EP4103676A1 - Reacteur a dispositif d'eclairage optimise - Google Patents

Reacteur a dispositif d'eclairage optimise

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EP4103676A1
EP4103676A1 EP21703939.5A EP21703939A EP4103676A1 EP 4103676 A1 EP4103676 A1 EP 4103676A1 EP 21703939 A EP21703939 A EP 21703939A EP 4103676 A1 EP4103676 A1 EP 4103676A1
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EP
European Patent Office
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light
reactor according
plate
reactor
lighting device
Prior art date
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Pending
Application number
EP21703939.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Philippe BOUDIER
François GODART
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Fermentalg SA
Original Assignee
Fermentalg SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Fermentalg SA filed Critical Fermentalg SA
Publication of EP4103676A1 publication Critical patent/EP4103676A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02—Photobioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/06—Nozzles; Sprayers; Spargers; Diffusers
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    • C12M29/06—Nozzles; Sprayers; Spargers; Diffusers
    • C12M29/08—Air lift
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12M31/02—Means for providing, directing, scattering or concentrating light located outside the reactor
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    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
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    • G02B5/0273—Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0036—2-D arrangement of prisms, protrusions, indentations or roughened surfaces

Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of reactors with integrated lighting, in particular for the culture of photosensitive microorganisms.
  • It can be a bioreactor but also a chemical or physicochemical reactor.
  • bioreactor designates a reactor within which biological phenomena develop, such as the growth of cultures of pure microorganisms or of a consortium of microorganisms (in particular microalgae), in very varied fields such as the treatment of effluents, the production of biomass containing biomolecules of interest (that is to say biomolecules which we know how to use).
  • This concept therefore includes in particular reactors called fermenters.
  • a bioreactor typically comprises a tank (cylindrical or parallelepiped) containing a culture medium of biological species (yeasts, bacteria, microscopic fungi, algae, animal and plant cells) for: the production of biomass, or for the production of a metabolite , or for the bioconversion of a molecule of interest.
  • a culture medium of biological species yeasts, bacteria, microscopic fungi, algae, animal and plant cells
  • bioreactors that is to say bioreactors in which a supply of light (continuously, cyclically, or in the form of pulses) is implemented.
  • Photo-bioreactors have already been proposed in which the light is supplied from the inside of the tank.
  • Document US Pat. No. 3,986,297 proposes in particular a photo-bioreactor in which the supply of light is carried out by immersion, in the culture medium, of means illumination (such as xenon lamps).
  • a drawback of this solution is that the efficiency of the photo-bioreactor is inversely proportional to the dimensions of the latter. Thus, the more the dimensions of the photo-bioreactor increase, the more its efficiency decreases.
  • Photo-bioreactors have also been proposed in which the light is supplied from the outside of the vessel.
  • a well-controlled configuration consists in providing the tank with windows allowing the penetration of a light generated from outside the tank (natural or artificial light).
  • a drawback of such a configuration is that the windows limit the illumination surface and absorb or reflect a significant part of the photons emitted by the illumination source.
  • the productivity of a photo-bioreactor is directly linked to its specific surface (rati of illuminated surface to culture volume). It is therefore necessary for the photo-bioreactor to have a large illuminated specific surface.
  • An object of the present invention is to provide an economical photo-bioreactor, both in terms of investments and operating costs, and of which the land footprint is reduced.
  • Another aim of the invention is to provide a high capacity photo-bioreactor (tank of 1000 liters or more) in which the yield in quantity of photons (pmol-ph-s 1 ) supplied by a luminous surface per unit of power (Watt) is optimized.
  • the invention provides a reactor including a vessel intended to contain: o a mass to be treated, and o at least one lighting device intended to promote the treatment of this mass, remarkable in that each lighting device understand : a light diffuser, the diffuser including at least one micro-etched plate transparent to light radiation, said plate having opposite back and front faces and at least two slices between the back and front faces, the area of each face being greater at the area of each wafer, the rear face including a plurality of micropatterns, a light source for generating the light radiation, the light source being disposed on at least one wafer of the plate and being oriented such that the radiation light that it generates propagates in the plate.
  • a light diffuser including at least one micro-etched plate transparent to light radiation, said plate having opposite back and front faces and at least two slices between the back and front faces, the area of each face being greater at the area of each wafer, the rear face including a plurality of micropatterns, a light source for generating the light radiation, the light source being disposed on at least
  • This solution makes it possible to obtain a photo-bioreactor with better yields (energy on the one hand, and in biomass production on the other hand) than existing photo-bioreactors.
  • micro-etched plate allows the homogeneous conduction of the light radiation generated by the light source. Photon energy is guided through the entire micro-etched pack and emerges from it over the entire surface of its front face, which improves the ratio of illuminated area / illuminated volume directly in contact with the culture medium.
  • the invention makes it possible to increase the pmol-photons ratio s -1 W 1 per unit of volume, which ensures a reduction in the environmental footprint of the photo-bioreactor and reduces the costs associated with its operation.
  • each plate can be substantially planar and comprise four slices, each light source including a plurality of light emitting diodes arranged on at least one of the more slices. small dimensions; each plate may be cylindrical and include two wafers, each light source including a plurality of light emitting diodes disposed on at least one of the two wafers; the diodes of the plurality of light-emitting diodes can be placed on the edge of the plate furthest from the bottom of the tank; each light diffuser can comprise a pair of micro-etched plates arranged so that their rear faces extend facing each other; each light diffuser may further comprise at least one layer of material reflecting light radiation, each layer of reflecting material extending over the rear face of a respective plate; each light diffuser may further comprise at least one transmission layer, each layer of transmission material extending over the front face of a respective plate; the reactor may include a plurality of light diffusers, two adjacent light diffusers being spaced apart by a distance of between
  • Figure 1 is a schematic perspective representation of a first variant of the photo-bioreactor according to the invention.
  • Figure 2 is a schematic perspective representation of a lighting device
  • Figure 3 is a schematic cross-sectional representation of a first embodiment of the lighting device
  • Figure 4 is a schematic cross-sectional representation of a second embodiment of the lighting device
  • Figure 5 is a schematic representation of an experimental variant of a photo bioreactor
  • FIG. 6 is a curve illustrating the yield in biomass production (as a function of various parameters) obtained from the experimental variant of a photo bioreactor illustrated in FIG. 5;
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view of a second variant of a photo bioreactor
  • Figure 8 is a curve illustrating the maximum concentration of microalgae as a function of the distance between two adjacent lighting devices
  • Fig. 9 is a block diagram illustrating the difference between continuous lighting and discontinuous lighting
  • Figure 10 shows curves of microalgae concentration as a function of the distance between two adjacent lighting devices in the case of continuous lighting on the one hand and in the case of discontinuous lighting on the other hand.
  • the bioreactor comprises:
  • a tank 1 intended to receive a mass to be treated, A plurality of lighting devices 2a, 2b, and
  • An injection system including a plurality of diffusion units 3 of carbon dioxide (C0 2 ) in the form of gas bubbles or in the form of a fluid consisting of C0 2 dissolved in an aqueous medium.
  • C0 2 carbon dioxide
  • Each lighting device is intended to be integrated into the tank for the treatment of the medium contained in the tank. These lighting devices are intended to be completely immersed in the culture medium.
  • the bioreactor will be described with reference to the treatment of a biomass formed from microorganisms, for example microalgae. It will be understood, however, that the following description also applies to other types of reactors, chemical or physicochemical.
  • the lighting devices 2a, 2b are arranged at a non-zero distance from the bottom of the tank.
  • the lighting devices 2a, 2b can be of different heights.
  • the bioreactor can comprise: a first group 2a of lighting devices having a first height h a , and a second group 2b of lighting devices having a second height h b less than the first height h a , a device lighting of the second group 2b being arranged between two successive lighting devices of the first group 2a. This makes it possible to promote mixing and homogenization of the mass to be treated.
  • the diffusion units 3 of the injection system can be placed periodically downstream of each lighting device of the first group 2a (the reactor being devoid of a control unit. diffusion 3 downstream of the lighting device of the second group 2b).
  • the mass to be treated is entrained vertically towards the top of the tank 1 (ie direction opposite the bottom) by the bubbles of C0 2 (or the fluid containing the C0 2 dissolved) emitted (or emitted) by the diffusion units 3.
  • the mass to be treated passes above the lighting device of the second group 2b and falls to the bottom of the tank by gravity. This creates a circulation of the mass to be treated through the tank, which improves the mixing and homogenization of the mass to be treated.
  • the lighting devices 2a, 2b of the bioreactor can all be of identical height. This makes it possible to simplify the installation of the lighting devices by an operator.
  • the diffusion units 3 are arranged every two lighting devices so that two successive diffusion units 3 are separated by two adjacent lighting devices 2a, 2b. 1.1. Tank
  • the tank 1 is intended to contain the mass to be treated. It comprises a bottom and at least one side wall.
  • the tank 1 is substantially parallelepiped. It consists of a bottom, four side walls and a ceiling (or cover) at least partially removable.
  • the tank 1 may be cylindrical and include a lower base forming a bottom, an upper base forming a cover, and a side wall between the lower and upper bases.
  • the material constituting the walls of the tank 1 can be stainless steel or equivalent. Of course, other materials can be chosen depending on the intended application (Plexiglass®, Polypropylene, Concrete, etc.). In all cases, the tank is preferably made of a material resistant to cleaning products (bleach, peroxide, etc.).
  • each lighting device 2a, 2b comprises: one (or more) light diffuser (s) 21, and one (or more) light source (s) 22.
  • the light source 22 allows the generation of a luminous flux.
  • the light diffuser 21 makes it possible to: guide the light flux generated by the light source, and redisperse it homogeneously towards the mass to be treated.
  • each light source 22 can be independently connected to an electric power supply module.
  • the module makes it possible to supply the electrical energy necessary for the generation of the luminous flux.
  • the fact that each light source is independently connected to an electrical power supply module allows each lighting device 2a, 2b to be individually removed from the bioreactor during operation.
  • the light diffuser 21 comprises one (or more) textured plate (s) 211.
  • Each plate 211 can be substantially flat and rectangular (suitable in the case of a parallelepipedal tank) or tubular (suitable in the case of a cylindrical tank).
  • Each plate 211 comprises a rear face 2113, a front face 2114 and: four side edges (or edges) 2111 in the case of a rectangular plate 211, or two side edges (or edges) 2111 in the case of a plate 211 tubular.
  • Each side edge 2111 can be polished, and at least one of the side edges 2111 is intended to come into contact with the light source 22 to allow the transmission of the light flux through the plate 211.
  • each plate 211 can be poly-methyl methacrylate (PMMA) or another transparent material known to those skilled in the art which allows the plate 211 to conduct - by total internal reflection on its front and rear faces - the luminous flux emitted by the light source 22, such as for example: another transparent methacrylate resin such as methyl methacrylate, ethyl ethacrylate, butyl methacrylate, propyl or isopropyl methacrylate, or a transparent resin polystyrene, polycarbonate, polyacrylate, or glass / fused silica type.
  • PMMA poly-methyl methacrylate
  • another transparent methacrylate resin such as methyl methacrylate, ethyl ethacrylate, butyl methacrylate, propyl or isopropyl methacrylate
  • a transparent resin polystyrene polycarbonate, polyacrylate, or glass / fused silica type.
  • each plate 211 comprises a plurality of micro-patterns 2112 on its rear face 2113.
  • the micro-patterns 2112 make it possible to intercept the rays 23 of the luminous flux circulating through the plate 211 and to direct them towards the front face 2114 so as to facilitate their transmission out of the plate 211. More precisely, the radiations 23 which strike each micro-pattern 2112 are redispersed. Each radiation 23 is re-emitted at an angle such that it can exit the plate 211 via the front face 2114 opposite to the rear face 2113 comprising the micro-patterns 2112.
  • Each micro-pattern 2112 can consist of a cavity - point or groove - having a shape chosen from a conical shape, a (poly) pyramidal shape, a quadrangular shape, or any other shape known to those skilled in the art and allowing each micro-pattern 2112 to deflect the radiations 23 of the luminous flux. Particularly in the example illustrated in Figure 3, the micro-patterns 2112 consist of fine grooves parallel to the side edge 2111 in contact with the light source 22.
  • the micro-patterns 2112 can consist of deflection elements other than cavities, such as: light scattering particles arranged in the material constituting the plate 211, or surface texturing components arranged on the rear face 2113, such as for example emergent hemispherical structures, bumps extending outwardly from the rear face 2113, emerged pyramidal structures or combinations comprising at least one of the preceding structures.
  • the height (ie dimension along an axis perpendicular to the rear face) of each micro-pattern 2112 can be between 0.15 and 0.5 ⁇ m, and the pitch between two adjacent micro-patterns can be between 20 and 900 ⁇ m , and in particular greater than or equal to 100 ⁇ m.
  • the micro-patterns 2112 can be arranged on the rear face 2113 at a consecutive spacing inversely proportional to the distance of said micro-patterns 2112 from the side edge 2111 in contact with the light source 22.
  • Such an arrangement makes it possible to obtain a constant luminous intensity over the entire surface of the rear face 2113.
  • the intensity of the luminous flux which penetrates into the plate 211 decreases as a function of its distance relative to the light source 22.
  • By varying the density of the microphone - patterns 2112 on the rear face 2113 it is possible to compensate for the loss of intensity by an increasing density of micro-patterns 2112.
  • the light diffuser 21 may also include a layer of material 212 reflecting the light flux.
  • This layer of reflective material 212 preferably extends over the entire rear face 2113 of the plate 211 including the plurality of micro-patterns 2112.
  • the reflective material layer 212 may consist of a film of reflective material such as a metallized aluminum film.
  • the layer of reflective material 212 may consist of a paint having a lower refractive index than that of the material 211 constituting each plate 21.
  • the light diffuser 21 can also include a transmission layer 213 on the front face 2114 of the plate 211.
  • This transmission layer 213 helps to promote the transmission of radiation 23 of the light flux to the outside of the plate 211.
  • This transmission layer 213 also makes it possible to smooth the illumination effect obtained with the light diffuser 21.
  • the transmission layer 213 finally makes it possible to protect the plate 21 against possible mechanical attacks (scratches due to friction, etc.).
  • the transmission layer 213 may for example consist of a protective varnish with a refractive index close to the refractive index of the material constituting the plate 211.
  • Each light source 22 may include one (or more) light emitting diode (s) (LED) 221.
  • each diode 221 is a high power light emitting diode. (HPLED), that is to say an LED with a power greater than 1 Watt.
  • HPLED high power light emitting diode
  • each diode 221 can be a light emitting diode with direct chip mounting (also known under the name of “COB” LED, acronym of the English expression “Chip On Board”).
  • the light source 22 may include a COB LED module composed of several LED chips attached to a substrate (for example) of ceramic. This makes it possible to generate a more powerful and dense luminous flux.
  • the diodes 221 of the light source 22 can be individual, or be arranged “in a strip” or “in a ribbon” (see patent application FR1050015).
  • the use of diodes arranged in a ribbon makes it possible to facilitate the manufacture of the lighting device, each light source 22 being intended to come into contact with a lateral edge of the to be placed on a lateral edge 2111 of the plate 211 of the diffuser. light 21.
  • the diodes 221 can be supplied with electrical energy via one (or more) connection cable (s) electrically connected to a source of electrical energy.
  • the diodes 221 of the light source 22 can all be identical with the same excitation regime, or be different.
  • the diodes 221 of a light source 22 can have: distinct excitation regimes (for example continuous regime for some, and flash regime at a frequency between 1 and 150 kHz for others), and / or distinct emission spectra (for example in white light for some and in blue light for others), etc.
  • Each light source 22 can also include one (or more) reflector (s) (not shown) for reflecting, orienting and focusing the light produced by the diodes 221.
  • Each light source is intended to come into contact with a lateral edge of the plate 211 so that the radiation 23 of the luminous flux generated by the light source propagates inside the plate 211.
  • the diodes 221 and the connection cable (s) can be embedded / molded in resin to seal each light source.
  • the lighting device comprises a light source 22 intended to come into contact with a lateral edge 2111 of the plate 211.
  • each lighting device can comprise two sources of light.
  • light 22 intended to come into contact with a respective opposite side edge 2111 of the plate 211.
  • each lighting device may comprise four light sources 22 intended to come into contact with a respective side edge 2111 of the plate 211 .
  • injection system makes it possible to supply the bioreactor with nutrients, in particular with C0 2 .
  • the injection system makes it possible: to supply the carbon dioxide necessary for the development of the biomass and to suspend the carrier particles of microorganisms contained in the biomass culture medium.
  • the supply of carbon dioxide can be continuous or discontinuous in response to certain criteria such as time or pH
  • carbon dioxide can be introduced: in the form of gas bubbles, or in the form of a solution aqueous pumped or pushed into the bioreactor.
  • the introduction of carbon dioxide in the form of gas bubbles allows a better distribution of C0 2 in the tank.
  • the injection system can include: a C0 2 supply unit - such as a booster (in the case of gaseous C0 2 ) or a pump (of the turbine type in the case of fluid C0 2 ) - preferably fitted a non-return valve to prevent sludge or effluent from rising to the level of the C0 2 supply unit, a plurality of diffusion units 3 forming: o in the case of gaseous C0 2 , micro-bubbling heads for the diffusion of bubbles of different diameters, o in the case of C0 2 dissolved in an aqueous medium, fluid ejection nozzles for the diffusion of the fluid containing dissolved C0 2.
  • a C0 2 supply unit such as a booster (in the case of gaseous C0 2 ) or a pump (of the turbine type in the case of fluid C0 2 ) - preferably fitted a non-return valve to prevent sludge or effluent from rising to the level of the C0 2 supply unit
  • Diffusion units can be of different types known to those skilled in the art, for example diffusers made of microporous composite materials, membrane (EPDM, silicone, etc., preferably EPDM), ceramic or slot, etc.
  • diffusers made of microporous composite materials, membrane (EPDM, silicone, etc., preferably EPDM), ceramic or slot, etc.
  • Each diffusion unit is preferably placed in the immediate vicinity of the bottom of the tank. Furthermore, each diffusion unit 3 is arranged between two adjacent lighting devices 2a, 2b, the different diffusion units 3 being arranged so that each diffusion unit 3 is surrounded by lighting devices separate from the lighting devices. 2a, 2b surrounding the other diffusion units 3 In other words, each diffusion unit 3 is separated from the nearest diffusion unit 3 (or the closest units) by two lighting devices 2a, 2b .
  • biomass treatment The biomass cultivated in the reactor according to the invention can be harvested by any technique known to those skilled in the art such as sedimentation, filtration, flotation or centrifugation techniques.
  • the biomass harvest can be carried out continuously or semi-continuously, in particular in the case where the bioreactor is located on an industrial site.
  • the bioreactor can be associated with a separation unit - decanter and / or centrifuge and / or filter etc. - allowing to take a portion of the contents of the tank to separate the biomass from the culture medium
  • the biomass thus extracted can then be packaged (vacuum freezing, etc.) for later use.
  • the culture medium, once separated from the biomass, can be reintroduced into the tank of the bioreactor.
  • the reactor can also include a control module including one (or more) sensor (s) for checking the parameters of the bioreactor.
  • the control module can include: one (or more) pH probe (s), one (or more) sensor (s) for measuring the level of C0 2 , one (or more) light sensor (s), one (or more) PO3 / 4 , and / or NO3, and / or NHL sensor (s), one (or more) temperature sensor (s).
  • control module can adapt the quantity of C0 2 injected into the culture medium according to the measurements carried out by the pH probe and / or by the sensor (s) for measuring the level of C0 2 , etc. . For example, if the measured C0 2 rate is less than a threshold, the control module can order the injection of a greater quantity of C0 2 into the tank (relative to a set quantity). Conversely, if the measured pH is below a predetermined threshold, the control module can order the injection of a lower quantity of C0 2 (relative to a set quantity).
  • control module can control the activation of a heat exchanger - such as a plate exchanger - integrated in the bioreactor tank to heat. (respectively cool) the culture medium.
  • a heat exchanger - such as a plate exchanger - integrated in the bioreactor tank
  • control module can adapt a quantity of nutrient (phosphorus, nitrogen, etc.) injected into the culture medium (by acting on the activation / deactivation of a pump connected to a source of nutrients, etc.).
  • nutrient phosphorus, nitrogen, etc.
  • the measurement of information representative of the light inside the culture medium allows an estimate of the biomass concentration inside the tank.
  • the control module can suspend the biomass harvest.
  • the control module can initiate the biomass harvest.
  • This sizing of the bioreactor is carried out by considering a continuous light supply, that is to say by considering that each light source 22 generates continuous light radiation of constant intensity over time.
  • the following representation shows the adjustable parameters to deduce productivities in a photo-bioreactor. Here it will be preferable to reduce as much as possible the unlit fraction of the reactor and to increase the surface receiving the photon flux.
  • the global model of the surface efficiency of a photo-bioreactor is as follows:
  • p M is the maximum energy efficiency of conversion of light energy into physicochemical energy;
  • f is the molar quantum yield of photosynthesis;
  • a is the linear diffusion modulus;
  • ang ht is the illuminated specific surface of the reactor over the volume;
  • K corresponds to a half-saturation constant of photosynthesis (depends on the microorganism);
  • ⁇ corresponds to the mean degree of collimation of the Incident radiation;
  • Q n is the average flux density on the surface of the photo-bioreactor.
  • the objective is to determine the optimum light flux diffusion area for the reactor.
  • the number and arrangement of lighting devices can vary depending on the amount of biomass you want to produce.
  • the lighting devices must include 2500 m 2 of light plates (light diffusers) emitting 1000 pmol / m 2 / s (light sources).
  • This number is directly related to the desired efficiency, volume, geometry and light intensity.
  • a reactor as illustrated in Figure 7 and comprising: a vessel having the following dimensions: 17meters x 2meters x 3meters (Length x width x Height in meters), and a volume of 100 m 3 of lighting devices including plates having dimensions of 3 meters x 2 meters x 0.01 meters (Length x width x Thickness).
  • each lighting device can include two plates joined by their rear faces so that their front faces are opposite to each other (the rear faces of the two plates extending opposite and being in contact).
  • An example of such a lighting device is illustrated in FIG. 4.
  • d is the free distance between the front faces of two successive lighting devices, L corresponds to the length of the tank,
  • Etot corresponds to the total thickness of the plates of the lighting devices (i.e. sum of the thicknesses of the plates),
  • Nbpi acks is the number of plates required to have a bright surface 2500m 2.
  • K a is an absorption coefficient
  • Z corresponds to the length of the tank.
  • FIG. 8 illustrates the maximum concentration of microalgae as a function of a distance between two adjacent lighting devices. If we consider that from 50 pmol / m 2 / s, the quantity of light is insufficient to have satisfactory yields, it is possible to determine the maximum concentration not to be exceeded. In the case of the device illustrated in figure 7 (and considering a free space "d" of 6 centimeters between the lighting devices), with an adjoining zone B located at 0.03 meters from each lighting device, the maximum concentration at not to cross is 1.5 g / L.
  • This concentration can be measured using suspended matter sensors such as: 6131 Blue-Green Algae Sensor or ALS-OD4.
  • the quantity of C0 2 must be obtained in such a way as to correspond to the proportion of photons provided (Bring as much C0 2 as there are photons provided by the reactor).
  • the material with the best light propagation rate for the transmission panel that receives the engravings (acrylic, polycarbonate, etc.),
  • FIG. 9 illustrates the difference between discontinuous lighting 31 and continuous lighting 32.
  • Such a discontinuous supply of light indeed makes it possible to act positively on crop yield in terms of biomass.
  • the change from a continuous light supply to a discontinuous light supply makes it possible to increase the distance between two adjacent light diffusers 21 (between 2 and 10 centimeters, preferably between 4 and 8 centimeters, and even more preferably substantially equal to 6 centimeters), while maintaining the other parameters identical to those calculated previously.
  • This wave of photons makes it possible to increase the distance of entry of photons into the medium, and therefore to increase the distance between the light diffusers 21 with an identical biomass concentration.
  • bioreactors intended for industrial applications allowing the treatment of the gases emitted.
  • teachings of the present invention are not limited to bioreactors of large dimensions intended for industrial applications.
  • the bioreactor can be of smaller dimensions.
  • the bioreactor can include: a tank with transparent or translucent walls: o of length between 1 and 10 meters, o of width between 50 centimeters and 5 meters, o of thickness between 4 and 30 centimeters, a single lighting device integrated into the tank, an injection system including one (or more) diffusion units.
  • Such a bioreactor can in particular be used in urban applications to replace certain existing panels such as one (or more) wall (s) of a Bus Shelter®, or any type of shelter.
  • the shape of the tank is not necessarily parallelepiped, and depends on the intended application (cylindrical shape, etc.). Likewise, for certain applications, the walls of the tank may not be transparent or translucent.
  • the lighting device is preferably placed in the tank so as to extend: parallel to the side walls of the tank of larger dimensions, (including a light diffuser composed of a pair of plates, and at equal distance from said side walls of larger dimensions.
  • the lighting device also comprises a light source as described above.
  • the dimensions of the tank are adapted so that the illumination of the mass to be treated by the lighting device is optimal.
  • the distance separating: the light diffuser and each side wall of larger dimensions of the tank may be between 1 and 15 centimeters, preferably between 2 and 10 centimeters, and even more preferably between 3 and 6 centimeters.
  • the solution described above makes it possible to increase the energy and biomass production yields of the reactor, in particular thanks to a homogeneous conduction of light, and to an optimal sizing of the various components of the reactor as a function of the maximum quantity of biomass desired in the reactor. reactor.
  • the lighting and heating device was integrated in a reactor including a rotating assembly intended to ensure mixing of this mass of microorganisms. It is obvious to those skilled in the art that the lighting and heating device described above could be integrated in a reactor without a rotating assembly.

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Abstract

La présente invention concerne un réacteur incluant une cuve (1) destinée à contenir : • une masse à traiter, et • au moins un dispositif d'éclairage (2a, 2b) destiné à favoriser le traitement de cette masse, remarquable en ce que chaque dispositif d'éclairage (2a, 2b) comprend un diffuseur de lumière incluant au moins une plaque (211) micro-gravée transparente à un rayonnement lumineux.

Description

REACTEUR A DISPOSITIF D’ECLAIRAGE OPTIMISE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine technique général des réacteurs à éclairage intégré, notamment pour la culture de micro-organismes photosensibles.
Il peut s'agir d'un bioréacteur mais aussi d'un réacteur chimique ou physico-chimique.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
La notion de bioréacteur, ou réacteur biologique, désigne ici un réacteur au sein duquel se développent des phénomènes biologiques, tels qu'une croissance de cultures de micro organismes pures ou d'un consortium de micro-organismes (notamment des microalgues), dans des domaines très variés tels que le traitement d'effluents, la production de biomasse contenant des biomolécules d'intérêt (c'est-à-dire des biomolécules que l'on sait valoriser). Cette notion englobe donc notamment les réacteurs appelés fermenteurs.
Un bioréacteur comporte typiquement une cuve (cylindrique ou parallélépipédique) contenant un milieu de culture d’espèces biologiques (levures, bactéries, champignons microscopiques, algues, cellules animales et végétales) pour : la production de biomasse, ou pour la production d'un métabolite, ou pour la bioconversion d'une molécule d'intérêt.
Divers types de conditions opératoires peuvent être nécessaires pour la croissance des espèces biologiques au sein d'un tel bioréacteur ; on connaît ainsi, notamment, des régimes de croissance autotrophe (ou photo-autotrophe) avec un apport de lumière (on parle aussi de photosynthèse) ou de croissance mixotrophe (avec un apport combiné de source carbonée et de lumière). Il faut noter également que la lumière peut agir sur le métabolisme des cellules en induisant ou réprimant la production de certains composés, indépendamment de la croissance et de la photosynthèse. Un apport de lumière lors de la culture peut donc être utile même lorsque les micro-organismes sont hétérotrophes.
Dans la suite, on s’intéressera plus spécifiquement aux photo-bioréacteurs, c’est-à-dire aux bioréacteurs dans lesquels un apport de lumière (en continu, de manière cyclique, ou sous forme d’impulsions) est mis en oeuvre.
On a déjà proposé des photo-bioréacteurs dans lesquels l’apport en lumière est réalisé par l’intérieur de la cuve. Le document US 3 986 297 propose notamment un photo-bioréacteur dans lequel l’apport de lumière est réalisé par immersion, dans le milieu de culture, de moyens d’illumination (tel que des lampes au xénon). Un inconvénient de cette solution est que l’efficacité du photo-bioréacteur est inversement proportionnelle aux dimensions de celui-ci. Ainsi, plus les dimensions du photo-bioréacteur augmente, plus son efficacité diminue.
On a également proposé des photo-bioréacteurs dans lesquels l’apport en lumière est réalisé par l’extérieur de la cuve. Notamment, une configuration bien maîtrisée consiste à munir la cuve de hublots permettant la pénétration d'une lumière générée depuis l'extérieur de la cuve (lumière naturelle ou artificielle). Un inconvénient d'une telle configuration est que les hublots limitent la surface d'illumination et absorbent ou réfléchissent une partie significative des photons émis par la source d'éclairage.
Que l’apport de lumière soit réalisé par l’intérieur ou par l’extérieur de la cuve, la productivité d’un photo-bioréacteur (production de biomasse par unité de volume) est directement liée à la surface spécifique de celui-ci (rapport surface éclairée sur volume de culture). Il est donc nécessaire que le photo-bioréacteur ait une grande surface spécifique éclairée.
Qu’ils soient plats ou cylindriques, un inconvénient des photo-bioréacteurs actuels est qu’ils doivent occuper une grande surface au sol pour que leur productivité soit acceptable.
Par ailleurs, quelle que soit la source de lumière choisie pour illuminer le milieu de culture (Néons, LEDs, Lumière Naturelle), son apport en énergie photonique est réalisé de manière très localisée, de sorte que : la majeure partie des photons émis par la source de lumière ne peuvent pas être consommée biologiquement par le micro-organisme du fait d’une surcharge en énergie, la dissipation de la chaleur générée par la source de lumière est mal maîtrisée, il est complexe et coûteux de réaliser des photo-bioréacteurs de grandes dimensions.
Un but de la présente invention est de proposer un photo-bioréacteur économique, aussi bien au niveau des investissements que des frais d'exploitation, et dont l'emprise foncière est réduite.
Un autre but de l’invention est de fournir un photo-bioréacteur de grande capacité (cuve de 1000 litres ou plus) dans lequel le rendement en quantité de photons (pmol-ph-s 1) apportés par une surface lumineuse par unité de puissance (Watt) est optimisé.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
A cet effet, l’invention propose un réacteur incluant une cuve destinée à contenir : o une masse à traiter, et o au moins un dispositif d’éclairage destiné à favoriser le traitement de cette masse, remarquable en ce que chaque dispositif d’éclairage comprend : un diffuseur de lumière, le diffuseur incluant au moins une plaque micro-gravée transparente à un rayonnement lumineux, ladite plaque ayant des faces arrière et avant opposées et au moins deux tranches entre les faces arrière et avant, l’aire de chaque face étant supérieure à l’aire de chaque tranche, la face arrière incluant une pluralité de micro motifs, une source de lumière pour générer le rayonnement lumineux, la source de lumière étant disposée sur au moins une tranche de la plaque et étant orientée de sorte que le rayonnement lumineux qu’elle génère se propage dans la plaque.
Cette solution permet d’obtenir un photo-bioréacteur ayant de meilleurs rendements (énergétique d’une part, et en production de biomasse d’autre part) que les photo-bioréacteurs existants.
En effet, l’utilisation d’une (ou plusieurs) plaque(s) micro-gravée(s) permet la conduction homogène du rayonnement lumineux généré par la source de lumière. L’énergie photonique est guidée à travers toute la paque micro-gravée et ressort de celle-ci sur toute la surface de sa face avant, ce qui améliore le rapport surface illuminée/volume éclairé directement en contact avec le milieu de culture.
Ainsi, l’invention permet d’augmenter le rapport pmol-photons s-1 W1 par unité de volume, ce qui assure une réduction de l'empreinte environnementale du photo-bioréacteur et diminue les coûts associés à son exploitation.
Des aspects préférés mais non limitatifs de l’ensemble selon l’invention sont les suivants : chaque plaque peut être sensiblement plane et comprendre quatre tranches, chaque source de lumière incluant une pluralité de diodes électroluminescentes disposées sur au moins l’une des tranches de plus petites dimensions ; chaque plaque peut être cylindrique et comprendre deux tranches, chaque source de lumière incluant une pluralité de diodes électroluminescentes disposées sur au moins l’une des deux tranches ; les diodes de la pluralité de diodes électroluminescentes peuvent être disposées sur la tranche de la plaque la plus éloignée du fond de la cuve ; chaque diffuseur de lumière peut comprendre une paire de plaques micro-gravées agencées de sorte que leurs faces arrière s’étendent en regard l’une de l’autre ; chaque diffuseur de lumière peut comprendre en outre au moins une couche de matériau réfléchissant le rayonnement lumineux, chaque couche de matériau réfléchissant s’étendant sur la face arrière d’une plaque respective ; chaque diffuseur de lumière peut comprendre en outre au moins une couche de transmission, chaque couche de matériau de transmission s’étendant sur la face avant d’une plaque respective ; le réacteur peut comprendre une pluralité de diffuseurs de lumière, deux diffuseurs de lumières adjacents étant espacés d’une distance comprise entre 2 et 10 centimètres, préférentiellement entre 4 et 8 centimètres, et encore plus préférentiellement sensiblement égale à 6 centimètres ; la source de lumière de chaque dispositif d’éclairage peut être adaptée pour générer un rayonnement lumineux continu ; le réacteur peut comprendre une pluralité de diffuseurs de lumière, deux diffuseurs de lumières adjacents étant espacés d’une distance comprise entre 8 et 150 centimètres, préférentiellement entre 10 et 50 centimètres, et encore plus préférentiellement sensiblement égale à 11 centimètres ; la source de lumière de chaque dispositif d’éclairage peut être adaptée pour générer un rayonnement lumineux discontinu sous forme de flashs composé d’une alternance de phases obscures et de phases éclairées, par exemple à une fréquence comprise entre 10 et 50 kHz ; la cuve peut avoir une contenance de 100m3, la surface couverte par les plaques des diffuseurs de lumière étant comprise entre 2000 et 3000m2, de préférence entre 2250 et 2750m2, préférentiellement sensiblement égale à 2500m2 ; les dispositifs d’éclairage peuvent être composés : o d’un premier groupe de dispositifs d’éclairage d’une première hauteur, et o d’un deuxième groupe de dispositifs d’éclairage d’une deuxième hauteur inférieure à la première hauteur, un dispositif d’éclairage du deuxième groupe étant disposé entre deux dispositifs d’éclairage successifs du premier groupe ; le réacteur peut comprendre en outre un système d'injection incluant une pluralité d’unités de diffusion, chaque unité de diffusion : o s’étendant entre deux diffuseurs de lumière adjacents, et o étant séparée des autres unités de diffusion par au moins deux diffuseurs de lumière successifs ; chaque dispositif d’éclairage peut être indépendamment raccordé à un module d’alimentation en énergie électrique de sorte que chaque dispositif d’éclairage peut être retiré individuellement du réacteur pendant le fonctionnement de celui-ci. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres avantages et caractéristiques du réacteur selon l’invention ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d’exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, à partir des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est une représentation schématique en perspective d’une première variante de photo-bioréacteur selon l’invention ;
La figure 2 est une représentation schématique en perspective d’un dispositif d’éclairage ; La figure 3 est une représentation schématique en coupe transversale d’un premier mode de réalisation du dispositif d’éclairage ;
La figure 4 est une représentation schématique en coupe transversale d’un deuxième mode de réalisation du dispositif d’éclairage ;
La figure 5 est une représentation schématique d’une variante expérimentale de photo bioréacteur ;
La figure 6 est une courbe illustrant le rendement en production de biomasse (en fonction de différents paramètres) obtenu à partir de la variante expérimentale de photo bioréacteur illustrée à la figure 5 ;
La figure 7 est une vue partielle en coupe transversale d’une deuxième variante de photo bioréacteur ;
La figure 8 est une courbe illustrant la concentration maximum en microalgues en fonction d’un écartement entre deux dispositifs d’éclairage adjacents ;
La figure 9 est un schéma de principe illustrant la différence entre un éclairage continu et un éclairage discontinu ;
La figure 10 représente des courbes de concentration en microalgues en fonction d’un écartement entre deux dispositifs d’éclairage adjacents dans le cas d’un éclairage continu d’une part et dans le cas d’un éclairage discontinu d’autre part.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
On va maintenant décrire différents exemples de photo-bioréacteurs selon l’invention en référence aux figures. Dans ces différentes figures, les éléments équivalents sont désignés par la même référence numérique.
7. Généralités
En référence à la figure 1 , le bioréacteur comprend :
Une cuve 1 destinée à recevoir une masse à traiter, Une pluralité de dispositifs d’éclairage 2a, 2b, et
Un système d'injection incluant une pluralité d’unités de diffusion 3 de dioxyde de carbone (C02) sous forme de bulles de gaz ou sous forme d’un fluide constitué de C02 dissout dans un milieu aqueux.
Chaque dispositif d’éclairage est destiné à être intégré dans la cuve pour le traitement du milieu contenu dans la cuve. Ces dispositifs d’éclairage sont destinés à être totalement immergés dans le milieu de culture. Dans la suite, le bioréacteur sera décrit en référence au traitement d'une biomasse formée de micro-organismes, par exemple des microalgues. On comprend toutefois que la description qui suit s'applique également à d'autres types de réacteurs, chimiques ou physico-chimiques.
Comme illustré à la figure 1 , les dispositifs d’éclairage 2a, 2b sont disposés à une distance non nulle du fond de la cuve. Les dispositifs d’éclairages 2a, 2b peuvent être de hauteurs différentes. En particulier, le bioréacteur peut comprendre : un premier groupe 2a de dispositifs d’éclairage ayant une première hauteur ha, et un deuxième groupe 2b de dispositifs d’éclairage ayant une deuxième hauteur hb inférieure à la première hauteur ha, un dispositif d’éclairage du deuxième groupe 2b étant disposé entre deux dispositifs d’éclairage successifs du premier groupe 2a. Ceci permet de favoriser le brassage et l’homogénéisation de la masse à traiter.
Pour augmenter encore le brassage et l’homogénéisation de la masse à traiter, les unités de diffusion 3 du système d'injection peuvent être disposées périodiquement en aval de chaque dispositif d’éclairage du premier groupe 2a (le réacteur étant dépourvu d’unité de diffusion 3 en aval de dispositif d’éclairage du deuxième groupe 2b). Ainsi, après avoir circulé sous le dispositif d’éclairage du premier groupe 2a, la masse à traiter est entraînée verticalement vers le haut de la cuve 1 (i.e. direction opposée au fond) par les bulles de C02 (ou le fluide contenant le C02 dissout) émises (ou émis) par les unités de diffusion 3. La masse à traiter passe au-dessus du dispositif d’éclairage du deuxième groupe 2b et retombe vers le fond de la cuve par gravité. On crée ainsi une circulation de la masse à traiter à travers la cuve, ce qui améliore le brassage et l’homogénéisation de la masse à traiter.
En variante, les dispositifs d’éclairage 2a, 2b du bioréacteur peuvent être tous de hauteur identique. Ceci permet de simplifier l’installation des dispositifs d’éclairage par un opérateur. Dans ce cas, les unités de diffusion 3 sont disposées tous les deux dispositifs d’éclairage de sorte que deux unité de diffusion 3 successives sont séparées par deux dispositifs d’éclairages 2a, 2b adjacents. 1.1. Cuve
La cuve 1 est destinée à contenir la masse à traiter. Elle comprend un fond et au moins une paroi latérale.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1 , la cuve 1 est sensiblement parallélépipédique. Elle est composée d’un fond, de quatre parois latérales et d’un plafond (ou couvercle) au moins partiellement amovible.
Dans d’autres modes de réalisation, la cuve 1 peut être cylindrique et comprendre une base inférieure formant fond, une base supérieure formant couvercle, et une paroi latérale entre les bases inférieure et supérieure.
Le matériau constituant les parois de la cuve 1 peut être en acier inox ou équivalent. Bien entendu, d'autres matériaux peuvent être choisis en fonction de l’application visée (Plexiglass®, Polypropylène, Béton, etc.). Dans tous les cas, la cuve est de préférence réalisée dans un matériau résistant aux produits de nettoyage (javel, peroxyde, etc.).
7.2. Dispositif d’éclairage
En référence à la figure 2, chaque dispositif d’éclairage 2a, 2b comprend : un (ou plusieurs) diffuseur(s) de lumière 21, et une (ou plusieurs) source(s) de lumière 22.
La source de lumière 22 permet la génération d’un flux lumineux. Le diffuseur de lumière 21 permet : de guider le flux lumineux généré par la source de lumière, et de le redisperser de manière homogène vers la masse à traiter.
Avantageusement, chaque source de lumière 22 peut être raccordée indépendamment à un module d’alimentation en énergie électrique. Le module permet de fournir l’énergie électrique nécessaire à la génération du flux lumineux. Le fait que chaque source de lumière soit connectée indépendamment à un module d’alimentation en énergie électrique permet de retirer individuellement chaque dispositif d’éclairage 2a, 2b du bioréacteur pendant le fonctionnement de celui-ci.
1.2.1. Diffuseur de lumière
Le diffuseur de lumière 21 comprend une (ou plusieurs) plaque(s) 211 texturée(s). Chaque plaque 211 peut être sensiblement plane et rectangulaire (adaptée dans le cas d’une cuve parallélépipédique) ou tubulaire (adaptée dans le cas d’une cuve cylindrique).
Chaque plaque 211 comprend une face arrière 2113, une face avant 2114 et : quatre bords latéraux (ou tranches) 2111 dans le cas d’une plaque 211 rectangulaire, ou deux bords latéraux (ou tranches) 2111 dans le cas d’une plaque 211 tubulaire. Chaque bord latéral 2111 peut être poli, et au moins l’un des bords latéraux 2111 est destiné à venir en contact avec la source de lumière 22 pour permettre la transmission du flux lumineux au travers de la plaque 211.
Le matériau constituant chaque plaque 211 peut être du poly-méthacrylate de méthyle (PMMA) ou un autre matériau transparent connu de l’homme du métier qui permet à la plaque 211 de conduire - par réflexion interne totale sur ses faces avant et arrière - le flux lumineux émis par la source de lumière 22, comme par exemple : une autre résine méthacrylique transparente telle que le méthacrylate de méthyle, le éthacrylate d'éthyle, le méthacrylate de butyle, le méthacrylate de propyle ou d'isopropyle, ou une résine transparente de type polystyrène, polycarbonate, polyacrylate, ou un verre / une silice fondue.
1.2. 1.1. Micro-motifs
En référence à la figure 3, chaque plaque 211 comprend une pluralité de micro-motifs 2112 sur sa face arrière 2113. Les micro-motifs 2112 permettent d’intercepter les rayonnements 23 du flux lumineux circulant à travers la plaque 211 et de les diriger vers la face avant 2114 de sorte à faciliter leur transmission hors de la plaque 211. Plus précisément, les rayonnements 23 qui frappent chaque micro-motif 2112 sont redispersés. Chaque rayonnement 23 est réémis sous un angle tel qu'il puisse sortir de la plaque 211 par la face avant 2114 opposée à la face arrière 2113 comportant les micro-motifs 2112.
Chaque micro-motif 2112 peut consister en une cavité - ponctuelles ou en sillon - présentant une forme choisie parmi une forme conique, une forme (poly)pyramidale, une forme quadrangulaire, ou toute autre forme connue de l’homme du métier et permettant à chaque micro-motif 2112 de dévier les rayonnements 23 du flux lumineux. Notamment dans l’exemple illustré à la figure 3, les micro-motifs 2112 consistent en de fines rainures parallèles au bord latéral 2111 en contact avec la source de lumière 22.
Bien entendu, les micro-motifs 2112 peuvent consister en des éléments de déviation autre que des cavités, tels que : des particules de diffusion de lumière disposées dans le matériau constituant la plaque 211 , ou des composants de texturation de surface disposés sur la face arrière 2113, comme par exemple des structures hémisphériques émergentes, des bosses s’étendant vers l’extérieur de la face arrière 2113, des structures pyramidales émergée ou des combinaisons comprenant au moins l'une des structures précédentes. La hauteur (i.e. dimension selon un axe perpendiculaire à la face arrière) de chaque micro-motif 2112 peut être comprise entre 0,15 et 0,5 pm, et le pas entre deux micro-motifs adjacents peut être compris entre 20 et 900 pm, et notamment supérieur ou égale à 100 pm.
Avantageusement, les micro-motifs 2112 peuvent être disposés sur la face arrière 2113 selon un espacement consécutif inversement proportionnel à l'éloignement desdits micro-motifs 2112 du bord latéral 2111 en contact avec la source de lumière 22. Un tel agencement permet d'obtenir une intensité lumineuse constante sur toute la surface de la face arrière 2113. En effet, l’intensité du flux lumineux qui pénètre dans la plaque 211 décroît en fonction de son éloignement relativement à la source de lumière 22. En faisant varier la densité de micro-motifs 2112 sur la face arrière 2113, il est possible de compenser la perte d'intensité par une densité croissante de micro-motifs 2112.
1.2.1.2. Couche réfléchissante
Le diffuseur de lumière 21 peut également comprendre une couche de matériau réfléchissant 212 le flux lumineux.
Cette couche de matériau réfléchissant 212 s’étend de préférence sur toute la face arrière 2113 de la plaque 211 incluant la pluralité de micro-motifs 2112.
La couche de matériau réfléchissant 212 peut consister en un film de matériau réfléchissant tel qu’un film métallisé d’aluminium. En variante, la couche de matériau réfléchissant 212 peut consister en une peinture en matière d’indice de réfraction inférieur à celui du matériau 211 constituant chaque plaque 21.
1.2.1.3. Couche de transmission
Le diffuseur de lumière 21 peut également comprendre une couche de transmission 213 sur la face avant 2114 de la plaque 211.
Cette couche de transmission 213 permet de favoriser la transmission des rayonnement 23 du flux lumineux vers l’extérieur de la plaque 211.
Cette couche de transmission 213 permet également de lisser l'effet d'éclairement obtenu avec le diffuseur de lumière 21.
La couche de transmission 213 permet enfin de protéger la plaque 21 contre d’éventuelles agressions mécaniques (rayures dues à un frottement, etc.).
La couche de transmission 213 peut par exemple consister en un vernis protecteur d’indice de réfraction proche de l’indice de réfraction du matériau constituant la plaque 211.
7.2.2. Source de lumière
Chaque source de lumière 22 peut comprendre une (ou plusieurs) diode(s) électroluminescente(s) (LED) 221. De préférence, chaque diode 221 est une diode électroluminescente de puissance (HPLED), c'est-à-dire une LED de puissance supérieure à 1 Watt. Par exemple, chaque diode 221 peut être une diode électroluminescente à montage direct de puces (également connues sous le nom de LED « COB », acronyme de l’expression anglosaxonne « Chip On Board »). Dans ce cas, la source de lumière 22 peut comporter un module de LED COB composé de plusieurs puces LED fixées à un substrat (par exemple) de céramique. Ceci permet de générer un flux lumineux plus puissant et dense.
Les diodes 221 de la source de lumière 22 peuvent être individuelles, ou être disposées « en barrette » ou « en ruban » (voir la demande de brevet FR1050015). L’utilisation de diodes disposées en ruban permet de faciliter la fabrication du dispositif d’éclairage, chaque source de lumière 22 étant destinée à venir en contact avec un bord latéral de la devant être disposé sur un bord latéral 2111 de la plaque 211 du diffuseur de lumière 21. Les diodes 221 peuvent être alimentées en énergie électrique par l’intermédiaire d’un (ou plusieurs) câble(s) de connexion relié(s) électriquement à une source d’énergie électrique.
Quel que soit l’agencement retenu, les diodes 221 de la source de lumière 22 peuvent être toutes identiques en ayant un même régime d'excitation, ou être différentes. Notamment, les diodes 221 d’une source de lumière 22 peuvent avoir : des régimes d’excitation distincts (par exemple régime continu pour certaines, et régime flash à une fréquence comprise entre 1 et 150 kHz pour d’autres), et/ou des spectres d’émission distincts (par exemple en lumière blanche pour certaines et en lumière bleu pour d’autres), etc.
Chaque source de lumière 22 peut également comprendre un (ou plusieurs) réflecteur(s) (non représenté) pour réfléchir, orienter et focaliser la lumière produite par les diodes 221.
Chaque source de lumière est destinée à venir en contact avec un bord latéral de la plaque 211 de sorte que les rayonnement 23 du flux lumineux généré par la source de lumière se propage à l’intérieur de la plaque 211. Avantageusement, les diodes 221 et le (ou les) câble(s) de connexion peuvent être noyés/moulés dans une résine pour étanchéifier chaque source de lumière.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 3, le dispositif d’éclairage comprend une source de lumière 22 destinée à venir en contact avec un bord latéral 2111 de la plaque 211. En variante, chaque dispositif d’éclairage peut comprendre deux sources de lumière 22 destinées à venir en contact avec un bord latéral 2111 respectif opposé de la plaque 211. En variante encore, chaque dispositif d’éclairage peut comprendre quatre sources de lumière 22 destinées à venir en contact avec un bord latéral 2111 respectif de la plaque 211.
1.3. Système d’injection Le système d’injection permet d’alimenter le bioréacteur en nutriment, notamment en C02. En particulier, le système d’injection permet : de fournir le dioxyde de carbone nécessaire au développement de la biomasse et de mettre en suspension les particules supports de microorganismes contenus dans le milieu de culture de la biomasse.
L'apport de dioxyde de carbone peut être continu ou discontinu en réponse à certains critères tels que le temps ou le pH Comme indiqué précédemment, le dioxyde de carbone peut être introduit : sous forme de bulles de gaz, ou sous forme d'une solution aqueuse pompée ou poussée dans le bioréacteur. L’introduction de dioxyde de carbone sous forme de bulles de gaz permet une meilleure répartition du C02 dans la cuve.
Le système d’injection peut comprendre : une unité d’amenée de C02 - tel qu’un surpresseur (dans le cas de C02 gazeux) ou une pompe (de type turbine dans le cas de C02 fluide) - de préférence muni d'un clapet anti retour afin d'éviter la remontée des boues ou des effluents au niveau de l’unité d’amenée de C02, d’une pluralité d’unités de diffusion 3 formant : o dans le cas de C02 gazeux, des têtes de micro-bullage pour la diffusion de bulle de différents diamètres, o dans le cas de C02 dissout dans un milieu aqueux, des buses d’éjection de fluide pour la diffusion du fluide contenant du C02 dissout.
Les unités de diffusions peuvent être de différents types connus de l’homme du métier, par exemple des diffuseurs en matériaux composites microporeux, à membrane (EPDM, silicone, etc., de préférence EPDM), en céramique ou à fente, etc.
Chaque unité de diffusion est de préférence disposée au voisinage immédiat du fond de la cuve. Par ailleurs, chaque unité de diffusion 3 est disposée entre deux dispositifs d’éclairage 2a, 2b adjacents, les différentes unités de diffusion 3 étant agencées de sorte que chaque unité de diffusion 3 est entourée de dispositifs d’éclairage distincts des dispositifs d’éclairage 2a, 2b entourant les autres unités de diffusion 3 En d’autres termes, chaque unité de diffusion 3 est séparée de l’unité de diffusion 3 la plus proche (ou des unités les plus proches) par deux dispositifs d’éclairage 2a, 2b.
1 4. Traitement de la biomasse La biomasse cultivée dans le réacteur selon l’invention peut être récoltée par toute technique connue de l’homme du métier telle que les techniques de sédimentation, de filtration, de flottation ou de centrifugation
La récolte de biomasse peut être mise en œuvre en continu ou en semi-continu, notamment dans le cas où le bioréacteur est implanté sur un site industrielle. A cet effet, le bioréacteur peut être associé à une unité de séparation - décanteur et/ou centrifugeuse et/ou filtre etc. - permettant de prélever une portion du contenu de la cuve pour séparer la biomasse du milieu de culture
La biomasse ainsi extraite peut ensuite être conditionné (congélation sous vide, etc.) pour une utilisation ultérieure. Le milieu de culture, une fois séparé de la biomasse, peut être réintroduit dans la cuve du bioréacteur.
1 5 Autres caractéristiques du bioréacteur
Le réacteur peut également comprendre un module de contrôle incluant un (ou plusieurs) capteur(s) pour vérifier les paramètres du bioréacteur. Notamment, le module de contrôle peut comprendre : une (ou plusieurs) sonde(s) de pH, un (ou plusieurs) capteur(s) de mesure du taux de C02, un (ou plusieurs) capteur(s) de lumière, un (ou plusieurs) capteur(s) de PO3/4, et/ou de NO3, et/ou de NHL, un (ou plusieurs) capteur(s) de température.
Les différents capteurs et sondes du module de contrôle permettent de maintenir des valeurs optimales pour les paramètres du bioréacteur influant sur la croissance de la biomasse. Notamment, le module de contrôle peut adapter la quantité de C02 injecté dans le milieu de culture en fonction des mesures réalisées par la sonde de pH et/ou par le(s) capteur(s) de mesure du taux de C02, etc. Par exemple, si le taux de C02 mesuré est inférieur à un seuil, le module de contrôle peut commander l’injection d’une quantité supérieure de C02 dans la cuve (relativement à une quantité de consigne). A l’inverse, si le pH mesuré est inférieur à un seuil prédéterminé, le module de contrôle peut commander l’injection d’une quantité inférieure de C02 (relativement à une quantité de consigne).
De même, si la température mesurée est inférieure (respectivement supérieure) à une température seuil, le module de contrôle peut commander l’activation d’un échangeur de chaleur - tel qu’un échangeur à plaques - intégré à la cuve du bioréacteur pour chauffer (respectivement refroidir) le milieu de culture.
Également, en fonction des mesures effectuées par le (ou les) capteur(s) de PO3/4, de NO3, de NH4, le module de contrôle peut adapter une quantité de nutriment (phosphore, azote, etc.) injectée dans le milieu de culture (en agissant sur l’activation/la désactivation d’une pompe raccordée à une source de nutriments, etc.).
Enfin, la mesure d’une information représentative de la luminosité à l’intérieur du milieu de culture permet une estimation de la concentration en biomasse à l’intérieur de la cuve. Ainsi, il est possible de réguler l’étape de récolte de la biomasse. Notamment, si la mesure de lumière à l’intérieure de la cuve est représentative d’une concentration de biomasse trop faible, le module de contrôle peut suspendre la récolte de biomasse A l’inverse, si la mesure de lumière à l’intérieure de la cuve est représentative d’une concentration de biomasse trop forte, le module de contrôle peut initier la récolte de biomasse. 2. Caractéristiques du photo-bioréacteur
2.1. Cas d’un rayonnement lumineux continu
On va maintenant décrire différents aspects relatifs à un dimensionnement du bioréacteur permettant l’utilisation optimale du flux lumineux issu des dispositifs d’éclairage. Ce dimensionnement du bioréacteur est réalisé en considérant un apport de lumière continu, c’est-à- dire en considérant que chaque source de lumière 22 génère un rayonnement lumineux continu d’intensité constante au cours du temps.
2.1. 1. Modèle de captation de photons
Pour comprendre si le flux de photons issu des dispositifs d’éclairage est utilisé de manière optimale par la masse à traiter, on propose d’employer un modèle sur la captation de photons par des microalgues en fonction d’une surface d’émission et d’une géométrie du réacteur.
La représentation suivante montre les paramètres modulables pour déduire des productivités dans un photo-bioréacteur. Ici il sera préférable de réduire au maximum la fraction non éclairée du réacteur et d’augmenter la surface recevant le flux de photons.
Le modèle global du rendement surfacique d’un photo-bioréacteur est le suivant :
Où : fd est la fraction volumique non éclairée par conception du réacteur (fd = 0 si toute la surface du réacteur est éclairée) ; pM est le rendement énergétique maximum de conversion de l’énergie lumineuse en énergie physico- chimique ; f est le rendement quantique molaire de la photosynthèse ; a est le module de diffusion linéaire ; anght est la surface spécifique éclairée du réacteur sur le volume ;
K correspond à une constante de demi-saturation de la photosynthèse (dépend du micro organisme) ; ή correspond au degré de collimation moyen du rayonnement Incident ;
Qn est la densité de flux moyenne sur la surface du photo-bioréacteur.
Les performances maximales d’un photo-bioréacteur peuvent être caractérisées par quelques simplifications des constantes dans un cas idéal. Par conséquent la production dépendra des éléments suivants :
La fraction sombre « Sx», qui correspond au ratio volumique non éclairé (fd=0) : en kg / m ^ //
Où q s’exprime est la constante de demi-saturation de la photosynthèse (30000 pmol/kgx/s),
La production surfacique « Px» dû à la captation du flux de photons surfacique capté :
Px = Sx * aLumiere en kg /m // Avec facteur correctif de 20%
La production volumique en fonction du flux de photons surfacique capté rapporté au volume total : _ _ Slumiere
3Lumiere — ~ Vr
En appliquant les règles de calculent précédentes pour : une plaque d’acrylique de 0.2m de large et 0.4m de long une lumière incidente de 250pmol/m2/s, - un volume total de réacteur de 0.008 m3, aucune zone d’ombre (fd=0), alors la productivité volumique théorique maximale est estimé à 100 mg/L/J, comme illustré par le tableau ci-dessous.
Ceci est confirmé lors d’une expérience en utilisant le réacteur illustré à la figure 5, dans lequel le dispositif d’éclairage comprend une plaque d’acrylique disposée sous le fond d’une cuve aux parois transparentes. Une production moyenne est de 102 mg/L/J sur 140 heures est obtenue (minimum : 60 mg/L/J, maximum :130 mg/L/J), comme représenté sur la figure 6.
L’ajout d’air avec 2% de C02 assure le brassage et apporte du carbone à la masse à traiter. 2.7.2. Détermination d’une superficie optimale de plaques pour les dispositifs d’éclairage du réacteur
L’objectif est de déterminer la superficie optimale de diffusion du flux lumineux pour le réacteur. Bien entendu, le nombre et la disposition des dispositifs d’éclairage peut varier en fonction de la quantité de biomasse que l’on souhaite produire.
Si l’on désire produire 1 kg de biomasse par m3 de culture dans un volume de 100 m3 en appliquant les formules de la modélisation globale décrite au point 2.1., il faut que les dispositifs d’éclairage comprennent 2500 m2 de plaques lumineuses (diffuseurs de lumière) émettant 1000 pmol/m2/s (sources de lumière).
Ce nombre est directement lié au rendement, au volume, à la géométrie et à l’intensité lumineuse souhaités.
On obtient le tableau suivant :
2.1.3. Détermination d’une quantité maximale de biomasse à ne pas dépasser
L’objectif est de déterminer la concentration maximum à ne pas dépasser afin de ne pas avoir de zone sombre dans le milieu (i.e. maintenir un fd=0),
On suppose un réacteur tel qu’illustré à la figure 7 et comportant : une cuve ayant les dimensions suivantes : 17mètres x 2mètres x 3mètres (Longueur x largeur x Hauteur en mètres), et un volume de 100 m3 des dispositifs d’éclairage incluant des plaques ayant pour dimensions 3 mètres x 2 mètres x 0.01 mètre (Longueur x largeur x Epaisseur).
Pour disposer d’une surface lumineuse de 2500m2, le nombre de plaques doit être de 2500/(3x2) = 417 plaques, pour une épaisseur totale de 4.17 mètres (l’épaisseur de chaque plaque étant de 1 centimètre).
Afin de minimiser l’encombrement relatif à l’introduction des plaques dans la cuve, chaque dispositif d’éclairage peut comprendre deux plaques accolées par leurs faces arrière de sorte que leurs faces avant sont opposées l’une à l’autre (les faces arrière des deux plaques s’étendant en regard et étant en contact). Un exemple d’un tel dispositif d’éclairage est illustré à la figure 4. L’espacement entre les différents dispositifs d’éclairage est alors donné par la formule suivante : d = (L — Etot) / (½ X Nbpiaques) d = (17-4.17)/ (½ x 417).
Où : d est la distance libre entre les faces avant de deux dispositifs d’éclairage successifs, L correspond à la longueur de la cuve,
Etot correspond à l’épaisseur totale des plaques des dispositifs d’éclairage (i.e. somme des épaisseurs des plaques),
Nbpiaques correspond au nombre de plaques nécessaires pour disposer d’une surface lumineuse de 2500m2.
Les tableaux suivants résument les différents résultats ci-dessus.
Pour ne pas avoir de zone sombre dans le milieu (i.e. maintenir un fd=0), il est nécessaire de disposer d’un flux de photons (F) suffisant jusqu’à la zone mitoyenne (B) entre deux dispositifs d’éclairage adjacents.
L’intensité lumineuse en fonction de la distance Z peut s’exprimer à partir de la formule suivante : l(z)=l0-e ka B z
Où : lo correspond à la lumière incidente,
Ka est un coefficient d’absorption,
B correspond à la concentration en biomasse,
Z correspond à la longueur de la cuve.
La figure 8 illustre la concentration maximum en microalgues en fonction d’un écartement entre deux dispositifs d’éclairage adjacents. Si l’on considère qu’à partir de 50 pmol/m2/s, la quantité de lumière est insuffisante pour avoir des rendements satisfaisants, il est possible de déterminer la concentration maximale à ne pas dépasser. Dans le cas du dispositif illustré à la figure 7 (et considérant un espace libre « d » de 6 centimètres entre les dispositifs d’éclairage), avec une zone mitoyenne B située à 0.03 mètres de chaque dispositif d’éclairage, la concentration maximale à ne pas franchir est de 1.5 g/L.
Cette concentration peut être mesurée via des capteurs de matières en suspension tels que : 6131 Blue-Green Algae Sensor ou ALS-OD4.
2.1.4. Détermination d’une charge en C02
La quantité de C02 doit être procuré de manière à correspondre à la proportion de photons apportés (Apporter autant de C02 que de photons apportés par le réacteur).
Par conséquent, le débit du mix (Air/C02) doit être ajusté au choix lumineux sélectionné.
Ici pour 1 kg/m3/J il faut 90% de C02 avec un débit de 4.77 m3/h.
2.1.5. Spécificité des plaques
L’homme du métier saura choisir le bon type de plaque pour chaque diffuseur de lumière. Il priorisera :
Le type de gravure (type V...) qui permet de transmettre au mieux les photons sur l’ensemble de la plaque,
Le matériau avec le meilleur taux de propagation de la lumière pour le panneau de transmission qui reçoit les gravures (acrylique, polycarbonate...),
Une matière de réflexion optimale pour obtenir la luminosité la plus forte,
Le matériau le plus efficace pour l’homogénéisation du flux de photons.
L’homme du métier choisira le positionnement des LEDs sur un, deux, trois ou quatre côtés de chaque plaque, ainsi que la forme (rectangle, carré, cylindrique) de chaque plaque selon les conditions de culture. Il privilégiera les LEDs les plus uniformes afin de combler l’ensemble de la tranche de la plaque gravée.
2.2. Cas d’un rayonnement lumineux discontinu
On va maintenant décrire différents aspects relatifs à un dimensionnement du bioréacteur en considérant un apport de lumière discontinu, c’est-à-dire en considérant que chaque source de lumière 22 génère un rayonnement lumineux discontinu composé d’une alternance rapprochée de phases obscures et de phases éclairées (flashs), par exemple à une fréquence comprise entre 10 et 50 kHz.
A titre indicatif, la figure 9 illustre la différence entre un éclairage discontinu 31 et un éclairage continu 32.
Un tel apport de lumière discontinu permet en effet d’agir positivement sur le rendement des cultures en termes de biomasse. Comme illustré ci-après, le passage d’un apport de lumière continu à un apport de lumière discontinu permet d’augmenter la distance entre deux diffuseurs de lumières 21 adjacents (comprise entre 2 et 10 centimètres, préférentiellement entre 4 et 8 centimètres, et encore plus préférentiellement sensiblement égale à 6 centimètres), tout en maintenant les autres paramètres identiques à ceux calculés précédemment.
2.2.7. Calcul d’une distance optimale entre dispositifs d’éclairage adjacents
Soit un système doté d’une intensité moyenne en continue de 1000 pmol.nr2.s 1 au niveau des diffuseurs de lumière 21.
Lorsque cette intensité moyenne (en continue) est paramétrée en « flashs » tout en maintenant une irradiance moyenne de 1000 pmol.m 2.s 1, il est alors possible d’obtenir des vagues de flash de 10000 pmol.nr2.s 1 :
Le temps de cycle tcycie est tel que : tcycie = tiight + tdark (s) / ou la fréquence (Hz) où tiight correspond à une phase éclairée et tdark correspond à une phase obscure ; La fraction lumineuse f est telle que : f = (tnght / (tnght + tdark ))
Irradiance intégrée : lm = If f avec f = 10% ; lm = 1000 pmol.nr2.s 1 lm = If f pmol.nr2.s 1 If = 10000 pmol.nr2.s 1
Cette vague de photons permet d’augmenter la distance d’entrée des photons dans le milieu, et donc d’augmenter la distance entre les diffuseurs de lumière 21 avec une concentration en biomasse identique.
Comme il ressort de la figure 10 illustrant des courbes de concentration 33, 34 en microalgues en fonction d’un écartement entre deux dispositifs d’éclairage adjacents : dans le cas d’un éclairage continu d’une part (courbe référencée 33), et dans le cas d’un éclairage discontinu (courbe référencée 34) d’autre part, la distance mitoyenne peut alors être étendue à 0.055 mètres en flash avec une concentration de 1.5 g/L. En d’autres termes, les dispositifs d’éclairage peuvent être agencés de sorte que la distance entre deux diffuseurs de lumières 21 adjacents soit sensiblement égale à 11 centimètres. 3. Autres modes de réalisation
Dans la description qui précède, différentes variantes de bioréacteurs ont été décrits, notamment des bioréacteurs destinés à des applications industrielles permettant le traitement des gaz émis. Bien entendu, les enseignements de la présente invention ne se limitent pas à des bioréacteurs de grandes dimensions destinés à des applications industrielles.
En particulier, dans une variante de réalisation, le bioréacteur peut être de dimensions plus faibles. Par exemple, le bioréacteur peut comprendre : une cuve de parois transparentes ou translucides : o de longueur comprise entre 1 et 10 mètres, o de largeur comprise entre 50 centimètres et 5 mètres, o d’épaisseur comprise entre 4 et 30 centimètres, un unique dispositif d’éclairage intégré dans la cuve, un système d'injection incluant une (ou plusieurs) unités de diffusion.
Un tel bioréacteur peut notamment être utilisé dans des applications urbaines pour remplacer certains panneaux existants tel qu’une (ou plusieurs) paroi(s) d’un Abribus®, ou de tout au type d’aubette.
Bien entendu, la forme de la cuve n’est pas nécessairement parallélépipédique, et dépend de l’application visée (forme cylindrique, etc.). De même, pour certaines applications les parois de la cuve peuvent ne pas être transparente ou translucide.
Dans tous les cas, le dispositif d’éclairage est de préférence disposé dans la cuve de sorte à s’étendre : parallèlement aux parois latérales de la cuve de plus grandes dimensions, (incluant un diffuseur de lumière composée paire de plaques, et à égale distance desdites parois latérales de plus grandes dimensions.
Un tel dispositif d’éclairage comprend un diffuseur de lumière composé de préférence d’une paire de plaques micro-gravée accolées par leurs faces arrières, lesdites plaques ayant sensiblement les mêmes formes et dimensions que les parois latérales de plus grandes dimensions de la cuve (dimensions plaque = 90-100% dimensions paroi latérale de plus grandes dimensions). Le dispositif d’éclairage comprend également une source de lumière tel que décrit précédemment. De préférence, les dimensions de la cuve sont adaptées de sorte que l’éclairement de la masse à traiter par le dispositif d’éclairage soit optimal. Notamment, la distance séparant : le diffuseur de lumière et chaque paroi latérale de plus grandes dimensions de la cuve peut être comprises entre 1 et 15 centimètres, préférentiellement entre 2 et 10 centimètres, et encore plus préférentiellement entre 3 et 6 centimètres.
4. Conclusions
La solution décrite précédemment permet d’augmenter les rendements énergétiques et en production de biomasse du réacteur, notamment grâce à une conduction homogène de la lumière, et à un dimensionnement optimal des différents composants du réacteur en fonction de la quantité maximale de biomasse souhaitée dans le réacteur.
Ceci est valable pour des cultures en mixotrophie, en autotrophie sur des organismes photosynthétiques mais également pour des cultures en mixotrophie à dominante hétérotrophe où la lumière n’est pas importante pour l’activité photosynthétique mais par exemple pour l’induction de molécules d’intérêt comme des pigments (WO2017050917), et/ou de l’huile. L'invention présentée ci-dessus a de nombreuses applications, et peut par exemple être utilisée pour réaliser un puits de carbone permettant, par absorption du carbone contenu dans l’atmosphère (monoxyde/dioxyde de carbone), de réduire la quantité de dioxyde de carbone atmosphérique.
Le lecteur aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l’invention décrite précédemment sans sortir matériellement des nouveaux enseignements et des avantages décrits ici.
Par exemple, dans la description qui précède, le dispositif d’éclairage et de chauffage était intégré dans un réacteur incluant un ensemble tournant destiné à assurer un brassage de cette masse de micro-organismes. Il est bien évident pour l’homme du métier que le dispositif d’éclairage et de chauffage décrit précédemment pourrait être intégré dans un réacteur dépourvu d’ensemble tournant.
Par conséquent, toutes les modifications de ce type sont destinées à être incorporées à l’intérieur de la portée des revendications jointes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Réacteur incluant une cuve (1) destinée à contenir : o une masse à traiter, et o au moins un dispositif d’éclairage (2a, 2b) destiné à favoriser le traitement de cette masse, caractérisé en ce que chaque dispositif d’éclairage (2a, 2b) comprend : un diffuseur de lumière (21), le diffuseur (21) incluant au moins une plaque (211) micro- gravée transparente à un rayonnement lumineux (23), ladite plaque (211) ayant des faces arrière et avant opposées (2113, 2114) et au moins deux tranches (2111 ) entre les faces arrière et avant (2113, 2114), l’aire de chaque face étant supérieure à l’aire de chaque tranche, la face arrière (2113) incluant une pluralité de micro-motifs (2112), une source de lumière (22) pour générer le rayonnement lumineux (23), la source de lumière (22) étant disposée sur au moins une tranche de la plaque (211) et étant orientée de sorte que le rayonnement lumineux (23) qu’elle génère se propage dans la plaque (211).
2. Réacteur selon la revendication 1 , dans lequel chaque plaque (211) est sensiblement plane et comprend quatre tranches (2111), chaque source de lumière (22) incluant une pluralité de diodes électroluminescentes disposées sur au moins l’une des tranches de plus petites dimensions.
3. Réacteur selon la revendication 1 , dans lequel chaque plaque (211) est cylindrique et comprend deux tranches, chaque source de lumière (22) incluant une pluralité de diodes électroluminescentes disposées sur au moins l’une des deux tranches.
4. Réacteur selon l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel les diodes de la pluralité de diodes électroluminescentes sont disposées sur la tranche de la plaque (211) la plus éloignée du fond de la cuve (1).
5. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque diffuseur de lumière (21) comprend une paire de plaques (211) micro-gravées agencées de sorte que leurs faces arrière (2113) s’étendent en regard l’une de l’autre.
6. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel chaque diffuseur de lumière (21) comprend en outre au moins une couche de matériau réfléchissant (212) le rayonnement lumineux (23), chaque couche de matériau réfléchissant (212) s’étendant sur la face arrière (2113) d’une plaque (211) respective.
7. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel chaque diffuseur de lumière (21) comprend en outre au moins une couche de transmission (213), chaque couche de matériau de transmission (213) s’étendant sur la face avant (2114) d’une plaque (211) respective.
8. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, lequel comprend une pluralité de diffuseurs de lumière (21), deux diffuseurs de lumières (21) adjacents étant espacés d’une distance comprise entre 2 et 10 centimètres, préférentiellement entre 4 et 8 centimètres, et encore plus préférentiellement sensiblement égale à 6 centimètres.
9. Réacteur selon la revendication 8, dans lequel la source de lumière (22) de chaque dispositif d’éclairage (2a, 2b) est adaptée pour générer un rayonnement lumineux continu.
10. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, lequel comprend une pluralité de diffuseurs de lumière (21), deux diffuseurs de lumières (21) adjacents étant espacés d’une distance comprise entre 8 et 150 centimètres, préférentiellement entre 10 et 50 centimètres, et encore plus préférentiellement sensiblement égale à 11 centimètres.
11. Réacteur selon la revendication 10, dans lequel la source de lumière (22) de chaque dispositif d’éclairage (2a, 2b) est adaptée pour générer un rayonnement lumineux discontinu sous forme de flashs composé d’une alternance de phases obscures et de phases éclairées, par exemple à une fréquence comprise entre 10 et 50 kHz.
12. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , dans lequel la cuve a une contenance de 100m3, la surface couverte par les plaques des diffuseurs de lumière (21) étant comprise entre 2000 et 3000m2, de préférence entre 2250 et 2750m2, préférentiellement sensiblement égale à 2500m2.
13. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel les dispositifs d’éclairage sont composés : o d’un premier groupe (2a) de dispositifs d’éclairage d’une première hauteur (ha), et o d’un deuxième groupe (2b) de dispositifs d’éclairage d’une deuxième hauteur (h ) inférieure à la première hauteur (ha), un dispositif d’éclairage du deuxième groupe (2b) étant disposé entre deux dispositifs d’éclairage successifs du premier groupe (2a).
14. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, lequel comprend en outre un système d'injection incluant une pluralité d’unités de diffusion (3), chaque unité de diffusion (3) : o s’étendant entre deux diffuseurs de lumière (21) adjacents, et o étant séparée des autres unités de diffusion (3) par au moins deux diffuseurs de lumière (21) successifs.
15. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque dispositif d’éclairage (2a, 2b) est indépendamment raccordé à un module d’alimentation en énergie électrique de sorte que chaque dispositif d’éclairage (2a, 2b) peut être retiré individuellement du réacteur pendant le fonctionnement de celui-ci.
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