FR3138147A1 - NEW PHOTO-BIOREACTOR AND AUTOMATED CULTURE SYSTEM - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif photo-bioréacteur optimisé pour apporter une maitrise totale d’une source lumineuse dudit dispositif à intensité variable, ladite intensité étant contrôlée au moyen d’une régulation analogique d’une source lumineuse à LED alimenté par un courant continu, et étant complété le cas échéant par une régulation numérique pour intégrer une fonction flash. Le dispositif de l’invention comporte également une source lumineuse interne intégrant un mécanisme de nettoyage et étant conçu pour faciliter son entretien. L’invention concerne également un système de culture automatisée permettant d’obtenir un haut rendement de production de biomasse, et faire un suivi précis des conditions de culture.The present invention relates to a photo-bioreactor device optimized to provide total control of a light source of said variable intensity device, said intensity being controlled by means of analog regulation of an LED light source powered by a direct current, and being supplemented where necessary by digital regulation to integrate a flash function. The device of the invention also comprises an internal light source incorporating a cleaning mechanism and being designed to facilitate its maintenance. The invention also relates to an automated cultivation system making it possible to obtain a high yield of biomass production, and to precisely monitor cultivation conditions.
Description
La présente invention concerne le domaine de photo-bioréacteurs pour la culture de microorganismes photosynthétiques tels que les microalgues, et les procédés de culture automatisés. L’invention concerne notamment la régulation et configuration optimale de l’éclairage d’un photo-bioréacteur et la conception d’un système de culture automatisée de microalgues.The present invention relates to the field of photo-bioreactors for the cultivation of photosynthetic microorganisms such as microalgae, and automated cultivation processes. The invention relates in particular to the regulation and optimal configuration of the lighting of a photo-bioreactor and the design of an automated microalgae cultivation system.
Il existe aujourd’hui de nombreux types de photo-bioréacteurs PBR pour la culture de microalgues. La plupart de ces dispositifs sont conçus pour son utilisation au laboratoire, et ne permettent pas une production de biomasse à haut rendement ou un contrôle précis des conditions d’éclairage et de culture. En général, un photo-bioréacteur comporte au moins un réservoir ouvert ou fermé pour contenir le milieu de culture et une source de lumière permettant d’irradier ledit réservoir. L’accès à la lumière est l’un de facteurs limitant le plus les rendements des cultures et différents modèles de photo-bioréacteur ont été proposés pour optimiser le rapport surface du réservoir et volume éclairé. D’autre part, alimentation de l’éclairage représente également l’un des coûts le plus importants du fonctionnement d’un PBR. Il est donc souhaité d’avoir un réservoir et une configuration des éclairages permettant d’éclairer au mieux possible le milieu de culture, tout en limitant la consommation d’énergie. L’utilisation de diodes électroluminescents LED comme source de lumière a été proposée afin de répondre à ce besoin.Today, there are many types of PBR photobioreactors for microalgae cultivation. Most of these devices are designed for laboratory use, and do not allow high-yield biomass production or precise control of lighting and cultivation conditions. In general, a photo-bioreactor comprises at least one open or closed tank to contain the culture medium and a light source making it possible to irradiate said tank. Access to light is one of the factors most limiting crop yields and different photo-bioreactor models have been proposed to optimize the tank surface area and illuminated volume ratio. On the other hand, lighting power also represents one of the largest costs of operating a PBR. It is therefore desirable to have a tank and a lighting configuration to illuminate the growing medium as best as possible, while limiting energy consumption. The use of LED light-emitting diodes as a light source has been proposed to meet this need.
Par exemple, la demande de brevet US 2010/0190227 divulgue un photo-bioréacteur intégrant une source lumineuse à l’intérieur du réservoir, notamment sous forme d’un insert LED moulé en plastique. Le photo-bioréacteur est conçu en plusieurs modules, chaque module comporte un réservoir intégrant un insert LED sous forme de tuyau vertical, ledit insert étant positionné d’un côté latéral dudit module, en décalage à l’axe central du réservoir, et de sorte que le côté opposé dudit module intègre une ouverture supérieure permettant de connecter un deuxième module à ladite ouverture. Ce document propose d’incrémenter la capacité de culture du photo-bioréacteur en empilant verticalement plusieurs modules communiquant entre eux par leurs ouvertures supérieures, de sorte à alterner les orientations des inserts LED à chaque étage pour avoir une géométrie hélicoïdale de positionnement desdits LED au travers de la colonne. Ce système est avantageux en ce qu’il permet d’intégrer une source de lumière à l’intérieur du réservoir et de diminuer la consommation en énergie des éclairages. Cependant, des nouveaux photo-bioréacteurs sont encore nécessaires pour optimiser et contrôler d’avantage les conditions d’éclairage d’un PBR.For example, patent application US 2010/0190227 discloses a photo-bioreactor integrating a light source inside the tank, in particular in the form of an LED insert molded in plastic. The photo-bioreactor is designed in several modules, each module comprises a tank integrating an LED insert in the form of a vertical pipe, said insert being positioned on a lateral side of said module, offset from the central axis of the tank, and so that the opposite side of said module integrates an upper opening allowing a second module to be connected to said opening. This document proposes to increase the culture capacity of the photo-bioreactor by vertically stacking several modules communicating with each other through their upper openings, so as to alternate the orientations of the LED inserts on each floor to have a helical geometry for positioning said LEDs through of the column. This system is advantageous in that it makes it possible to integrate a light source inside the tank and reduce the energy consumption of the lighting. However, new photo-bioreactors are still needed to further optimize and control the lighting conditions of a PBR.
La présente invention a donc pour but de proposer un photo-bioréacteur perfectionné pour améliorer l’utilisation de la lumière et le rapport lumière/surface éclairée.The present invention therefore aims to propose an improved photo-bioreactor to improve the use of light and the light/illuminated surface ratio.
Un autre objectif est de proposer un système d’éclairage permettant de contrôler parfaitement le mode d’éclairage.Another objective is to offer a lighting system allowing perfect control of the lighting mode.
Un autre objectif de l’invention est de proposer un photo-bioréacteur adapté à tout type de culture (mixotrophie, hétérotrophie, en batch, en continu ou semi continu) et permettant de paramétrer avec précision les conditions de culture.Another objective of the invention is to propose a photo-bioreactor adapted to any type of culture (mixotrophy, heterotrophy, batch, continuous or semi-continuous) and making it possible to precisely configure the culture conditions.
Un autre objectif de l’invention est de proposer un système de culture de microalgues automatisé.Another objective of the invention is to propose an automated microalgae cultivation system.
A ces fins, l’invention propose un dispositif photo-bioréacteur, ledit dispositif comportant une cuve de culture, une source lumineuse à diodes électroluminescents LED, un module de régulation de puissance de ladite source lumineuse et une unité de contrôle, caractérisé en ce que :For these purposes, the invention proposes a photo-bioreactor device, said device comprising a culture tank, a light source with LED light-emitting diodes, a power regulation module of said light source and a control unit, characterized in that :
-la source lumineuse est configurable en intensité lumineuse, en temps, et de préférence en longueur d’onde au moyen dudit module de régulation de puissance piloté par ladite unité de contrôle, et-the light source is configurable in light intensity, in time, and preferably in wavelength by means of said power regulation module controlled by said control unit, and
-le module de régulation est alimenté par un courant continu et met en œuvre une régulation analogique pour contrôler une puissance d’alimentation de la source lumineuse faisant varier l’intensité lumineuse.-the regulation module is powered by a direct current and implements analog regulation to control the power supply of the light source, varying the light intensity.
Le dispositif de l’invention est très avantageux en ce qu’il permet la mise en œuvre d’un éclairage LED pouvant être activé et contrôlé de manière précise pour fonctionner selon un mode d’éclairage souhaité, ainsi que pour faire varier son intensité lumineuse. Notamment, la régulation analogique de l’intensité lumineuse permet d’assurer une véritable continuité de l’éclairage lorsque celui-ci doit être actif, tout en faisant varier son intensité. Il sera donc possible d’étudier de manière fiable l’effet du mode et temps d’éclairage sur la croissance d’une culture ou la production d’un métabolite d’intérêt. Au contraire, une régulation numérique pour faire varier l’intensité du LED introduit un faux éclairage qui apparait continu à l’œil humain, mais étant composé de signaux de lumière haché et pouvant être ressenti par les microalgues.The device of the invention is very advantageous in that it allows the implementation of LED lighting which can be activated and controlled precisely to operate in a desired lighting mode, as well as to vary its light intensity. . In particular, the analog regulation of light intensity ensures true continuity of lighting when it must be active, while varying its intensity. It will therefore be possible to reliably study the effect of lighting mode and time on the growth of a culture or the production of a metabolite of interest. On the contrary, digital regulation to vary the intensity of the LED introduces false lighting which appears continuous to the human eye, but is composed of chopped light signals and can be felt by the microalgae.
Dans un mode de réalisation préféré, la source lumineuse est configurable selon un mode d’éclairage flash, et le dispositif comporte un module de régulation flash mettant en œuvre une régulation numérique pilotée par l’unité de contrôle, tel que de type PWM, pour activer et désactiver à haute intensité et vitesse ladite source lumineuse. Ce mode d’éclairage est très avantageux en ce qu’il permet de réaliser des économies d’énergie, et le dispositif de l’invention permet de fournir un effet flash parfaitement paramétrable.In a preferred embodiment, the light source is configurable according to a flash lighting mode, and the device comprises a flash regulation module implementing digital regulation controlled by the control unit, such as PWM type, for activate and deactivate said light source at high intensity and speed. This lighting mode is very advantageous in that it allows energy savings, and the device of the invention makes it possible to provide a perfectly configurable flash effect.
Dans un mode de réalisation préféré, dans lequel la source lumineuse est configurable en longueur d’onde et de manière variable sur un cycle de fonctionnement, et le dispositif comporte un module de régulation de puissance sous commande analogique pour chaque canal alimentant un ou des LED de ladite source lumineuse.In a preferred embodiment, in which the light source is configurable in wavelength and variably over an operating cycle, and the device comprises a power regulation module under analog control for each channel powering one or more LEDs of said light source.
Dans un mode de réalisation, la source lumineuse comporte au moins un capteur de lumière en communication avec ladite unité de contrôle, et cette dernière met en œuvre un rétrocontrôle d’une commande de puissance d’alimentation de la source lumineuse en fonction d’un flux lumineux mesuré par ledit capteur de lumière, et dans lequel ledit réservoir comporte de préférence une ou des parois revêtues d’une couche réfléchissante agencée pour réfléchir la lumière de ladite source lumineuse. Il est ainsi possible de contrôler d’avantage l’intensité lumineuse et améliorer l’utilisation de la lumière.In one embodiment, the light source comprises at least one light sensor in communication with said control unit, and the latter implements feedback control of a power supply control of the light source according to a luminous flux measured by said light sensor, and in which said reservoir preferably comprises one or more walls coated with a reflective layer arranged to reflect the light from said light source. It is thus possible to further control the light intensity and improve the use of light.
De préférence, ladite source lumineuse est intégrée à l’intérieur de la cuve de culture sous forme d’un tuyau lumineux vertical intégrant lesdits LED, et la source lumineuse comporte une colonne d’emplacement s’étendant à partir d’un fond de la cuve de culture et débouchant de manière étanche au niveau d’une fermeture supérieure de ladite cuve de culture, et dans lequel le tuyaux lumineux est hébergé à l’intérieur de ladite colonne d’emplacement, et une ouverture supérieure de la colonne d’emplacement est configurée comme une ouverture refermable indépendante, et permettant de conserver l’étanchéité d’un volume interne de la cuve de culture lors de son ouverture. Ce mode d’intégration de la source lumineuse permet l’accès et dépannage de la source lumineuse sans besoin d’arrêter la culture en cours, et sans compromettre la stérilité de la culture dans la cuve.Preferably, said light source is integrated inside the culture tank in the form of a vertical light pipe integrating said LEDs, and the light source comprises a location column extending from a bottom of the culture tank and opening in a sealed manner at an upper closure of said culture tank, and in which the light pipes are housed inside said location column, and an upper opening of the location column is configured as an independent closable opening, and allowing the sealing of an internal volume of the culture tank to be maintained when it is opened. This mode of integration of the light source allows access and troubleshooting of the light source without the need to stop the culture in progress, and without compromising the sterility of the culture in the tank.
De manière avantageuse, le dispositif de l’invention comporte un mécanisme de nettoyage d’une paroi externe de la source lumineuse en contact avec le milieu de culture, ledit mécanisme comportant une paire d’aimants disposés d’un côté et de l’autre de ladite paroi externe de la source lumineuse, et étant entrainés par un système de poulies pour se déplacer le long de la source lumineuse.Advantageously, the device of the invention comprises a mechanism for cleaning an external wall of the light source in contact with the culture medium, said mechanism comprising a pair of magnets arranged on one side and the other of said outer wall of the light source, and being driven by a system of pulleys to move along the light source.
En particulier, ledit système de poulies, et un aimant interne de ladite paire d’aimants peuvent être disposés à l’intérieur creux du tuyau de la source lumineuse, et le deuxième aimant de ladite paire d’aimants comporte un élément nettoyant en contact de la paroi externe de la colonne d’emplacement.In particular, said pulley system, and an internal magnet of said pair of magnets can be arranged inside the hollow interior of the pipe of the light source, and the second magnet of said pair of magnets comprises a cleaning element in contact with the outer wall of the location column.
Le dispositif de l’invention peut également comporter l’une ou toute des caractéristiques ci-après, et dans toute combinaison techniquement opérable :The device of the invention may also include one or all of the following characteristics, and in any technically operable combination:
- la cuve de culture comporte un ou plusieurs capteurs de lumière supplémentaires, tel que des photorésistances configurées pour mesurer un flux lumineux en différentes zones d’un volume interne de ladite cuve de culture recevant du milieu de culture ;- the culture tank comprises one or more additional light sensors, such as photoresistors configured to measure a light flux in different zones of an internal volume of said culture tank receiving culture medium;
- la cuve de culture est reliée à une cuve d’analyse intégrant des capteurs de pH, de nutriments, et un dispositif de mesure de la concentration cellulaire, tel qu’un turbidimètre ;- the culture tank is connected to an analysis tank integrating pH and nutrient sensors, and a device for measuring cell concentration, such as a turbidimeter;
- l’unité de contrôle comporte une interface utilisateur et une application configurée pour afficher un ensemble de mesures des capteurs du dispositif communiquant avec ladite unité de contrôle, et permettant de configurer le mode d’éclairage de la source lumineuse ;- the control unit comprises a user interface and an application configured to display a set of measurements from the sensors of the device communicating with said control unit, and making it possible to configure the lighting mode of the light source;
- le dispositif comporte une entrée inférieure de gaz, tel que de CO2, ladite entrée étant configuré pour injecter du gaz vers le haut de la cuve de culture, et de préférence le dispositif comporte des moyens de stérilisation d’air et de contrôle du débit d’injection d’air et son taux de CO2 ;- the device comprises a lower gas inlet, such as CO 2 , said inlet being configured to inject gas towards the top of the culture tank, and preferably the device comprises means for sterilizing air and controlling the air injection rate and its CO2 rate;
- la cuve de culture intègre une pluralité des sources lumineuses internes sous forme de tuyaux lumineux, chaque tuyaux lumineux définissant une zone éclairée à l’intérieur de la cuve de culture, et ledit dispositif comporte également un réseau de bullage de gaz comportant des sorties positionnées en dehors des zones éclairées et agissant comme moyen de brassage de milieu de culture.- the culture tank integrates a plurality of internal light sources in the form of light pipes, each light pipe defining an illuminated zone inside the culture tank, and said device also comprises a gas bubbling network comprising positioned outlets outside of illuminated areas and acting as a means of mixing the culture medium.
L’invention concerne également un système de culture automatisé comportant un dispositif photo-bioréacteur comportant une cuve de culture, une cuve de mélange, une cuve de stockage d’eau, et une cuve de stockage de nutriments reliées entre elles par un circuit de tuyaux, et comportant une unité de contrôle comportant un processeur et une mémoire couplé audit processeur, et des instructions sauvegardées dans la mémoire et exécutées par le processeur pour contrôler les conditions opératoires dudit système de culture, caractérisé en ce que :The invention also relates to an automated cultivation system comprising a photo-bioreactor device comprising a cultivation tank, a mixing tank, a water storage tank, and a nutrient storage tank interconnected by a circuit of pipes , and comprising a control unit comprising a processor and a memory coupled to said processor, and instructions saved in the memory and executed by the processor to control the operating conditions of said culture system, characterized in that:
-la cuve de culture comporte une entrée reliée à la cuve de mélange pour son alimentation en milieu de culture, et-the culture tank has an inlet connected to the mixing tank for its supply of culture medium, and
- la cuve de mélange comporte une entrée reliée à la cuve de stockage d’eau, une entrée reliée à la cuve de stockage de nutriments, des moyens de brassage, des moyens de réglage de la température, et des moyens de contrôle du pH, et en ce que- the mixing tank comprises an inlet connected to the water storage tank, an inlet connected to the nutrient storage tank, mixing means, temperature adjustment means, and pH control means, and in that
-le système est configuré pour préparer le milieu de culture dans la cuve de mélange à une concentration, température et pH programmables au moyen de ladite unité de contrôle, et-the system is configured to prepare the culture medium in the mixing tank at a programmable concentration, temperature and pH by means of said control unit, and
-le système comporte des moyens de transfert sous commande de l’unité de contrôle (tels qu’une pompe et un débitmètre ou une électrovanne) assignés à chacune des cuves du système pour activer et contrôler un volume de liquide ou de solide transféré entre lesdites cuves.-the system comprises transfer means under control of the control unit (such as a pump and a flow meter or a solenoid valve) assigned to each of the tanks of the system to activate and control a volume of liquid or solid transferred between said tanks.
Cette configuration du système permet d’alimenter la cuve de culture avec un milieu de culture comportant une concentration, pH, et température contrôlée. Par exemple une culture déjà en cours dans le PBR ne sera pas stressée par l’apport de nouveau milieu de culture, ce dernier pouvant être fait à la même concentration, température et pH que le milieu dans la cuve de culture, ou au moins à des conditions proches.This configuration of the system makes it possible to supply the culture tank with a culture medium comprising a controlled concentration, pH, and temperature. For example, a culture already in progress in the PBR will not be stressed by the addition of new culture medium, the latter being able to be done at the same concentration, temperature and pH as the medium in the culture tank, or at least at similar conditions.
De même, cette configuration permet de programmer l’unité de contrôle avec des programmes de culture automatisées comportant des instructions sauvegardées pour maintenir ou modifier certaines conditions de culture dans la cuve de culture. En particulier, dans ce mode de réalisation la cuve de culture est reliée à une cuve d’analyse en communication avec l’unité de contrôle et intégrant des capteurs de pH, d’au moins un nutriment, et un dispositif de mesure de la concentration cellulaire, tel qu’un turbidimètre. Ainsi, l’unité de contrôle comporte un programme avec des instructions sauvegardées pour activer l’introduction du milieu de culture contenu dans la cuve de mélange en fonction des paramètres mesurés dans la cuve d’analyse, tels qu’une concentration cellulaire, un pH ou une concentration de nutriments.Likewise, this configuration allows the control unit to be programmed with automated culture programs with saved instructions to maintain or modify certain culture conditions in the culture tank. In particular, in this embodiment the culture tank is connected to an analysis tank in communication with the control unit and integrating pH sensors, at least one nutrient, and a concentration measuring device cellular, such as a turbidimeter. Thus, the control unit includes a program with saved instructions to activate the introduction of the culture medium contained in the mixing tank according to the parameters measured in the analysis tank, such as a cell concentration, a pH or a concentration of nutrients.
De préférence, la cuve de culture comporte également une entrée reliée à au moins une cuve de pH comportant une solution d’ajustement de pH, et une entrée de CO2reliée à une source de CO2, et l’unité de contrôle comporte un programme comportant des instructions sauvegardées pour réguler le pH dans ladite cuve de culture en commandant l’introduction de la solution de pH et/ou de CO2en activant des moyens de transfert assignés respectivement à ladite source de CO2et cuve de pH. Le mode de régulation de pH peut être choisi par l’utilisateur.Preferably, the culture tank also comprises an inlet connected to at least one pH tank comprising a pH adjustment solution, and a CO 2 inlet connected to a CO 2 source, and the control unit comprises a program comprising saved instructions for regulating the pH in said culture tank by controlling the introduction of the pH and/or CO 2 solution by activating transfer means assigned respectively to said CO 2 source and pH tank. The pH regulation mode can be chosen by the user.
Dans un mode de réalisation du système, la cuve de culture comporte une sortie reliée à une cuve de récolte, et des moyens de transfert sous commande de l’unité de contrôle pour transférer un volume de liquide contenu dans la cuve de culture vers ladite cuve de récolte, et dans lequel l’unité de contrôle comporte un programme de culture permettant de définir un temps, une fréquence et un volume de liquide à extraire de ladite cuve de culture vers la cuve de récolte et/ou un volume de liquide à injecter dans ladite cuve de culture à partir de la cuve de mélange.In one embodiment of the system, the culture tank comprises an outlet connected to a harvest tank, and transfer means under control of the control unit to transfer a volume of liquid contained in the culture tank to said tank harvesting, and in which the control unit comprises a cultivation program making it possible to define a time, a frequency and a volume of liquid to be extracted from said culture tank towards the harvesting tank and/or a volume of liquid to be injected in said culture tank from the mixing tank.
Le système de l’invention permet également la mise en marche automatique du système, y compris le nettoyage et le cycle de stérilisation des composants du système. A cette fin, les moyens de transfert entre les cuves sont bidirectionnels et l’unité de contrôle comporte un programme de rinçage comportant des instructions sauvegardées pour activer des moyens de transfert assignés à la cuve de stockage d’eau et injecter un liquide dans la cuve de mélange et rincer un ensemble des cuves du système de culture à partir dudit liquide injecté dans la cuve de mélange, en actionnant séquentiellement des moyens de transfert assignés à chacune desdites cuves du système dans un ordre préconfiguré, et pour vider le liquide injecté dans le système à partir de la cuve de récolte d’algues.The system of the invention also allows automatic start-up of the system, including cleaning and sterilization cycle of the system components. To this end, the transfer means between the tanks are bidirectional and the control unit includes a rinsing program comprising saved instructions for activating transfer means assigned to the water storage tank and injecting a liquid into the tank mixing and rinsing a set of tanks of the culture system from said liquid injected into the mixing tank, by sequentially operating transfer means assigned to each of said tanks of the system in a preconfigured order, and to empty the injected liquid into the system from the algae harvesting tank.
Avantageusement, un produit stérilisant peut être rajouté dans la cuve de stockage d’eau, ou éventuellement dans la cuve de mélange, et de sorte que le cycle de rinçage assure également la stérilisation du système. De préférence, l’unité de contrôle comporte un cycle de stérilisation dédié, et dans lequel il est défini un temps de passage du liquide stérilisant dans chaque cuve du système. Dans un autre mode de réalisation, la stérilisation est réalisée par injection d’un gaz ou vapeur dans les cuves et tuyaux du système.Advantageously, a sterilizing product can be added to the water storage tank, or possibly to the mixing tank, and so that the rinsing cycle also ensures the sterilization of the system. Preferably, the control unit includes a dedicated sterilization cycle, in which a time for the sterilizing liquid to pass through each tank of the system is defined. In another embodiment, sterilization is carried out by injecting a gas or steam into the tanks and pipes of the system.
De plus, le système comporte une interface utilisateur permettant de sélectionner un programme de culture avec une durée de culture, un volume et une fréquence d’injection et extraction de volume de milieu de culture dans et à partir de la cuve de culture, ainsi qu’affichant les mesures d’un ensemble de capteurs de température, de lumière de pH, de concentration cellulaire et de nutriments dudit système de culture. L’interface peut être reliée physiquement à l’unité de contrôle et/ou être une application dans un terminal mobile ou ordinateur.Additionally, the system includes a user interface for selecting a culture program with culture duration, volume, and frequency of volume injection and extraction of culture medium into and from the culture vessel, as well as 'displaying measurements from a set of temperature, pH light, cell concentration and nutrient sensors of said culture system. The interface can be physically connected to the control unit and/or be an application in a mobile terminal or computer.
Enfin, l’unité de contrôle comporte également un module de communication, et le système comporte un serveur distant hébergeant une base de données, ladite base de données comportant de programmes de fonctionnement du système de culture téléchargeables et exécutables par l’unité de contrôle. De préférence, le module de communication est configuré également pour transmettre à ladite base de données des données associées à un suivi d’une culture en cours pour son stockage et mise à disposition privé ou publique.Finally, the control unit also includes a communication module, and the system includes a remote server hosting a database, said database comprising operating programs of the cultivation system downloadable and executable by the control unit. Preferably, the communication module is also configured to transmit to said database data associated with monitoring of a current crop for its storage and private or public availability.
D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés.Other advantages, aims and particular characteristics of the present invention will emerge from the description which follows, given for explanatory and in no way limiting purposes, with reference to the appended drawings.
[Fig. 6 Illustre schématiquement une vue de face d’un dispositif photo-bioréacteur intégrant plusieurs sources lumineuses selon l’invention.[Fig. 6 Schematically illustrates a front view of a photo-bioreactor device integrating several light sources according to the invention.
Description détaillée de modes de réalisation de l’inventionDetailed description of embodiments of the invention
La présente invention a comme but de proposer un nouveau photo-bioréacteur permettant une maitrise optimale de l’apport en lumière, ainsi qu’une utilisation optimale de cette dernière. Un autre objectif est que le photo-bioréacteur permette une étude approfondie et précis de paramètres de culture, tout en permettant une culture aisée et à haut rendement.The aim of the present invention is to propose a new photo-bioreactor allowing optimal control of the supply of light, as well as optimal use of the latter. Another objective is that the photo-bioreactor allows an in-depth and precise study of culture parameters, while allowing easy and high-yield culture.
Un autre objectif est que le photo-bioréacteur soit apte à une culture automatisée en continu ou semi-continu des micro-organismes photosynthétiques, notamment les microalgues.Another objective is for the photo-bioreactor to be suitable for continuous or semi-continuous automated cultivation of photosynthetic microorganisms, in particular microalgae.
A cette fin l’invention propose un photo-bioréacteur pourvu d’une source lumineuse piloté par une unité de contrôle. La
La source lumineuse 2 est configurable en intensité, longueur d’onde, temps et mode d’éclairage et selon les paramètres souhaités par un utilisateur. Les modes d’éclairage programmables peuvent être i) continu, la source lumineuse est activée pour un temps indéfini, ii) intermittent, la source lumineuse est activée est désactivée selon des cycles d’activité et inactivité fixes ou variables, et iii) flash, la source lumineuse est activée à haute intensité pour une durée et avec une fréquence prédéfinies. Le photo bioréacteur permettra ainsi d’étudier l’effet du mode d’éclairage de manière précise et de le contrôler afin d’obtenir les meilleurs rendements de biomasse ou de production d’une molécule d’intérêt, soit d’optimiser la consommation d’énergie. Par exemple, il a été reconnu dans la littérature scientifique, que le mode d’illumination flash à haute intensité permet d’obtenir plus de 50% de réduction de consommation énergétique. De même, le mode flash peut avoir un effet sur les cinétiques de croissance et le métabolisme cellulaire.Light source 2 is configurable in intensity, wavelength, time and lighting mode and according to the parameters desired by a user. The programmable lighting modes can be i) continuous, the light source is activated for an indefinite time, ii) intermittent, the light source is activated and deactivated according to fixed or variable activity and inactivity cycles, and iii) flash, the light source is activated at high intensity for a predefined duration and frequency. The photo bioreactor will thus make it possible to study the effect of the lighting mode precisely and to control it in order to obtain the best yields of biomass or production of a molecule of interest, or to optimize the consumption of 'energy. For example, it has been recognized in the scientific literature that the high intensity flash illumination mode makes it possible to obtain more than 50% reduction in energy consumption. Likewise, flash mode can have an effect on growth kinetics and cellular metabolism.
De manière avantageuse, l’invention propose de contrôler l’intensité de la source lumineuse 2 au moyen d’une régulation analogique de type continue (
Pour que les micro algues puissent accéder à une lumière continue d’intensité constante, l’invention propose d’alimenter la source lumineuse par un courant continu (
La
De préférence, le dispositif de l’invention comporte une fonction de rétrocontrôle de l’intensité lumineuse permettant de corriger l’apport en flux lumineux en temps réel. En particulier, la source lumineuse intègre un capteur de lumière configuré pour transmettre à l’unité de contrôle l’intensité lumineuse détectée en conditions d’opération, et de sorte que l’unité de contrôle modifie une commande de puissance du module de régulation pour que l’intensité lumineuse éclairée à un temps t soit égal à l’intensité lumineuse configurée. En effet, l’intensité lumineuse fourni par une LED est variable à une même puissance d’alimentation en fonction de la température ambiante. Une augmentation de la température se traduit ainsi dans une réduction de la quantité de flux lumineux apporté par une LED. Les couleurs de l’ambre au rouge dits « AlGalnP » apportés par des LEDs en aluminium gallium indium phosphide sont les plus sensibles à cette diminution de flux lumineux, et les couleurs allant du bleu au vert et du blanc (à base de « InGaN ») sont les moins sensibles. Par conséquent, un rétrocontrôle de l’apport en flux lumineux est très avantageux pour les cultures programmées avec des longueurs d’onde sensibles à ce phénomène, ou avec des variations programmées de longueurs d’onde.Preferably, the device of the invention includes a light intensity feedback function making it possible to correct the luminous flux input in real time. In particular, the light source integrates a light sensor configured to transmit to the control unit the light intensity detected in operating conditions, and so that the control unit modifies a power command of the regulation module to that the light intensity illuminated at a time t is equal to the configured light intensity. Indeed, the light intensity provided by an LED is variable at the same power supply depending on the ambient temperature. An increase in temperature thus results in a reduction in the quantity of luminous flux provided by an LED. The colors from amber to red called “AlGalnP” provided by aluminum gallium indium phosphide LEDs are the most sensitive to this reduction in luminous flux, and the colors ranging from blue to green and white (based on “InGaN” ) are the least sensitive. Consequently, feedback control of the light flux supply is very advantageous for crops programmed with wavelengths sensitive to this phenomenon, or with programmed variations in wavelengths.
Dans un mode de réalisation préféré, la source d’éclairage est configurable en longueur d’onde au moyen des LED multicanal, tel que des LED RGB permettant de régler une longueur d’onde en fonction de l’alimentation d’onde de chaque canal. Dans ce mode de réalisation, l’invention propose de mettre en œuvre un module régulateur de puissance pour chaque canal à alimenter de l’éclairage LED et de sorte à pouvoir paramétrer tous les canaux et créer un spectre d’émission sur mesure, notamment avec une fréquence et rapport cyclique spécifique. Un module de régulation flash et un module de contrôle d’alimentation est également intégré pour chaque canal à contrôler. Il est ainsi possible de contrôler l’intensité et un mode d’éclairage flash de chaque longueur d’onde programmé. Dans une autre variante de réalisation non illustrée, il est mis en œuvre un seul module de régulation flash placé en amont des modules de régulation de puissance, permettant ainsi de limiter le nombre de composants totaux. Ce dernier mode de réalisation est adapté lorsqu’un même signal flash est mis œuvre pour tous les canaux de LED.In a preferred embodiment, the lighting source is configurable in wavelength by means of multichannel LEDs, such as RGB LEDs making it possible to adjust a wavelength according to the wave supply of each channel . In this embodiment, the invention proposes to implement a power regulator module for each channel to be supplied with LED lighting and so as to be able to configure all the channels and create a tailor-made emission spectrum, in particular with a specific frequency and duty cycle. A flash regulation module and a power control module are also integrated for each channel to be controlled. It is thus possible to control the intensity and a flash lighting mode of each programmed wavelength. In another alternative embodiment not illustrated, a single flash regulation module is used placed upstream of the power regulation modules, thus making it possible to limit the number of total components. This last embodiment is suitable when the same flash signal is used for all LED channels.
Afin d’optimiser l’utilisation de la lumière, l’invention propose également de revêtir une surface interne de la cuve de culture C4 avec une couche réfléchissant de lumière, de sorte que la lumière non absorbée par le milieu de culture soit à nouveau dirigée vers le milieu de culture. De préférence, cette couche réfléchissante est présente sur toute la paroi interne verticale du réservoir, ou au moins sur une partie et de sorte à laisser une ou plusieurs fenêtres pour visualiser l’intérieur de la cuve de culture.In order to optimize the use of light, the invention also proposes to coat an internal surface of the culture tank C4 with a light-reflecting layer, so that the light not absorbed by the culture medium is directed again towards the culture medium. Preferably, this reflective layer is present on the entire vertical internal wall of the tank, or at least on a part and so as to leave one or more windows to visualize the interior of the culture tank.
Selon le mode de réalisation illustré, le dispositif 100 intègre la source lumineuse 2 à l’intérieur de la cuve de culture C4 sous forme d’un tuyau lumineux émettant de la lumière à 360°, et s’étendant le long d’un axe central et longitudinal de la cuve de culture C4. Dans un autre mode de réalisation, la source d’éclairage peut être située à l’extérieur de la cuve de culture C4. La source lumineuse (
L’invention propose également un système de nettoyage adapté à son utilisation avec une source lumineuse interne. Tel qu’illustré à la
Avantageusement, la source lumineuse 2 est conçue pour permettre le remplacement d’un élément lumineux et/ou le dépannage du système de nettoyage 60 sans compromettre la stérilité de la culture en cours. A cette fin, la source lumineuse comporte une colonne d’emplacement 27 hébergeant ledit tuyaux lumineux 21, ladite colonne d’emplacement s’étendant à partir d’un fond de la cuve de culture C4 et débouchant de manière étanche au niveau d’une fermeture 11 supérieure de la cuve de culture. Tel qu’illustré à droite de la
Un autre objectif de l’invention est d’optimiser le photo-bioréacteur pour permettre un suivi et un contrôle optimisé d’une culture de microorganismes photosynthétiques.Another objective of the invention is to optimize the photo-bioreactor to allow optimized monitoring and control of a culture of photosynthetic microorganisms.
A cette fin le réservoir du dispositif peut comporter des moyens de régulation de la température implémentés comme une double enveloppe 3 configurée pour recevoir à son intérieure un fluide pour la régulation de la température. Cette double enveloppe est présente aux parois verticales de la cuve de culture. Tel qu’illustré sur la
La cuve de culture C4 de l’invention est également pourvue d’au moins deux zones de prélèvement reliées par un circuit de conduits 44 à une cuve d’analyse 40 externe à ladite cuve de culture C4. Les zones de prélèvement peuvent être implémentés au niveau du réseau de bullage. La cuve d’analyse C8 comporte des capteurs de pH et de nutriments (glucose, minéraux, vitamines), et un dispositif de mesure de la concentration cellulaire. La concentration cellulaire est calculée de manière connue par rapport à la densité optique du milieu de culture, et au moyen d’un turbidimètre. Tel qu’illustré sur la
Afin de permettre un suivi approfondi des cinétiques de croissance dans le milieu de culture, la cuve de culture C4 intègre à son intérieur des photorésistances 5 permettant de mesurer un flux lumineux à différentes zones du milieu de culture, et reflétant la concentration cellulaire dans lesdites zones. Il est ainsi possible d’obtenir une cartographie 3D de la concentration cellulaire dans les différentes zones de la cuve de culture.In order to allow in-depth monitoring of growth kinetics in the culture medium, the C4 culture tank integrates inside photoresistors 5 making it possible to measure a light flux in different zones of the culture medium, and reflecting the cellular concentration in said zones. . It is thus possible to obtain a 3D map of the cell concentration in the different zones of the culture tank.
Le dispositif de l’invention peut également être adapté pour des grands volumes de culture. La cuve de culture a donc un volume plus important et l’invention propose d’intégrer une pluralité des sources lumineuses 2 à son intérieur afin d’éclairer ledit volume. La
Selon un objectif de l’invention, le photo-bioréacteur peut être conçu comme un système de culture comportant une pluralité de cuves permettant une culture automatisée ou semi-automatisée. Avantageusement, le système de culture est apte à la culture automatisée de microorganismes exigeants ou sensibles, et pour tout type de culture, tel qu’en continu, en lot ou en lot alimenté « fed batch ». L’invention propose notamment un système de culture évitant les changements brutaux des conditions de culture lors des additions de composés à la cuve de culture C4.According to one objective of the invention, the photo-bioreactor can be designed as a culture system comprising a plurality of tanks allowing automated or semi-automated culture. Advantageously, the culture system is suitable for the automated cultivation of demanding or sensitive microorganisms, and for any type of culture, such as continuous, batch or fed batch. The invention notably proposes a culture system avoiding sudden changes in culture conditions when compounds are added to the C4 culture tank.
A ces fins, le système de l’invention comporte une cuve de mélange C3 configurée pour préparer préalablement le milieu de culture à injecter dans la cuve de culture C4. La cuve de mélange comporte notamment des moyens de brassage, des moyens de chauffage tels que des tapis chauffants TC1, TC2, des moyens d’ajustement de pH C10, C11, un capteur de température T1, et une cuve d’analyse C5 de milieu de culture intégrant au moins un capteur de pH. Avantageusement, l’unité de contrôle permet d’actionner et contrôler l’ensemble des moyens de la cuve de mélange, et de sorte à définir et contrôler un volume, une concentration, une température et pH du milieu de culture à préparer et à injecter dans la cuve de culture. La culture dans le PBR ne sera donc pas stressée par l’apport de nouveau milieu de culture, ce dernier pouvant être fait à la même concentration, température et pH que le milieu dans la cuve de culture, ou au moins à des conditions proches.For these purposes, the system of the invention comprises a mixing tank C3 configured to previously prepare the culture medium to be injected into the culture tank C4. The mixing tank comprises in particular mixing means, heating means such as heating mats TC1, TC2, pH adjustment means C10, C11, a temperature sensor T1, and a medium analysis tank C5 culture integrating at least one pH sensor. Advantageously, the control unit makes it possible to activate and control all the means of the mixing tank, and so as to define and control a volume, a concentration, a temperature and pH of the culture medium to be prepared and injected. in the culture tank. The culture in the PBR will therefore not be stressed by the addition of new culture medium, the latter being able to be done at the same concentration, temperature and pH as the medium in the culture tank, or at least at similar conditions.
En particulier, le système comporte une cuve de stockage d’eau C1 pourvue d’une arrivée d’eau courant et une sortie vers un système de stérilisation, par exemple à lumière UV, et permettant de faire un apport d’eau stérile vers la cuve de mélange C3. De plus, la cuve de stockage d’eau C1 permet l’évaporation de certaines molécules indésirables comme le chlore.In particular, the system comprises a water storage tank C1 provided with a current water inlet and an outlet to a sterilization system, for example with UV light, and making it possible to supply sterile water to the mixing tank C3. In addition, the C1 water storage tank allows the evaporation of certain unwanted molecules such as chlorine.
Le système comporte également des cuves de pH C10, C11 pour le stockage des solutions d’ajustement de pH, ces dernières étant reliées à la cuve de mélange C3 et/ou directement à la cuve de culture C4 pour l’injection de solutions d’ajustement de pH dans ces dernières. Le système comporte également une cuve molécule C7 pour le stockage de nutriments et injection de micronutriments tel que des molécules carbonées, minéraux, vitamines et d’autres composés d’intérêt. Le système de culture comporte également un module ou cuve de récolte C6 reliée à une sortie de la cuve de culture C4, et permettant de prélever tout ou partie du milieu de culture.The system also includes pH tanks C10, C11 for storing pH adjustment solutions, the latter being connected to the mixing tank C3 and/or directly to the culture tank C4 for the injection of pH solutions. pH adjustment in the latter. The system also includes a C7 molecule tank for storing nutrients and injecting micronutrients such as carbon molecules, minerals, vitamins and other compounds of interest. The culture system also includes a module or harvest tank C6 connected to an outlet of the culture tank C4, and allowing all or part of the culture medium to be taken.
Comme illustré à la
Quelque soit le mode de réalisation, l’unité de contrôle comporte un processeur et un programme d’instructions sauvegardées dans une mémoire couplée audit processeur, lesdites instructions étant exécutées par le processeur pour contrôler les conditions opératoires dudit système de culture. Le système est conçu notamment pour le monitoring et le contrôle de la quantité et la vitesse de transport de liquide ou solide entre les cuves avec un maintien des variables dans certaines cuves (température, pH…etc.). L’unité de contrôle est par exemple un automate central modèle i3CL12Y/10D14-SEHF ou SMT_CD_R20.Whatever the embodiment, the control unit comprises a processor and a program of instructions saved in a memory coupled to said processor, said instructions being executed by the processor to control the operating conditions of said culture system. The system is designed in particular for monitoring and controlling the quantity and speed of transport of liquid or solid between tanks while maintaining variables in certain tanks (temperature, pH, etc.). The control unit is for example a central controller model i3CL12Y/10D14-SEHF or SMT_CD_R20.
Le système comporte également une interface utilisateur permettant la sélection des conditions opératoires du système et le monitoring de son fonctionnement, ladite interface étant conçue pour afficher :The system also includes a user interface allowing the selection of the operating conditions of the system and the monitoring of its operation, said interface being designed to display:
- un ensemble des cuves (litrage) ainsi que les flux (débit) de transfert entre les cuves ;- a set of tanks (literation) as well as the transfer flows (flow rate) between the tanks;
-une intensité de l’éclairage (en lumen et en micromole de photon par s et m2) temps d’éclairage, flash ;-lighting intensity (in lumen and micromole of photon per s and m2) lighting time, flash;
-une graphique de la turbidité ou concentration cellulaire en fonction du temps ;-a graph of turbidity or cell concentration as a function of time;
-une graphique de la photorésistance en fonction du temps ;-a graph of photoresistance versus time;
-une valeur du ph et de la température des cuves ;-a value of the pH and temperature of the tanks;
-une graphique de la conductimétrie en fonction du temps ;-a graph of conductimetry as a function of time;
- un pourcentage de CO2dans le milieu dans la cuve de culture C4 et le taux d’injection de CO2;- a percentage of CO 2 in the medium in the C4 culture tank and the CO 2 injection rate;
- une valeur de divers composants tels que le sucre- a value of various components such as sugar
- un ratio de CO2absorbé par rapport au CO2injecté.- a ratio of CO 2 absorbed in relation to CO 2 injected.
De même, toutes les valeurs pH, débit, température, intensité de lumière et mode d’éclairage sont modifiables dans un même cycle de fonctionnement sur cette interface.Likewise, all pH, flow, temperature, light intensity and lighting mode values can be modified in the same operating cycle on this interface.
Avantageusement, le système comporte différents cycles permettant l’automatisation d’une culture, et ceci en incluant les cycles de démarrage, de lavage, de rinçage, et de démarche et arrêt d’une culture cellulaire.Advantageously, the system includes different cycles allowing the automation of a culture, including the cycles of starting, washing, rinsing, and starting and stopping a cell culture.
Des exemples de ces cycles sont données ci-après de manière non limitative :Examples of these cycles are given below in a non-limiting manner:
Cycle 1 : Initialisation des volumes fonctionnelles par rapport à des capteurs de niveau des cuves du système :Cycle 1: Initialization of the functional volumes in relation to the level sensors of the system tanks:
- État initial : En attente.- Initial state: Waiting.
- Bouton : Initialisation volume.- Button: Volume initialization.
- Remplissage de C1, C4 (avec C8), C2,C3 (avec C9) jusqu’au signal du capteur de niveau CNC1, CNC3, CNC4.- Filling of C1, C4 (with C8), C2, C3 (with C9) up to the signal from the level sensor CNC1, CNC3, CNC4.
- Enregistrement du volume de liquide associer aux capteurs de niveau/cuve.- Recording of the volume of liquid associated with the level/tank sensors.
- Fin.- END.
Cycle 2 : lavage javel (ou autre produit stérilisant)Cycle 2: bleach wash (or other sterilizing product)
- État initial : En attente- Initial state: Waiting
- Bouton : Stérilisation- Button: Sterilization
- Remplissage de X litres de javel dans la cuve de stockage d’eau C1 à indiquer à l’unité de contrôle par l’opérateur.- Filling of X liters of bleach in the water storage tank C1 to be indicated to the control unit by the operator.
- Remplissage de cuve de mélange C3 et à partir de la cuve de stockage d’eau C1- Filling of mixing tank C3 and from water storage tank C1
- Remplissage de la cuve de stockage de nutriments C2 et à partir de la cuve de mélange d’eau C3.- Filling of the nutrient storage tank C2 and from the water mixing tank C3.
- Déclenchement d’une pompe de brassage de la cuve de stockage de nutriments C2.- Triggering of a mixing pump of the nutrient storage tank C2.
- Remplissage de la cuve de mélange C3 et à partir de la cuve de stockage d’eau C1 + activation de la pompe P3 alimentant la cuve d’analyse C9 (après un certain litrage dans la cuve de mélange C3 définis par l’opérateur).- Filling of the mixing tank C3 and from the water storage tank C1 + activation of the pump P3 supplying the analysis tank C9 (after a certain liter in the mixing tank C3 defined by the operator) .
- Déclenchement pompe brassage de la cuve de mélange C3- Triggering mixing pump of mixing tank C3
- Stérilisation tuyaux pH (P9-P10) reliant les cuves de pH (C9, C10)- Sterilization pH pipes (P9-P10) connecting the pH tanks (C9, C10)
- Remplissage cuve de culture C4 (+ activation de la pompe P8 assigné à la cuve d’analyse C8 après un certain litrage dans la cuve de culture C4) à partir de la cuve de mélange C3- Filling culture tank C4 (+ activation of pump P8 assigned to analysis tank C8 after a certain liter in culture tank C4) from mixing tank C3
- Stérilisation tuyau relié à la cuve de culture C4- Sterilization pipe connected to the C4 culture tank
-Vidage cuve de culture C4 à partir de la cuve de récolte C6-Empty culture tank C4 from harvest tank C6
-Arrêt pompe P8-P8 pump stop
-Vidage cuve de mélange C3 dans cuve de culture C4 + activation de la pompe P8-Empty mixing tank C3 into culture tank C4 + activation of pump P8
-Vidage C4 + arrêt pompe P8-Drain C4 + pump stop P8
-Fin-END
Cycle 3 : RinçageCycle 3: Rinse
-État initial : En attente-Initial state: Waiting
-Bouton : Rinçage-Button: Rinse
-Remplissage de X L d’eau à indiquer à l’automate par l’opérateur. (cuve pH, Molécule)-Filling of X L of water to be indicated to the machine by the operator. (pH tank, Molecule)
-Remplissage C1 jusqu’au capteur de niveau.-Filling C1 up to the level sensor.
-Remplissage C3 d’eau et activation pompe de brassage-Filling C3 with water and activating brewing pump
-Remplissage C2 d’eau à partir de la cuve C3 et activation pompe de brassage-Filling C2 with water from tank C3 and activating brewing pump
-Remplissage cuve de mélange C3 à partir de cuve de stockage de nutriments C2-Filling mixing tank C3 from nutrient storage tank C2
-Vidage cuves de pH C10, C11 dans cuve de mélange C3 et vidage du surplus dans cuve de culture C4 pour cuve de mélange C3-Empty pH tanks C10, C11 in C3 mixing tank and empty the surplus in C4 culture tank for C3 mixing tank
-Remplissage de cuve de culture C4 (+ activation pompe P8) à partir de cuve de mélange C3.-Filling of culture tank C4 (+ activation of pump P8) from mixing tank C3.
-Vidage cuve de culture C4-Empty culture tank C4
-Arrêt pompe P8-P8 pump stop
-Vidage cuve molécule dans cuve de culture C4 et vidage de cuve de culture C4-Empty molecule tank in C4 culture tank and empty C4 culture tank
-S’il reste de l’eau dans les cuves, vidage dans cuve de mélange C3-If there is water left in the tanks, empty into mixing tank C3
-Vidage cuve de mélange C3 dans cuve de culture C4 et Vidage cuve de culture C4 dans cuve de récolte C6-Empty mixing tank C3 into culture tank C4 and Empty culture tank C4 into harvest tank C6
-Fin-END
Cycle 4 : Mise en marche début de la culture cellulaireCycle 4: Start of cell culture
-État initial : En attente-Initial state: Waiting
-Bouton : Start-Button: Start
-Remplissage de la cuve de stockage d’eau C1 en eau jusqu’au capteur de niveau CNC1-Filling of the water storage tank C1 with water up to the level sensor CNC1
-Remplissage de la cuve de stockage de nutriments C2 par un opérateur d’une quantité X de liquide à indiquer à l’automate.-Filling of the nutrient storage tank C2 by an operator with a quantity
-Actionnement des pompes de brassage cuve C2-Activation of tank C2 mixing pumps
-L’opérateur indique la dilution souhaitée du liquide de C2 avec l’eau de C1 dans la cuve de mélange C3.-The operator indicates the desired dilution of the C2 liquid with the C1 water in the C3 mixing tank.
-Mélange (+ actionnement pompe de brassage à partir d’un niveau X de liquide indiqué à l’automate) dans la cuve de mélange C3 jusqu’au remplissage (capteur de niveau CNC3 OU volume donné par l’opérateur) selon la dilution souhaitée avec l’option d’activation du filtre UV (oui OU non). Visualisation des débits et modification possible.-Mixing (+ mixing pump actuation from a liquid level with the option of activating the UV filter (yes OR no). Visualization of flow rates and possible modification.
-Actionnement 2 tapis chauffant TC1, TC2 de la cuve de mélange C3 jusqu’à la température de consigne indiqué par l’opérateur-Activation of 2 heating mats TC1, TC2 of the mixing tank C3 up to the set temperature indicated by the operator
-Allumage des sources lumineuses 2 dans la cuve de culture C4 à l’intensité choisie, affichage de la mesure d’intensité donnée par la photorésistance.-Ignition of light sources 2 in the culture tank C4 at the chosen intensity, display of the intensity measurement given by the photoresistor.
-Remplissage par l’opérateur de X L d’algues dans cuve de culture C4 à indiquer à l’unité de contrôle.-Filling by the operator of X L of algae in C4 culture tank to indicate to the control unit.
-Activation pompe P8-P8 pump activation
-Remplissage de la cuve de culture C4 à partir de cuve de mélange C3 avec un débit Y choisi jusqu'au capteur de niveau CNC4 ou volume choisi.-Filling of culture tank C4 from mixing tank C3 with a chosen flow rate Y to the level sensor CNC4 or chosen volume.
-Pendant le remplissage de la cuve de culture C4 par le milieu contenu dans la cuve de mélange C3 :-While filling the culture tank C4 with the medium contained in the mixing tank C3:
-Remplissage de la double enveloppe de la cuve de culture C4et chauffage de la cuve de chauffage C5 jusqu’à la température de consigne. Maintien de cette fonction durant le process.-Filling the double jacket of the C4 culture tank and heating the C5 heating tank to the set temperature. Maintaining this function during the process.
-Activation de l’arrivée du mélange Co2/ air à la concentration en C02donné par l’opérateur. Maintien de cette fonction durant le process-Activation of the arrival of the Co2/air mixture at the C0 2 concentration given by the operator. Maintaining this function during the process
-Activation du pH-mètre, régulation du pH (pH de consigne) : Deux modes au choix : réguler avec cuve PH (liquide basique OU Acide indiqué par l’opérateur) OU régulation grâce à l’arrivée de Co2 (le CO2 baisse le pH). Maintien de cette fonction durant le process.-Activation of the pH meter, regulation of the pH (set pH): Two modes to choose from: regulate with PH tank (basic liquid OR Acid indicated by the operator) OR regulation thanks to the arrival of Co2 (the CO2 lowers the pH). Maintaining this function during the process.
-Activation du turbidimètre/spectrophotomètre et conductimètre + d’autre capteur éventuelle-Activation of the turbidimeter/spectrophotometer and conductivity meter + other possible sensor
-Vidage de la cuve de culture C4 selon 2 modes : Mode renouvellement de x pourcents par jour avec réglage du débit OU vidage de X L à intervalle de temps donné.-Emptying of the C4 culture tank according to 2 modes: Renewal mode of x percent per day with flow rate adjustment OR emptying of X L at a given time interval.
-Le milieu de la cuve de mélangeC3 sera renouvelé lorsque le niveau passera en dessous d’un seuil choisi par l’opérateur jusqu'à qu’il atteigne son capteur de niveau CNC3 OU le volume choisi par l’opérateur.-The middle of the mixing tank C3 will be renewed when the level falls below a threshold chosen by the operator until it reaches its level sensor CNC3 OR the volume chosen by the operator.
-Injection d’une molécule à partir de la cuve de molécules C7 si instructions de l’opérateur.-Injection of a molecule from the C7 molecule tank if instructed by the operator.
Le système de l’invention est donc très avantageux en ce qu’il est conçu pour faciliter l’ensemble des taches nécessaires à un utilisateur pour effectuer une culture cellulaire, et nécessite une intervention minimale de l’utilisateur. D’autre part, le système est conçu pour avoir un contrôle très précis des conditions de culture et est donc très avantageux pour la culture expérimentale et la recherche sur les microorganismes photosynthétiques. En effet, le système permet un paramétrage total et précis des conditions de culture, et notamment du mode d’éclairage.The system of the invention is therefore very advantageous in that it is designed to facilitate all of the tasks necessary for a user to carry out cell culture, and requires minimal user intervention. On the other hand, the system is designed to have very precise control of cultivation conditions and is therefore very advantageous for experimental cultivation and research on photosynthetic microorganisms. Indeed, the system allows total and precise configuration of the growing conditions, and in particular the lighting mode.
Le système de l’invention permet donc l’obtention de hauts rendements de production de biomasse. De même, sa grande autonomie, sa capacité à absorber le CO2ainsi que son grand rendement en matière nutritive permettent de pouvoir envisager ce système de culture dans des colonies spatiales. En effet, les contraintes spatiales sont en adéquation avec les capacités que peuvent offrir ce bioréacteur soit un grand rendement surfacique, une capacité de recyclage du CO2des astronautes et de leur déchet (urine fèces etc…) ou encore la capacité à pouvoir cultiver les algues sans contamination du milieu extérieur.The system of the invention therefore makes it possible to obtain high biomass production yields. Likewise, its great autonomy, its capacity to absorb CO 2 as well as its high yield of nutrients make it possible to envisage this cultivation system in space colonies. Indeed, the spatial constraints are in line with the capacities that this bioreactor can offer, namely a high surface yield, a capacity to recycle the CO 2 of the astronauts and their waste (urine, feces, etc.) or even the capacity to be able to cultivate the algae without contamination from the external environment.
Nous pouvons envisager un autre type d’utilisation plus terre-à-terre comme système de culture produisant de l’alimentation dans des espaces peu propices à la culture végétale standard. Il peut être par exemple utilisé dans le cadre de pays en sous-nutrition comme une installation autonome qui fournira les besoins alimentaires du secteur. Bien entendu, le système peut également être relié à une installation polluante et récupérer le CO2émis par cette installation.We can consider another, more down-to-earth type of use as a growing system that produces food in spaces unsuitable for standard plant growing. It can, for example, be used in undernourished countries as an autonomous installation which will supply the food needs of the sector. Of course, the system can also be connected to a polluting installation and recover the CO 2 emitted by this installation.
Claims (19)
-la source lumineuse (2) est configurable en intensité, et de préférence en longueur d’onde au moyen dudit module de régulation de puissance piloté par ladite unité de contrôle (1), et
-le module de régulation est alimenté par un courant continu et mets en œuvre une régulation analogique pour contrôler une puissance d’alimentation de la source lumineuse (2) faisant varier l’intensité lumineuse.Photo-bioreactor device (100), said device (100) comprising a culture tank (C4), a light source (2) with LED light-emitting diodes, a power regulation module of said light source (2) and a control unit. control (1), characterized in that:
-the light source (2) is configurable in intensity, and preferably in wavelength by means of said power regulation module controlled by said control unit (1), and
-the regulation module is powered by a direct current and implements analog regulation to control a power supply of the light source (2) varying the light intensity.
-la cuve de culture (C4) comporte une entrée reliée à la cuve de mélange (C3) pour son alimentation en milieu de culture, et
- la cuve de mélange (C3) comporte une entrée reliée à la cuve de stockage d’eau (C1), une entrée reliée à la cuve de stockage de nutriments (C2), des moyens de brassage, des moyens de réglage de la température, et des moyens de contrôle du pH (C10, C11), et en ce que
-le système est configuré pour préparer le milieu de culture dans la cuve de mélange (C3) à une concentration, température et pH programmables au moyen de de ladite unité de contrôle (1), et
-le système comporte des moyens de transfert sous commande de l’unité de contrôle (1) et étant assignés à chacune des cuves du système pour activer et contrôler un volume et un débit de liquide ou solide transféré entre lesdites cuves.Automated culture system comprising a photo-bioreactor device comprising a culture tank such as the device (100) according to one of claims 1 to 12, said system also comprising a mixing tank (C3), a storage tank of water (C1), and a nutrient storage tank interconnected by a circuit of pipes, and comprising a control unit comprising a processor and a memory coupled to said processor, and instructions saved in the memory and executed by the processor for control the operating conditions of said culture system, characterized in that :
-the culture tank (C4) has an inlet connected to the mixing tank (C3) for its supply of culture medium, and
- the mixing tank (C3) comprises an inlet connected to the water storage tank (C1), an inlet connected to the nutrient storage tank (C2), mixing means, temperature adjustment means , and means of controlling the pH (C10, C11), and in that
-the system is configured to prepare the culture medium in the mixing tank (C3) at a programmable concentration, temperature and pH by means of said control unit (1), and
-the system comprises transfer means under control of the control unit (1) and being assigned to each of the tanks of the system to activate and control a volume and a flow rate of liquid or solid transferred between said tanks.
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- 2022-07-25 FR FR2207599A patent/FR3138147A1/en active Pending
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