égale au petit axe de l'ellipse, de telle sorte que le milieu liquide puisse circuler en continu autour du noyau central ; un bassin équivalent, bien que plus encombrant au sol et légèrement moins performant, est constitué par une couronne - cylindrique comprise entre 2 ellipses sensiblement homothétiques, on préfère que la longueur du grand axe soit de 2 à 8 fois celle du petit axe et que le mur ait une épaisseur juste suffisante pour assurer sa résistance, c'est-à-dire de 8 cm à 1,80 m environ, selon le matériau qui le constitue (terre, béton, briques cimentées).
15Le bassin 10 illustré à titre d'exemple en vue en plan horizontal à la figure 1, a une forme elliptique allongée. Seule la moitié du bassin a été illustrée, l'autre moitié étant symétrique par rapport à un plan vertical transversal de trace XX.
Le bassin est délimité entre une paroi extérieure 11 et un noyau central 12, réduit dans ce mode de réalisation à un mur s'arrêtant à une certaine distance des deux extrémités du bassin, ce qui définit dans ce dernier un circuit d'écoulement fermé pour l'eau contenue dans le bassin, Le bassin peut être posé sur le sol, à demi-enterré ou enterré. Il est, en outre, muni d'au moins une roue à aubes 14, dont la rotation assure la circulation du milieu liquide autour du noyau central 12 du bassin ; son axe est donc confondu avec le rayon du bassin au point considéré et ses pales 16 trempent dans l'eau jusqu'à une profundeur suffisante pour mettre en mouvement le milieu liquide sur toute sa hauteur. Le spécialiste sera à meme de :calculer la dimension des pales, leur hauteur de plongée dans l'eau, la vitesse de rotation de l'axe en fonction des caractéristiques de forme et de dimensions de bassin et notamment de la hauteur de l'eau, en sachant que la vitesse de déplacement du liquide doit etre suffisante pour éviter un développement important :
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- - , . -, , des algues macrophytes parasites, c'est-à-dire pratiquement supérieur à 0,30 m/seconde.
On préfère, pour ne pas avoir de zone morte, à côté de zones très brassées, disposer deux roues 14, 14' dans le bassin, en 05 position diamétralement opposées particulièrement dans les bassins en couronne, ou pour les bassins à noyau central aplati, dans la partie allongée de l'ellipse et coupant les 2 courants de sens contraire comme représenté Fig. 1, mais les roues peuvent ne pas être dans l'axe de symétrie du bassin. La distance entre leurs axes peut aller jusqu'aux 2/3 de la longueur du bassin.
La hauteur de l'eau dans le bassin dépend de l'espèce des algues cultivées, de leur densité et leur taille, ainsi que de l'ensoleillement moyen ; elle sera en général comprise entre 0,3 m et 1 m, de préférence voisine de 0,40 m pour assurer une circulation satisfaisante du liquide et l'éclairement sur un maximum de profondeur.
Enfin, et ceci est une caractéristique importante de l'invention le bassin est pourvu d'au moins 2 groupes d'obstacles 18, 20 situés sur le parcours du milieu liquide 7 constitués par exemple de petits murets verticaux ou légèrement inclinés, de préférence affleurant le niveau supérieur du liquide ; la longueur desdits obstacles est au plus égale à la demi-largeur du courant de liquide, l'un des groupes d'obstacles étant situé sensiblement selon le grand axe du bassin, dans le prolongement du noyau central 12 ; l'autre, en aval de la, ou des, roues à aubes 14,14' fait avec le courant un angle compris entre 90 et 160 et de préférence 130. Ces obstacles créent des tourbillons et accélèrent localement le courant assurant une meilleure homogénéisation du milieu et la remontée des algues vers la surface de l'eau ; la productivité de la culture est très sensiblement améliorée en présence de quelques obstacles, convenablement placés, de préférence dans les zones où le courant tend vers un régime laminaire ou celles où le courant serait , ~ ralenti. Par contre, la multiplication des obstacles ou leur ; 35 surdimensionnement est défavorable.
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Ainsi, dans le cas du bassin représenté Fig. 1, équipé
des 4 obstacles indiqués, la productivité en année moyenne est 2,5 fois celle d'un bassin de même forme, mais brassé uniquement par les roues à aubes.
05 On trouve en outre, comme dans des bassins classiques, une arrivée d'eau de mer non représentée et, de préférence, à
l'autre extrémité, une conduite 22 de sortie de l'eau ; cette sortie est avantageusement située derrière un obstacle, de telle sorte que la densité des algues dans la zone soit faible.
L'alimentation en eau peut être continue ou séquentielle ; elle doit être suffisante pour amener la quantité d'oligoéléments et de potassium nécessaires au développement des algues et compenser l'évaporation naturelle.
La configuration du bassin permet d'éviter le recyclage de l'eau, fréquemment installé sur les bassins rectangulaires pour créer un courant dans le milieu.
Un autre objet de l'invention est le procédé d'obtention d'algues macroscopiques, qui consiste à les cultiver dans un bassin selon l'invention, alimenté en eau de mer et supplémenté en sources 2û de carbone, d'azote et de phosphore. Les nutriments habituels, azote et phosphore, sont injectés à intervalles réguliers , de préférence en interrompant le circuit d'eau de mer, ce qui améliore l'absorption des composés par les algues et évite une perte importante dans les effluents.
On introduit aussi, dans le milieu de culture, du carbone sous forme de gaz carbonique, d'un carbonate ou d'un acide carboxylique organique ; le pH du milieu de culture est généralement compris entre 8 et 9 et de préférence entre 8,5 et 8,8 pendant les périodes de photosynthèse importantes ; on peut introduire un acide minéral dans le milieu pour le maintenir dans ces limites.
Selon un autre aspect du procédé de l'invention, on introduit dans le bassin durant la culture , lorsque le ; taux d'algues étrangères à la culture résultant de la germination des spores apportées par l'eau de mer devient gênant, une solution - ' - . ~ .
c aqueuse oxydante contenant un hypochlorite alcalin. La quantité de NaOCl dépend des caractéristiques du bassin et de la quantité
d'algues présentes, et le spécialiste sera à même de la déterminer.
On peut effectuer un traitement rapide, au cours duquel 05 l'oxydant est détruit au bout de quelques minutes par addition d'un réducteur, tel qu'un thiosulfate ou un hydrogénosulfite alcalin ou un traitement plus simple où on laisse l'oxydant s'éliminer spontanément ; il est évident que dans le second cas, sa concentration initiale doit être plus faible, de 15 à 25 %
inférieure.
Dans un bassin de forme elliptique de 980 m2 environ, dans lequel le grand axe est 7,2 fois le petit axe, de 40 cm de prodondeur et comportant deux obstacles de 1 m et deux obstacles de 2 m de long, disposés comme indiqués figure 1, on a récolté en 4 semaines 253 g/m2 en poids sec d'algues rouges de l'espèce ~h~n~r~s C~lSp~S, d'où on a extrait du carraghénane.
A titre de comparaison, dans un petit bassin rond de 3 m de diamètre, brassé par un fort bullage d'air, on a récolté
simultanément avec le même milieu marin enrichi, seulement 234 g/m2 d'algues et celà pour un coût de fonctionnement nettement supérieur, étant donné le brassage d'air.
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: -- 2 et al. and described in Bot. Tue 21 p. 229-235 (1978), is significantly less efficient and profitable because the plants circulate poorly and tend to settle at the bottom of the basin, with resulting in slower growth and development 05 ease of epiphytes and diseases. Yet it was desirable to find another device, because the agitation of the pelvis by air bubbling has various disadvantages including one high consumption of energy and carbon dioxide, as well as higher cost of building the tanks: these must be lû equipped with non-corrodable air supply pipes, and their depth should be 4 to 5 times that of light penetration to ensure proper mixing.
The basin according to the invention, due to its shape and the presence of obstacles properly placed on the course liquid medium set in motion by an impeller, allows the cultivation of algae, especially Gh ~ r ~ s ~ lSp ~ S, in an area moderately sunny, like the Channel coasts and - from the Atlantic to France, with excellent yields.
Algae grow quickly, under conditions of conventional cultures, such as those described by RGS
Bidwell in the document cited above, or by Neish et al.
- in Canadian Journal of Botany 55 p. 2263-2271 (1977 ~.
Productivity per unit area is ten to fifteen times higher than when the alga is in its middle natural; there was also a slight difference in appearance between the saved algae and that cultivated in the basins according to the invention and above all a difference in composition since in cultured algae, there is practically no mu fraction, precursor of Kappa carrageenan, but only this carrageenan;
this allows extraction by maceration of the plant in slightly alkalized water, while a treatment basic at pH 12 is necessary to transform the precursors and extract all the carrageenan from the wild plant.
The basin according to the invention has in horizontal plane the shape of an elliptical crown, flattened along its long axis, .
defined between an outer wall and an inner core which can be reduced to a simple plane, located in the major axis of the ellipse; this plan will be materialized for example by a wall which stops on each side at a distance from the outer wall of the 05 pelvis approximately equal to the minor axis of the ellipse, such so that the liquid medium can circulate continuously around the central core; an equivalent basin, although more bulky at ground and slightly less efficient, consists of a crown - cylindrical between 2 substantially homothetic ellipses, we prefer that the length of the major axis is 2 to 8 times that of the minor axis and that the wall has a thickness just sufficient to ensure its resistance, that is to say from 8 cm to 1.80 m approximately, according to the material of which it is made (earth, concrete, bricks cemented).
15The basin 10 illustrated as an example in plan view horizontal in Figure 1, has an elongated elliptical shape. Only the half of the pelvis has been illustrated, the other half being symmetrical with respect to a transverse vertical plane of trace XX.
The basin is delimited between an outer wall 11 and a central core 12, reduced in this embodiment to a wall stopping at a certain distance from the two ends of the pelvis, which defines in the latter a closed flow circuit for the water contained in the basin, The basin can be placed on the ground, half-buried or buried. It is also provided with at least one paddle wheel 14, whose rotation ensures the circulation of the liquid medium around the central nucleus 12 of the pelvis; its axis is therefore confused with the radius of the pelvis at the point considered and its blades 16 dip in water to a depth sufficient to set in motion the liquid medium over its entire height. The specialist will be able to : calculate the size of the blades, their diving height in water, the axis rotation speed as a function of characteristics of basin shape and dimensions and in particular of the height of the water, knowing that the speed of movement of the liquid must be sufficient to avoid significant development :
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- -,. -,, parasitic macrophyte algae, i.e. practically greater than 0.30 m / second.
We prefer, in order not to have a dead zone, next to heavily mixed areas, have two wheels 14, 14 'in the basin, 05 diametrically opposite position, particularly in basins in a crown, or for basins with a flattened central core, in the elongated part of the ellipse and cutting the 2 direction currents otherwise as shown in Fig. 1, but the wheels may not be in the axis of symmetry of the pelvis. The distance between their axes can be up to 2/3 the length of the pelvis.
The height of the water in the basin depends on the species of cultivated algae, their density and size, as well as average sunshine; it will generally be between 0.3 m and 1 m, preferably around 0.40 m to ensure satisfactory circulation of the liquid and the illumination on a maximum depth.
Finally, and this is an important feature of the invention the basin is provided with at least 2 groups of obstacles 18, 20 located on the path of the liquid medium 7 constituted by example of small vertical or slightly inclined walls, preferably flush with the upper level of the liquid; the length of said obstacles is at most equal to half the width of the current liquid, one of the groups of obstacles being located substantially along the major axis of the pelvis, in line with the core central 12; the other, downstream of the paddlewheel (s) 14,14 ' made with the current an angle between 90 and 160 and of preferably 130. These obstacles create vortices and locally accelerate the current ensuring better homogenization of the medium and the ascent of the algae towards the surface of the water ; crop productivity is very significantly improved in the presence of some obstacles, suitably placed, preferably in areas where the current tends to a laminar regime or those where the current would be , ~ slow motion. On the other hand, the multiplication of obstacles or their ; 35 oversizing is unfavorable.
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Thus, in the case of the basin shown in FIG. 1, equipped of the 4 obstacles indicated, the productivity in an average year is 2.5 times that of a basin of the same shape, but stirred only by the impellers.
05 In addition, as in conventional basins, a seawater inlet not shown and, preferably, at the other end, a water outlet pipe 22; this exit is advantageously located behind an obstacle, such so that the density of algae in the area is low.
The water supply can be continuous or sequential; she must be sufficient to bring the amount of trace elements and potassium necessary for the development of algae and compensate natural evaporation.
The configuration of the basin avoids recycling water, frequently installed on rectangular basins to create a current in the middle.
Another object of the invention is the process for obtaining macroscopic algae, which consists of cultivating them in a basin according to the invention, supplied with sea water and supplemented with sources 2û of carbon, nitrogen and phosphorus. The usual nutrients, nitrogen and phosphorus, are injected at regular intervals, preferably by interrupting the seawater circuit, which improves absorption of compounds by algae and prevents loss important in effluents.
Carbon is also introduced into the culture medium as carbon dioxide, carbonate or acid organic carboxylic; the pH of the culture medium is generally between 8 and 9 and preferably between 8.5 and 8.8 during periods of significant photosynthesis; we can introduce a mineral acid into the medium to keep it in these limits.
According to another aspect of the process of the invention, it is introduced into the basin during cultivation, when the ; level of algae foreign to the culture resulting from germination spores from seawater become annoying, a solution - ' -. ~.
vs oxidizing aqueous containing an alkaline hypochlorite. The quantity of NaOCl depends on the characteristics of the basin and the quantity algae present, and the specialist will be able to determine it.
A quick treatment can be carried out, during which 05 the oxidant is destroyed after a few minutes by adding a reducing agent, such as an alkali hydrogen sulfite or thiosulfate or a simpler treatment where the oxidant is allowed to eliminate spontaneously; it is obvious that in the second case, its initial concentration should be lower, 15-25%
lower.
In an elliptical basin of approximately 980 m2, in which the major axis is 7.2 times the minor axis, 40 cm in depth and comprising two obstacles of 1 m and two obstacles of 2 m long, arranged as shown in Figure 1, we harvested in 4 weeks 253 g / m2 by dry weight of red algae of the species ~ h ~ n ~ r ~ s C ~ lSp ~ S, from which carrageenan was extracted.
For comparison, in a small round basin of 3 m in diameter, stirred by a strong bubbling of air, we harvested simultaneously with the same enriched marine environment, only 234 g / m2 algae and that for a clearly operating cost higher, given the air circulation.
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