OA20824A - Reactor with optimized lighting device. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un réacteur incluant une cuve (1) destinée à contenir : • une masse à traiter, et • au moins un dispositif d'éclairage (2a, 2b) destiné à favoriser le traitement de cette masse, remarquable en ce que chaque dispositif d'éclairage (2a, 2b) comprend un diffuseur de lumière incluant au moins une plaque (211) micro-gravée transparente à un rayonnement lumineux.
The present invention relates to a reactor including a tank (1) intended to contain: • a mass to be treated, and • at least one lighting device (2a, 2b) intended to promote the treatment of this mass, remarkable in that each lighting device (2a, 2b) comprises a light diffuser including at least one micro-engraved plate (211) transparent to light radiation.
Description
REACTEUR A DISPOSITIF D’ECLAIRAGE OPTIMISEREACTOR WITH OPTIMIZED LIGHTING SYSTEM
DOMAINE DE L'INVENTIONFIELD OF THE INVENTION
La présente invention concerne le domaine technique général des réacteurs à éclairage intégré, 5 notamment pour la culture de micro-organismes photosensibles.The present invention relates to the general technical field of reactors with integrated lighting, in particular for the cultivation of photosensitive microorganisms.
Il peut s'agir d’un bioréacteur mais aussi d'un réacteur chimique ou physico-chimique.It can be a bioreactor but also a chemical or physico-chemical reactor.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTIONBACKGROUND OF THE INVENTION
La notion de bioréacteur, ou réacteur biologique, désigne ici un réacteur au sein duquel se 10 développent des phénomènes biologiques, tels qu'une croissance de cultures de microorganismes pures ou d'un consortium de micro-organismes (notamment des microalgues), dans des domaines très variés tels que le traitement d'effluents, la production de biomasse contenant des biomolécules d'intérêt (c’est-à-dire des biomolécules que l'on sait valoriser). Cette notion englobe donc notamment les réacteurs appelés fermenteurs.The notion of bioreactor, or biological reactor, denotes here a reactor within which biological phenomena develop, such as growth of cultures of pure microorganisms or of a consortium of microorganisms (in particular microalgae), in very varied fields such as the treatment of effluents, the production of biomass containing biomolecules of interest (that is to say biomolecules that we know how to valorize). This notion therefore encompasses in particular reactors called fermenters.
Un bioréacteur comporte typiquement une cuve (cylindrique ou parallélépipédique) contenant un milieu de culture d’espèces biologiques (levures, bactéries, champignons microscopiques, algues, cellules animales et végétales) pour :A bioreactor typically comprises a tank (cylindrical or parallelepipedal) containing a culture medium for biological species (yeasts, bacteria, microscopic fungi, algae, animal and plant cells) for:
ta production de biomasse, ou pour la production d'un métabolite, ou pouryour production of biomass, or for the production of a metabolite, or for
- la bioconversion d'une molécule d’intérêt.- the bioconversion of a molecule of interest.
Divers types de conditions opératoires peuvent être nécessaires pour la croissance des espèces biologiques au sein d'un tel biorèacteur ; on connaît ainsi, notamment, des régimes de croissance autotrophe (ou photo-autotrophe) avec un apport de lumière (on parie aussi de photosynthèse) ou de croissance mixotrophe (avec un apport combiné de source carbonée et de lumière). Il faut 25 noter également que la lumière peut agir sur le métabolisme des cellules en induisant ou réprimant la production de certains composés, indépendamment de la croissance et de la photosynthèse. Un apport de lumière lors de la culture peut donc être utile même lorsque les micro-organismes sont hétérotrophes.Various types of operating conditions may be necessary for the growth of biological species within such a bioreactor; we thus know, in particular, autotrophic (or photo-autotrophic) growth regimes with an input of light (we also speak of photosynthesis) or mixotrophic growth (with a combined input of carbon source and light). It should also be noted that light can act on cell metabolism by inducing or repressing the production of certain compounds, independent of growth and photosynthesis. A supply of light during culture can therefore be useful even when the microorganisms are heterotrophic.
Dans ta suite, on s’intéressera plus spécifiquement aux photo-bioréacteurs, c’est-à-dire aux 30 bioréacteurs dans lesquels un apport de lumière (en continu, de manière cyclique, ou sous forme d’impulsions) est mis en oeuvre.In the following, we will focus more specifically on photo-bioreactors, that is to say the 30 bioreactors in which a supply of light (continuous, cyclically, or in the form of pulses) is implemented. .
On a déjà proposé des photo-bioréacteurs dans lesquels l’apport en lumière est réalisé par l’intérieur de la cuve. Le document US 3 986 297 propose notamment un photo-bioréacteur dans lequel l’apport de lumière est réalisé par immersion, dans le milieu de culture, de moyens d’illumination (tel que des lampes au xénon). Un inconvénient de cette solution est que l’efficacité du photo-bioréacteur est inversement proportionnelle aux dimensions de celui-ci. Ainsi, plus les dimensions du photo-bioréacteur augmente, plus son efficacité diminue.We have already proposed photo-bioreactors in which the light supply is carried out by the inside of the tank. Document US 3,986,297 proposes in particular a photo-bioreactor in which the supply of light is produced by immersion, in the culture medium, of illumination means (such as xenon lamps). A disadvantage of this solution is that the efficiency of the photo-bioreactor is inversely proportional to its dimensions. Thus, the more the dimensions of the photo-bioreactor increase, the more its efficiency decreases.
On a également proposé des photo-bioréacteurs dans lesquels l’apport en lumière est réalisé par l’extérieur de la cuve. Notamment, une configuration bien maîtrisée consiste à munir la cuve de hublots permettant la pénétration d’une lumière générée depuis l'extérieur de la cuve (lumière naturelle ou artificielle). Un inconvénient d'une telle configuration est que les hublots limitent la surface d'illumination et absorbent ou réfléchissent une partie significative des photons émis par la source d'éclairage.Photo-bioreactors have also been proposed in which light is supplied from the outside of the tank. In particular, a well-controlled configuration consists in providing the tank with portholes allowing the penetration of light generated from outside the tank (natural or artificial light). A disadvantage of such a configuration is that the windows limit the illumination surface and absorb or reflect a significant part of the photons emitted by the lighting source.
Que l’apport de lumière soit réalisé par l'intérieur ou par l’extérieur de la cuve, la productivité d’un photo-bioréacteur (production de biomasse par unité de volume) est directement liée à la surface spécifique de celui-ci (rapport surface éclairée sur volume de culture). Il est donc nécessaire que le photo-bioréacteur ait une grande surface spécifique éclairée.Whether the light supply is made from inside or outside the tank, the productivity of a photo-bioreactor (production of biomass per unit volume) is directly linked to its specific surface ( ratio of illuminated area to culture volume). It is therefore necessary for the photo-bioreactor to have a large illuminated specific surface.
Qu’ils soient plats ou cylindriques, un inconvénient des photo-bioréacteurs actuels est qu’ils doivent occuper une grande surface au sol pour que leur productivité soit acceptable.Whether they are flat or cylindrical, a disadvantage of current photo-bioreactors is that they must occupy a large floor area for their productivity to be acceptable.
Par ailleurs, quelle que soit la source de lumière choisie pour illuminer le milieu de culture (Néons, LEDs, Lumière Naturelle), son apport en énergie photonique est réalisé de manière très localisée, de sorte que :Moreover, whatever the light source chosen to illuminate the culture medium (Neons, LEDs, Natural Light), its photonic energy supply is carried out in a very localized manner, so that:
la majeure partie des photons émis par la source de lumière ne peuvent pas être consommée biologiquement par le micro-organisme du fait d’une surcharge en énergie, la dissipation de la chaleur générée par la source de lumière est mal maîtrisée,most of the photons emitted by the light source cannot be biologically consumed by the micro-organism due to an energy overload, the dissipation of the heat generated by the light source is poorly controlled,
- il est complexe et coûteux de réaliser des photo-bioréacteurs de grandes dimensions.- It is complex and expensive to produce large photo-bioreactors.
Un but de la présente invention est de proposer un photo-bioréacteur économique, aussi bien au niveau des investissements que des frais d'exploitation, et dont l'emprise foncière est réduite.An object of the present invention is to provide an economical photo-bioreactor, both in terms of investments and operating costs, and whose land area is reduced.
Un autre but de l’invention est de fournir un photo-bioréacteur de grande capacité (cuve de 1000 litres ou plus) dans lequel le rendement en quantité de photons (pmol-ph-s’) apportés par une surface lumineuse par unité de puissance (Watt) est optimisé.Another object of the invention is to provide a large capacity photo-bioreactor (tank of 1000 liters or more) in which the yield in quantity of photons (pmol-ph-s') provided by a luminous surface per unit of power (Watt) is optimized.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTIONBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
A cet effet, l’invention propose un réacteur incluant une cuve destinée à contenir : o une masse à traiter, et o au moins un dispositif d’éclairage destiné à favoriser le traitement de cette masse, remarquable en ce que chaque dispositif d'éclairage comprend :To this end, the invention proposes a reactor including a tank intended to contain: o a mass to be treated, and o at least one lighting device intended to promote the treatment of this mass, remarkable in that each lighting device understand :
un diffuseur de lumière, le diffuseur incluant au moins une plaque micro-gravée transparente à un rayonnement lumineux, ladite plaque ayant des faces arrière et avant opposées et au moins deux tranches entre les faces arrière et avant, t aire de chaque face étant supérieure à l’aire de chaque tranche, la face arrière incluant une pluralité de micromotifs,a light diffuser, the diffuser including at least one micro-etched plate transparent to light radiation, said plate having opposite rear and front faces and at least two slices between the rear and front faces, the area of each face being greater than the area of each slice, the back side including a plurality of micropatterns,
- une source de lumière pour générer le rayonnement lumineux, la source de lumière étant disposée sur au moins une tranche de la plaque et étant orientée de sorte que le rayonnement lumineux qu’elle génère se propage dans la plaque.- a light source to generate the light radiation, the light source being arranged on at least one edge of the plate and being oriented so that the light radiation it generates propagates in the plate.
Cette solution permet d’obtenir un photo-bioréacteur ayant de meilleurs rendements (énergétique d’une part, et en production de biomasse d’autre part) que les photo-bioréacteurs existants.This solution makes it possible to obtain a photo-bioreactor with better yields (energy on the one hand, and biomass production on the other) than existing photo-bioreactors.
En effet, l’utilisation d’une (ou plusieurs) plaque(s) micro-gravée(s) permet la conduction homogène du rayonnement lumineux généré par la source de lumière. L’énergie photonique est guidée à travers toute la paque micro-gravée et ressort de celle-ci sur toute la surface de sa face avant, ce qui améliore le rapport surface illuminée/volume éclairé directement en contact avec le milieu de culture.Indeed, the use of one (or more) micro-engraved plate(s) allows the homogeneous conduction of the light radiation generated by the light source. The photon energy is guided through the entire micro-etched plate and emerges from it over the entire surface of its front face, which improves the ratio of illuminated surface to illuminated volume directly in contact with the culture medium.
Ainsi, l’invention permet d’augmenter le rapport pmol-photons s-1 W1 par unité de volume, ce qui assure une réduction de l'empreinte environnementale du photo-bioréacteur et diminue les coûts associés à son exploitation.Thus, the invention makes it possible to increase the ratio pmol-photons s −1 W 1 per unit volume, which ensures a reduction in the environmental footprint of the photo-bioreactor and reduces the costs associated with its operation.
Des aspects préférés mais non limitatifs de l’ensemble selon l’invention sont les suivants :Preferred but non-limiting aspects of the assembly according to the invention are the following:
- chaque plaque peut être sensiblement plane et comprendre quatre tranches, chaque source de lumière incluant une piuralité de diodes électroluminescentes disposées sur au moins l’une des tranches de plus petites dimensions ;- each plate can be substantially planar and comprise four slices, each light source including a piurality of light-emitting diodes arranged on at least one of the slices of smaller dimensions;
- chaque plaque peut être cylindrique et comprendre deux tranches, chaque source de lumière incluant une pluralité de diodes électroluminescentes disposées sur au moins l’une des deux tranches ;- each plate may be cylindrical and comprise two slices, each light source including a plurality of light-emitting diodes arranged on at least one of the two slices;
- les diodes de la pluralité de diodes électroluminescentes peuvent être disposées sur la tranche de la plaque la plus éloignée du fond de la cuve ;- The diodes of the plurality of light-emitting diodes can be arranged on the edge of the plate furthest from the bottom of the tank;
- chaque diffuseur de lumière peut comprendre une paire de plaques micro-gravées agencées de sorte que leurs faces arrière s’étendent en regard l’une de l’autre ;- each light diffuser can comprise a pair of micro-engraved plates arranged so that their rear faces extend facing each other;
- chaque diffuseur de lumière peut comprendre en outre au moins une couche de matériau réfléchissant le rayonnement lumineux, chaque couche de matériau réfléchissant s’étendant sur la face arrière d’une plaque respective ;- each light diffuser may further comprise at least one layer of material reflecting the light radiation, each layer of reflecting material extending over the rear face of a respective plate;
chaque diffuseur de lumière peut comprendre en outre au moins une couche de transmission, chaque couche de matériau de transmission s’étendant sur la face avant d’une plaque respective ;each light diffuser may further comprise at least one transmission layer, each layer of transmission material extending over the front face of a respective plate;
1e réacteur peut comprendre une pluralité de diffuseurs de lumière, deux diffuseurs de lumières adjacents étant espacés d’une distance comprise entre 2 et 10 centimètres, préférentiellement entre 4 et 8 centimètres, et encore plus préférentiellement sensiblement égale à 6 centimètres ;the first reactor may comprise a plurality of light diffusers, two adjacent light diffusers being spaced apart by a distance of between 2 and 10 centimeters, preferably between 4 and 8 centimeters, and even more preferably substantially equal to 6 centimeters;
- la source de lumière de chaque dispositif d’éclairage peut être adaptée pour générer un rayonnement lumineux continu ;- the light source of each lighting device can be adapted to generate continuous light radiation;
- te réacteur peut comprendre une pluralité de diffuseurs de lumière, deux diffuseurs de lumières adjacents étant espacés d’une distance comprise entre 8 et 150 centimètres, préférentiellement entre 10 et 50 centimètres, et encore plus préférentiellement sensiblement égale à 11 centimètres ;- the reactor may comprise a plurality of light diffusers, two adjacent light diffusers being spaced apart by a distance of between 8 and 150 centimeters, preferably between 10 and 50 centimeters, and even more preferably substantially equal to 11 centimeters;
- la source de lumière de chaque dispositif d’éclairage peut être adaptée pour générer un rayonnement lumineux discontinu sous forme de flashs composé d une alternance de phases obscures et de phases éclairées, par exemple à une fréquence comprise entre 10 et 50 kHz ;- the light source of each lighting device can be adapted to generate discontinuous light radiation in the form of flashes composed of alternating dark phases and lighted phases, for example at a frequency between 10 and 50 kHz;
- la cuve peut avoir une contenance de 100m3, la surface couverte par tes plaques des diffuseurs de lumière étant comprise entre 2000 et 3000m2, de préférence entre 2250 et 2750mz, préférentiellement sensiblement égale à 2500m2 ;- the tank can have a capacity of 100m 3 , the surface covered by your light diffuser plates being between 2000 and 3000m 2 , preferably between 2250 and 2750m z , preferably substantially equal to 2500m 2 ;
- tes dispositifs d’éclairage peuvent être composés :- your lighting devices can consist of:
o d’un premier groupe de dispositifs d’éclairage d’une première hauteur, et o d’un deuxième groupe de dispositifs d’éclairage d’une deuxième hauteur inférieure à la première hauteur, un dispositif d’éclairage du deuxième groupe étant disposé entre deux dispositifs d’éclairage successifs du premier groupe ;o of a first group of lighting devices of a first height, and o of a second group of lighting devices of a second height lower than the first height, a lighting device of the second group being arranged between two successive lighting devices of the first group;
- le réacteur peut comprendre en outre un système d’injection incluant une pluralité d’unités de diffusion, chaque unité de diffusion :- the reactor may further comprise an injection system including a plurality of diffusion units, each diffusion unit:
o s’étendant entre deux diffuseurs de lumière adjacents, et o étant séparée des autres unités de diffusion par au moins deux diffuseurs de lumière successifs ;o extending between two adjacent light diffusers, and o being separated from the other diffusion units by at least two successive light diffusers;
- chaque dispositif d’éclairage peut être indépendamment raccordé à un module d’alimentation en énergie électrique de sorte que chaque dispositif d’éclairage peut être retiré individuellement du réacteur pendant le fonctionnement de celui-ci.- each lighting device can be independently connected to an electrical power supply module so that each lighting device can be removed individually from the reactor during its operation.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
D'autres avantages et caractéristiques du réacteur selon l’invention ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d’exécution, données à titre d exemples non limitatifs, à partir des dessins annexés sur lesquels :Other advantages and characteristics of the reactor according to the invention will emerge better from the following description of several variant embodiments, given by way of non-limiting examples, from the appended drawings in which:
La figure 1 est une représentation schématique en perspective d’une première variante de photo-bioréacteur selon l’invention ;Figure 1 is a schematic representation in perspective of a first variant of photo-bioreactor according to the invention;
La figure 2 est une représentation schématique en perspective d’un dispositif d’éclairage ;Figure 2 is a schematic representation in perspective of a lighting device;
- La figure 3 est une représentation schématique en coupe transversale d’un premier mode de réalisation du dispositif d’éclairage ;- Figure 3 is a schematic representation in cross section of a first embodiment of the lighting device;
La figure 4 est une représentation schématique en coupe transversale d’un deuxième mode de réalisation du dispositif d’éclairage ;Figure 4 is a schematic representation in cross section of a second embodiment of the lighting device;
La figure 5 est une représentation schématique d’une variante expérimentale de photobioréacteur ;Figure 5 is a schematic representation of an experimental photobioreactor variant;
- La figure 6 est une courbe illustrant le rendement en production de biomasse (en fonction de différents paramètres) obtenu à partir de la variante expérimentale de photobioréacteur illustrée à la figure 5 ;- Figure 6 is a curve illustrating the biomass production yield (as a function of various parameters) obtained from the experimental variant of photobioreactor illustrated in Figure 5;
- La figure 7 est une vue partielle en coupe transversale d’une deuxième variante de photobioréacteur ;- Figure 7 is a partial cross-sectional view of a second photobioreactor variant;
- La figure 8 est une courbe illustrant la concentration maximum en microalgues en fonction d’un écartement entre deux dispositifs d’éclairage adjacents ;- Figure 8 is a curve illustrating the maximum concentration of microalgae as a function of a spacing between two adjacent lighting devices;
- La figure 9 est un schéma de principe illustrant la différence entre un éclairage continu et un éclairage discontinu ;- Figure 9 is a block diagram illustrating the difference between continuous lighting and discontinuous lighting;
- La figure 10 représente des courbes de concentration en microalgues en fonction d’un écartement entre deux dispositifs d’éclairage adjacents dans le cas d’un éclairage continu d’une part et dans le cas d’un éclairage discontinu d’autre part.- Figure 10 shows curves of microalgae concentration as a function of a distance between two adjacent lighting devices in the case of continuous lighting on the one hand and in the case of discontinuous lighting on the other.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
On va maintenant décrire différents exemples de photo-bioréacteurs selon l’invention en référence aux figures. Dans ces différentes figures, les éléments équivalents sont désignés par la même référence numérique.We will now describe various examples of photo-bioreactors according to the invention with reference to the figures. In these various figures, the equivalent elements are designated by the same reference numeral.
1. Généralités1. General
En référence à la figure 1, Je bioréacteur comprend :Referring to Figure 1, the bioreactor comprises:
Une cuve 1 destinée à recevoir une masse à traiter,A tank 1 intended to receive a mass to be treated,
- Une pluralité de dispositifs d’éclairage 2a, 2b, et- A plurality of lighting devices 2a, 2b, and
Un système d'injection incluant une pluralité d’unités de diffusion 3 de dioxyde de carbone (COa) sous forme de bulles de gaz ou sous forme d’un fluide constitué de CO2 dissout dans un milieu aqueux.An injection system including a plurality of diffusion units 3 of carbon dioxide (COa) in the form of gas bubbles or in the form of a fluid consisting of CO 2 dissolved in an aqueous medium.
Chaque dispositif d’éclairage est destiné à être intégré dans la cuve pour le traitement du milieu contenu dans la cuve. Ces dispositifs d’éciairage sont destinés à être totalement immergés dans le milieu de culture. Dans la suite, le bioréacteur sera décrit en référence au traitement d'une biomasse formée de micro-organismes, par exemple des microalgues. On comprend toutefois que la description qui suit s'applique également à d'autres types de réacteurs, chimiques ou physico-chimiques.Each lighting device is intended to be integrated into the tank for the treatment of the medium contained in the tank. These lighting devices are intended to be totally immersed in the culture medium. In the following, the bioreactor will be described with reference to the treatment of a biomass formed of microorganisms, for example microalgae. It is however understood that the following description also applies to other types of reactors, chemical or physico-chemical.
Comme illustré à la figure 1, les dispositifs d’éclairage 2a, 2b sont disposés à une distance non nulle du fond de la cuve. Les dispositifs d’éclairages 2a, 2b peuvent être de hauteurs différentes. En particulier, le bioréacteur peut comprendre :As illustrated in Figure 1, the lighting devices 2a, 2b are arranged at a non-zero distance from the bottom of the tank. The lighting devices 2a, 2b can be of different heights. In particular, the bioreactor may comprise:
- un premier groupe 2a de dispositifs d’éclairage ayant une première hauteur ha, et- a first group 2a of lighting devices having a first height h a , and
- un deuxième groupe 2b de dispositifs d'éclairage ayant une deuxième hauteur hb inférieure à la première hauteur ha, un dispositif d’éclairage du deuxième groupe 2b étant disposé entre deux dispositifs d’éclairage successifs du premier groupe 2a. Ceci permet de favoriser le brassage et l’homogénéisation de la masse à traiter.- A second group 2b of lighting devices having a second height h b lower than the first height h a , a lighting device of the second group 2b being arranged between two successive lighting devices of the first group 2a. This makes it possible to promote mixing and homogenization of the mass to be treated.
Pour augmenter encore ie brassage et l’homogénéisation de la masse à traiter, les unités de diffusion 3 du système d'injection peuvent être disposées périodiquement en aval de chaque dispositif d’éciairage du premier groupe 2a (le réacteur étant dépourvu d’unité de diffusion 3 en aval de dispositif d’éclairage du deuxième groupe 2b). Ainsi, après avoir circulé sous le dispositif d’éclairage du premier groupe 2a, la masse à traiter est entraînée verticalement vers le haut de la cuve 1 (i.e, direction opposée au fond) par les bulles de CO2 (ou le fluide contenant le COa dissout) émises (ou émis) par les unités de diffusion 3. La masse à traiter passe au-dessus du dispositif d’éclairage du deuxième groupe 2b et retombe vers le fond de la cuve par gravité. On crée ainsi une circulation de la masse à traiter à travers la cuve, ce qui améliore le brassage et l’homogénéisation de la masse à traiter.To further increase the mixing and the homogenization of the mass to be treated, the diffusion units 3 of the injection system can be arranged periodically downstream of each lighting device of the first group 2a (the reactor being devoid of a broadcast 3 downstream of the lighting device of the second group 2b). Thus, after having circulated under the lighting device of the first group 2a, the mass to be treated is driven vertically upwards from the tank 1 (ie, direction opposite to the bottom) by the bubbles of CO 2 (or the fluid containing the dissolved COa) emitted (or emitted) by the diffusion units 3. The mass to be treated passes over the lighting device of the second group 2b and falls back towards the bottom of the tank by gravity. This creates a circulation of the mass to be treated through the tank, which improves mixing and homogenization of the mass to be treated.
En variante, les dispositifs d’éclairage 2a, 2b du bioréacteur peuvent être tous de hauteur identique. Ceci permet de simplifier l’installation des dispositifs d’éclairage par un opérateur. Dans ce cas, les unités de diffusion 3 sont disposées tous les deux dispositifs d’éclairage de sorte que deux unité de diffusion 3 successives sont séparées par deux dispositifs d’éclairages 2a, 2b adjacents.As a variant, the lighting devices 2a, 2b of the bioreactor can all be of identical height. This simplifies the installation of lighting devices by an operator. In this case, the diffusion units 3 are arranged every two lighting devices so that two successive diffusion units 3 are separated by two adjacent lighting devices 2a, 2b.
LL CuveLL Tank
La cuve 1 est destinée à contenir la masse à traiter. Elle comprend un fond et au moins une paroi latérale.Tank 1 is intended to contain the mass to be treated. It comprises a bottom and at least one side wall.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, la cuve 1 est sensiblement parallélépipédique. Elle est composée d’un fond, de quatre parois latérales et d’un plafond (ou couvercle) au moins partiellement amovible.In the embodiment illustrated in Figure 1, the tank 1 is substantially parallelepipedic. It is composed of a bottom, four side walls and a ceiling (or cover) at least partially removable.
Dans d’autres modes de réalisation, la cuve 1 peut être cylindrique et comprendre une base inférieure formant fond, une base supérieure formant couvercle, et une paroi latérale entre les bases inférieure et supérieure.In other embodiments, the tank 1 can be cylindrical and comprise a lower base forming a bottom, an upper base forming a lid, and a side wall between the lower and upper bases.
Le matériau constituant les parois de la cuve 1 peut être en acier inox ou équivalent. Bien entendu, d'autres matériaux peuvent être choisis en fonction de I application visée (Plexiglass®, Polypropylène, Béton, etc.). Dans tous les cas, la cuve est de préférence réalisée dans un matériau résistant aux produits de nettoyage (javel, peroxyde, etc.).The material constituting the walls of the tank 1 can be stainless steel or equivalent. Of course, other materials can be chosen depending on the intended application (Plexiglass®, Polypropylene, Concrete, etc.). In all cases, the tank is preferably made of a material resistant to cleaning products (bleach, peroxide, etc.).
1.2. Dispositif d'éclairage1.2. lighting device
En référence à la figure 2, chaque dispositif d’éclairage 2a, 2b comprend :Referring to Figure 2, each lighting device 2a, 2b comprises:
un (ou plusieurs) diffuseurfs) de lumière 21, et une (ou plusieurs) source(s) de lumière 22.one (or more) light diffusers 21, and one (or more) light source(s) 22.
La source de lumière 22 permet la génération d’un flux lumineux. Le diffuseur de lumière 21 permet :The light source 22 allows the generation of a luminous flux. The light diffuser 21 allows:
de guider le flux lumineux généré par la source de lumière, etto guide the luminous flux generated by the light source, and
- de le redisperser de manière homogène vers la masse à traiter.- to redisperse it in a homogeneous way towards the mass to be treated.
Avantageusement, chaque source de lumière 22 peut être raccordée indépendamment à un module d’alimentation en énergie électrique. Le module permet de fournir I énergie électrique nécessaire à la génération du flux lumineux. Le fait que chaque source de lumière soit connectée indépendamment à un module d’alimentation en énergie électrique permet de retirer individuellement chaque dispositif d’éclairage 2a, 2b du bioréacteur pendant le fonctionnement de celui-ci.Advantageously, each light source 22 can be independently connected to an electrical power supply module. The module makes it possible to supply the electrical energy necessary for the generation of the luminous flux. The fact that each light source is independently connected to an electrical power supply module makes it possible to individually remove each lighting device 2a, 2b from the bioreactor during operation of the latter.
L 2.1. Diffuseur de lumièreL 2.1. light diffuser
Le diffuseur de lumière 21 comprend une (ou plusieurs) plaque(s)211 texturée(s). Chaque plaque 211 peut être sensiblement plane et rectangulaire (adaptée dans le cas d’une cuve parallélépipédique) ou tubulaire (adaptée dans le cas d’une cuve cylindrique). Chaque plaque 211 comprend une face arrière 2113, une face avant 2114 et :The light diffuser 21 comprises one (or more) textured plate(s) 211(s). Each plate 211 can be substantially flat and rectangular (suitable in the case of a parallelepipedal tank) or tubular (suitable in the case of a cylindrical tank). Each plate 211 comprises a rear face 2113, a front face 2114 and:
- quatre bords latéraux (ou tranches) 2111 dans le cas d’une plaque 211 rectangulaire, ou - deux bords latéraux (ou tranches) 2111 dans le cas d’une plaque 211 tubulaire.- four side edges (or edges) 2111 in the case of a rectangular plate 211, or - two side edges (or edges) 2111 in the case of a tubular plate 211.
Chaque bord latéral 2111 peut être poli, et au moins l’un des bords latéraux 2111 est destiné a venir en contact avec la source de lumière 22 pour permettre la transmission du flux lumineux au travers de la plaque 211.Each side edge 2111 can be polished, and at least one of the side edges 2111 is intended to come into contact with the light source 22 to allow the transmission of the luminous flux through the plate 211.
Le matériau constituant chaque piaque 211 peut être du poly-méthacrylate de méthyle (PMMA) ou un autre matériau transparent connu de l’homme du métier qui permet à la plaque 211 de conduire - par réflexion interne totale sur ses faces avant et arrière - le flux lumineux émis par la source de lumière 22, comme par exemple :The material constituting each plate 211 can be polymethyl methacrylate (PMMA) or another transparent material known to those skilled in the art which allows the plate 211 to conduct - by total internal reflection on its front and rear faces - the luminous flux emitted by the light source 22, such as for example:
une autre résine methacrylique transparente telle que le méthacrylate de méthyle, le éthacrylate d'éthyle, le méthacrylate de butyle, le méthacrylate de propyle ou d'isopropyle, ou une résine transparente de type polystyrène, polycarbonate, polyacrylate, ou un verre / une silice fondue.another transparent methacrylic resin such as methyl methacrylate, ethyl ethacrylate, butyl methacrylate, propyl or isopropyl methacrylate, or a transparent resin such as polystyrene, polycarbonate, polyacrylate, or a glass/silica fondue.
1.2.1.1. Micro-motifs1.2.1.1. Micro-patterns
En référence à la figure 3, chaque plaque 211 comprend une pluralité de micro-motifs 2112 sur sa face amère 2113. Les micro-motifs 2112 permettent d’intercepter les rayonnements 23 du flux lumineux circulant à travers la plaque 211 et de les diriger vers la face avant 2114 de sorte à faciliter leur transmission hors de la plaque 211. Plus précisément, les rayonnements 23 qui frappent chaque micro-motif 2112 sont redispersés. Chaque rayonnement 23 est réémis sous un angle tel qu'il puisse sortir de la plaque 211 par la face avant 2114 opposée à la face arrière 2113 comportant les micro-motifs 2112.Referring to Figure 3, each plate 211 comprises a plurality of micro-patterns 2112 on its front face 2113. The micro-patterns 2112 make it possible to intercept the radiation 23 of the luminous flux circulating through the plate 211 and to direct them towards the front face 2114 so as to facilitate their transmission out of the plate 211. More precisely, the radiation 23 which strikes each micro-pattern 2112 is redispersed. Each radiation 23 is re-emitted at an angle such that it can leave the plate 211 via the front face 2114 opposite the rear face 2113 comprising the micro-patterns 2112.
Chaque micro-motif 2112 peut consister en une cavité - ponctuelles ou en sillon - présentant une forme choisie parmi une forme conique, une forme (poly)pyramidale, une forme quadrangulatre, ou toute autre forme connue de l’homme du métier et permettant à chaque micro-motif 2112 de dévier les rayonnements 23 du flux lumineux. Notamment dans l’exemple illustré à la figure 3, les micro-motifs 2112 consistent en de fines rainures parallèles au bord latéral 2111 en contact avec la source de lumière 22.Each micro-pattern 2112 can consist of a cavity - point or furrow - having a shape chosen from a conical shape, a (poly)pyramidal shape, a quadrangular shape, or any other shape known to those skilled in the art and allowing each micro-pattern 2112 to deflect the radiation 23 from the luminous flux. In particular in the example illustrated in Figure 3, the micro-patterns 2112 consist of fine grooves parallel to the side edge 2111 in contact with the light source 22.
Bien entendu, les micro-motifs 2112 peuvent consister en des éléments de déviation autre que des cavités, tels que :Of course, the micro-patterns 2112 can consist of deflection elements other than cavities, such as:
des particules de diffusion de lumière disposées dans le matériau constituant la plaque 211, ou des composants de texturation de surface disposés sur la face arrière 2113, comme par exemple des structures hémisphériques émergentes, des bosses s’étendant vers l’extérieur de la face arrière 2113, des structures pyramidales émergée ou des combinaisons comprenant au moins l'une des structures précédentes.light scattering particles disposed in the material constituting the plate 211, or surface texturing components disposed on the rear face 2113, such as emergent hemispherical structures, bumps extending outward from the rear face 2113, emerged pyramidal structures or combinations comprising at least one of the preceding structures.
La hauteur (î.e. dimension selon un axe perpendiculaire à la face arrière) de chaque micro-motif 2112 peut être comprise entre 0,15 et 0,5 pm, et le pas entre deux micro-motifs adjacents peut être compris entre 20 et 900 pm, et notamment supérieur ou égale à 100 pm.The height (i.e. dimension along an axis perpendicular to the rear face) of each micro-pattern 2112 can be between 0.15 and 0.5 μm, and the pitch between two adjacent micro-patterns can be between 20 and 900 μm, and in particular greater than or equal to 100 μm.
Avantageusement, les micro-motifs 2112 peuvent être disposés sur la face arrière 2113 selon un espacement consécutif inversement proportionnel à l'éloignement desdits micro-motifs 2112 du bord latéral 2111 en contact avec la source de lumière 22. Un tel agencement permet d'obtenir une intensité lumineuse constante sur toute la surface de la face arrière 2113. En effet, I intensité du flux lumineux qui pénètre dans la plaque 211 décroît en fonction de son éloignement relativement à la source de lumière 22. En faisant varier la densité de micro-motifs 2112 sur la face arrière 2113, il est possible de compenser la perte d'intensité par une densité croissante de micro-motifs 2112.Advantageously, the micro-patterns 2112 can be arranged on the rear face 2113 according to a consecutive spacing inversely proportional to the distance of said micro-patterns 2112 from the side edge 2111 in contact with the light source 22. Such an arrangement makes it possible to obtain a constant light intensity over the entire surface of the rear face 2113. Indeed, the intensity of the light flux which penetrates the plate 211 decreases as a function of its distance relative to the light source 22. By varying the density of micro- patterns 2112 on the rear face 2113, it is possible to compensate for the loss of intensity by increasing the density of micro-patterns 2112.
1.2.1.2. Couche réfléchissante1.2.1.2. reflective layer
Le diffuseur de lumière 21 peut également comprendre une couche de matériau réfléchissant 212 le flux lumineux.The light diffuser 21 may also include a layer of material 212 that reflects the light flux.
Cette couche de matériau réfléchissant 212 s’étend de préférence sur toute la face arrière 2113 de la plaque 211 incluant la pluralité de micro-motifs 2112.This layer of reflective material 212 preferably extends over the entire rear face 2113 of the plate 211 including the plurality of micro-patterns 2112.
La couche de matériau réfléchissant 212 peut consister en un film de matériau réfléchissant tel qu’un film métallisé d’aluminium. En variante, la couche de matériau réfléchissant 212 peut consister en une peinture en matière d’indice de réfraction inférieur à celui du matériau 211 constituant chaque plaque 21.The layer of reflective material 212 may consist of a film of reflective material such as a metallized aluminum film. As a variant, the layer of reflective material 212 can consist of a paint made of material with a refractive index lower than that of the material 211 constituting each plate 21.
1.2.1.3. Couche de transmission1.2.1.3. Transmission layer
Le diffuseur de lumière 21 peut également comprendre une couche de transmission 213 sur la face avant 2114 de la plaque 211.The light diffuser 21 may also include a transmission layer 213 on the front face 2114 of the plate 211.
Cette couche de transmission 213 permet de favoriser la transmission des rayonnement 23 du flux lumineux vers l’extérieur de la plaque 211.This transmission layer 213 makes it possible to promote the transmission of the radiation 23 of the luminous flux towards the outside of the plate 211.
Cette couche de transmission 213 permet également de lisser l'effet d'éclairement obtenu avec le diffuseur de lumière 21.This transmission layer 213 also makes it possible to smooth the illumination effect obtained with the light diffuser 21.
La couche de transmission 213 permet enfin de protéger la plaque 21 contre d’éventuelles agressions mécaniques (rayures dues à un frottement, etc.).The transmission layer 213 finally makes it possible to protect the plate 21 against possible mechanical attacks (scratches due to friction, etc.).
La couche de transmission 213 peut par exempte consister en un vernis protecteur d’indice de réfraction proche de l'indice de réfraction du matériau constituant la plaque 211.The transmission layer 213 can for example consist of a protective varnish with a refractive index close to the refractive index of the material constituting the plate 211.
1.2.2. Source de lumière1.2.2. Light source
Chaque source de lumière 22 peut comprendre une (ou plusieurs) diode(s) électroluminescente(s) (LED) 221. De préférence, chaque diode 221 est une diode électroluminescente de puissance (HPLED), c’est-à-dire une LED de puissance supérieure à 1 Watt. Par exemple, chaque diode 221 peut être une diode électroluminescente à montage direct de puces (également connues sous le nom de LED « COB », acronyme de l'expression anglosaxonne « Chip On Board »). Dans ce cas, la source de lumière 22 peut comporter un module de LED COB composé de plusieurs puces LED fixées à un substrat (par exemple) de céramique. Ceci permet de générer un flux lumineux plus puissant et dense.Each light source 22 may comprise one (or more) light-emitting diode(s) (LED) 221. Preferably, each diode 221 is a power light-emitting diode (HPLED), that is to say an LED power greater than 1 watt. For example, each diode 221 can be a light-emitting diode directly mounted on chips (also known as “COB” LEDs, an acronym for the English expression “Chip On Board”). In this case, the light source 22 may comprise a COB LED module composed of several LED chips fixed to a substrate (for example) of ceramic. This makes it possible to generate a more powerful and dense luminous flux.
Les diodes 221 de la source de lumière 22 peuvent être individuelles, ou être disposées « en barrette » ou « en ruban » (voir la demande de brevet FR1050015). L’utilisation de diodes disposées en ruban permet de faciliter la fabrication du dispositif d’éclairage, chaque source de lumière 22 étant destinée à venir en contact avec un bord latéral de la devant être disposé sur un bord latéral 2111 de la plaque 211 du diffuseur de lumière 21. Les diodes 221 peuvent être alimentées en énergie électrique par l’intermédiaire d’un (ou plusieurs) câble(s) de connexion relié(s) électriquement à une source d’énergie électrique.The diodes 221 of the light source 22 can be individual, or be arranged “in a strip” or “in a ribbon” (see patent application FR1050015). The use of diodes arranged in a ribbon makes it possible to facilitate the manufacture of the lighting device, each light source 22 being intended to come into contact with a lateral edge of the to be arranged on a lateral edge 2111 of the plate 211 of the diffuser light 21. The diodes 221 can be supplied with electrical energy via one (or more) connection cable(s) electrically connected to a source of electrical energy.
Quel que soit l’agencement retenu, les diodes 221 de la source de lumière 22 peuvent être toutes identiques en ayant un même régime d’excitation, ou être différentes. Notamment, tes diodes 221 d’une source de lumière 22 peuvent avoir :Whatever the arrangement chosen, the diodes 221 of the light source 22 can all be identical with the same excitation regime, or be different. In particular, your diodes 221 of a light source 22 can have:
- des régimes d'excitation distincts (par exemple régime continu pour certaines, et régime flash à une fréquence comprise entre 1 et 150 kHz pour d’autres), et/ou- distinct excitation regimes (for example continuous regime for some, and flash regime at a frequency between 1 and 150 kHz for others), and/or
- des spectres d’émission distincts (par exemple en lumière blanche pour certaines et en lumière bleu pour d’autres), etc.- distinct emission spectra (for example in white light for some and blue light for others), etc.
Chaque source de lumière 22 peut également comprendre un (ou plusieurs) réflecteurs) (non représenté) pour réfléchir, orienter et focaliser la lumière produite par les diodes 221.Each light source 22 may also include one (or more) reflectors (not shown) to reflect, direct and focus the light produced by the diodes 221.
Chaque source de lumière est destinée à venir en contact avec un bord latéral de la plaque 211 de sorte que les rayonnement 23 du flux lumineux généré par la source de lumière se propage à l’intérieur de la plaque 211. Avantageusement, les diodes 221 et le (ou les) câble(s) de connexion peuvent être noyés/moulés dans une résine pour étanchéifier chaque source de lumière.Each light source is intended to come into contact with a side edge of the plate 211 so that the radiation 23 of the luminous flux generated by the light source propagates inside the plate 211. Advantageously, the diodes 221 and the connection cable(s) can be embedded/cast in a resin to seal each light source.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 3, le dispositif d’éclairage comprend une source de lumière 22 destinée à venir en contact avec un bord latéral 2111 de la plaque 211. En variante, chaque dispositif d’éclairage peut comprendre deux sources de lumière 22 destinées à venir en contact avec un bord latéral 2111 respectif opposé de la plaque 211. En variante encore, chaque dispositif d’éclairage peut comprendre quatre sources de lumière 22 destinées à venir en contact avec un bord latéral 2111 respectif de la plaque 211.In the embodiment illustrated in FIG. 3, the lighting device comprises a light source 22 intended to come into contact with a lateral edge 2111 of the plate 211. As a variant, each lighting device can comprise two light sources. light 22 intended to come into contact with a respective opposite side edge 2111 of the plate 211. As a further variant, each lighting device may comprise four light sources 22 intended to come into contact with a respective side edge 2111 of the plate 211 .
1.3. Système d’injection1.3. Injection system
Le système d’injection permet d’alimenter le bioréacteur en nutriment, notamment en CO2, En particulier, le système d’injection permet :The injection system makes it possible to supply the bioreactor with nutrients, in particular CO 2 , In particular, the injection system makes it possible:
- de fournir le dioxyde de carbone nécessaire au développement de la biomasse et de mettre en suspension les particules supports de microorganismes contenus dans le milieu de culture de la biomasse.- to provide the carbon dioxide necessary for the development of the biomass and to suspend the support particles of microorganisms contained in the culture medium of the biomass.
L'apport de dioxyde de carbone peut être continu ou discontinu en réponse à certains critères tels que le temps ou le pH. Comme indiqué précédemment, le dioxyde de carbone peut être introduit : sous forme de bulles de gaz, ouThe supply of carbon dioxide can be continuous or discontinuous in response to certain criteria such as time or pH. As mentioned above, carbon dioxide can be introduced: in the form of gas bubbles, or
- sous forme d'une solution aqueuse pompée ou poussée dans le bioréacteur.- in the form of an aqueous solution pumped or pushed into the bioreactor.
L’introduction de dioxyde de carbone sous forme de bulles de gaz permet une meilleure répartition du CO2 dans la cuve.The introduction of carbon dioxide in the form of gas bubbles allows a better distribution of CO 2 in the tank.
Le système d’injection peut comprendre :The injection system may include:
- une unité d’amenée de CO2 - tel qu’un surpresseur (dans le cas de CO2 gazeux) ou une pompe (de type turbine dans le cas de CO2 fluide) - de préférence muni d'un clapet antrretour afin d'éviter la remontée des boues ou des effluents au niveau de l’unité d’amenée de CO2] - a CO 2 supply unit - such as a booster (in the case of gaseous CO 2 ) or a pump (of the turbine type in the case of fluid CO 2 ) - preferably fitted with a check valve in order to avoid the rise of sludge or effluent at the level of the CO 2 supply unit]
- d’une pluralité d’unités de diffusion 3 formant :- a plurality of broadcast units 3 forming:
o dans le cas de CO2 gazeux, des têtes de micro-bullage pour la diffusion de bulle de différents diamètres, o dans le cas de CO2 dissout dans un milieu aqueux, des buses d’éjection de fluide pour (a diffusion du fluide contenant du CO2 dissout.o in the case of gaseous CO 2 , micro-bubbling heads for the diffusion of bubbles of different diameters, o in the case of CO 2 dissolved in an aqueous medium, fluid ejection nozzles for (a diffusion of the fluid containing dissolved CO 2 .
Les unités de diffusions peuvent être de différents types connus de l’homme du métier, par exemple des diffuseurs en matériaux composites microporeux, à membrane (EPDM, silicone, etc., de préférence EPDM), en céramique ou à fente, etc.The diffusion units can be of different types known to those skilled in the art, for example diffusers made of microporous composite materials, with a membrane (EPDM, silicone, etc., preferably EPDM), ceramic or slotted, etc.
Chaque unité de diffusion est de préférence disposée au voisinage immédiat du fond de la cuve. Par ailleurs, chaque unité de diffusion 3 est disposée entre deux dispositifs d’éclairage 2a, 2b adjacents, les différentes unités de diffusion 3 étant agencées de sorte que chaque unité de diffusion 3 est entourée de dispositifs d’éclairage distincts des dispositifs d’éclairage 2a, 2b entourant les autres unités de diffusion 3. En d’autres termes, chaque unité de diffusion 3 est séparée de l’unité de diffusion 3 la plus proche (ou des unités les plus proches) par deux dispositifs d’éclairage 2a, 2b.Each diffusion unit is preferably arranged in the immediate vicinity of the bottom of the tank. Furthermore, each diffusion unit 3 is arranged between two adjacent lighting devices 2a, 2b, the different diffusion units 3 being arranged so that each diffusion unit 3 is surrounded by lighting devices distinct from the lighting devices 2a, 2b surrounding the other diffusion units 3. In other words, each diffusion unit 3 is separated from the nearest diffusion unit 3 (or the nearest units) by two lighting devices 2a, 2b.
L4. Traitement de la biomasseL4. Biomass processing
La biomasse cultivée dans le réacteur selon l’invention peut être récoltée par toute technique connue de l’homme du métier telle que les techniques de sédimentation, de filtration, de flottation ou de centrifugation.The biomass cultured in the reactor according to the invention can be harvested by any technique known to those skilled in the art such as sedimentation, filtration, flotation or centrifugation techniques.
La récolte de biomasse peut être mise en œuvre en continu ou en semi-continu, notamment dans le cas où le bioréacteur est implanté sur un site industrielle. A cet effet, le bioréacteur peut être associé à une unité de séparation - décanteur et/ou centrifugeuse et/ou filtre etc. - permettant de prélever une portion du contenu de la cuve pour séparer la biomasse du milieu de culture.The biomass harvest can be implemented continuously or semi-continuously, in particular in the case where the bioreactor is installed on an industrial site. For this purpose, the bioreactor can be associated with a separation unit - decanter and/or centrifuge and/or filter etc. - allowing a portion of the contents of the tank to be taken to separate the biomass from the culture medium.
La biomasse ainsi extraite peut ensuite être conditionné (congélation sous vide, etc.) pour une utilisation ultérieure. Le milieu de culture, une fois séparé de ia biomasse, peut être réintroduit dans la cuve du bioréacteur.The biomass thus extracted can then be packaged (vacuum freezing, etc.) for subsequent use. The culture medium, once separated from the biomass, can be reintroduced into the tank of the bioreactor.
1,5. Autres caractéristiques du bioréacteur1.5. Other features of the bioreactor
Le réacteur peut également comprendre un module de contrôle incluant un (ou plusieurs) capteur(s) pour vérifier les paramètres du bioréacteur. Notamment, le module de contrôle peut comprendre :The reactor can also comprise a control module including one (or more) sensor(s) to check the parameters of the bioreactor. In particular, the control module may include:
- une (ou plusieurs) sonde(s) de pH,- one (or more) pH probe(s),
- un (ou plusieurs) capteur(s) de mesure du taux de CO2,- one (or more) sensor(s) for measuring the CO 2 level,
- un (ou plusieurs) capteur(s) de lumière, un (ou plusieurs) capteur(s) de POm, et/ou de NO3, et/ou de NhL,- one (or more) light sensor(s), one (or more) POm, and/or NO3, and/or NhL sensor(s),
- un (ou plusieurs) capteur(s) de température.- one (or more) temperature sensor(s).
Les différents capteurs et sondes du module de contrôle permettent de maintenir des valeurs optimales pour les paramètres du bioréacteur influant sur la croissance de la biomasse.The various sensors and probes of the control module make it possible to maintain optimal values for the parameters of the bioreactor influencing the growth of the biomass.
Notamment, le module de contrôle peut adapter la quantité de CO2 injecté dans le milieu de culture en fonction des mesures réalisées par ia sonde de pH et/ou par le(s) capteur(s) de mesure du taux de CO2, etc. Par exemple, si le taux de CO2 mesuré est inférieur à un seuil, le module de contrôle peut commander l’injection d’une quantité supérieure de CO2 dans la cuve (relativement à une quantité de consigne). A l’inverse, si le pH mesuré est inférieur à un seuil prédéterminé, le module de contrôle peut commander l’injection d’une quantité inférieure de CO2 (relativement à une quantité de consigne).In particular, the control module can adapt the quantity of CO 2 injected into the culture medium according to the measurements made by the pH probe and/or by the sensor(s) for measuring the CO 2 level, etc. . For example, if the measured CO 2 rate is below a threshold, the control module can control the injection of a greater quantity of CO 2 into the tank (relative to a set quantity). Conversely, if the measured pH is lower than a predetermined threshold, the control module can control the injection of a lower quantity of CO 2 (relative to a set quantity).
De même, si la température mesurée est inférieure (respectivement supérieure) à une température seuil, le module de contrôle peut commander l’activation d’un échangeur de chaleur - tel qu’un échangeur à plaques - intégré à la cuve du bioréacteur pour chauffer (respectivement refroidir) le milieu de culture.Similarly, if the measured temperature is lower (respectively higher) than a threshold temperature, the control module can control the activation of a heat exchanger - such as a plate exchanger - integrated into the tank of the bioreactor to heat (respectively cool) the culture medium.
Également, en fonction des mesures effectuées par le (ou les) capteur(s) de POsm, de NO3, de NH4, le module de contrôle peut adapter une quantité de nutriment (phosphore, azote, etc.) injectée dans le milieu de culture (en agissant sur l'activation/la désactivation d’une pompe raccordée à une source de nutriments, etc.).Also, depending on the measurements taken by the POsm, NO 3 , NH 4 sensor(s), the control module can adapt a quantity of nutrient (phosphorus, nitrogen, etc.) injected into the medium of culture (by acting on the activation/deactivation of a pump connected to a source of nutrients, etc.).
Enfin, la mesure d’une information représentative de la luminosité à l’intérieur du milieu de culture permet une estimation de la concentration en biomasse à l’intérieur de la cuve. Ainsi, il est possible de réguler l’étape de récolte de la biomasse. Notamment, si la mesure de lumière à l’intérieure de la cuve est représentative d’une concentration de biomasse trop faible, le module de contrôle peut suspendre la récolte de biomasse. A l’inverse, si la mesure de lumière à l’intérieure de la cuve est représentative d’une concentration de biomasse trop forte, le module de contrôle peut initier la récolte de biomasse.Finally, the measurement of information representative of the luminosity inside the culture medium allows an estimation of the biomass concentration inside the tank. Thus, it is possible to regulate the biomass harvesting step. In particular, if the light measurement inside the tank is representative of too low a biomass concentration, the control module can suspend biomass harvesting. Conversely, if the light measurement inside the tank is representative of too high a concentration of biomass, the control module can initiate biomass harvesting.
2. Caractéristiques du photo-bioféacteur2. Characteristics of the photo-biofeactor
2.1. Cas d’un rayonnement lumineux continu2.1. Case of continuous light radiation
On va maintenant décrire différents aspects relatifs à un dimensionnement du bioréacteur permettant l’utilisation optimale du flux lumineux issu des dispositifs d’éclairage. Ce dimensionnement du bioréacteur est réalisé en considérant un apport de lumière continu, c’est-àdire en considérant que chaque source de lumière 22 génère un rayonnement lumineux continu d’intensité constante au cours du temps.We will now describe various aspects relating to a dimensioning of the bioreactor allowing the optimal use of the luminous flux resulting from the lighting devices. This sizing of the bioreactor is carried out by considering a continuous supply of light, that is to say by considering that each light source 22 generates continuous light radiation of constant intensity over time.
2.1.1. Modèle de captation de photons2.1.1. Photon capture model
Pour comprendre si le flux de photons issu des dispositifs d’éclairage est utilisé de manière optimale par la masse à traiter, on propose d’employer un modèle sur la captation de photons par des microalgues en fonction d’une surface d’émission et d’une géométrie du réacteur.To understand if the flux of photons from the lighting devices is used optimally by the mass to be treated, we propose to use a model on the capture of photons by microalgae as a function of an emission surface and a geometry of the reactor.
La représentation suivante montre ies paramètres modulables pour déduire des productivités dans un photo-bioréacteur. Ici il sera préférable de réduire au maximum la fraction non éclairée du réacteur et d’augmenter 1a surface recevant le flux de photons.The following representation shows the adjustable parameters for deducing productivities in a photo-bioreactor. Here it will be preferable to reduce the unlit fraction of the reactor as much as possible and to increase the surface receiving the photon flux.
Le modèle global du rendement surfacique d’un photo-bioréacteur est le suivant :The global model of the surface yield of a photo-bioreactor is as follows:
=(ΐ-ΰΛ=(ΐ-ΰΛ
OÙ :OR :
- fd est la fraction volumique non éclairée par conception du réacteur (fd = 0 si toute la surface du réacteur est éclairée) ;- f d is the volume fraction unlit by design of the reactor (f d = 0 if the entire surface of the reactor is lit);
- pM est le rendement énergétique maximum de conversion de l’énergie lumineuse en énergie physico- chimique ;- pM is the maximum energy efficiency of conversion of light energy into physico-chemical energy;
φ est le rendement quantique molaire de la photosynthèse ;φ is the molar quantum yield of photosynthesis;
u est le module de diffusion linéaire ;u is the linear diffusion modulus;
- aiight est la surface spécifique éclairée du réacteur sur te volume ;- aiight is the illuminated specific surface of the reactor on the volume;
K correspond à une constante de demi-saturation de la photosynthèse (dépend du microorganisme) ;K corresponds to a half-saturation constant of photosynthesis (depends on the microorganism);
- ή correspond au degré de collimation moyen du rayonnement incident,- ή corresponds to the average degree of collimation of the incident radiation,
- Qn est la densité de flux moyenne sur la surface du photo-bioréacteur.- Q n is the average flux density on the surface of the photo-bioreactor.
Les performances maximales d'un photo-bioréacteur peuvent être caractérisées par quelques simplifications des constantes dans un cas idéal. Par conséquent la production dépendra des éléments suivants :The maximum performance of a photo-bioreactor can be characterized by some simplifications of the constants in an ideal case. Therefore production will depend on the following:
- La fraction sombre « Sx », qui correspond au ratio volumique non éclairé (fd=O) :- The dark fraction "Sx", which corresponds to the unlit volume ratio (fd=O):
Sx = (1 - fd) lu (1 + J) en kg /m2 !JSx = (1 - fd) read (1 + J) in kg /m 2 !J
Où q s’exprime en pmolphotons/s/ma, et où K est la constante de demi-saturation de la photosynthèse (30000 pmol/kgx/s),Where q is expressed in pmolphotons/s/m a , and where K is the half-saturation constant of photosynthesis (30000 pmol/kgx/s),
La production surfacique « Px » dû à la captation du flux de photons surfacique capté :The surface production "P x " due to the capture of the surface photon flux captured:
Px - Sx * aLumiere en kg /m3 /1 Avec facteur correctif de 20%Px - Sx * aLight in kg /m 3 /1 With correction factor of 20%
La production volumique en fonction du flux de photons surfacique capté rapporté au volume total :The volume production according to the captured surface photon flux compared to the total volume:
Siumiere a Lumière — ~Light to Light — ~
En appliquant les règles de calculent précédentes pour : une plaque d’acrylique de 0.2m de large et 0.4m de long une lumière incidente de 250pmol/m2/s, - un volume total de réacteur de 0.008 m3, aucune zone d’ombre (fd=O), alors la productivité volumique théorique maximale est estimé à 100 mg/L/J, comme illustré par le tableau ci-dessous.By applying the previous calculation rules for: an acrylic plate 0.2m wide and 0.4m long an incident light of 250pmol/m2/s, - a total reactor volume of 0.008 m 3 , no shadow zone (fd=O), then the maximum theoretical volume productivity is estimated at 100 mg/L/J, as illustrated by the table below.
Ceci est confirmé lors d’une expérience en utilisant le réacteur illustré à la figure 5, dans lequel le dispositif d’éclairage comprend une plaque d’acrylique disposée sous le fond d’une cuve aux parois transparentes. Une production moyenne est de 102 mg/L/J sur 140 heures est obtenue (minimum : 60 mg/L/J, maximum :130 mg/L/J), comme représenté sur la figure 6.This is confirmed during an experiment using the reactor shown in Figure 5, in which the lighting device comprises an acrylic plate placed under the bottom of a tank with transparent walls. An average production is 102 mg/L/D over 140 hours is obtained (minimum: 60 mg/L/D, maximum: 130 mg/L/D), as shown in Figure 6.
L’ajout d’air avec 2% de CO? assure le brassage et apporte du carbone à la masse à traiter.Adding air with 2% CO? provides mixing and brings carbon to the mass to be treated.
2.1.2. Détermination d'une superficie optimale de plaques pour les dispositifs d éclairage du réacteur2.1.2. Determination of an optimal plate area for reactor lighting devices
L’objectif est de déterminer la superficie optimale de diffusion du flux lumineux pour le réacteur. Bien entendu, le nombre et la disposition des dispositifs d’éclairage peut varier en fonction de la quantité de biomasse que l’on souhaite produire.The objective is to determine the optimal area of diffusion of the luminous flux for the reactor. Of course, the number and arrangement of lighting devices can vary depending on the amount of biomass that one wishes to produce.
Si l’on désire produire 1 kg de biomasse par m3 de culture dans un volume de 100 m3 en appliquant les formules de la modélisation globale décrite au point 2.1il faut que les dispositifs d’éclairage comprennent 2500 m2 de plaques lumineuses (diffuseurs de lumière) émettant 1000 pmol/m2/s (sources de lumière).If one wishes to produce 1 kg of biomass per m 3 of culture in a volume of 100 m 3 by applying the formulas of the global modeling described in point 2.1, the lighting devices must include 2500 m 2 of light plates ( light diffusers) emitting 1000 pmol/m 2 /s (light sources).
Ce nombre est directement lié au rendement, au volume, à la géométrie et à l’intensité lumineuse souhaités.This number is directly related to the desired output, volume, geometry and light intensity.
On obtient le tableau suivant :We get the following table:
2.1.3. Détermination d’une quantité maximale de biomasse à ne pas dépasser2.1.3. Determination of a maximum quantity of biomass not to be exceeded
L’objectif est de déterminer la concentration maximum à ne pas dépasser afin de ne pas avoir de zone sombre dans le milieu (i.e. maintenir un fo=O),The objective is to determine the maximum concentration not to be exceeded so as not to have a dark zone in the medium (i.e. to maintain a fo=O),
On suppose un réacteur tel qu’illustré à la figure 7 et comportant :Assume a reactor as shown in Figure 7 and comprising:
- une cuve ayant les dimensions suivantes : 17mètres x 2mètres x 3mètres (Longueur x largeur x Hauteur en mètres), et un volume de 100 m3 - a tank having the following dimensions: 17 meters x 2 meters x 3 meters (Length x width x Height in meters), and a volume of 100 m 3
- des dispositifs d’éclairage incluant des plaques ayant pour dimensions 3 mètres x 2 mètres x 0.01 mètre (Longueur x largeur x Epaisseur).- lighting devices including plates having dimensions of 3 meters x 2 meters x 0.01 meter (Length x width x Thickness).
Pour disposer d’une surface lumineuse de 2500m2, le nombre de plaques doit être de 2500/(3x2) = 417 plaques, pour une épaisseur totale de 4.17 mètres (l’épaisseur de chaque plaque étant de 1 centimètre).To have a luminous surface of 2500m 2 , the number of plates must be 2500/(3x2) = 417 plates, for a total thickness of 4.17 meters (the thickness of each plate being 1 centimeter).
Afin de minimiser l’encombrement relatif à l’introduction des plaques dans la cuve, chaque dispositif d’éclairage peut comprendre deux plaques accolées par leurs faces arrière de sorte que leurs faces avant sont opposées l’une à l’autre (les faces arrière des deux plaques s étendant en regard et étant en contact). Un exemple d’un tel dispositif d’éclairage est illustré à la figure 4. L’espacement entre les différents dispositifs d’éclairage est alors donné par la formule suivante : d = (L-Etal) i (½ X Nbplaques) d = (17-4.17)/ (%χ417).In order to minimize the size relating to the introduction of the plates into the tank, each lighting device can comprise two plates joined by their rear faces so that their front faces are opposite each other (the rear faces of the two plates extending opposite and being in contact). An example of such a lighting device is shown in Figure 4. The spacing between the different lighting devices is then given by the following formula: d = (L-Etal) i (½ X Nbplates) d = (17-4.17)/ (%χ417).
Où :Or :
- d est fa distance libre entre les faces avant de deux dispositifs d’éclairage successifs,- d is the free distance between the front faces of two successive lighting devices,
L correspond à la longueur de la cuve,L corresponds to the length of the tank,
- Βω correspond à l’épaisseur totale des plaques des dispositifs d’éclairage (i.e, somme des épaisseurs des plaques),- Βω corresponds to the total thickness of the plates of the lighting devices (i.e., sum of the thicknesses of the plates),
Nbpiaques correspond au nombre de plaques nécessaires pour disposer d une surface lumineuse de 2500m2.Nbpiaques corresponds to the number of plates required to have a luminous surface of 2500m 2 .
Les tableaux suivants résument les différents résultats ci-dessus.The following tables summarize the different results above.
Pour ne pas avoir de zone sombre dans le milieu (i.e. maintenir un fd-O), il est nécessaire de disposer d’un flux de photons (F) suffisant jusqu’à la zone mitoyenne (B) entre deux dispositifs d’éclairage adjacents.In order not to have a dark zone in the middle (i.e. to maintain an fd-O), it is necessary to have a sufficient flux of photons (F) up to the middle zone (B) between two adjacent lighting devices .
L’intensité lumineuse en fonction de la distance Z peut s’exprimer à partir de la formule suivante . l(z)=loehaBï The luminous intensity as a function of the distance Z can be expressed from the following formula. l(z)=loe haBï
Où :Or :
lo correspond à la lumière incidente,lo corresponds to the incident light,
Ka est un coefficient d’absorpiion,Ka is an absorption coefficient,
B correspond à la concentration en biomasse, Z correspond à ia longueur de la cuve.B corresponds to the biomass concentration, Z corresponds to the length of the tank.
La figure 8 illustre la concentration maximum en microalgues en fonction d’un écartement entre deux dispositifs d’éclairage adjacents. Si l’on considère qu’à partir de 50 pmol/m2/s, la quantité de lumière est insuffisante pour avoir des rendements satisfaisants, il est possible de déterminer la concentration maximale à ne pas dépasser.FIG. 8 illustrates the maximum concentration of microalgae as a function of a spacing between two adjacent lighting devices. If it is considered that from 50 pmol/m 2 /s, the quantity of light is insufficient to obtain satisfactory yields, it is possible to determine the maximum concentration not to be exceeded.
Dans le cas du dispositif illustré à la figure 7 (et considérant un espace libre « d » de 6 centimètres entre les dispositifs d’éclairage), avec une zone mitoyenne B située à 0.03 mètres de chaque dispositif d’éclairage, la concentration maximale à ne pas franchir est de 1.5 g/L.In the case of the device illustrated in figure 7 (and considering a free space "d" of 6 centimeters between the lighting devices), with an adjoining zone B located at 0.03 meters from each lighting device, the maximum concentration at do not cross is 1.5 g/L.
Cette concentration peut être mesurée via des capteurs de matières en suspension tels que . 5 6131 Blue-Green Algae Sensor ou ALS-OD4.This concentration can be measured via suspended solids sensors such as . 5 6131 Blue-Green Algae Sensor or ALS-OD4.
2.1.4. Détermination d’une change en CO22.1.4. Determination of a CO2 exchange
La quantité de CO2 doit être procuré de manière à correspondre à la proportion de photons apportés (Apporter autant de CO2 que de photons apportés par le réacteur).The quantity of CO 2 must be procured so as to correspond to the proportion of photons supplied (Provide as much CO2 as photons supplied by the reactor).
Par conséquent, le débit du mix (Air/COs) doit être ajusté au choix lumineux sélectionné.Consequently, the flow rate of the mix (Air/COs) must be adjusted to the light choice selected.
fO Ici pour 1 kg/m3/J il faut 90% de CO2 avec un débit de 4.77 m3/h.fO Here for 1 kg/m 3 /J, 90% CO2 is needed with a flow rate of 4.77 m 3 /h.
Cas Condition de culture CO2Case Culture condition CO2
2.1.5. Spécificité des plaques2.1.5. Plate specificity
L’homme du métier saura choisir le bon type de plaque pour chaque diffuseur de lumière. Il priorisera :Those skilled in the art will know how to choose the right type of plate for each light diffuser. It will prioritize:
. Le type de gravure (type V...) qui permet de transmettre au mieux les photons sur l’ensemble de la plaque,. The type of engraving (type V, etc.) which allows photons to be transmitted as well as possible over the entire plate,
- Le matériau avec le meilleur taux de propagation de la lumière pour le panneau de transmission qui reçoit les gravures (acrylique, polycarbonate...), Une matière de réflexion optimale pour obtenir la luminosité la plus forte,- The material with the best light propagation rate for the transmission panel that receives the engravings (acrylic, polycarbonate, etc.), An optimal reflective material to obtain the strongest luminosity,
- Le matériau le plus efficace pour l’homogénéisation du flux de photons.- The most effective material for the homogenization of the photon flux.
L’homme du métier choisira le positionnement des LEDs sur un, deux, trois ou quatre côtés de chaque plaque, ainsi que la forme (rectangle, carré, cylindrique) de chaque plaque selon les conditions de culture. Il privilégiera les LEDs les plus uniformes afin de combler l ensemble de la tranche de la plaque gravée.The person skilled in the art will choose the positioning of the LEDs on one, two, three or four sides of each plate, as well as the shape (rectangle, square, cylindrical) of each plate according to the culture conditions. He will favor the most uniform LEDs in order to fill the entire edge of the engraved plate.
2.2. Cas d’un rayonnement lumineux discontinu2.2. Case of discontinuous light radiation
On va maintenant décrire différents aspects relatifs à un dimensionnement du bioréacteur en considérant un apport de lumière discontinu, c’est-à-dire en considérant que chaque source de lumière 22 génère un rayonnement lumineux discontinu composé d’une alternance rapprochée de phases obscures et de phases éclairées (flashs), par exemple à une fréquence comprise entre 10 et 50 kHz.We will now describe various aspects relating to a dimensioning of the bioreactor by considering a discontinuous supply of light, that is to say by considering that each light source 22 generates a discontinuous light radiation composed of a close alternation of dark phases and of illuminated phases (flashes), for example at a frequency of between 10 and 50 kHz.
A titre indicatif, la figure 9 illustre la différence entre un éclairage discontinu 31 et un éclairage continu 32.As an indication, Figure 9 illustrates the difference between discontinuous lighting 31 and continuous lighting 32.
Un tel apport de lumière discontinu permet en effet d’agir positivement sur le rendement des cultures en termes de biomasse. Comme illustré ci-après, le passage d’un apport de lumière continu à un apport de lumière discontinu permet d’augmenter la distance entre deux diffuseurs de lumières 21 adjacents (comprise entre 2 et 10 centimètres, préférentiellement entre 4 et 8 centimètres, et encore plus préférentiellement sensiblement égale à 6 centimètres), tout en maintenant les autres paramètres identiques à ceux calculés précédemment.Such a discontinuous supply of light makes it possible to act positively on crop yield in terms of biomass. As illustrated below, the transition from a continuous light supply to a discontinuous light supply makes it possible to increase the distance between two adjacent light diffusers 21 (between 2 and 10 centimeters, preferably between 4 and 8 centimeters, and even more preferably substantially equal to 6 centimeters), while maintaining the other parameters identical to those calculated above.
2.2.1. Calcul d’une distance optimale entre dispositifs d’éclairage adjacents2.2.1. Calculation of an optimal distance between adjacent lighting devices
Soit un système doté d’une intensité moyenne en continue de 1000 pmol.m'z.s‘1 au niveau des diffuseurs de lumière 21.Consider a system endowed with a continuous average intensity of 1000 pmol.m′ z .s′ 1 at the level of the light diffusers 21.
Lorsque cette intensité moyenne (en continue) est paramétrée en « flashs » tout en maintenant une irradiance moyenne de 1000 pmol.m’Z.s'1, il est alors possible d obtenir des vagues de flash de 10000 pmol.m-2.s'1 :When this average intensity (continuous) is parameterized in “flashes” while maintaining an average irradiance of 1000 pmol.m'Z.s' 1 , it is then possible to obtain flash waves of 10000 pmol.m -2 .s' 1 :
- Le temps de cycle tcycie est tel que :- The cycle time t cyc ie is such that:
w = tüght + tdark (s) / ou la fréquence (Hz) où tiightcorrespond à une phase éclairée et U* correspond à une phase obscure ;w = tüght + tdark (s) / or the frequency (Hz) where tüght corresponds to a lighted phase and U* corresponds to a dark phase;
La fraction lumineuse φ est telle que : φ = (tüght ! (iiight+ tdark ))The luminous fraction φ is such that: φ = (tüght ! (iiight + tdark ))
Irradiance intégrée : lm = lr φ avec φ = 10% ;Integrated irradiance: l m = lr φ with φ = 10%;
U = 1000 pmol.nTz.s'1 lm = lf φ pmoLm’Z.s·1 h = 10000 pmol.m'Z.s·1 U = 1000 pmol.nT z .s' 1 l m = l f φ pmoLm'Zs 1 h = 10000 pmol.m'Zs 1
Cette vague de photons permet d’augmenter la distance d’entrée des photons dans le milieu, et donc d’augmenter la distance entre les diffuseurs de lumière 21 avec une concentration en biomasse identique.This wave of photons makes it possible to increase the entry distance of the photons into the medium, and therefore to increase the distance between the light scatterers 21 with an identical biomass concentration.
Comme il ressort de la figure 10 illustrant des courbes de concentration 33, 34 en microalgues en fonction d’un écartement entre deux dispositifs d’éclairage adjacents :As shown in Figure 10 illustrating microalgae concentration curves 33, 34 as a function of a spacing between two adjacent lighting devices:
- dans le cas d’un éclairage continu d’une part (courbe référencée 33), et dans le cas d’un éclairage discontinu (courbe référencée 34) d’autre part, la distance mitoyenne peut alors être étendue a 0.055 mètres en flash avec une concentration de 1.5 g/L. En d’autres termes, les dispositifs d’éclairage peuvent être agencés de sorte que la distance entre deux diffuseurs de lumières 21 adjacents soit sensiblement égale à 11 centimètres.- in the case of continuous lighting on the one hand (curve referenced 33), and in the case of discontinuous lighting (curve referenced 34) on the other hand, the dividing distance can then be extended to 0.055 meters in flash with a concentration of 1.5 g/L. In other words, the lighting devices can be arranged so that the distance between two adjacent light diffusers 21 is substantially equal to 11 centimeters.
3. Autres modes de réalisation3. Other embodiments
Dans la description qui précède, différentes variantes de bioréacteurs ont été décrits, notamment des bioréacteurs destinés à des applications industrielles permettant le traitement des gaz émis. Bien entendu, les enseignements de la présente invention ne se limitent pas à des bioréacteurs de grandes dimensions destinés à des applications industrielles.In the preceding description, different variants of bioreactors have been described, in particular bioreactors intended for industrial applications allowing the treatment of the gases emitted. Of course, the teachings of the present invention are not limited to large bioreactors intended for industrial applications.
En particulier, dans une variante de réalisation, le bioréacteur peut être de dimensions plus faibles. Par exemple, le bioréacteur peut comprendre :In particular, in a variant embodiment, the bioreactor can be of smaller dimensions. For example, the bioreactor may include:
- une cuve de parois transparentes ou translucides : o de longueur comprise entre 1 et 10 mètres, o de largeur comprise entre 50 centimètres et 5 mètres, o d’épaisseur comprise entre 4 et 30 centimètres, un unique dispositif d’éclairage intégré dans ia cuve,- a tank with transparent or translucent walls: o between 1 and 10 meters long, o between 50 centimeters and 5 meters wide, o between 4 and 30 centimeters thick, a single lighting device integrated into the tank,
- un système d'injection incluant une (ou plusieurs) unités de diffusion.- an injection system including one (or more) diffusion units.
Un tel bioréacteur peut notamment être utilisé dans des applications urbaines pour remplacer certains panneaux existants tel qu’une (ou plusieurs) paroi(s) d’un Abribus®, ou de tout au type d’aubette.Such a bioreactor can in particular be used in urban applications to replace certain existing panels such as one (or more) wall(s) of a Bus Shelter®, or of any bus shelter type.
Bien entendu, la forme de la cuve n’est pas nécessairement parallélépipédique, et dépend de l’application visée (forme cylindrique, etc.). De même, pour certaines applications les parois de la cuve peuvent ne pas être transparente ou translucide.Of course, the shape of the tank is not necessarily parallelepipedal, and depends on the intended application (cylindrical shape, etc.). Similarly, for some applications the walls of the tank may not be transparent or translucent.
Dans tous les cas, le dispositif d’éclairage est de préférence disposé dans la cuve de sorte à s’étendre ;In all cases, the lighting device is preferably arranged in the tank so as to extend;
- parallèlement aux parois latérales de la cuve de plus grandes dimensions, (incluant un diffuseur de lumière composée paire de plaques, et- parallel to the side walls of the larger tank, (including a light diffuser made up of a pair of plates, and
- à égale distance desdites parois latérales de plus grandes dimensions.- At equal distance from said side walls of larger dimensions.
Un tel dispositif d’éclairage comprend un diffuseur de lumière composé de préférence d’une paire de plaques micro-gravée accolées par leurs faces arrières, lesdites plaques ayant sensiblement les mêmes formes et dimensions que les parois latérales de plus grandes dimensions de la cuve (dimensions plaque = 90-100% dimensions paroi latérale de plus grandes dimensions). Le dispositif d’éclairage comprend également une source de lumière tel que décrit précédemment. De préférence, les dimensions de la cuve sont adaptées de sorte que l’éclairement de la masse à traiter par le dispositif d’éclairage soit optimal. Notamment, la distance séparant :Such a lighting device comprises a light diffuser preferably composed of a pair of micro-engraved plates joined by their rear faces, said plates having substantially the same shapes and dimensions as the side walls of larger dimensions of the tank ( plate dimensions = 90-100% side wall dimensions of larger dimensions). The lighting device also comprises a light source as described previously. Preferably, the dimensions of the tank are adapted so that the illumination of the mass to be treated by the lighting device is optimal. In particular, the distance separating:
- le diffuseur de lumière et- the light diffuser and
- chaque paroi latérale de plus grandes dimensions de la cuve peut être comprises entre 1 et 15 centimètres, préférentiellement entre 2 et 10 centimètres, et encore plus préférentiellement entre 3 et 6 centimètres.- Each side wall of larger dimensions of the tank can be between 1 and 15 centimeters, preferably between 2 and 10 centimeters, and even more preferably between 3 and 6 centimeters.
4. Conclusions4. Conclusions
La solution décrite précédemment permet d’augmenter les rendements énergétiques et en production de biomasse du réacteur, notamment grâce à une conduction homogène de la lumière, et à un dimensionnement optimal des différents composants du réacteur en fonction de la quantité maximale de biomasse souhaitée dans le réacteur.The solution described above makes it possible to increase the energy and biomass production yields of the reactor, in particular thanks to a homogeneous conduction of light, and to an optimal dimensioning of the various components of the reactor according to the maximum quantity of biomass desired in the reactor.
Ceci est valable pour des cultures en mixotrophie, en autotrophie sur des organismes photo synthétiques mais également pour des cultures en mixotrophie à dominante hétérotrophe où la lumière n’est pas importante pour l’activité photosynthétique mais par exemple pour l’induction de molécules d’intérêt comme des pigments (WO2017050917), et/ou de l’huile.This is valid for cultures in mixotrophy, in autotrophy on photo-synthetic organisms but also for cultures in predominantly heterotrophic mixotrophy where light is not important for photosynthetic activity but for example for the induction of molecules of interest as pigments (WO2017050917), and/or oil.
L’invention présentée ci-dessus a de nombreuses applications, et peut par exemple être utilisée pour réaliser un puits de carbone permettant, par absorption du carbone contenu dans l’atmosphère (monoxyde/dioxyde de carbone), de réduire la quantité de dioxyde de carbone atmosphérique.The invention presented above has numerous applications, and can for example be used to create a carbon sink making it possible, by absorbing the carbon contained in the atmosphere (carbon monoxide/dioxide), to reduce the quantity of carbon dioxide. atmospheric carbon.
Le lecteur aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l’invention décrite précédemment sans sortir matériellement des nouveaux enseignements et des avantages décrits ici.The reader will have understood that many modifications can be made to the invention described above without materially departing from the new teachings and advantages described here.
Par exemple, dans la description qui précède, le dispositif d’éclairage et de chauffage était intégré dans un réacteur incluant un ensemble tournant destiné à assurer un brassage de cette masse de micro-organismes. Il est bien évident pour l’homme du métier que le dispositif d’éclairage et de chauffage décrit précédemment pourrait être intégré dans un réacteur dépourvu d’ensemble tournant.For example, in the preceding description, the lighting and heating device was integrated into a reactor including a rotating assembly intended to ensure mixing of this mass of microorganisms. It is obvious to those skilled in the art that the lighting and heating device described above could be integrated into a reactor without a rotating assembly.
Par conséquent, toutes les modifications de ce type sont destinées à être incorporées à l’intérieur de la portée des revendications jointes.Accordingly, all such modifications are intended to be incorporated within the scope of the appended claims.
Claims (15)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FRFR2001492 | 2020-02-14 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
OA20824A true OA20824A (en) | 2023-05-05 |
Family
ID=
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