FR2823761A1 - Industrial equipment culturing flocculated photosynthetic microorganisms, includes large moveable bioreactors with automatic control of metabolic factors - Google Patents

Industrial equipment culturing flocculated photosynthetic microorganisms, includes large moveable bioreactors with automatic control of metabolic factors Download PDF

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Abstract

Industrial culturing equipment, where the group of modular bioreactors can be moved and is self-driven, is new. The tanks have provisions for exposure to radiation, temperature control and supply of culture medium. A hoist system enables lifting and horizontal translation. The culturing process operates with automatic agitation, monitoring and control. Vessels are controlled individually, and as a group. Preferred Features: Tanks include convex translucent panels enabling focusing, for optimum light penetration into the culture medium. A tubular source has translucent walls and an internal light source, for internal illumination of the culture. The reactors are capable of operation under increased pressure for more rapid assimilation of culture medium and control of chemical composition. Electromechanical- and pneumatic systems included in the module chassis, introduce solid, liquid and/or gas from storage vessels on the chassis, or through tube connections. Data processing equipment is also carried to receive, process and transmit culturing, control and inspection data. A bioreactor chassis supports artificial top-lighting. A completely translucent jacketed reactor provides for circulation of temperature-controlling fluid. There are provisions for filling and emptying this system. One ellipsoidal vessel has a moving curtain system, permitting reflection of top-lighting into the vessel. Lights are fixed to a sliding door of a vessel, and reflectors provide optimal illumination. Any evaporated tempering fluid is recovered. Simulation software is employed in the control process.

Description

d'au moins 30 cm et un diamètre d'au moins 8,5 cm.at least 30 cm and a diameter of at least 8.5 cm.

- 1 La présente invention concerne un dispositif permettant la culture industrielle de microorganismes  - 1 The present invention relates to a device for the industrial culture of microorganisms

photosynthétiques floculés (micro-algues).  flocculated photosynthetics (micro-algae).

La culture de micro-algues est traditionnellement effectuée à partir de photo-bioréacteurs extrapolés à partir de dispositifs de recherches, mal adaptés à fonctionner dans un contexte industriel et sous des contraintes économiques de marché. De manière générale les technologies existantes n'autorisent pas le développement industriel de la culture de microalgues, notamment de par la faiblesse des rendements physico-chimiques atteints et de par la médiocrité de la qualité des blomasses produites. En outre la main d'_uvre qualifiée et pléthorique nécessaire à la conduite des opérations selon les procédés existants grève de façon rédhibitoire la rentabilité économique de ce secteur d'activité pourtant prometteur, compte tenu de la richesse biochimique offerte par les 40.000 souches (environ) de micro-algues identifiées, desquelles une centaine est étudiée et dont seule une dizaine fait l'objet d'exploitation, faute de moyens industriels adéquates. Techniquement la difficulté principale consiste à faire pénétrer la lumière dans un milieu de culture  The culture of micro-algae is traditionally carried out using photo-bioreactors extrapolated from research devices, ill-suited to operate in an industrial context and under economic market constraints. In general, the existing technologies do not allow the industrial development of the culture of microalgae, in particular because of the low physico-chemical yields achieved and because of the poor quality of the blomasses produced. In addition, the qualified and plethoric workforce necessary for the conduct of operations according to existing processes is strikingly crippling the economic profitability of this sector of activity, however promising, given the biochemical richness offered by the 40,000 strains (approximately) of micro-algae identified, of which a hundred are studied and of which only a dozen are the object of exploitation, for lack of adequate industrial means. Technically the main difficulty is to get light into a culture medium

dont la concentration (et donc 1'opacité) augmente pendant la phase de croissance des micro-  whose concentration (and therefore opacity) increases during the growth phase of micro-

organismes cultivés. De même, la plupart des technologies connues n'autorisent pas un fonctionnement  cultivated organisms. Similarly, most of the known technologies do not allow operation

sous des conditions de stérilité optimales.  under optimal sterility conditions.

A un moindre degré de technicité, les problèmes posés par le contrôle en temps réel des processus de croissances ainsi que ceux liés à l'introduction de composés de culture en mode contrôlé et continu constituent, en autres, deux barrières majeures au développement de solutions industrielles économiquement rentables, qui permettraient la production de micro-algues répondant aux critères de  To a lesser degree of technicality, the problems posed by real-time control of growth processes as well as those linked to the introduction of culture compounds in controlled and continuous mode constitute, among other things, two major barriers to the development of industrial solutions economically profitable, which would allow the production of micro-algae meeting the criteria of

qualité requis, notamment dans les secteurs de la pharmacie, de la cosmétique et de l'agroalimentaire.  required quality, particularly in the pharmaceutical, cosmetic and food industries.

Enfin, sur un plan technico-économique l'énergie conventionnelle nécessaire aux procédés d'éclairages utilisés dans le cas de photobioréacteurs artificiels constitue un poste de charges d' exploitation  Finally, on a technical and economic level, the conventional energy necessary for the lighting processes used in the case of artificial photobioreactors constitutes an operating expense item.

important.important.

Le dispositif selon l'invention permet notamment de remédier à cette série d'inconvénients, de par les caractéristiques intrinsèques du système physique permettant la photosynthèse et de par la possibilité qu'il offre à pouvoir être mis en _uvre de façon modulaire et à grande échelle dans le cadre de chaînes de production automatisées, pilotées par un système de contrôle commande agissant en supervision des procédés gérés individuellement pour chacun des photo-bioréacteurs. Le système de contrôle commande prend appui sur des modèles mathématiques de simulations des processus de croissance des micro-algues sélectionnées pour la culture, donc parfaitement adaptable et ajustable à tout type de conditions d'exploitation (volume de la culture envisagée, type et origine des souches, environnement  The device according to the invention makes it possible in particular to remedy this series of drawbacks, by the intrinsic characteristics of the physical system allowing photosynthesis and by the possibility that it offers to be able to be implemented in a modular and large-scale manner. within the framework of automated production chains, controlled by a command and control system acting in supervision of the processes managed individually for each of the photo-bioreactors. The control system is based on mathematical models of simulations of the growth processes of micro-algae selected for the culture, therefore perfectly adaptable and adjustable to all types of operating conditions (volume of the envisaged culture, type and origin of strains, environment

d'exploitation, etc.).etc.).

Ce dispositif garantit ainsi des rendements optimisés en matière de conversion de l'énergie lumineuse et des intrants de cultures apportés, et garantit également des caractéristiques blochimiques contrôlées - 2 - et donc reproductibles pour les biomasses produites. Par ailleurs dans une optique écologique et non plus seulement économico-industrielle, une culture à très grande échelle peut valablement contribuer à la réduction de dioxyde de carbone atmosphérique, principal gaz à effet de serre, ou encore dans le cadre d'une adaptation du dispositif, servir en tant qu'agent de dépollution d' effluents gazeux issus de moteurs thermiques en utilisant notamment les propriétés de certaines souches algales, qui outre la  This device thus guarantees optimized yields in terms of conversion of the light energy and of the crop inputs brought in, and also guarantees controlled blochemical characteristics - 2 - and therefore reproducible for the biomass produced. In addition, from an ecological and not only an economic and industrial perspective, a large-scale crop can validly contribute to the reduction of atmospheric carbon dioxide, the main greenhouse gas, or even as part of an adaptation of the system. , serve as a depollution agent for gaseous effluents from heat engines by using in particular the properties of certain algal strains, which in addition to

capacité à décomposer le dioxyde de carbone, peuvent fixer des métaux lourds.  ability to decompose carbon dioxide, can fix heavy metals.

Dans son architecture générale, le dispositif est constitué de quatre systèmes principaux (cf. schéma 1) - (1) une flotte de photo-bioréacteurs mobiles fonctionnant de façon indépendante les uns des autres - (2) un assemblage linéaire et modulaire de cuves d' insolation (illumination) dans lesquelles  In its general architecture, the device consists of four main systems (see diagram 1) - (1) a fleet of mobile photo-bioreactors operating independently of each other - (2) a linear and modular assembly of tanks of insolation (illumination) in which

sont placés les photo-bioréacteurs durant les phases de croissance et de maturation des micro-  photo-bioreactors are placed during the growth and maturation phases of micro-

organismes cultivés - (3) un système de levage, permettant le positionnement des photo-bioréacteurs sur les cuves - (4) un système informatique de contrôle commande assurant le pilotage et la supervision de l'ensemble des trois autres systèmes principaux  cultivated organisms - (3) a lifting system, allowing the positioning of the photo-bioreactors on the tanks - (4) a computerized command and control system ensuring the control and supervision of all three other main systems

Ces quatre systèmes principaux disposent de multiples fonctions faisant l'objet de descriptions dans la  These four main systems have multiple functions described in the

suite du présent document.following this document.

I1 convient à ce niveau d'introduire également 1'existence de systèmes accessoires intégrés aux unités de productions construites autour des systèmes principaux. Ces systèmes accessoires qui ne feront pas  It is appropriate at this level to also introduce the existence of accessory systems integrated into the production units built around the main systems. These accessory systems that will not

l'objet de descriptions détaillées dans la suite de ce document, permettent notamment:  the subject of detailed descriptions later in this document, in particular:

- le chargement et le déchargement des photo-bioréacteurs dans des conditions de stérilité requises pour certaines cultures (salles blanches) - l'optimisation des planning d'utilisation des photo-bioréacteurs, à 1'aide de logiciels dont les algorithmes intègrent le caractère de variabilité des critères de stérilité requis pour les milieux de cultures (différents niveaux d'asepsie nécessaires) - le traitement des biomasses produites (séchage, congélation, extraction de métabolites) l'optimisation des ressources, grâce notamment - à des dispositifs d'alimentation permettant l'intégration de sources d'énergies renouvelables (photovoltaïque, éolien), - à des dispositifs de cogénération d'énergie entre les divers systèmes technologiques déployés, et à des  - the loading and unloading of photo-bioreactors under sterile conditions required for certain cultures (clean rooms) - the optimization of the planning of use of photo-bioreactors, using software whose algorithms integrate the character of variability of sterility criteria required for culture media (different levels of asepsis required) - treatment of the biomass produced (drying, freezing, extraction of metabolites) optimization of resources, thanks in particular - to feeding devices allowing the integration of renewable energy sources (photovoltaic, wind), - energy cogeneration devices between the various technological systems deployed, and

dispositifs de récupérations et de traitement des eaux utilisées et évaporées.  devices for recovering and treating used and evaporated water.

Pour conclure cette partie introductive, il est à signaler que la mise en _uvre industrielle de cette invention peut être effectuer notamment sur zones pauvres en ressources hydriques nécessaires à une agriculture de type classique. En effet l'océan ou des aquifères peuvent suffire à l'alimentation de procédés permettant la culture de micro-algues. Ainsi, nombre de régions désertiques peuvent être valorisées, de même des flottes de tankers prêts à être désarmés pourraient être reconfigurés en sites de  To conclude this introductory part, it should be noted that the industrial implementation of this invention can be carried out in particular in areas poor in water resources necessary for conventional farming. In fact, the ocean or aquifers can suffice to supply processes allowing the culture of micro-algae. Thus, a number of desert regions can be valued, in the same way fleets of tankers ready to be disarmed could be reconfigured into sites of

production totalement écologiques.totally ecological production.

Selon sa première caractéristique principale, le dispositif est constitué d'une flotte de photo-  According to its first main characteristic, the device consists of a fleet of photo-

bioréacteurs. Chaque photo-bloréacteur étant lui même constitué d'un fût étanche, démontable, stérilisable, pouvant fonctionné sous pression pour favoriser l' assimilation des intrants par le milieu de culture et motorisé afin d' assurer, par la rotation du fût, une agitation parfaite et non traumatisante du  bioreactors. Each photo-bloreactor itself being made up of a sealed, dismountable, sterilizable barrel, which can function under pressure to promote the assimilation of the inputs by the culture medium and motorized in order to ensure, by the rotation of the barrel, perfect agitation. and not traumatic

milieu de culture.culture centre.

Dans une première confguration (cf. schéma 2), le photo-bioréacteur est de section polygonale et dispose d'une armature rigide (flasques latéraux à épaulement et barres de structures proflées) sur laquelle sont fixés, à l'aide d'un système de presse-étoupe garantissant l'étanchéité du fût, des panneaux optiques translucides permettant la focalisation de lumière naturelle ou artificielle en provenance de l'extérieur, et un panneau en matériau offrant résistance aux chocs mécaniques (acier inoxydable, titane ou polyéthylène à haut poids moléculaire), sur lequel s'insèrent des éléments fonctionnels permettant le remplissage, la vidange, la mise sous pression, la dépressurisation, le  In a first configuration (cf. diagram 2), the photo-bioreactor is of polygonal section and has a rigid reinforcement (lateral flanges with shoulders and bars of profiled structures) on which are fixed, using a system cable glands guaranteeing the watertightness of the barrel, translucent optical panels allowing the focusing of natural or artificial light from outside, and a panel of material offering resistance to mechanical shocks (stainless steel, titanium or high-weight polyethylene molecular), on which functional elements are inserted allowing filling, emptying, pressurization, depressurization,

dégazage, la captation et la transmission sans contact de données physiques (température, pression, ph.  degassing, capturing and contactless transmission of physical data (temperature, pressure, ph.

photométrie...) relatives au milieu de culture et à la luminosité extérieure. De plus un axe creux en matériau translucide (tunnel) enserré entre deux flasques latérales à paliers étanches permet le positionnement d'une source lumineuse artificielle, éclairant la culture de l'intérieur. Les propriétés physiques de ce tunnel peuvent optionnellement offrir (selon la section circulaire ou polygonale et selon le matériau verre ou méthacrylate) des caractéristiques optiques améliorant la pénétration de la lumière de la source positionnée en son intérieur. Des capteurs de température et de luminosité sont  photometry ...) relating to the culture medium and the external luminosity. In addition, a hollow axis in translucent material (tunnel) enclosed between two side flanges with sealed bearings allows the positioning of an artificial light source, illuminating the culture from the inside. The physical properties of this tunnel can optionally offer (depending on the circular or polygonal section and depending on the glass or methacrylate material) optical characteristics improving the penetration of light from the source positioned inside it. Temperature and light sensors are

également positionnés à l'intérieur de cet axe translucide étanche.  also positioned inside this watertight translucent axis.

Selon une seconde configuration, le fût du photo-bioréacteur peut être de section cTrculaire, renforcé sur une partie de la circonférence et sur toute la longueur du fût, par une plaque tangentielle solidaire en matériau offrant résistance aux chocs mécaniques afin de permettent la fixation des éléments  According to a second configuration, the barrel of the photo-bioreactor can be of circular section, reinforced over a part of the circumference and over the entire length of the barrel, by a tangential plate integral with material offering resistance to mechanical shock in order to allow the fixing of the items

fonctionnels décrits au paragraphe précédent.  functionalities described in the previous paragraph.

Le fût est maintenu en son axe par deux bras latéraux descendants d'un solide châssis supportant également les éléments fonctionnels suivants (cf lettrage du schéma 2): - un système informatique (A) sous caisson étanche, permettant l'acquisition de données sans contact (transmission infra-rouge ou ondes radio) en provenance du fût et avec contact en provenance de l'intérieur de l'axe étanche, la transmission et l'acquisition de données, via ondes radio, vers et en provenance d'un dispositif informatique de contrôle-commande relayé par un réseau LAN. En outre ce système constitue le relais d'asservissement, du moteur, de la centrale d'actionnement et du système d'optimisation de 1'éclairage du fût ci après décrits - un moteur assurant (B), par un système de couplage par engrenages la rotation du fût - une centrale d' actionnement permettant (C), par l' intermédiaire d'un dispositif de transSert se connectant sur le fût à l'aide de vérins pnenmatiques et électromécaniques, le conditionnement des paramètres physiques (pression, dépressurisation), l'alimentation du milieu de culture, le dégazage, ainsi que la ventilation de l' axe étanche du fût. Cette centrale d'actionnement est reliée à des réservoirs "embarqués" (D) de substances nécessaires à la culture, ainsi qu'à un faisceau (E) de tubulures et de canalisations de fluides (eau, air comprimé, dioxyde de carbone, gaz de neutralisation...) également nécessaires à la culture un ou plusieurs réservoirs (D) contenant les sub stances, en phases soli de et/ou aqueuse et/ou gazeuse, à intégrer au milieu de culture - un système d'éclairage (F) fixé sous le plancher supportant les différents éléments ci dessus décrits permettant un éclairage zénithal artifciel du fût - un système latéral de connexion à une source d'énergie électrique (G) - un système latéral de connexions tubulaires à des sources de fluides nécessaires à la culture et au fonctionnement du photo-bioréacteur, une tubulure peut notamment être réservée à la récupération de gaz produits par la photosynthèse (E) - deux ergots métalliques latéraux permettant le levage par un pont de manutention (H) - un système latéral de guidage mécanique pour le positionnement photo-bioréacteur sur un  The barrel is held in its axis by two lateral arms descending from a solid chassis also supporting the following functional elements (see lettering in diagram 2): - a computer system (A) in a waterproof case, allowing contactless data acquisition (infra-red transmission or radio waves) coming from the barrel and with contact coming from inside the sealed axis, the transmission and acquisition of data, via radio waves, to and from a computer device of control-command relayed by a LAN network. In addition, this system constitutes the servo relay, of the motor, of the actuation unit and of the system for optimizing the lighting of the barrel described below - a motor ensuring (B), by a gear coupling system. barrel rotation - a central actuator allowing (C), via a transSert device connecting to the barrel using pneumatic and electromechanical cylinders, conditioning of physical parameters (pressure, depressurization) , the supply of the culture medium, the degassing, as well as the ventilation of the sealed axis of the barrel. This central actuator is connected to "on-board" tanks (D) of substances necessary for cultivation, as well as to a bundle (E) of pipes and fluid lines (water, compressed air, carbon dioxide, gas neutralization ...) also necessary for cultivation one or more reservoirs (D) containing the substances, in soli and / or aqueous and / or gaseous phases, to be integrated into the culture medium - a lighting system (F ) fixed under the floor supporting the various elements described above allowing an artificial overhead lighting of the barrel - a lateral system of connection to a source of electrical energy (G) - a lateral system of tubular connections to sources of fluids necessary for the culture and operation of the photo-bioreactor, a tube can in particular be reserved for the recovery of gases produced by photosynthesis (E) - two lateral metal pins allowing the lifting by a bridge handling (H) - a lateral mechanical guidance system for photo-bioreactor positioning on a

bac support ci-dessous décrit.support tray described below.

Une variante peut étre apportée à ces types (polygonal ou cylindrique) de photo-bioréacteurs. En effet et notamment pour les dispositifs à objectifs écologiques mentionnés précédemment, une enveloppe translucide externe démontable peut-étre ajoutée à la configuration standard. Cette enveloppe externe ayant pour fonction de réaliser, selon les solutions techniques décrites ci-dessus, I'étanchéité d'une cavité de volume adapté à la thermorégulation du milieu de culture au moyen de fluides réfrigérants et/ou calorifères. Avec ce type de photo-bioréacteur, la fonction de thermorégulation (cf. paragraphe suivant) des cuves d'insolation n'est plus nécessaire; l'instrumentation fonctionnelle permettant cette thermorégulation est adaptée à son intégration au photo- bioréacteur: capteur de température - système de circulation et de vidange de fluide(s) rétrigérant et/ou calorifère - centrale(s) de froid et/ou de chaleur En outre pour les photo-bioréacteurs embarqués sur des véhicules notamment terrestres ou marins à moteurs thermiques, ou encore pour les photo-bioréacteurs fixes de grandes tailles, certaines fonctions peuvent être éventuellement supprimées et/ou modifiées. Il s'agit principalement des fonctions permettant le levage et l'éclairage interne du photo-bioréacteur. Un support de fixation sur le véhicule, autorisant la vidange du photo-bioréacteur et également 1'insolation (illumination) artificielle par un tunnel d'éclairage (cf. paragraphe suivant) étant alors réalisé par des moyens classiques de  A variant can be made to these types (polygonal or cylindrical) of photo-bioreactors. Indeed, and in particular for the devices with ecological objectives mentioned above, a removable translucent external envelope can be added to the standard configuration. This external envelope having the function of producing, according to the technical solutions described above, the sealing of a volume cavity suitable for thermoregulation of the culture medium by means of refrigerant and / or heat-generating fluids. With this type of photo-bioreactor, the thermoregulation function (see next paragraph) of the insolation tanks is no longer necessary; the functional instrumentation allowing this thermoregulation is adapted to its integration into the photo-bioreactor: temperature sensor - circulation and draining system of refrigerant and / or heat-generating fluid (s) - cold and / or heat power plant (s) in addition to photo-bioreactors on board vehicles, in particular terrestrial or marine with thermal engines, or even for fixed photo-bioreactors of large sizes, certain functions can possibly be deleted and / or modified. These are mainly functions for lifting and internal lighting of the photo-bioreactor. A mounting bracket on the vehicle, allowing the emptying of the photo-bioreactor and also the artificial insolation (illumination) by a lighting tunnel (cf. following paragraph) then being produced by conventional means of

constructions mécaniques.mechanical constructions.

C Selon sa deuxième caractéristique principale, le dispositif est constitué d'une ligne de cuves  C According to its second main characteristic, the device consists of a line of tanks

d'insolation (cf. schéma 3), supports fixes sur lesquelles sont positionnés individuellement, les photo-  exposure (see diagram 3), fixed supports on which are individually positioned, the photo-

bioréacteurs ci-dessus décrits en tant qu'ensembles mécaniques rigides qu'il est possible de déplacer.  bioreactors described above as rigid mechanical assemblies that can be moved.

La cuve support est elle même constituée d'un châssis auto-porteur en acier inoxydable, en polyéthylène à haut poids moléculaire, en structure maçonnée ou en tout autre matériau adapté aux contraintes physiques et chimique de l'environnement. Ce châssis qui supporte mécaniquement le photo-bioréacteur, permet la fixation des systèmes d'alimentation en eau, en air comprimé, en gaz et en énergie électrique nécessaires au fonctionnement du photo-bioréacteur et connectés à ce dernier. Ce châssis permet également le soutien d'une cuve en méthacrylate de forme semicylindrique présentant les caractéristiques fonctionnelles suivantes: - le caractère translucide du méthacrylate permet l'illumination du photobioréacteur placé dans la cuve par un système d'éclairage artificiel situé à l'extérieur - le caractère semi-cylindrique de la cuve permet entre autres, à l'aide d'un moteur fixé sur le châssis (cf. cote I sur le schéma 2), le positionnement dynamique d'un rideau réfléchissant qui permet de faire converger vers le photo-bioréacteur, I'éclairage zénithal naturel pendant les heures d'ensoleillement - un dispositif de thermorégulation constitué d'un capteur de température, d'un capteur de niveau, d' un thermo-plongeur, d' électrovannes et éventuellement de pompes, permet le remplissage, la vidange et la mise à température d'un liquide permettant le transtert de calories ou de frigories - sur longueur de la cuve et des deux cotés, un dispositif mécanique permet la récupération  The support tank itself is made up of a self-supporting chassis made of stainless steel, high molecular weight polyethylene, masonry structure or any other material adapted to the physical and chemical constraints of the environment. This chassis, which mechanically supports the photo-bioreactor, allows the attachment of the water, compressed air, gas and electrical energy supply systems necessary for the operation of the photo-bioreactor and connected to it. This chassis also allows the support of a methacrylate tank of semi-cylindrical shape having the following functional characteristics: - the translucent nature of the methacrylate allows the illumination of the photobioreactor placed in the tank by an artificial lighting system located outside - the semi-cylindrical nature of the tank makes it possible, among other things, using a motor fixed to the chassis (see dimension I in diagram 2), the dynamic positioning of a reflective curtain which makes it possible to converge towards the photo-bioreactor, natural overhead lighting during hours of sunshine - a thermoregulation device consisting of a temperature sensor, a level sensor, a immersion heater, solenoid valves and possibly pumps, allows the filling, the emptying and the temperature setting of a liquid allowing the transfer of calories or frigories - on length of the tank and on both sides, a dispos mechanical itif allows recovery

des fluides évaporés (cf. cote J sur le schéma 2).  evaporated fluids (see dimension J in diagram 2).

A l'extérieur de la cuve un faisceau de tubes lumineux en forme de " J ", supporté par un portique solidaire du châssis en sa partie supérieure, et coulissant afn de faciliter la maintenance des éléments électriques, est disposé latéralement en suivant la forme de la cuve(cf. cote K sur le schéma 2). La partie verticale de ce faisceau permet l'éclairage partagé de deux cuves voisines. Sur la partie courbe du faisceau une plaque réfléchissante fixée au portique permet de renvoyer vers le photobioréacteur la luminosité dissipée des sources. Un dispositif de guidage au sol, sur roulement, réglable en hauteur et amorti, permet une reprise de charge au niveau de la partie inférieure du portique évitant ainsi tous porte-à-faux au niveau de la fixation coulissante sur le châssis de cuve. La structure ajourée du portique  Outside the tank, a bundle of light tubes in the shape of a "J", supported by a gantry secured to the chassis in its upper part, and sliding in order to facilitate the maintenance of the electrical elements, is arranged laterally following the shape of the tank (see dimension K in diagram 2). The vertical part of this beam allows the shared lighting of two neighboring tanks. On the curved part of the beam, a reflective plate fixed to the gantry allows the luminosity dissipated from the sources to be returned to the photobioreactor. A device for guiding on the ground, on a bearing, adjustable in height and cushioned, allows a load recovery at the lower part of the gantry thus avoiding any overhang at the level of the sliding fixing on the tank frame. The openwork structure of the portico

est réalisé en aluminium, en titane ou en matériaux composites afin d'en réduire le poids.  is made of aluminum, titanium or composite materials to reduce its weight.

En correspondance à la variante possible des photo-bioréacteurs de type " standard ", mentionnée à la fin du paragraphe précédant, des modifications relatives aux systèmes " châssis-cuve " et " éclairage artificiel " sont éventuellement apportées en fonction d'objectifs de production et de contraintes de flexibilité et d'environnement. En ce qui concerne le châssis, la fonction de support mécanique du photo- bioréacteur est conservée. La structure et la forme de ce châssis pouvant alors être modifiée en - 6 fonction des contextes d'installation des photo-bioréacteurs. Dans le cas ou les centrales de froid et/ou de chaleur ne sont pas intégrées au photo-bioréacteur, I'arrivée de tubulures permettant le transport de fluides de thermorégulation peut être ajoutée au faisceau existant. Par ailleurs la cuve en méthacrylate et son rideau mobile réfléchissant peut-être supprimé et remplacé par de simples plaques réfléchissantes de même forme que la cuve, dans le cas o 1'utilisation d'éclairage artificiel ne serait pas requis compte tenu notamment de contraintes économiques. Dans le cas de photo-bioréacteurs embarqués notamment sur des véhicules terrestres ou marins à moteurs thermiques, l'ensemble formé par les systèmes de maintien et d'éclairage artificiel du photo-bioréacteur peut consisté en un caisson permettant un éclairage ellipsoidal à angle fermé entourant le fût, ainsi que la protection mécanique et 1e réfléchissement des sources lumineuses. Ce caisson peut être fixé au véhicule par tous moyens mécaniques classiques et notamment des pattes de fixation soudées et/ou vissées. Il peut-étre ajouté à ce caisson un procédé de ventilation (électrique ou utilisant les écoulements d' air relatifs à la cinétique du véhicule support) assurant la dissipation de chaleur confinée; ce système étant piloté soit par un  In correspondence with the possible variant of photo-bioreactors of the "standard" type, mentioned at the end of the preceding paragraph, modifications relating to the "chassis-tank" and "artificial lighting" systems are possibly made according to production objectives and flexibility and environmental constraints. As regards the chassis, the mechanical support function of the photo-bioreactor is retained. The structure and shape of this chassis can then be modified in accordance with the installation contexts of the photo-bioreactors. In the case where the cold and / or heat plants are not integrated into the photo-bioreactor, the arrival of tubes allowing the transport of thermoregulation fluids can be added to the existing bundle. Furthermore, the methacrylate tank and its movable reflective curtain can be eliminated and replaced by simple reflective plates of the same shape as the tank, in the event that the use of artificial lighting is not required, in particular taking into account economic constraints . In the case of photo-bioreactors on board in particular on land or sea vehicles with thermal engines, the assembly formed by the systems for maintaining and artificial lighting of the photo-bioreactor may consist of a box allowing ellipsoidal lighting with a closed angle surrounding the barrel, as well as the mechanical protection and the reflection of light sources. This box can be fixed to the vehicle by any conventional mechanical means and in particular welded and / or screwed fixing lugs. A ventilation process (electric or using air flows relating to the kinetics of the support vehicle) ensuring the dissipation of confined heat may be added to this box. this system being controlled either by a

thermostat classique soit par le système de contrôle commande du dispositif.  classic thermostat either by the device command and control system.

Selon sa troisième caractéristique principale, le dispositif est constitué d'un système de manutention des photo -bioréacteurs. Ce dispositif, pi loté par le système de contrôle commande du dispositif permet le positionnement automatique des photo-bioréacteurs (lorsque ces derniers sont mobiles) sur les cuves d' insolation (illumination) ou sur les postes de chargement-déchargement. Le positionnement par un opérateur humain est également rendu possible de façon semi-automatique grâce à des composants électromécaniques (contacteurs notamment) permettant d'agir sur les équipements (moteurs  According to its third main characteristic, the device consists of a photo-bioreactor handling system. This device, fitted with the device command and control system, allows automatic positioning of the photo-bioreactors (when these are mobile) on the insolation tanks (illumination) or on the loading-unloading stations. Positioning by a human operator is also made possible semi-automatically thanks to electromechanical components (contactors in particular) allowing to act on the equipment (motors

notamment) assurant les fonctions de translations verticales et horizontales du système de manutention.  in particular) ensuring the functions of vertical and horizontal translations of the handling system.

Les fonctions principales de ce système de manutention (en dehors de celles liées au système de contrôle commande décrit au paragraphe suivant) sont les suivantes: - déplacer verticalement les photo-bioréacteurs dans 1'objectif de les déposer (ou de les lever) sur les cuves d'insolation ou les postes de chargement-déchargement - déplacer horizontalement les photo-bioréacteurs dans l'objectif des les amener à la verticale des cuves d'insolation ou des postes de chargement-déchargement sélectionnés par le système de pilotage ou l'opérateur Une solution technique pour assurer ces fonctions peut consister en un pont roulant de levage, chevauchant la ligne de cuves d' insolation (illumination), disposant d'un système d'arrimage adapté aux ergots de levage des photo- bioréacteurs et permettant des translations bi-directionnelles à l' aide de  The main functions of this handling system (apart from those linked to the command and control system described in the following paragraph) are as follows: - vertically moving the photo-bioreactors with the aim of depositing them (or lifting them) on the insolation tanks or loading-unloading stations - move the photo-bioreactors horizontally in order to bring them vertically to insolation tanks or loading-unloading stations selected by the control system or the operator A technical solution to ensure these functions can consist of a lifting overhead crane, overlapping the line of insolation tanks (illumination), having a lashing system adapted to the lifting lugs of the photo-bioreactors and allowing bi translations -directional using

systèmes électromécaniques appropriés, sur deux axes - vertical (chaînes et pignons par exemple) et -  electromechanical systems suitable, on two axes - vertical (chains and sprockets for example) and -

horizontal (crémaillère, par exemple).  horizontal (rack, for example).

Selon sa quatrième caractéristique principale, le dispositif est constitué d'un système informatique de  According to its fourth main characteristic, the device consists of a computer system for

contrôle commande agissant en supervision des procédés gérés individuellement pour chaque photo-  control command acting in supervision of the processes managed individually for each photo-

bioréacteurs. Ce système informatique de contrôle commande, assure les fonctions génériques suivantes: - Captation des données en provenance des différents autres systèmes du dispositifs - Acquisition et transmission de ces données - Traitements de ces données - Calculs algorithmiques permettant la générations de valeurs nécessaire à la régulation et au pilotage des différents autres systèmes du dispositif - Mise en forme et transmission des informations de contrôle commande - Actionnement des dispositifs de régulation et de pilotage automatiques des autres systèmes. A ces fonctions génériques correspondent quatre chaînes distinctes d' acquisition et de traitements d'informations: - Chaîne fonctionnelle de mesure, d'acquisition et de traitement des informations en provenance du photo-bioréacteur et des commandes de contrôle destinées à sa conduite Chaîne fonctionnelle de mesure, d' acquisition et de traitement des informations en provenance de la cuve d' insolation et des commandes de contrôle destinées à sa conduite - Chaîne fonctionnelle d' acquisition et de traitement des informations en provenance du système de levage et des commandes de contrôle destinées à sa conduite - Chaîne fonctionnelle d' acquisition, de traitement et de transmission des informations en  bioreactors. This computerized command and control system provides the following generic functions: - Capture of data from the various other systems of the devices - Acquisition and transmission of this data - Processing of this data - Algorithmic calculations allowing the generation of values necessary for regulation and piloting of the various other systems of the device - Formatting and transmission of command and control information - Activation of the regulation and automatic piloting devices of the other systems. These generic functions correspond to four distinct chains of information acquisition and processing: - Functional chain of measurement, acquisition and processing of information coming from the photo-bioreactor and control commands intended for its conduct Functional chain of measurement, acquisition and processing of information from the insolation tank and control commands intended for its handling - Functional chain of acquisition and processing of information from the lifting system and control commands intended to its conduct - Functional chain of acquisition, processing and transmission of information in

provenance et à destination des éléments physiques du dispositif.  origin and destination of the physical elements of the device.

En ce qui concerne le matériel nécessaire à la mise en _uvre de ces fonctions, des composants standards d'électronique et d'automation sont utilisés; pour mémoire, de façon non exhaustive, les composant du système listés ci-après sont intégrés au dispositif: - Capteurs de mesures (température, pression, niveau, diodes photo-électriques, analyseurs...) - Eléments de connexions (borniers, câbles,) - Eléments d'alimentation et d'amplification 3 0 - Matériels et logiciels d' acquisition - Réseaux locaux filaires et sans contact En ce qui concerne le logiciel de contrôle commande il est principalement structuré autour des modules fonctionnels suivants: - Modèles mathématiques de simulations des processus de croissance (un modèle par type de micro-algues) - Programmes de bilans massiques et énergétiques - Fonctions d'optimisation technico- économique - 8 - Algorithmes de recherche des points optimaux de fonctionnement Référentiels de connaissances technologiques et physico- chimiques (qui ne sont pas des  With regard to the material necessary for the implementation of these functions, standard electronic and automation components are used; As a reminder, in a non-exhaustive way, the system components listed below are integrated into the device: - Measurement sensors (temperature, pressure, level, photoelectric diodes, analyzers ...) - Connection elements (terminal blocks, cables ,) - Power supply and amplification elements 3 0 - Acquisition equipment and software - Wired and contactless local area networks With regard to command and control software, it is mainly structured around the following functional modules: - Mathematical models of growth process simulations (one model per type of micro-algae) - Mass and energy balance programs - Techno-economic optimization functions - 8 - Search algorithms for optimal operating points Technological and physico-chemical knowledge repositories ( who are not

modèles mathématiques).mathematical models).

Enfin le système de contrôle commando intègre un ensemble de moyens techniques et logiciel permettant de détecter en temps réel toutes défaillances critiques des différents éléments constituents le dispositif.  Finally, the commando control system integrates a set of technical and software means making it possible to detect in real time all critical failures of the various elements making up the device.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1) Dispositif adapté à la culture industrielle de micro-organismes photosynthétiques floculés, caractérisé en ce qu'il comporte, dans sa version standard, - une flotte de photo-bioréacteurs auto-moteurs et déplaçables, - une ligne modulaire de cuves-supports des photobioréacteurs permettant I jinsolation, la thermorégulation et l'alimentation des milieux de cultures, - un pont de levage permettant les translations verticales et horizontales des photo-bioréacteurs, un système de contrôle commande agissant en supervision autorisant le contrôle individuel du processus de culture de chaque photo-bioréacteur, ainsi que la conduite automatisée de  1) Device adapted to the industrial culture of flocculated photosynthetic microorganisms, characterized in that it comprises, in its standard version, - a fleet of self-moving and movable photo-bioreactors, - a modular line of tank-carriers photobioreactors allowing I insolation, thermoregulation and feeding of culture media, - a lifting bridge allowing vertical and horizontal translations of photo-bioreactors, a control command system acting in supervision allowing individual control of the culture process of each photo-bioreactor, as well as the automated driving of I'ensemble des éléments du dispositif.  All the elements of the device. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fût d'un photo-bioréacteur dispose de panneaux optiques en matériau translucide a profil convexe permettant la focalisation de la  2) Device according to claim 1 characterized in that the barrel of a photo-bioreactor has optical panels of translucent material with convex profile allowing the focusing of the lumière et une meilleure pénétration dans le milieu de culture.  light and better penetration into the culture medium. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fût d'un photo-bioréacteur dispose d'un axe étanche à parois translucides, à 1'intérieur duquel est positionné une source lumineuse permettant d'éclairer de l'intérieur le milieu de culture 4) Dispositif selon la revendication I caractérisé en ce que le fût d'un photo-bioréacteur peut fonctionner sous des conditions de pression élevées autorisant l'assimilation plus rapide et contrôlée de composés chimiques par le milieu de culture 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un photo-bioréacteur dispose d'un châssis supportant le fût en son axe au moyen de paliers étanches autorisant la rotation du fût sur lui même à l'aide d'un système de motorisation, la rotation permettant l'agitation parfaite et non traumatisante du milieu de culture 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un photo- bloréacteur dispose d'un châssis supportant un système de connexion actionné par des moyens électromécaniques et pnenmatiques permettant l 'introduction ou l 'extraction de composés en phases gazeuse, et/ou liquide et/ou solide à et de l'intérieur du fût, ces composés provenant soit de réservoirs fixés au châssis, soit de tubulures reliées au photo- bioréacteur 7) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un photo-bioréacteur dispose d'un châssis supportant un système informatique permettant 1'acquisition, le traitement et la transmission de données relatives au processus de culture et opérations de contrôle le concernant 8) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un photo-bioréacteur dispose d'un châssis supportant un système d'éclairage zénithal artificiel 9) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un photo-bioréacteur dans une configuration optionnelle comporte une double enveloppe translucide externe permettant la circulation de fluides de thermorégulation - 10 ) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une cuve-support de photo-bioréacteur dispose d'un système de remplissage et de vidange d'un liquide de thermorégulation 11) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une cuve-support de photo-bioréacteur de forme ellipsoïdale dispose d'un système de rideau amovible permettant le réfléchissement vers le fût de la lumière zénithale naturelle 12) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une cuve-support de photo-bioréacteur dans sa configuration standard est en matière translucide et dispose d'un portique coulissant sur lequel sont fixées des sources de lumière artificielle permettant l'éclairage externe du fût 13) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une cuve-support de photo-bioréacteur dans une configuration optionnelle peut comporter en place du portique coulissant ou des parois translucides de la cuve, des plaques en matériaux réfléchissants permettant de renvoyer vers le fût du photo-bioréacteur la lumière zénithale naturelle 14) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une cuve-support de photo-bioréacteur dispose d'un système mécanique de récupération des fluides de thermorégulation évaporés 15) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un système de contrôle commande permet le pilotage de l'ensemble d'une unité de production en prenant en compte, à l'aide d'un logiciel de simulation, les caractéristiques de l'évolution des cultures relatives à chaque photo bioréacteurs de la flotte  3) Device according to claim 1 characterized in that the barrel of a photo-bioreactor has a sealed axis with translucent walls, inside which is positioned a light source for illuminating the interior of the culture 4) Device according to claim I characterized in that the barrel of a photo-bioreactor can operate under high pressure conditions allowing faster and controlled assimilation of chemical compounds by the culture medium 5) Device according to claim 1 characterized in that a photo-bioreactor has a chassis supporting the barrel in its axis by means of sealed bearings allowing the barrel to rotate on itself using a motorization system, the rotation allowing the perfect and non-traumatic agitation of the culture medium 6) Device according to claim 1 characterized in that a photobloreactor has a chassis supporting a connection system actuated by electromechanical and pneumatic means allowing the introduction or the extraction of compounds in gas phase, and / or liquid and / or solid in and inside the barrel, these compounds coming either from tanks fixed to the frame, or from tubing connected to the photo-bioreactor 7) Device according to claim 1 characterized in that a photo-bioreactor has a chassis supporting a computer system allowing the acquisition, processing and transmission of data relating to the culture process and operations 8) Device according to claim 1 characterized in that a photo-bioreactor has a frame supporting an artificial overhead lighting system 9) Device according to claim 1 characterized in that a photo-bioreactor in an optional configuration includes a double translucent external envelope allowing the circulation of thermoregulation fluids - 10) Disp ositif according to claim 1 characterized in that a photo-bioreactor support tank has a filling and emptying system of a thermoregulation liquid 11) Device according to claim 1 characterized in that a support tank of photo-bioreactor of ellipsoidal shape has a removable curtain system allowing the reflection towards the barrel of natural zenithal light 12) Device according to claim 1 characterized in that a support-tank of photo-bioreactor in its standard configuration is made of translucent material and has a sliding gantry on which are fixed artificial light sources allowing the external lighting of the barrel 13) Device according to claim 1 characterized in that a support tank of photo-bioreactor in a configuration optional may include in place of the sliding gantry or translucent walls of the tank, plates of reflective materials allowing to return to the barrel of the photo-bioreactor the natural overhead light 14) Device according to claim 1 characterized in that a photo-bioreactor support tank has a mechanical system for recovering evaporated thermoregulation fluids 15) Device according to claim 1 characterized in that a command and control system allows the control of an entire production unit taking into account, using simulation software, the characteristics of crop evolution related to each photo bioreactors in the fleet 16) Utilisation du dispositif selon les revendications 1 à 9, après adaptation du dimensionnement  16) Use of the device according to claims 1 to 9, after adaptation of the dimensioning du photo-bioréacteur, dans des conditions d'exploitations différentes de 1'utilisation standard en ligne modulaire, telles que l'embarquement sur des véhicules, et l'installation fixe de  of the photo-bioreactor, under operating conditions different from standard use in modular line, such as boarding on vehicles, and the fixed installation of
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