FR2944291A1 - Photobioreacteur en milieu ferme pour la culture de micro-organismes photosynthetiques - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un photobioréacteur destiné à la culture de micro-organismes photosynthétiques comprenant : (a) une enceinte de culture (1) destinée à contenir le milieu de culture (3) des microorganismes, (b) dans lequel sont immergés des éléments lumineux (2) comprenant des sources lumineuses (7) placées dans des enceintes de transparence adaptée (TA) et étanches (6) de façon à ce que les sources lumineuses (7) soient isolées du milieu de culture (3), (c) un système de refroidissement (8) des sources lumineuses (7), et (d) un système de brassage (9) du milieu de culture (3).

Description

L'invention concerne la culture intensive et continue de microalgues. Les microalgues sont des organismes végétaux photosynthétiques dont le métabolisme et la croissance nécessitent entre autres du CO2, de la lumière et des nutriments.

La culture industrielle de microalgues connaît de nombreuses applications. Les microalgues peuvent être cultivées pour valoriser et purifier les rejets en dioxyde de carbone, NOx et/ou SOx de certaines usines (WO 2008042919).

L'huile extraite des microalgues peut être utilisée comme biocarburant (W02008070281, WO2008055190, WO2008060571). Les microalgues peuvent être cultivées pour leur production d'oméga-3 et d'acides gras polyinsaturés. Les microalgues peuvent également être cultivées pour produire des pigments. Un photobioréacteur est défini comme un système clos à l'intérieur duquel se déroulent des interactions biologiques, en présence d'énergie lumineuse, que l'on cherche à contrôler en maîtrisant les conditions de culture.

La culture industrielle de microalgues à grande échelle utilise uniquement le soleil comme source de lumière. Pour ce faire, les microalgues sont souvent placées dans des bassins ouverts (raceways) avec ou sans circulation (US2008178739). On trouve également des photobioréacteurs tubulaires ou à plaques, constitués de matériaux translucides, permettant le passage des rayons lumineux dans le milieu de culture et dans lesquels les microalgues circulent (FR2621323). D'autres systèmes de réseaux de tubes transparents en trois dimensions permettent d'améliorer l'exploitation de l'espace (EP0874043). Ces installations sont extrêmement volumineuses et les rendements de production sont faibles étant donné les aléas d'éclairement du soleil et les phases de nuit néfastes à la croissance des microalgues.

Afin de réduire l'encombrement et d'améliorer le rendement, des photobioréacteurs fermés ont été mis au point. Ils utilisent quant à eux la disponibilité d'un éclairage artificiel 24h/24 et 7 jours/7. Cet éclairage pouvant être interrompu suivant des séquences propres aux cycles biologiques des algues concernées. De plus, toutes les microalgues contenues dans le photobioréacteur doivent être exposées au même éclairement optimal afin d'obtenir un rendement global satisfaisant. Une première solution d'éclairage artificiel pour résoudre ce problème consiste à amener la lumière d'une source lumineuse dans le milieu de culture à proximité des microalgues à l'aide de fibres optiques (US6156561 et EP0935991). Les fibres optiques peuvent être associées à d'autres moyens immergés guidant la lumière à l'intérieur de l'enceinte (JP2001178443 et 15 DE29819259). L'inconvénient majeur est que cette solution ne permet d'atteindre que des rendements (lumière produite) / (lumière efficace) faibles. En effet, l'intensité est réduite du fait des interfaces entre les sources lumineuses et le guide d'onde et il est difficile de coupler plus d'une source lumineuse sur la 20 même fibre. En outre, les fibres optiques ne permettent pas d'utiliser des sources à longueur d'ondes différentes. Une autre solution d'éclairage artificiel pour résoudre ce problème consiste à immerger directement des sources lumineuses dans l'enceinte du photobioréacteur, comme par exemple des lampes fluorescentes ou des 25 LEDs (DE202007013406 et WO2007047805). Cette solution permet d'améliorer le rendement énergétique du procédé d'éclairage car les sources lumineuses sont plus proches et mieux couplées au milieu de culture. Toutefois, l'utilisation de sources lumineuses immergées, en particulier 30 de LEDs, doit se faire en tenant compte de deux autres problèmes majeurs.

Le premier est inhérent à la pénétration de la lumière dans la culture, laquelle est directement liée à la densité des microalgues. Cette densité croît au cours du processus d'élevage et conduit rapidement à l'extinction du flux lumineux dans la majeure partie du réacteur. Les solutions consistant à éclairer la paroi interne du photobioréacteur (DE202007013406) ne sont donc pas transposables à des photobioréacteurs d'échelle industrielle de plusieurs centaines de litres par simple homothétie, les longueurs d'absorption de la lumière étant toujours centimétriques en fin de processus d'élevage. Pour supprimer les zones d'ombres apparaissant au cours du processus d'élevage, on peut multiplier les sources lumineuses dans l'enceinte et les implanter suffisamment proches les unes des autres pour éclairer le milieu de culture indépendamment des longueurs d'absorption variables liées au cycle biologique. Ce faisant se pose alors le problème de la gestion de la thermique du réacteur qui doit être contrôlée à quelques degrés près, et qui dépend de la nature de l'algue. Cette gestion de la thermique constitue le deuxième problème majeur qu'il est nécessaire de résoudre. Il est inhérent à ces structures de réacteurs de première génération, indépendamment du type de sources lumineuses utilisées. En définitif, la production intensive et continue de microalgues à l'échelle industrielle ne peut pas s'effectuer par ce type de procédés. Afin de régler ces problèmes, les inventeurs ont découvert, de manière inattendue et surprenante, une typologie particulière de photobioréacteur associant des sources lumineuses immergées, un système de refroidissement et un système de brassage du milieu de culture.

Ils ont montré que ce photobioréacteur permet d'optimiser le rendement de culture et le rendement (lumière produite)/(lumière efficace) donc de diminuer les dépenses énergétiques. Par conséquent, l'objet de l'invention concerne un photobioréacteur destiné à la culture de micro-organismes photosynthétiques, de préférence de microalgues, comprenant :

(a) une enceinte de culture (1) destinée à contenir le milieu de culture (3) des microorganismes, (b) dans lequel sont immergés des éléments lumineux (2) comprenant des sources lumineuses (7) placées dans des enceintes de transparence adaptée (TA) et étanches (6) de façon à ce que les sources lumineuses (7) soient isolées du milieu de culture (3), (b) un système de refroidissement (8) des sources lumineuses (7), et (c) un système de brassage (9) du milieu de culture (3). Les enceintes de transparence adaptée (TA) sont des enceintes qui assurent un rendement optique optimum dans les longueurs d'ondes assurant la photosynthèse, cette transparence peut être adaptée pour tenir compte du fluide caloporteur qui va circuler dans les enceintes afin que les dioptres successifs ne diminuent pas de façon notable le rendement optique. L'enceinte de culture (1) présente classiquement une forme cylindrique ou parallélépipédique. Avantageusement, les parois internes (27) de l'enceinte de culture (1) du photobioréacteur selon l'invention sont réfléchissantes afin de réduire au maximum la perte de rayon lumineux en dehors de l'enceinte fermée. Elles peuvent être couvertes d'une peinture ou d'un matériau réfléchissant. Ainsi on réduit la dépense énergétique nécessaire à la culture des micro-organismes photosynthétiques. Avantageusement, le système de refroidissement est constitué d'un fluide caloporteur (15) circulant dans les enceintes étanches (6), lesdites enceintes étant reliées à un dispositif de refroidissement extérieur aux enceintes étanches pour le fluide caloporteur (15). Avantageusement, le fluide caloporteur (15) est choisi pour sa transparence dans la gamme de longueurs d'ondes de 0,3 micron à 1 micron et il ne doit pas avoir d'absorption significative dans cette gamme de longueur d'ondes. Son indice optique est choisi par l'homme de l'art pour optimiser le couplage entre les sources lumineuses (7) immergées en son sein et les

autres dioptres situés sur le parcours de la lumière avant d'atteindre le milieu de culture Le fluide caloporteur (15) circule dans les éléments lumineux (2), de préférence dans le sens de la hauteur de l'élément lumineux (2) et de l'enceinte de culture (1), soit de bas en haut et de haut en bas (voir Figure 4). Soit il circule latéralement entre deux éléments lumineux par un tube (16), soit, chaque élément lumineux possède sa propre circulation. Si le fluide caloporteur (15) est injecté dans la partie supérieure des éléments lumineux, il circule vers le bas des éléments lumineux puis vers un autre élément lumineux dans lequel il circule vers le haut. Les moyens de transport du fluide caloporteur permettent sa circulation optimale sur toute la hauteur des éléments lumineux afin de refroidir toutes les sources lumineuses (7) de façon uniforme. Le fluide caloporteur refroidit directement les sources lumineuses (7) par contact. Il est lui-même dirigé vers et refroidi par le système de refroidissement du photobioréacteur de l'invention, externe à l'enceinte de culture (1). La thermorégulation de ce fluide permet en outre de thermostater l'enceinte de culture. Avantageusement, les enceintes étanches (6) comportent deux parois verticales sensiblement parallèles (4) entre lesquelles sont placées les sources lumineuses (7) et des parois additionnelles (5) venant étanchéifier les enceintes. Le photobioréacteur de l'invention peut comprendre en outre un système d'injection de gaz (17), en particulier de CO2 dans l'enceinte de culture (1). L'enceinte de culture (1) du photobioréacteur selon l'invention peut être dimensionnée pour des applications industrielles variées ou de laboratoire. Les dimensions d'une enceinte de culture (1) à l'échelle du laboratoire sont de quelques dizaines de centimètres à quelques centaines de centimètres pour la hauteur et le diamètre (enceinte cylindrique) ou la largeur (enceinte parallélépipédique). Le volume d'une enceinte de culture (1) à

l'échelle du laboratoire est de moins de un m3 Avantageusement, l'enceinte de culture (1) est une enceinte de culture (1) industrielle. Les dimensions d'une enceinte de culture (1) à l'échelle industrielle sont de plusieurs mètres.

Le volume d'une enceinte de culture (1) à l'échelle industrielle est supérieure à un m3 L'enceinte de culture (1) est réalisée en un matériau adapté pour contenir le milieu de culture, métallique ou en polymère par exemple, et, préférentiellement choisi dans le groupe constitué du PMMA, de polycarbonate ou de l'inox. On peut également prévoir des enceintes en matériau de construction type béton par exemple. Avantageusement, chaque endroit du milieu de culture (3) présent dans l'enceinte de culture (1) du photobioréacteur selon l'invention se trouve à moins de 7 cm, de préférence moins de 5 cm, de manière particulièrement préférée moins de 3 cm d'une source lumineuse. Ainsi, la production de biomasse par les microalgues est favorisée par un éclairement optimal, continu ou pulsé. L'homme du métier choisira la forme des éléments lumineux (2), le nombre d'éléments lumineux (2), la disposition des éléments lumineux (2), le nombre de sources lumineuse (7) par unité de surface afin d'obtenir cette distance avantageuse entre chaque endroit du milieu de culture (3) et une source lumineuse (7) et choisira de façon optimale la qualité des éléments lumineux. On appelle endroit du milieu de culture une petite unité volumique du milieu de culture (3) inférieure au mm3. Avantageusement, la distance entre les deux parois (4) des éléments lumineux (2) du photobioréacteur de l'invention est inférieure à 15 cm, de préférence 10 cm, de manière particulièrement préférée de 6 cm. Avantageusement, les sources de lumière du photobioréacteur selon l'invention sont des LEDs et/ou des OLEDs. Ces sources de lumière sont avantageuses car elles consomment peu d'énergie. Elles peuvent éclairer en continu ou par flashs. Elles permettent de réaliser des séquences d'éclairement variables (éclairement / extinction) à volonté. La fréquence de

modulation de la lumière pouvant atteindre 100 kHertz. Par ailleurs ce type de composant permet aussi de contrôler de manière continue l'intensité lumineuse qu'elle soit continue ou pulsée. Elles émettent à une ou plusieurs longueurs d'onde. Avantageusement, elles émettent à des longueurs d'ondes correspondant aux pigments chlorophylliens. Avantageusement, elles émettent à des longueurs d'ondes comprises entre 350 et 800 nm, de préférence entre 400 et 700 nm, de manière particulièrement préférée aux longueurs d'onde comprises dans les intervalles 400 à 450 nm et 640 à 700 nm. Avantageusement, il est entendu que la structure électrique de l'élément éclairant permettra éventuellement de commander chaque LED ou OLED individuellement, ce qui permet de disposer simultanément ou non de flux de lumière à des longueurs d'ondes différentes. Comme il a été dit précédemment chaque source lumineuse peut avoir sa propre séquence d'éclairement et être pilotée en intensité. L'ensemble de ces degrés de liberté permettra de se rapprocher des conditions optimales de culture des micro-organismes, qui sont différentes pour chaque type de micro-organisme. De façon particulièrement avantageuse, elles émettent à des longueurs d'ondes correspondant aux pigments chlorophylliens et fonctionnent par mode flash pour optimiser les séquences d'éclairement en fonction des paramètres biologiques des algues utilisées, et minimiser les consommations énergétiques. Les sources lumineuses (7) peuvent être fixées directement sur la face interne (10) des enceintes étanches (6) des éléments lumineux ou bien elles peuvent être fixées sur des barrettes elles-mêmes fixées dans les enceintes étanches (6). Avantageusement, la densité des sources lumineuses (7) sur la face interne des éléments lumineux du photobioréacteur selon l'invention ou sur les barrettes est de préférence de 1 à 40000/m2, avantageusement de manière à obtenir une surface complètement éclairante.

Les barrettes de sources lumineuse (7) peuvent être fixées aux parois verticales sensiblement parallèles (4) ou aux parois additionnelles (5) venant étanchéifier les enceintes (6). Avantageusement, les barrettes s'étendent sur la hauteur des éléments lumineux. Avantageusement, les barrettes (18) sont disposées à égale distance l'une de l'autre, de préférence à moins de 10 cm, de manière particulièrement préférée à moins de 5 cm l'une de l'autre. Avantageusement, les barrettes de sources lumineuses peuvent être disposées dos à dos, ce qui procure un éclairement hémisphérique. Dans cette configuration la lumière émise dans une strate équatoriale pénètre directement dans le réacteur. Cette strate est limitée dans le sens vertical (haut et bas) par l'incidence de Brewster. Les photons réfléchis (au-delà de Brewster) pourront être avantageusement recyclés en disposant des miroirs de renvoi (x2) près des sources lumineuses (haut et bas). Pour les éléments lumineux plans, on peut prévoir un miroir de renvoi tout autour de la diode afin de réduire l'angle d'éclairage de la source et d'ainsi permettre un meilleur rendement lumière produite/ lumière transmise (non réfléchie). Le meilleur choix étant d'utiliser un liquide caloporteur dont l'indice est celui du verre, ce qui assurera une transmission totale de la lumière sans avoir recours à des artifices de focalisation. Le système de brassage (9) a deux fonctions principales. D'une part, il doit favoriser l'homogénéisation de la température du milieu de culture. D'autre part, il doit permettre l'homogénéisation de l'éclairement des microorganismes. En effet, grâce à ce brassage on fait passer les microorganismes des zones éclairées aux zones non éclairées et inversement. Le brassage du milieu de culture est réalisé par diverses techniques la plus courante actuellement est appelée air-lift . On peut aussi utiliser des types d'agitations mécaniques : vis d'Archimède, hélice marine, de type Rushton, hydrofoil etc.

Avantageusement, la technique de brassage utilisée est celle appelée air lift qui consiste à injecter un gaz pressurisé, par exemple de l'air, dans la partie basse de l'enceinte de culture (1). L'air, de densité inférieure au liquide, monte rapidement sous forme de bulles Le liquide et les microalgues sont entraînés par le mouvement ascentionnel des bulles. L'injection d'air peut être effectuée de façon verticale mais également de façon oblique afin de provoquer des transports de liquide d'une paroi à l'autre du milieu de culture favorisant le mélange des nutriments et du CO2 nécessaires aux microalgues. Ce mouvement du liquide de culture assure également un éclairement moyen à toutes les microalgues lors de leur montée Les microalgues redescendent alors dans les volumes ou il n'y a pas de remontée de bulles d'air. On a ainsi réalisé une boucle fermée de parcours du liquide de culture. Cette technique permet un mélange faiblement énergivore et faiblement stressant pour les microalgues.

Le brassage du milieu de culture peut être réalisé en partie par un système classique air-lift, qui donne essentiellement une impulsion verticale, complété par un système original d'injection latérale (CO2 + air) distribuée à l'aide de feeders (30) sur la hauteur du réacteur (tube ou plaques). On appelle ici feeders une canalisation ou un tube permettant le transport de gaz ou d'eau de la source jusqu'à l'endroit où l'on désire injecter le gaz ou l'eau. Les dits feeders (30) seront installés dans la zone de culture contre les parois (4) des éléments lumineux (2) (plaques ou cylindres). Les buses d'injection (29) sont distribuées sur un (ou des) feeder(s) (30). Leur nombre ainsi que leur inclinaison seront fonction du type d'impulsion que l'on souhaite transmettre aux microorganismes (impulsion transverse, impulsion verticale, ou impulsion permettant de donner un mouvement d'ensemble à la biomasse, qui permet aux algues d'aller périodiquement d'un bord à l'autre du réacteur, avec un mouvement ascensionnel. Avantageusement, cette capacité de gérer le mouvement transverse de la biomasse sera utilisée pour l'homogénéisation de l'éclairement de celle-ci, c'est-à-dire préférentiellement dirigée vers le haut avec une inclinaison précise. De plus, dans cette

configuration de réacteur, il est possible d'adapter l'intensité de l'impulsion transverse de manière que le temps de transit des microorganismes entre les zones éclairées et non éclairées conduise à réaliser spatialement le cycle d'éclairement nécessaire à la croissance de certains types d'algues (temps d'éclairement/ temps d'extinction). Avantageusement, on prélève régulièrement ou de façon continue en partie haute de l'enceinte de culture (1) un volume de culture qui est aussitôt remplacé par l'injection d'un volume équivalent d'eau contenant des éléments nutritifs en partie basse de l'enceinte de culture (1) ou dans les feeder(s) (30). Cette méthode permet de contribuer à diminuer l'énergie nécessaire pour induire la circulation du liquide dans le réacteur. Ainsi, les courants de liquides induits par les diverses injections d'air ou d'eau dans les feeders (30) transportent d'une manière cyclique les algues à proximité des éléments lumineux (2) et autour des éléments lumineux (2).

Le système de refroidissement (8) permet d'extraire la chaleur dégagée par les sources lumineuses (7) tout en ajustant la température du milieu de culture (3) du photobioréacteur (voir. Figures 3 et 4). II permet également de faire circuler le fluide caloporteur (15) dans les éléments lumineux (2). Le système de refroidissement (8) peut consister en un échangeur de chaleur. Par exemple, cet échangeur de chaleur consiste en des moyens pour acheminer (19) le liquide caloporteur (15) chaud vers l'extérieur de l'enceinte de culture (1), par exemple des tuyaux reliés à l'extrémité supérieure de l'enceinte de culture (1) couplés à une pompe (20), et un refroidisseur (21) consistant à faire circuler le liquide caloporteur chaud en sens inverse d'eau froide (voir Figure 4). Avantageusement, le liquide caloporteur (15) sort de l'enceinte de culture (1) à une de ses extrémités, en haut ou en bas et entre dans l'enceinte de culture (1) par l'autre extrémité. Le liquide caloporteur (15) froid retourne dans l'enceinte de culture (1) par des moyens pour l'acheminer (22), par exemple des tuyaux.

Tous les éléments lumineux (2) du photobioréacteur de l'invention peuvent avoir une forme identique ou une forme différente. Avantageusement, ils ont tous une forme identique. Tous les éléments lumineux (2) du photobioréacteur de l'invention peuvent avoir des dimensions identiques ou différentes. Avantageusement, ils ont tous des dimensions identiques. Les éléments lumineux du photobioréacteur de l'invention peuvent se présenter sous de nombreuses formes tant est qu'ils s'étendent environ sur toute la hauteur de l'enceinte de culture (1) et qu'ils peuvent être reliés par une extrémité de l'enceinte de culture (1) au système de refroidissement. Ils peuvent avoir une forme parallélépipédique (14). Ils ont alors l'avantage d'être facile à nettoyer. Ils comprennent alors deux plaques de transparence adaptée correspondant aux parois (4) dont l'un des côtés présente une longueur environ égale à la hauteur de l'enceinte de culture (1).

Ces plaques sont fixées l'une à l'autre par d'autres parois (5) de transparence adaptée venant étanchéifier le parallélépipède ainsi formé rempli de liquide caloporteur (15) (voir Figure 5). Les deux plaques de matériau de transparence adaptée sont alors distantes de moins de 10 cm, de préférence moins de 8 cm, de manière particulièrement préférée moins de 6 cm. Les sources lumineuses (7) sont de préférence fixées sur les parois (4) ou (5) et disposées à égale distance des plaques. La face externe (24) des plaques est en contact avec le milieu de culture (3). Selon ce mode de réalisation parallélépipédique, le système de brassage (9) par air-lift consiste à injecter de l'air entre les plaques en partie basse de l'enceinte de culture, de préférence à égale distance de deux plaques, chaque système d'injection étant séparé de moins de 15 cm, de préférence 10 cm, de manière particulièrement préférée 6 cm. Comme il a été décrit plus haut, il peut être complété par un système de brassage permettant de transmettre à la biomasse une impulsion transverse d'orientation quelconque. Les avantages de ce système ont étés décrits plus haut.

Les éléments lumineux peuvent également, par exemple, se présenter sous forme de cylindres creux (11) (voir Figures 1 et 2). Ils comprennent alors deux tubes (12) de transparence adaptée (correspondant aux parois (4)) présentant deux diamètres différents emboîtés l'un dans l'autre. La différence entre les deux diamètres des deux tubes (12) est de moins de 10 cm, de préférence moins de 6 cm, de manière particulièrement préférée moins de 3 cm. Ces deux tubes (12) sont fixés l'un à l'autre par d'autres parois (5), de préférence de transparence adaptée, venant étanchéifier l'espace entre les tubes rempli de liquide caloporteur (15) (voir Figure 5). Les sources lumineuses (7) sont fixées sur les faces (25) des tubes (12) ou à égale distance des faces (25) des tubes (12). Selon ce mode de réalisation des éléments lumineux (2) en forme de cylindre creux, un autre élément lumineux cylindrique (13) peut être ajouté selon l'axe des cylindres creux (11) (voir Figure 1). Des sources lumineuses (7) sont alors placés en son centre pour ainsi optimiser l'éclairage des microalgues. La hauteur des cylindres est environ égale à la hauteur de l'enceinte de culture (1) alors que la hauteur des cylindres creux est inférieure à celle des cylindres. Les éléments lumineux peuvent également se présenter sous forme de cylindres (26), leur hauteur étant environ égale à la hauteur de l'enceinte de culture (1). Leur diamètre est de moins de 20 cm, de préférence moins de 10 cm, de manière particulièrement préférée moins de 5 cm. Ils sont remplis de liquide caloporteur. Les sources lumineuses (7) sont placées en son centre. Les éléments lumineux des trois modes de réalisation précédents peuvent être combinés c'est-à-dire que des éléments lumineux selon les trois modes de réalisation précédents peuvent être présents dans l'enceinte de culture (1) du photobioréacteur selon l'invention. En particulier, on peut introduire dans l'espace entre les cylindres creux (11) des éléments cylindriques (13) présentant des sources lumineuses (7) placées en son centre.

Les matériaux de transparence adaptée appropriés pour fabriquer les éléments lumineux (2) sont le PMMA (polyméthacrylate de méthyle), le

plexiglas, le verre, le polycarbonate, des plaques PMMA, avec ou non des diffuseurs de lumière qui permettent d'homogénéiser des sources de lumière ponctuelles. Des fluides caloporteurs appropriés sont l'huile de silicone, l'huile perfluorée ou l'air. De préférence, on utilise l'huile perfluorée comme fluide caloporteur (15) qui présente les avantages suivants : elle est inerte chimiquement vis-à-vis des barrettes de photodiodes, elle a de plus une résistivité électrique très élevée. elle n'absorbe pas la lumière dans les longueurs d'onde du visible, elle a un indice optique proche de celui du verre (ou du plexiglass ). Un autre objet de l'invention est l'utilisation d'un photobioréacteur selon l'invention pour cultiver des micro-organismes photosynthétiques, de préférence des microalgues.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description des modes de réalisation de l'invention. La description se réfère aux figures annexées suivantes. Fiqures Fiqure 1 : Schéma du principe du photobioréacteur cylindrique Fiqure 2 : Schéma du photobioréacteur cylindrique avec des éléments lumineux sous forme de cylindre creux et sous forme de cylindre Fiqures 3 et 4: Présentation du système de refroidissement de la source de lumière et du système de régulation de la température du photobioréacteur Fiqure 5 : Schéma d'un élément lumineux sous forme de plaque creuse (14).

Fiqure 6 : Schéma d'un élément lumineux sous forme de cylindre creux et de cylindre Fiqure 7 : Schéma du photobioréacteur parallélépipédique avec des éléments lumineux sous forme de plaque creuse Fiqure 8 : Schéma d'un élément lumineux sous forme de plaque creuse avec 30 feeders (30) et buses (29) Fiqure 9 : Zoom de la figure 8

Le photobioréacteur selon l'invention sera expliqué en référence aux Figures. Selon un premier mode de réalisation, les éléments lumineux et le réacteur (voir Figures 5 et 6) sont parallélépipédiques. Les éléments lumineux consistent alors en deux plaques (4) de transparence adaptée fixées l'une à l'autre par d'autres parois de transparence adaptée (5). Les deux plaques présentent une hauteur inférieure à la hauteur de l'enceinte de culture (1) et une longueur comprise entre 25 et 65 cm. Les deux plaques sont distantes de 5 cm. Les sources lumineuses (7) sont des LEDs. Elles sont fixées sur des barrettes disposées dos à dos au centre des plaques à raison d'au moins 300 LEDs/m2 Les éléments lumineux sont disposés de sorte que leur longueur et leur largeur soient parallèles à la longueur et la largeur de l'enceinte de culture (1). Les éléments lumineux sont distants l'un de l'autre de 6 cm. Le système de brassage (9) par air-lift consiste à injecter de l'air en des points d'injection d'air (28) situés à égale distance de deux plaques, en bas de l'enceinte de culture (1), chaque point d'injection (28) étant distant de 12 cm. Selon un deuxième mode de réalisation, les éléments lumineux (2) se présentent sous forme de cylindres creux (11) (voir Figures 1 et 2). Ils comprennent deux tubes (12) de transparence adaptée présentant un diamètre de 15 cm et un diamètre de 20 cm emboîtés l'un dans l'autre, la hauteur des tubes (12) étant environ égale à la hauteur de l'enceinte de culture (1). Ces deux tubes (12) sont fixés l'un à l'autre par d'autres parois (5). Les sources lumineuses (7) sont des LEDs. Elles sont fixées sur des barrettes (18) à raison d'au moins 140 LEDs/m2 Les barrettes lumineuses (18) sont disposées dos à dos entre les deux tubes à égale distance de chacun. Les barrettes lumineuses (18) sont réparties uniformément sur la circonférence de l'espace entre les tubes. Un autre élément lumineux sous forme de cylindre (13) est présent au centre de chaque élément lumineux sous forme de cylindre creux (11). Les éléments lumineux sous forme de cylindre creux (11) présentent une hauteur inférieure à celle des éléments lumineux sous forme de cylindre (12). Des LEDs sont également fixées au centre de l'élément lumineux cylindrique (12) à raison d'au moins 140 LEDs/m2. Le système de brassage (9) par air-lift consiste à injecter de l'air en partie basse de l'enceinte de culture (1).

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Photobioréacteur destiné à la culture de micro-organismes photosynthétiques, de préférence de microalgues, comprenant : (a) une enceinte de culture (1) destinée à contenir le milieu de culture (3) des microorganismes, (b) dans lequel sont immergés des éléments lumineux (2) comprenant des sources lumineuses (7) placées dans des enceintes de transparence adaptée (TA) et étanches (6) de façon à ce que les sources lumineuses (7) soient isolées du milieu de culture (3), (c) un système de refroidissement (8) des sources lumineuses (7), et (d) un système de brassage (9) du milieu de culture (3).
2. 2. Photobioréacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois internes (27) de l'enceinte de culture (1) sont réfléchissantes.
3. 3. Photobioréacteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le système de refroidissement (8) est constitué d'un fluide caloporteur (15) circulant dans les enceintes étanches (6), lesdites enceintes étant reliées à un dispositif de refroidissement extérieur du fluide caloporteur (15) aux enceintes étanches (6).
4. 4. Photobioréacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, chaque endroit du milieu de culture (3) se trouvant à moins de 7 cm d'une source lumineuse (7).
5. 5. Photobioréacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, les sources lumineuses (7) étant des LEDs et/ou des OLEDs.
6. 6. Photobioréacteur selon la revendication 5, les LEDs ou OLEDs étant utilisées à des longueurs d'ondes correspondant aux pigments chlorophylliens et fonctionnant par mode flash pour optimiser les séquences d'éclairement en fonction des paramètres biologiques des algues utilisées, et minimiser les consommations énergétiques.
7. 7. Photobioréacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les éléments lumineux (2) sont agencés sous forme d'éléments cylindriques creux (11) ou d'éléments parallélépipédiques (14).
8. 8. Photobioréacteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les enceintes étanches (6) comportent deux parois verticales sensiblement parallèles (4) entre lesquelles sont placées les sources lumineuses (7), des parois additionnelles (5) venant étanchéifier les enceintes (6).
9. 9. Photobioréacteur selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les éléments lumineux (2) agencés sous forme d'éléments cylindriques creux (11) comportent selon l'axe des cylindres au moins un élément lumineux cylindrique (13).
10. 10. Photobioréacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de brassage (9) est constitué notamment par une injection d'air dans la partie basse de l'enceinte de culture (1).
11. 11. Photobioréacteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le 25 système de brassage (9) comprend en outre des feeders (30) distribués verticalement le long des parois (4) des éléments lumineux (2).
12. 12. Utilisation d'un photobioréacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour cultiver des micro-organismes 30 photosynthétiques, de préférence des microalgues.
13. 13. Utilisation selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'un volume de culture est prélevé régulièrement ou de façon continue en partie haute de l'enceinte de culture (1) alors qu'un volume équivalent d'eau contenant des éléments nutritifs est aussitôt injecté en partie basse de 5 l'enceinte de culture (1) et dans les feeders (30).