FR3058867A1 - ILLUMINATION SYSTEM OF A PANEL, IN PARTICULAR A DECORATIVE ELEMENT OR FACADE OF A BUILDING BY BIOLUMINESCENCE - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un système d'illumination d'un panneau, notamment d'un élément décoratif ou d'une façade d'un bâtiment par bioluminescence comportant un bioréacteur (1) pourvu d'une arrivée d'un milieu de culture et d'au moins un moyen de prélèvement d'une partie de la biomasse, ainsi que des piquages pour le raccordement d'un circuit de circulation (5) d'un milieu de culture chargé de micro-organismes bioluminescents, ledit circuit de circulation (5) comprenant un ensemble de conduits au moins partiellement transparents et au moins une pompe de circulation (6), ledit système comportant un circuit de pilotage (11) de l'alimentation en milieu de culture, de l'apport de biomasse et de retrait de biomasse et au moins un capteur de l'état biologique des micro-organismes circulant.The present invention relates to a system for illuminating a panel, in particular a decorative element or facade of a building by bioluminescence comprising a bioreactor (1) provided with an arrival of a culture medium and a at least one means for withdrawing part of the biomass, as well as taps for connecting a circulation circuit (5) of a culture medium loaded with bioluminescent microorganisms, said circulation circuit (5). ) comprising a set of at least partially transparent conduits and at least one circulation pump (6), said system comprising a control circuit (11) for the supply of the culture medium, the biomass supply and the removal of biomass and at least one sensor of the biological state of circulating microorganisms.
Description
Domaine de 1'inventionField of the invention
La présente invention concerne le domaine de l'illumination par bioluminescence d'un panneau, notamment d'un élément décoratif ou d'une façade d'un bâtiment.The present invention relates to the field of illumination by bioluminescence of a panel, in particular of a decorative element or of a facade of a building.
La bioluminescence est une réaction chimique régie par un gène, qui permet à certains organismes vivants de produire de la lumière, notamment des organismes marins, algues, méduses, calamars, poissons, ou encore crevettes.Bioluminescence is a chemical reaction governed by a gene, which allows certain living organisms to produce light, in particular marine organisms, algae, jellyfish, squid, fish, or even shrimp.
De tels gènes codant pour la bioluminescence, par exemple, chez des bactéries symbiotiques du calamar peuvent être insérés dans des bactéries communes, non pathogènes et non toxiques, encapsulées dans une coque transparente, aux côtés d'une solution nutritive contenant tout ce dont elles ont besoin pour vivre et produire leur lumière.Such genes coding for bioluminescence, for example, in symbiotic squid bacteria can be inserted into common, non-pathogenic and non-toxic bacteria, encapsulated in a transparent shell, alongside a nutrient solution containing everything they have need to live and produce their light.
Ce phénomène a été analysé à des fins de recherche scientifique et commence à trouver des applications industrielles, pour réaliser des équipements bioluminescents émettant pendant des durées relativement brèves de la lumière, de faible intensité.This phenomenon has been analyzed for scientific research and is beginning to find industrial applications, for producing bioluminescent equipment emitting light waves of relatively low intensity for relatively short periods.
Etat de la techniqueState of the art
On connaît la demande de brevet US2013045531 décrivant un ensemble d'éclairage comprenant un bioréacteur immergeable et un guide d'onde optique ayant une structure cylindrique avec un indice de réfraction connu pour provoquer la propagation de la lumière longitudinalement à travers une longueur du guide d'onde optique selon un angle de réflexion. Un milieu de bioréacteur ayant un indice de réfraction différent de l'indice de réfraction connu produit la lumièreWe know the patent application US2013045531 describing a lighting assembly comprising a submersible bioreactor and an optical waveguide having a cylindrical structure with a refractive index known to cause the propagation of light longitudinally through a length of the guide optical wave at a reflection angle. A bioreactor medium having a refractive index different from the known refractive index produces light
- 2 dans le guide d'onde optique pour diffuser la structure diffusant à travers la surface intérieure du guide d'onde optique et dans le milieu à un autre angle d'incidence.- 2 in the optical waveguide to diffuse the diffusing structure through the inner surface of the optical waveguide and into the medium at another angle of incidence.
On connaît en particulier dans l'état de la technique la demande de brevet internationale WO2012125953 décrivant des systèmes d'émission de lumière à partir d'algues. En préparant les algues et en appliquant une onde électromagnétique appropriée, les algues émettent de la lumière. Les algues luminescentes préparées peuvent également être incorporées dans des panneaux luminescents, qui peuvent ensuite être intégrés dans une diversité d'applications. Dans certains modes de réalisation, ces panneaux luminescents peuvent être commandés individuellement et à distance, permettant une facilité d'utilisation et d'installation. De plus, ces panneaux luminescents consomment également une quantité relativement faible d'énergie par rapport à des sources de lumière classiques, créant une possibilité d'économiser des quantités significatives d'énergie et des coûts associés à l'énergie.Particularly known in the prior art is the international patent application WO2012125953 describing light emission systems from algae. By preparing the algae and applying an appropriate electromagnetic wave, the algae emit light. The luminescent algae prepared can also be incorporated into luminescent panels, which can then be integrated into a variety of applications. In some embodiments, these luminescent panels can be controlled individually and remotely, allowing ease of use and installation. In addition, these luminescent panels also consume a relatively small amount of energy compared to conventional light sources, creating an opportunity to save significant amounts of energy and costs associated with energy.
Le brevet américain US5554035 se rapporte à un appareil destiné à la visualisation luminescence des algues dinofiagellate, incorporées dans une solution aqueuse contenue dans un récipient en forme d'ampoule de lumière translucide.American patent US5554035 relates to an apparatus intended for the luminescence visualization of dinofiagellate algae, incorporated in an aqueous solution contained in a container in the form of a translucent light bulb.
Inconvénients de l'art antérieurDisadvantages of the prior art
Les solutions de l'art antérieur présentent plusieurs inconvénients. Elles sont adaptées à des applications éphémères, produisant un éclairage par bioluminescence pendant une période de quelques minutes à quelques heures. La biomasse n'est pas stable, en raison de la croissance des microorganismes bioluminescents et l'évolution de la densité et le vieillissement des microorganismes conduitThe solutions of the prior art have several drawbacks. They are suitable for ephemeral applications, producing bioluminescence lighting for a period of a few minutes to a few hours. The biomass is not stable, due to the growth of bioluminescent microorganisms and the change in density and aging of the microorganisms leads
- 3 plus ou moins rapidement à la mort de la majorité des microorganismes et donc l'arrêt de la bioluminescence.- 3 more or less quickly upon the death of the majority of microorganisms and therefore the cessation of bioluminescence.
Par ailleurs, l'activité de bioluminescence résulte dans les solutions de l'état de la technique d'un stress qui vient perturber la survie des microorganismes, en raison de l'agitation de la biomasse observée dans les solutions de l'art antérieur.Furthermore, the bioluminescence activity results in the solutions of the prior art from a stress which comes to disturb the survival of the microorganisms, due to the agitation of the biomass observed in the solutions of the prior art.
En particulier, ces solutions ne sont pas adaptées pour l'illumination de grandes surfaces exposées aux intempéries, notamment des façades.In particular, these solutions are not suitable for the illumination of large surfaces exposed to the weather, in particular facades.
Solution apportée par l'inventionSolution provided by the invention
Afin de remédier à ces inconvénients, la présente invention concerne un système d'illumination d'un panneau, notamment d'un élément décoratif ou d'une façade d'un bâtiment par bioluminescence produite caractérisé en ce qu'il comporte un bioréacteur comportant une arrivée d'un milieu de culture et au moins un moyen de prélèvement d'une partie de la biomasse, ainsi que des piquages pour le raccordement d'un circuit de circulation d'un milieu de culture chargé de microorganismes bioluminescents, ledit circuit de circulation comprenant un ensemble de conduits au moins partiellement transparents et au moins une pompe de circulation, ledit système comportant un circuit de pilotage de l'alimentation en milieu de culture, de l'apport de biomasse et de retrait de biomasse et au moins un capteur de l'état biologique des micro-organismes circulant.In order to remedy these drawbacks, the present invention relates to a system for illuminating a panel, in particular a decorative element or a facade of a building by produced bioluminescence, characterized in that it comprises a bioreactor comprising a arrival of a culture medium and at least one means of sampling a portion of the biomass, as well as tappings for the connection of a circulation circuit of a culture medium loaded with bioluminescent microorganisms, said circulation circuit comprising a set of at least partially transparent conduits and at least one circulation pump, said system comprising a circuit for controlling the supply of culture medium, the supply of biomass and removal of biomass and at least one sensor for the biological state of circulating microorganisms.
Avantageusement, ledit circuit de circulation est étanche aux fluides et perméables au gaz, au moins partiellement, pour permettre les échanges de CO2 avec l'air ambiant et ainsi enrichir le milieu de culture et fonction de captation de CO2.Advantageously, said circulation circuit is impermeable to fluids and permeable to gas, at least partially, to allow exchanges of CO 2 with ambient air and thus enrich the culture medium and CO 2 capture function.
assurer uneensure a
- 4 Description détaillée d'un exemple de réalisation non limitatif de l'invention- 4 Detailed description of a nonlimiting exemplary embodiment of the invention
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant aux dessins annexés concernant un exemple non limitatif de réalisation où :The present invention will be better understood on reading the description which follows, referring to the appended drawings concerning a nonlimiting exemplary embodiment where:
- la figure 1 représente une vue schématique d'un système selon l'invention.- Figure 1 shows a schematic view of a system according to the invention.
L'installation comprend une cuve de réaction (ou bioréacteur) (1) contenant la biomasse et le milieu de culture ainsi qu'un agitateur.The installation includes a reaction tank (or bioreactor) (1) containing the biomass and the culture medium as well as an agitator.
La cuve de réaction ( 1 ) reçoit des compléments de biomasse provenant d'un réservoir (2) et de milieu de culture liquide provenant d'un réservoir (3).The reaction tank (1) receives additional biomass from a tank (2) and liquid culture medium from a tank (3).
La cuve de réaction comprend des moyens de brassage et d'oxygénation mise en fonction de manière périodique, par exemple avec une rapport temporel d'activation/désactivation inférieur à 10% de manière à limiter le stress des microorganismes ainsi que la consommation électrique.The reaction vessel comprises stirring and oxygenation means which are put into operation periodically, for example with an activation / deactivation time ratio of less than 10% so as to limit the stress of the microorganisms as well as the electrical consumption.
Le prélèvement de biomasse en excès dans la cuve de réaction (1) est transféré dans un équipement de traitement de la biomasse (4) par exemple par incinération. La chaleur produite est récupérée pour la thermorégulation d'une cuve de réaction (1) et/ou du bâtiment.The sample of excess biomass in the reaction tank (1) is transferred to biomass processing equipment (4), for example by incineration. The heat produced is recovered for the thermoregulation of a reaction tank (1) and / or of the building.
Par ailleurs, le système peut comporter des moyens de récupération de molécules d'intérêts. Cette étape de récupération peut concerner des protéines et/ou des anticorps monoclonaux sécrétés par les organismes, séparés de la biomasse par filtration.Furthermore, the system may include means for recovering molecules of interest. This recovery step can relate to proteins and / or monoclonal antibodies secreted by the organisms, separated from the biomass by filtration.
La cuve de réaction (1) présente des piquages pour le raccordement d'un circuit de circulation (5) du milieu de culture liquide contenant la biomasse.The reaction tank (1) has nozzles for the connection of a circulation circuit (5) of the liquid culture medium containing the biomass.
- 5 Ce circuit de circulation (5) est transparent dans la zone d'illumination. Il est formé par un ensemble tubulaire d'une section comprise entre 10 et 100 millimètres. Une pompe de circulation (6) assure le débit de biomasse dans le circuit de circulation (5).- 5 This circulation circuit (5) is transparent in the illumination area. It is formed by a tubular assembly with a section between 10 and 100 millimeters. A circulation pump (6) ensures the flow of biomass in the circulation circuit (5).
Le circuit de circulation (5) est étanche aux fluides et perméables au gaz, au moins partiellement, pour permettre les échanges de CO2 avec l'air ambiant et ainsi enrichir le milieu de culture et assurer une fonction de captation de CO2.The circulation circuit (5) is impermeable to fluids and permeable to gas, at least partially, to allow the exchange of CO 2 with the ambient air and thus enrich the culture medium and ensure a CO 2 capture function.
Un circuit électronique (appelé également système de commande) (11) pilote le fonctionnement de :An electronic circuit (also called control system) (11) controls the operation of:
- la vanne (7) contrôlant le débit dans le circuit de circulation (5),- the valve (7) controlling the flow in the circulation circuit (5),
- la vanne (8) contrôlant l'ajout dans la cuve de réaction (1) de milieu de culture provenant du réservoir (3)- the valve (8) controlling the addition of culture medium from the reservoir (3) to the reaction tank (1)
- la vanne (9) contrôlant l'ajout dans la cuve de réaction (1) de biomasse provenant du réservoir (2)- the valve (9) controlling the addition of biomass from the tank (2) to the reaction tank (1)
- la vanne (10) contrôlant l'évacuation de biomasse de la cuve de réaction (1).- the valve (10) controlling the evacuation of biomass from the reaction tank (1).
Ce circuit électronique de régulation (11) reçoit des signaux provenant d'un capteur de densité optique (12) disposé sur le circuit de circulation (5) et/ou des capteurs physicochimiques.This electronic regulation circuit (11) receives signals from an optical density sensor (12) arranged on the circulation circuit (5) and / or physicochemical sensors.
La biomasse bioluminescente est constituée par une biomasse naturellement bioluminescente ou une biomasse génétiquement modifiée pour produire de la bioluminescence, tel que :Bioluminescent biomass consists of a naturally bioluminescent biomass or a biomass genetically modified to produce bioluminescence, such as:
des organismes photosynthétiques (algues, microalgues, cyanobactéries,...)photosynthetic organisms (algae, microalgae, cyanobacteria, ...)
- microorganismes (bactéries, ...)- microorganisms (bacteria, ...)
- organismes cellulaire (levures, ...)- cellular organisms (yeasts, ...)
- substances actives biologiques- biological active substances
- 6 une combinaison composée de plusieurs des exemples cités ci-dessus (co-culture).- 6 a combination composed of several of the examples cited above (co-culture).
La biomasse est constituée, à titre d'exemple non limitatif d'une composition comprenant :The biomass is constituted, by way of nonlimiting example of a composition comprising:
500mL de milieu de culture à pH7 modifié contenant 10 g/L de glucose,500 ml of culture medium with modified pH7 containing 10 g / L of glucose,
- 13,6 g/L de KH2PO4,- 13.6 g / L of KH2PO4,
- 0.02g/L de CACL2,- 0.02g / L of CACL2,
- 0.2g/L de MgSO7H2O,- 0.2g / L of MgSO7H2O,
- 2g/L de (NH4)2SO4,- 2g / L of (NH4) 2SO4,
- milieu LB.- middle LB.
Les milieux de culture peuvent être pour l'eau douce, estuariens, saumâtre ou espèces bactériennes marines ou d'algues et / ou d'autres micro-organismes ou de plancton. Les milieux de croissance peuvent comprendre des sels tels que le chlorure de sodium et / ou du sulfate de magnésium, macronutriments tels que l'azote et des composés contenant du phosphore, oligo-éléments tels que des métaux-traces, par exemple, le fer et composés contenant du molybdène et / ou des vitamines telles que la vitamine B. sub.12. Les milieux de croissance peuvent être modifiés ou modifiés pour tenir compte de diverses espèces et / ou d'optimiser les différentes caractéristiques des espèces cultivées, telles que le taux de croissance, la production de protéines, la production de lipides et de production d'hydrate de carbone.The culture media can be for fresh water, estuaries, brackish or marine bacterial species or algae and / or other microorganisms or plankton. Growth media can include salts such as sodium chloride and / or magnesium sulfate, macronutrients such as nitrogen and phosphorus-containing compounds, trace elements such as trace metals, for example, iron and compounds containing molybdenum and / or vitamins such as vitamin B. sub.12. The growth media can be modified or modified to take into account various species and / or to optimize the different characteristics of the cultivated species, such as growth rate, protein production, lipid production and hydrate production of carbon.
Le système de commande (11) peut en outre être configuré pour commander automatiquement au moins une variable de processus. Par exemple, le système de commande (11) peut être configuré pour commander automatiquement au moins l'une d'une température à l'intérieur du bioréacteur, de la pression dans le bioréacteur, le niveau de pH, le débit de nutriments, la culture de l'écoulement du milieu, l'écoulement de gaz, le flux de gaz de dioxyde de carbone, le débit d'oxygène gazeux, la fourniture de lumière, etc.The control system (11) can further be configured to automatically control at least one process variable. For example, the control system (11) can be configured to automatically control at least one of a temperature inside the bioreactor, pressure in the bioreactor, pH level, nutrient flow, culture of medium flow, gas flow, carbon dioxide gas flow, gaseous oxygen flow, light supply, etc.
- 7 composes organiques respectivement un- 7 organic compounds respectively one
Optionnellement, le système comprend des dopants optiquement actifs de type photoluminescents. Ces dopants sont selon une première variante constituée de microbilles incorporés dans la biomasse.Optionally, the system comprises optically active dopants of the photoluminescent type. According to a first variant, these dopants consist of microbeads incorporated in the biomass.
Ces matériaux sont constitués par une matrice polymérique dans laquelle sont incorporés un ou plusieurs types de composés organiques luminescents.These materials consist of a polymer matrix into which one or more types of luminescent organic compounds are incorporated.
Dans le cas de combinaison de deux types de luminescents, les composés présentent spectre d'absorption et un spectre d'émission, et le spectre d'émission de l'un des deux types de composés organiques luminescents chevauche le spectre d'absorption de l'autre composé organique luminescent. Les deux spectres, correspondant à deux courbes d'intensité d'un rayonnement en fonction de la longueur d'onde, présentent une surface de recouvrement.When two types of luminescent are combined, the compounds have an absorption spectrum and an emission spectrum, and the emission spectrum of one of the two types of organic luminescent compounds overlaps the absorption spectrum of l other luminescent organic compound. The two spectra, corresponding to two intensity curves of a radiation as a function of the wavelength, have an overlap surface.
Les micro-billes sont par exemple constituées de nanoparticules d'un composé optiquement actif encapsulé dans une matrice polymérique en silicone, en éthylène-acétate de vinyle (EVA), polyoléfines polyméthacrylate de méthyle (PMMA) élastomère, polyuréthane, polyamide, éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), polytétrafluoroéthylène (PTFE).The micro-beads for example consist of nanoparticles of an optically active compound encapsulated in a polymer matrix of silicone, ethylene vinyl acetate (EVA), polyolefins polymethyl methacrylate (PMMA) elastomer, polyurethane, polyamide, ethylene tetrafluoroethylene ( ETFE), polytetrafluoroethylene (PTFE).
Les nanoparticules sont par exemple des nanoparticules de silice, ou des composés organiques luminescents incorporés à l'intérieur de silice poreuse, soit greffées à la surface des nanoparticules.The nanoparticles are, for example, silica nanoparticles, or luminescent organic compounds incorporated inside porous silica, or grafted onto the surface of the nanoparticles.
Selon une alternative, les matériaux optiquement actifs sont incorporés dans une matrice polymérique du conduit de circulation de la biomasse.According to an alternative, the optically active materials are incorporated into a polymer matrix of the biomass circulation conduit.
Additionnellement, le conduit et/ou la biomasse peut comporter une charge diffusante, par exemple de la poudre de silice.Additionally, the conduit and / or the biomass may comprise a diffusing filler, for example silica powder.
Selon une autre variante, la face arrière des conduits est réfléchissante, par exemple par revêtement métallisé.According to another variant, the rear face of the conduits is reflective, for example by metallized coating.
dépôt d'unfiling a
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