WO2019121933A1 - Photobioreacteur - Google Patents

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WO2019121933A1
WO2019121933A1 PCT/EP2018/085867 EP2018085867W WO2019121933A1 WO 2019121933 A1 WO2019121933 A1 WO 2019121933A1 EP 2018085867 W EP2018085867 W EP 2018085867W WO 2019121933 A1 WO2019121933 A1 WO 2019121933A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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container
photobioreactor
channel
fluid
cylinder
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/085867
Other languages
English (en)
Inventor
Marie-Alix DALLE
Jérôme ARNAUDIS
Original Assignee
Suez Groupe
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suez Groupe filed Critical Suez Groupe
Priority to CA3085888A priority Critical patent/CA3085888A1/fr
Priority to US16/771,522 priority patent/US11639488B2/en
Priority to EP18826007.9A priority patent/EP3728546A1/fr
Priority to CN201880082985.3A priority patent/CN111511892A/zh
Publication of WO2019121933A1 publication Critical patent/WO2019121933A1/fr

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02—Photobioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/06—Nozzles; Sprayers; Spargers; Diffusers
    • C12M29/08—Air lift

Definitions

  • the invention lies in the field of photobioreactors.
  • the invention relates to a photobioreactor of intensive production, adapted to avoid a reduction of light diffusion to the algal solution disposed in the photobioreactor.
  • Micro-algae-type photosynthetic microorganisms tend to dominate many application sectors. Photosynthetic microorganisms are thus used for the solar production of bioenergies, the production of natural molecules of interest or even the pollution control of gaseous effluents (for example C0 2 from fumes) or liquids with the associated production of a plant biomass with multiple outlets (PRUVOST, Jörmy and CORNET, Jean-Institut and LE BORGNE, Institut and JENCK, Jean, February 10, 2017, “Industrial production of microalgae and cyanobacteria", Green chemistry and new energy management, in line, TI Publishing, 2017.
  • C0 2 gas pollution abatement technologies it is called carbon sinks or carbon dioxide (C0 2 ) sinks: it is a natural or artificial reservoir that absorbs carbon. of the atmosphere and helps to reduce the amount of atmospheric carbon dioxide. Photosynthetic micro-organisms of the microalgae type are particularly interesting for this application.
  • the industrial production of photosynthetic micro-organisms requires dedicated technologies to conduct so-called photoprocessing methods of photography capable of allowing photosynthetic growth based on the assimilation, thanks to the light captured, of nutrients inorganic and mineral.
  • the cultivation process can be conducted using a wide range of technological solutions ranging from open systems (such as open basins, eg shallow ponds exposed to sunlight) to closed systems and using either solar energy or an artificial source of light.
  • open systems such as open basins, eg shallow ponds exposed to sunlight
  • Photobioreactors must make it possible to produce high productivity of photosynthetic micro-organisms. It is therefore a question of optimizing their operations in order to maximize their performances.
  • Open systems have a major disadvantage of being subject to contamination by dust, other microorganisms, insects and environmental pollutants. In addition, it is difficult to control the processes in open basins.
  • Closed systems typically include long pipes forming a circuit developed to allow maximum exposure of an algal solution flowing in the pipes to the light. They also allow the establishment of a thin layer of suspension culture combined with biological purity to cultivate the microorganisms in the best way. Many systems with different shapes and functions have been developed with the aim of being profitable on an industrial scale.
  • Photobioreactors are, however, subject to many weather events. For example, natural sunlight is not available during the night or would not be sufficient during weather events such as cloudy skies. In addition, natural light is not sufficient to establish an intensive microalgae culture. Other light sources have been used to overcome these disadvantages.
  • patent US495251 1 discloses a photobioreactor for the cultivation of photosynthetic microorganisms that uses a light reservoir or light cavity to distribute a high intensity light and uniformly in a vessel comprising microbial liquid culture compartments .
  • the light compartment must have at least one transparent wall having a portion extending into the tank.
  • a photobioreactor as described in US4952511 is designed to diffuse the light in the microbial liquid and the light scattering inside the tank can be optimized by decreasing the wall thickness of the culture vessels.
  • a high turbidity value reflecting a cloudy algal solution, and a high concentration of organic matter and / or microorganisms in the algal culture have the effect of reducing the intensity of light.
  • a simple solution to maintain diffusion under the adverse conditions presented above would be to increase the luminous intensity, beyond the luminous intensity required in a clear solution, so as to maintain a favorable absorption for the microorganisms phototrophic.
  • the light intensity must be sufficient even after its attenuation through the thickness of the tank, and / or after passing a given distance in cloudy solution, concentrated in organic matter and / or microorganisms.
  • a disadvantage of such a solution is that it may be to the detriment of the profitability of the system (it is necessary to spend more light energy).
  • European Patent EP1 169428 discloses a photobioreactor with an improved exchange surface leading to a better spatial distribution of light in the reactor and thus an optimization of the intensity of light in the reactor.
  • the subject of the invention of the patent EP1 169428 is a rectangular cross section tank having a greater exchange surface than a tank of circular cross section.
  • the patent also relates to a turbulent flow guiding means, allowing a "flash light effect" obtained by increasing the turbulence. This effect is based on the principle that algal cells can, during the dark phases, metabolize the energy they have accumulated during the light phases. This effect is created when the algal cells are exposed to significant light intensity and short distance from the reactor walls during the light phase. A cycle comprising a light phase and a dark phase must be no longer than one second.
  • the algal growth is strong and induces an increase in the algal density.
  • This last increase has the effect of reducing the diffusion of light in the medium, which in turn induces areas of shade where algal growth will be reduced. These shaded areas will in turn cause an attraction of the algae for the more illuminated walls of the tanks, which reduces the exchange surfaces and reduces the diffusion of light again.
  • algae are stressed due to lack of light, affecting the profitability of the system.
  • An object of the invention for achieving this goal is a photobioreactor adapted to contain at least one fluid, characterized in that it comprises:
  • the second container extending inside the first container, so as to define a first channel between an inner side surface of the first container and an outer side surface of the second container; and forming a second channel within said second container;
  • At least one first passage means adapted to allow the circulation of the fluid between the first channel and the second channel
  • At least one second passage means adapted to allow the circulation of the fluid between the first channel and the second channel, and disposed above the at least one first passage means;
  • At least one light source At least one light source
  • gas injection means configured to inject gas in the form of bubbles into the second channel
  • the first and second containers, the first and second passage means and the injection means being configured to allow a flow of fluid in the photobioreactor between the first channel and the second channel, and the circulating fluid being adapted to be exposed to the at least one light source.
  • first and second containers respectively extend in a first and second longitudinal directions.
  • Receptacle means a hollow object intended to receive solid, liquid or gaseous products delimited by at least one lateral surface.
  • the object may have no lower and / or higher closure;
  • a “first means of passage” may also be called “lower passage means”
  • a “second means of passage” may also be called “upper means of passage”
  • External lateral surface (or “internal lateral surface”) means the surface extending in the longitudinal direction and delimiting an object on its outermost periphery, (or on its innermost periphery). If the object has a plurality of walls, the outer side surface will be the outer surface of the eccentric wall, and the inner side surface will be the inner surface of the most centered wall.
  • the terms “inside” and “outside” must be understood in relation to a radial direction, with respect to the longitudinal direction;
  • Circumferential ring means a ring disposed on a circumference of a container, preferably cylindrical;
  • Bind means a set of horizontal segments, alternately low and high, connected by vertical segments, the lower segments forming solid (or protuberances) and the upper segments forming voids (or depressions);
  • “Lower part” means the part of an element comprising the lower end of said element and may extend above said lower end;
  • upper part means the part of an element comprising the upper end of said element and may extend below said upper end;
  • Channel means a hollow form able to allow and guide the flow of a fluid
  • substantially circular is meant a closed curve substantially defining a circle of radius r, with a standard deviation on the radius of +/- 10% of the radius.
  • the fluid contains microorganisms, for example microalgae. It can also be a mixture of fluid and solids. In addition, the fluid can be mixed with the injected gas or the injected gas / solid mixture.
  • the inventors have been able to highlight an important technical effect of the invention which makes it possible to improve the exposure of microorganisms (for example micro-algae) to light: the bubbles injected and circulating with the fluid diffract the light they receive, the light is better distributed within the photobioreactor.
  • microorganisms for example micro-algae
  • the photobioreactor according to the invention makes it possible to solve the problem of allowing intensive production, while avoiding the reduction in algal growth resulting from the reduction of light scattering, and / or of a growing algal density, and or the attraction of algae for the cell walls.
  • the circulation of fluid and bubbles that cause the fluid coupled with the diffusion of a light source, increases the exposure of microalgae to light. This allows a diffusion of the light towards the algal liquid as uniform as possible.
  • the air injection system by the formation of bubbles and the entrainment of the fluid generates a high shear rate in the medium, homogenizing the medium, preventing algal deposits on the walls, and improving the contact between the micro algae with nutrients for said microalgae and C0 2 .
  • the first container is closed at its lower and upper ends.
  • first and second longitudinal directions of the first and second containers are parallel, preferably combined.
  • the first and second containers are first and second cylinders of revolution, preferably concentric.
  • the cylinder-shaped revolution allows to avoid dead zones which are areas of loss of retention of material, and therefore particularly more difficult to clean.
  • only one of the first container and the second container is a cylinder of revolution.
  • the at least one first passage means is formed by openings in the wall of the second container, preferably in the lower part of said second container.
  • the second container is a second cylinder of revolution and comprises a plurality of openings forming first passage means, arranged along at least one second circumferential ring in the wall of said second container, and preferentially in the lower part of said second container.
  • the openings are arranged along several first circumferential rings in the wall of the second cylinder.
  • the openings must be made throughout the walls to allow the passage of fluid between the first and second channels.
  • the at least one first passage means may be formed by slots, and preferably arranged at the lower end of the second container.
  • First means of passage must allow the aspiration of the fluid from the first channel to the second channel, while avoiding the diffusion of bubbles emitted in the second channel to the first channel.
  • the openings and / or crenellations may advantageously be dimensioned to ensure this double constraint.
  • the at least one first passage means is formed by a difference in height between the first container and the second container, the lower end of the second container being located above the lower end of the first container.
  • This mode makes it possible to easily adapt the dimensions of the first passage means, in particular as a function of the geometries of the photobioreactor, the characteristics of the algal liquid and / or the injected gas and in particular the bubble sizes in order to optimize the circulation of the fluid.
  • the at least one second passage means is formed by a difference in height between the first container and the second container, the upper end of the second container being located below the upper end of the first container.
  • This mode makes it easy to adapt the dimensions of the second passage means, in particular as a function of the geometries of the photobioreactor, the characteristics of the algal liquid and / or the injected gas and in particular the bubble sizes in order to optimize the flow of the fluid.
  • a second passage means is formed by openings in the wall of the second container, in the upper part of said second container.
  • the second container is a second cylinder of revolution and the openings are disposed along at least one second circumferential ring in the wall of said second container, and in the upper part of said second container.
  • the openings must be made throughout the walls to allow the passage of fluid between the first and second channels.
  • the at least one second passage means may be formed by slots arranged at the upper end of the second container.
  • the injection means is capable of generating bubbles of average diameters, preferably less than or equal to 1 mm.
  • the injection means is capable of injecting a gas / solid mixture. This is particularly necessary for treating a gas / solid mixture injected into the photobioreactor: the mixture can in particular comprise fine particles contained in the gas to be treated.
  • the injection means is disposed below the second container.
  • the injection means comprises a membrane, preferably disposed inside and in the lower part of the second container.
  • the function of such a membrane is to inject the gas in the form of bubbles of size (s) mastered (s) and / or calibrated.
  • the injection means may comprise a fine-bubble diffuser, a hydro-injector, porous stone or any other means capable of performing the function of injecting the gas in the form of bubbles and more precisely control the size (s) of said bubbles.
  • At least one light source comprises at least one illuminating wall among at least one wall of the first and second containers. This allows a better homogeneity of light diffusion, without disturbance of the flow of the fluid (no addition of dead zone).
  • the at least one light source comprises at least one first light source disposed inside the second container. According to one embodiment, the at least one light source comprises at least a second light source disposed between the first container and the second container.
  • At least one light source is disposed on an inner side surface of the second container.
  • At least one light source is disposed on an outer side surface of the second container.
  • At least one light source is disposed on an inner side surface of the first container.
  • the at least one light source comprises at least one third light source disposed outside the first container, for example on an outer lateral surface of the first container, or at a given distance from said first container.
  • At least one light source is formed by at least one light column extending along one of the first and second longitudinal directions of the first and second containers.
  • At least one light source comprises a coil having a helical shape around an axis parallel to one of the first and second longitudinal directions of the first and second containers, the coil being preferably wound around the first and / or the second container.
  • At least one light source comprises LEDs.
  • the photobioreactor further comprises at least one recirculation pump configured to circulate the fluid from the lower part of the photobioreactor to the upper part of the photobioreactor.
  • the photobioreactor comprises at least one helix.
  • At least one helix is arranged in the lower part of the photobioreactor, preferably in the second channel.
  • At least one helix is disposed in the first channel.
  • At least one wall of the first container is transparent to light.
  • At least one wall of the second container is transparent to light.
  • Figure 1 illustrates a photobioreactor according to a first embodiment
  • FIG. 2 illustrates a photobioreactor according to a second embodiment, comprising two recirculation pumps
  • FIG. 3 illustrates a photobioreactor according to a third embodiment, comprising several propellers
  • FIGS. 4A and 4B show a photobioreactor according to a fourth embodiment
  • FIG. 5 illustrates the flow direction of the fluid in the photobioreactor according to the different embodiments
  • FIG. 6 illustrates a first example of location of light sources
  • Figs. 7A and 7B illustrate a second example of location of light sources
  • Figure 8 illustrates a third example of location of light sources
  • Figure 9 illustrates a fourth example of location of light sources
  • Figure 10 illustrates a fifth example of location of light sources
  • Figure 11 illustrates a sixth example of location of light sources.
  • Figure 1 illustrates a photobioreactor 1 according to a first embodiment.
  • the photobioreactor 1 comprises a first container 2 which is a first hollow cylinder extending in a first longitudinal direction Z 2 and a second container 3 which is a second hollow cylinder extending in a second longitudinal direction Z 3 and disposed at the Inside the first hollow cylinder 2.
  • the two cylinders are cylinders of revolution.
  • the axes of revolution of the first and second cylinders are merged, in other words, the cylinders are concentric.
  • the space between the two cylinders forms a first channel 42.
  • the space in the second cylinder 3 forms a second channel 43.
  • the second lower end, or base 31, of the second cylinder 3 may be merged with the base 21 of the first cylinder 2.
  • the photobioreactor 1 may advantageously comprise means 9 for fixing the second cylinder 3 and / or positioning it relative to the first cylinder 2, for example so that the first channel 42 formed between the two cylinders is of stable shape.
  • the at least one first passage means comprises a plurality of first passage means, or lower passage means, formed by openings 331, each opening having a substantially circular section, being formed in the wall of the second cylinder 3 at the lower portion. 3a of said second cylinder.
  • the openings 331 allow passage between the first channel 42 and the second channel 43.
  • the openings 331 are made regularly along a first circumferential ring 33 of the wall of the second cylinder.
  • the difference in height H between the upper ends of the first and second cylinders defines a second means of passage, or upper passage means 52.
  • a fluid can flow in the photobioreactor 1, in particular in the second channel 43 and in the first channel 42.
  • the injection means 7 comprises several elements capable of injecting gas in the form of bubbles into the second channel 43.
  • the injection means 7 comprises a compressor 72 for sending gas and a membrane 71 adapted to receive the gas and inject it in the form of bubbles.
  • the membrane 71 is disposed inside the second cylinder 3.
  • the compressor 72 is disposed below the photobioreactor 1.
  • the second cylinder 3 and the injection means 7 thus form an air lift system capable of injecting into the photobioreactor a gas, or a mixture of gases, or a gas / solid mixture, and in doing so, circulating the fluid present in the second channel 43.
  • the gas / solid mixture can be:
  • gaseous mixture air / C0 2 and / or a gaseous mixture comprising solids, in particular fine particles, and in particular microparticles to be treated.
  • the gas can be urban air or industrial fumes, containing pollutants, including NO x , which can pass in aqueous form (just like C0 2 ) and contribute to the feeding of micro-algae.
  • gas it being understood that it may be a gas mixture, or a gas / solid mixture.
  • the fluid is in particular a liquid, more particularly an aqueous solution comprising microalgae, also called "algal solution”.
  • the fluid can also define the mixture between the fluid and the gas, the gas mixture or the gas / solid mixture.
  • fluid will be used, it being understood that it may be either the algal solution alone, or the mixture of said algal solution with the gas, or with the gaseous mixture, or with the mixture gas / solid.
  • the main function of the membrane 71 is to inject the gas in the form of bubbles and especially to control more precisely the size (s) of said bubbles, the gas thus being diffused in the second channel 43 in the form of bubbles, allowing and in particular to dissolve gas, for example C0 2 , in the liquid. This can also contribute to increase agitation in the reactor.
  • a membrane it may be a fine bubble diffuser, a grid, a porous stone, a hydro injector or any other means capable of injecting the gas in the form of bubbles and more precisely control the size (s) of said bubbles.
  • FIG. 1 There may be several membranes and / or other means capable of injecting the gas in the form of bubbles. All are preferably arranged in the lower part 3a of the second cylinder 3, and / or at several levels in said second cylinder in the longitudinal direction Z 3 of said second cylinder.
  • Figure 5 illustrates the flow direction of the fluid. The bubbles from the injection means 7, and in particular the membrane 71, back in the second channel 43 by driving the fluid present in said second channel. The fluid thus driven back into the second channel 43.
  • the fluid flows into the first channel 42 through the at least one upper passage means 52, for example formed by the space due to a difference in height between the first and second cylinders 2 and 3 at the upper ends 22 and 32 of said first and second cylinders. Then the fluid goes down to the lower end of the first channel 42.
  • the at least one lower passage means 51 allow the suction of the descending fluid in the first channel 42 to the second channel 43 through the upward flow of the second channel, the passage of the fluid again in the second channel 43, and again a fluid entrainment movement by the bubbles since the lower part towards the upper part of the second channel 43, when the gas is injected.
  • the injection means 7 can inject gas bubbles continuously into the second channel 42.
  • the injection means 7 can inject gas bubbles in batch mode.
  • the photobioreactor comprises several light sources 8 represented in FIG. 1 in the form of several first light columns 810 disposed on the wall inside the second cylinder 3 and extending in the longitudinal direction Z 3 of said second cylinder. .
  • the photobioreactor comprises several light sources 8 represented in FIG. 1 in the form of several first light columns 810 disposed on the wall inside the second cylinder 3 and extending in the longitudinal direction Z 3 of said second cylinder. .
  • FIGS. 6, 7A, 7B, 8 to 1 Other arrangements of light sources are presented more precisely with FIGS. 6, 7A, 7B, 8 to 1 1. All these arrangements can be combined with the photobioreactor illustrated in FIG. 1, or with the other embodiments presented below. after.
  • FIG. 2 illustrates a photobioreactor 1 according to a second embodiment, which differs from the first mode in that it furthermore comprises at least one recirculation pump 10.
  • recirculation pumps 10 disposed outside the first cylinder 2. Said pumps make it possible to accentuate the flow rate of the fluid. They are configured to suck the fluid from the lower part of the photobioreactor, for example in the lower part of the first channel 42 and reinject it into the upper part of the photobioreactor, for example in the upper part of the first channel 42, accentuating the phenomenon of air lift.
  • the number of pumps and the arrangement of the pump or pumps can be adapted to allow to increase the flow rate of the fluid.
  • the photobioreactor of the second embodiment may comprise all or some of the elements described for the first mode.
  • FIG. 3 illustrates a photobioreactor according to a third embodiment which differs from the first mode in that it comprises at least one helix 11.
  • the photobioreactor comprises three propellers 1 1.
  • a propeller is arranged in the lower part of the second channel 43.
  • the arrangement and the orientation of a propeller are made in such a way that the propeller can apply upward movement to the fluid from the lower end to the upper end of said second channel.
  • Two other propellers are arranged in the first channel 42 so as to apply a downward movement to the fluid in said first channel from the upper end to the lower end of said first channel.
  • the propellers driven by a motor disposed outside the photobioreactor 1, rotate and agitate the fluid inside the photobioreactor.
  • the propellers create a stirring which makes it possible to accentuate the stirring of the fluid in the photobioreactor.
  • the number of propellers and the arrangement of the propeller (s) in the photobioreactor can be adapted to obtain the same effect.
  • the photobioreactor of the third embodiment may comprise all or some of the elements described for the first mode.
  • FIGS. 4A and 4B show an example of a photobioreactor according to a fourth embodiment.
  • FIG. 4A illustrates a photobioreactor 1 comprising a first cylinder 2 of revolution of first external diameter D2 extending in a first longitudinal direction Z 2 on a first height H2 and a second cylinder 3 of revolution of second outer diameter D3 extending according to a second longitudinal direction Z 3 on a second height H3. Both cylinders are cylinders of hollow revolution and are concentric.
  • the space between the two cylinders forms a first channel 42.
  • the first channel 42 has a cylindrical sleeve shape of height equal to the height H3 of the second cylinder 3 and whose width corresponds to (D2-D3) / 2 (and (D2-D31) / 2 at the base 31 of the second cylinder, as explained later).
  • the height H between the two cylinders forming a second passage means 52 is equal to H2-H3.
  • the photobioreactor 1 comprises holding means 9 able to position and / or hold the second cylinder 3 relative to the first cylinder 2.
  • the holding means 9 comprise holding tabs 91 arranged at the level of the upper part 3b, preferably at the upper end 32 of the second cylinder 3, and capable of positioning the second cylinder 3 with respect to the first cylinder 2.
  • centering lugs 92 fixed to the base 21 of the first cylinder 2 and able to center the second cylinder 3 relative to the first cylinder 2.
  • the side wall of the first cylinder 2 is made of transparent PVC, and its thickness is for example 10 mm.
  • the base 21 of the first cylinder 2 is non-transparent PVC and its thickness is for example 10 mm.
  • the base 21 of the first cylinder 2 is traversed by two passages 26, for example tappings, allowing the arrival and / or the exit of a fluid or a fluid / solid mixture within said first cylinder.
  • the second cylinder 3 is disposed on the base 21 of the first cylinder 2, and is centered with respect to said first cylinder by means of the centering lugs 92.
  • the base 31 of the second cylinder has a diameter D31 greater than the diameter D3 and comprises a crenellated lower end 31 1, the protruding portions 31 1b are in contact with the base 21 of the first cylinder.
  • the height of the lower end is equal to H31.
  • Each depression of a slot 31 1a may have a length L31 1a and a height H31 1a.
  • the depressions 31 1 has slots can form first passage means for the fluid.
  • the injection means 7 comprises several elements capable of injecting gas in the form of bubbles into the second channel 43.
  • the injection means 7 comprises a compressor 72 for sending gas and a membrane 71 capable of receiving the gas and injecting it in the form of bubbles and diffusing it in the second channel 43.
  • the compressor 72 is disposed below the photobioreactor 1.
  • the membrane 71 is disposed in the base 31 of the second cylinder 3. It is in the form of a flat disc of diameter D71.
  • FIG. 4B illustrates more precisely the second revolution cylinder 3.
  • the side wall of the second cylinder 3 is made of transparent PVC, and its thickness is for example 5 mm.
  • the second cylinder 3 further comprises first passage means in the form:
  • second openings 331 'of diameters D331' arranged and evenly distributed along a second circumferential ring 33 'in the wall of the second cylinder, at a height equal to H33' with respect to the point of contact of the base 31 of said second cylinder with the base 21 of the first cylinder.
  • the aforementioned dimensions can be:
  • the photobioreactor comprises a plurality of light sources 8 shown as columns or tubes 810 in Figs. 4A and 4B, but which may be otherwise configured as shown hereinafter.
  • Several light sources 8 can create a uniform light pattern by being spaced 10 cm apart from each other.
  • FIGS. 6, 7A, 7B, 8, 9, 10, 1 1 illustrate several arrangements of light sources.
  • the light sources are preferably spaced apart from each other by a maximum of 10 cm.
  • first container 2 is shown as being a cylinder of revolution, of longitudinal direction Z 2 and the second container 3 is shown as being a cylinder of revolution, of longitudinal direction Z 3 .
  • FIGS. 6, 7A, 7B, 8, 9, 10, 1 1 are represented cylinders of revolution and the corresponding description expresses first and second cylinders, it being understood that this may be containers that are not necessarily cylinders, and not necessarily cylinders of revolution.
  • the different arrangements of light sources can be combined with each other.
  • the lighting is preferably made by LEDs, but other sources of light can be envisaged. This can be spots, or garlands or light ribbons. Other modes are presented below.
  • the bubbles themselves can be sources of light because they can diffract the light and send it back to the fluid.
  • the intensity of the light sources must be adapted: an intensity too high may grill the micro-algae, and on the contrary, too low intensity makes them stick to the walls of the reactor.
  • FIG. 6 illustrates a first example in which the light sources 8 comprise first light sources 81 disposed inside the second cylinder 3.
  • first light columns 810 extending in the longitudinal direction Z 3 of the second cylinder 3.
  • the first light columns 810 are positioned on the inner side surface of said second cylinder, and are distributed evenly. In this example, eight light columns 810 are shown, but there may be fewer, or more.
  • the first light columns 810 may be attached to a wall of the second cylinder 3, for example by a latching system.
  • a latching system In a photobioreactor whose cylindrical walls are opaque, especially those of the second cylinder, it is important that the light sources can diffuse the light 360 ° and therefore they are not glued to the walls of the cylinders.
  • the first light columns 810 can be positioned inside the second cylinder 3, but not on a lateral surface of said cylinder, as illustrated in FIGS. 7A (in 3D view) and 7B (in view of FIG. above): second example of location.
  • the spacing of the first light columns 810, and more broadly the spacing of the first light sources 81, with the inner side surface of the second cylinder 3 depends on the turbidity of the medium, the concentration of algae, but also the light intensity. issued.
  • second light columns 820 can be positioned between the first and the second cylinder, on the outer lateral surface of the second cylinder 3 as illustrated in Figure 8 in top view (third example of location).
  • second light columns 820 can be positioned between the first and second rolls, but not necessarily on the outer side surface of the second roll.
  • FIG. 9 illustrates a fourth example of location of light sources 8, seen from above.
  • first light sources 81 are disposed inside the second cylinder 3 and third light sources 83 are disposed outside the first cylinder 2.
  • the first light sources 81 are in the form of light columns 810 disposed inside the second cylinder 3.
  • the first light columns 810 extend in the longitudinal direction Z 3 and are positioned at a given distance from the inner side surface of the second cylinder 3. They can be arranged alternately according to one of the first and third examples presented, or according to a combination of the first to third location examples.
  • the third light sources 83 are in the form of several second light columns 830 extending along the longitudinal direction Z 2 of the first cylinder 2. They can be positioned against the wall of the first cylinder 2 or at a distance D83 of the first cylinder 2 .
  • the distance D83 between the third light columns 830 and the outer lateral surface of the first cylinder 2, and more widely between the third light sources 83 and said wall, depends on the turbidity of the medium, the concentration of algae, but also the luminous intensity delivered.
  • Figure 10 illustrates a fifth example of location of light sources.
  • second light sources 82 are disposed outside the second cylinder 3 and third light sources 83 are disposed outside the first cylinder 2.
  • the third light sources 83 are in the form of third light columns 830 extending along the longitudinal direction Z 2 of the first cylinder 2. They can be positioned against the outer lateral surface of the first cylinder 2 or at a distance D83 from the first cylinder 2.
  • the third light sources 83 may not be integrated.
  • the second light sources 82 comprise a second light coil 821 forming a helix whose axis corresponds to the longitudinal direction Z 3 of the second cylinder 3, disposed around the outer lateral surface of said second cylinder.
  • a first light coil may be disposed inside the second cylinder 3.
  • a third light coil may be disposed outside the first cylinder 2.
  • the second, or first, light coil may be positioned on the outer or inner side surface of said second cylinder or positioned at a given distance from said side surface.
  • the third light coil may be positioned on the outer side surface of the first cylinder or positioned at a given distance from said side surface.
  • FIG. 11 illustrates a sixth example of a location of light sources, which differs from the fifth example in that the third light sources 83 comprise segments of light bars 832 extending along the longitudinal direction Z 2 of the first cylinder 2 and positioned outside said first cylinder.
  • the third light sources 83 may be positioned against the wall outside the first cylinder 2 or at a distance D83 from the first cylinder 2.

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Abstract

L'invention concerne un photobioréacteur comprenant: - un premier et un second récipient s'étendant selon une direction longitudinale; - le second récipient s'étendant à l'intérieur du premier récipient, de manière à délimiter un premier canal entre le premier et le second récipient; et formant un second canal à l'intérieur dudit second récipient; - un premier moyen de passage apte à permettre la circulation d'un fluide entre le premier canal et le second canal; - un second moyen de passage apte à permettre la circulation du fluide entre le premier et le second canal, disposé au-dessus du premier moyen de passage; - au moins une source de lumière; - un moyen d'injection de gaz, configuré de manière à injecter du gaz sous forme de bulles dans le second canal; le fluide en circulation étant apte à être exposé à une source de lumière.

Description

PHOTOBIOREACTEUR
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
L’invention se situe dans le domaine des photobioréacteurs.
Plus particulièrement, l’invention concerne un photobioréacteur de production intensive, adapté pour éviter une réduction de la diffusion de la lumière vers la solution algale disposée dans le photobioréacteur.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Les micro-organismes photosynthétiques de type micro-algues tendent à s’imposer dans de nombreux secteurs applicatifs. Les micro organismes photosynthétiques sont ainsi utilisés pour la production solaire de bioénergies, la production de molécules naturelles d’intérêt ou bien encore la dépollution d’effluents gazeux (par exemple le C02 issus de fumées) ou liquides avec la production associée d’une biomasse végétale aux débouchés multiples (PRUVOST, Jérémy et CORNET, Jean-François et LE BORGNE, François et JENCK, Jean, 10 février 2017, « Production industrielle de microalgues et de cyanobactéries », Chimie verte et nouvelle gestion de l'énergie, en ligne, Editions T.I., 2017.
En ce qui concerne les technologies de dépollution d’un gaz en C02, on parle de puits de carbone ou puits à dioxyde de carbone (C02) : il s’agit d’un réservoir, naturel ou artificiel, qui absorbe le carbone de l’atmosphère et contribue à diminuer la quantité de dioxyde de carbone atmosphérique. Les micro-organismes photosynthétiques de type micro-algues sont particulièrement intéressant pour cette application.
La production industrielle des micro-organismes photosynthétiques nécessite des technologies dédiées permettant de conduire des procédés de culture dits photo-procédés aptes à permettre la croissance photosynthétique basée sur l’assimilation, grâce à de la lumière captée, de nutriments inorganiques et minéraux. Selon les contraintes et objectifs d’exploitation, le procédé de culture peut être conduit en utilisant un large panel de solutions technologiques allant des systèmes ouverts (type bassins ouverts, par exemple des étangs peu profonds exposés à la lumière du soleil) aux systèmes fermés et en utilisant soit l’énergie solaire, soit une source artificielle de lumière. On parle de manière générique de photobioréacteurs.
Les photobioréacteurs doivent permettre de réaliser de fortes productivités de micro-organismes photosynthétiques. Il s’agit donc d’optimiser leurs fonctionnements pour en maximiser les performances.
Les systèmes ouverts ont un inconvénient majeur d’être sujets aux contaminations par la poussière, d’autres micro-organismes, les insectes et les polluants environnementaux. De plus, il s’avère difficile de contrôler les procédés dans des bassins ouverts.
Les systèmes fermés comprennent généralement de longs tuyaux formant un circuit développé pour permettre une exposition maximale d’une solution algale s’écoulant dans les tuyaux à la lumière. Ils permettent aussi la mise en place d’une fine couche de culture en suspension alliée à une pureté biologique afin de cultiver les micro-organismes de la meilleure manière. De nombreux systèmes aux formes et fonctions différentes ont été développés avec pour objectif d’être rentable à l’échelle industrielle.
Les photobioréacteurs sont cependant sujets à de nombreux évènements météorologiques. Par exemple, la lumière naturelle du soleil n’est pas disponible durant la nuit ou ne serait pas suffisante durant des évènements météorologiques tels qu’un ciel nuageux. De plus, la lumière naturelle n’est pas suffisante pour établir une culture de micro-algues intensive. D’autres sources de lumières ont été utilisées pour surmonter ces inconvénients.
En outre, il faut gérer le nettoyage des tuyaux, en fonction des matériaux utilisés, et en fonction des micro-organismes générés, et ce, afin de permettre à la lumière d’être diffusée correctement dans le temps. A titre d’exemple, le brevet US495251 1 décrit un photobioréacteur pour la culture de microorganismes photosynthétiques qui utilise un réservoir de lumière ou cavité lumineuse pour distribuer une lumière de haute intensité et de manière uniforme dans une cuve comprenant des compartiment de culture du liquide microbien. Afin d’atteindre un tel objectif, le compartiment de lumière doit avoir au moins un mur transparent comportant une partie s’étendant dans la cuve.
Un photobioréacteur tel que décrit dans le brevet US4952511 est conçu pour diffuser la lumière dans le liquide microbien et la diffusion de la lumière à l’intérieur de la cuve peut ainsi être optimisée en diminuant l’épaisseur des parois des cuves de culture.
A l’inverse, une épaisseur importante des parois de la cuve a pour effet de diminuer l’intensité de la lumière.
En outre, une valeur de turbidité élevée, traduisant une solution algale trouble, ainsi qu’une concentration élevée en matière organique et/ou en micro-organismes dans la culture algale ont pour effet de diminuer l’intensité de la lumière.
Une solution simple pour maintenir une diffusion dans les conditions défavorables présentées ci-dessus serait d’augmenter l’intensité lumineuse, au-delà de l’intensité lumineuse nécessaire dans une solution limpide, de manière à maintenir une absorption favorable pour les micro-organismes phototrophes. Ainsi l’intensité lumineuse doit être suffisante même après son atténuation à travers l’épaisseur de la cuve, et/ou après avoir traversé une distance donnée dans solution trouble, concentrée en matière organique et/ou en micro-organismes.
Un inconvénient d’une telle solution est qu’elle risque de se faire au détriment de la rentabilité du système (il faut dépenser davantage d’énergie lumineuse).
En outre, elle risque de brûler les algues flottantes, notamment les algues situées au plus près de la paroi (moins l’émission lumineuse a traversé une distance dans la solution, plus elle est intense, cela a pour inconvénient de traiter la solution de manière non homogène) et/ou les faire précipiter. De tels phénomènes sont contre-productifs car les algues brûlées et/ou précipitées ne participent pas au développement du système : en effet, elles ne consomment pas les apports en nutriments, ne les métabolisent pas. Elles participent également à rendre l’eau plus trouble et peuvent s’agréger dans le système, risquant ainsi de boucher tout ou partie du réacteur.
A l’inverse, une intensité lumineuse insuffisante a tendance à attirer les algues aux parois des tuyaux ou cuves, bloquant encore plus l’accès de la lumière au-delà d’une couche formée à-même la paroi interne des cuves.
En outre, lorsque la densité algale au sein de la solution augmente, elle diminue de fait la distance de pénétration de la lumière au sein du réacteur, et donc la période d’intensité lumineuse à laquelle sont soumises les algues.
Il s’agit donc de trouver une solution pour soumettre une intensité lumineuse optimale et homogène à la solution algale, et ce, quelque soit sa turbidité, sa densité algale et sa concentration en matière organique et/ou en autres micro-organismes.
Le brevet européen EP1 169428 divulgue un photobioréacteur avec une surface d’échange améliorée amenant à une meilleure distribution spatiale de la lumière dans le réacteur et ainsi une optimisation de l’intensité de la lumière dans le réacteur. Ainsi, le sujet de l’invention du brevet EP1 169428 est une cuve de section transversale rectangulaire présentant une surface d’échange plus importante qu’une cuve de section transversale circulaire. Le brevet concerne également un moyen de guidage de flux turbulent, permettant un « effet de lumière flash » obtenu par l’augmentation de la turbulence. Cet effet est basé sur le principe que les cellules algales peuvent, pendant les phases sombres, métaboliser l’énergie qu’elles ont accumulé pendant les phases lumineuses. Cet effet est créé lorsque les cellules algales sont exposées à une importante intensité lumineuse et à courte distance des parois du réacteur lors de la phase lumineuse. Un cycle comprenant une phase lumineuse et une phase sombre doit être au plus de une seconde.
Cependant, un tel photobioréacteur mènera à une augmentation rapide et probablement hétérogène dans ledit réacteur de la densité algale en raison de la forte disponibilité en lumière. Ainsi, la diffusion de la lumière dans la culture algale sera affectée par la création de zones sombres au centre de la cuve de culture et la croissance algale sera in fine diminuée.
Le manque de disponibilité de lumière pour les algues crée donc des phénomènes qui risquent d’accentuer encore davantage le manque de disponibilité, créant ainsi un cercle vicieux.
En particulier dans un réacteur de production intensive, la croissance algale est forte et induit une augmentation de la densité algale. Cette dernière augmentation a pour conséquence de diminuer la diffusion de la lumière dans le milieu, conséquence qui induit à son tour des zones d’ombre où la croissance algale sera réduite. Ces zones d’ombre vont entraîner à leur tour une attraction des algues pour les parois plus éclairées des cuves, ce qui réduit les surfaces d’échange et réduit à nouveau la diffusion de la lumière. De plus, les algues subissent un stress par manque de lumière, affectant la rentabilité du système.
Il existe ainsi le besoin d’un photobioréacteur qui surmonte ces inconvénients, tout en permettant une production intensive, un dispositif qui évite la diminution de la croissance algale résultant de la réduction de la diffusion de la lumière, et/ou d’une densité algale croissante, et/ou de l’attirance des algues pour les parois des cuves.
Il est notamment recherché un photobioréacteur permettant une diffusion de la lumière vers le liquide algal qu’il contient la plus uniforme possible. EXPOSE DE L’INVENTION
Un objet de l’invention permettant d’atteindre ce but est un photobioréacteur apte à contenir au moins un fluide, caractérisé en ce qu’il comprend :
un premier récipient s’étendant selon une première direction longitudinale ;
un second récipient s’étendant selon une seconde direction longitudinale ;
le second récipient s’étendant à l’intérieur du premier récipient, de manière à délimiter un premier canal entre une surface latérale intérieure du premier récipient et une surface latérale extérieure du second récipient; et formant un second canal à l’intérieur dudit second récipient ;
au moins un premier moyen de passage apte à permettre la circulation du fluide entre le premier canal et le second canal ;
au moins un second moyen de passage apte à permettre la circulation du fluide entre le premier canal et le second canal, et disposé au- dessus du au moins un premier moyen de passage ;
au moins une source de lumière ;
un moyen d’injection de gaz, configuré de manière à injecter du gaz sous forme de bulles dans le second canal ;
les premier et second récipients, les premier et second moyens de passage et le moyen d’injection étant configurés de manière à permettre une circulation du fluide dans le photobioréacteur entre le premier canal et le second canal, et le fluide en circulation étant apte à être exposé à la au moins une source de lumière.
Il peut y avoir plus d’un second récipient : dans ce cas, il y a plus d’un second canal, et le premier canal est formé par l’espace compris entre la surface latérale intérieure du premier récipient et les surfaces latérales extérieures des seconds récipients. Dans l'ensemble de la présente demande, les premier et second récipients s’étendent respectivement selon une première et seconde directions longitudinales.
Dans l'ensemble de la présente demande, les termes « inférieur », « supérieur », « vertical », « horizontal », « en-dessous » et « au-dessus » sont à comprendre en prenant comme référence une direction longitudinale verticale, étant entendu que chaque direction longitudinale peut ne pas être verticale, mais être horizontale ou inclinée selon un autre angle.
Dans l'ensemble de la présente demande également :
• Par « récipient », on entend un objet creux destiné à recevoir des produits solides, liquides ou gazeux, délimité par au moins une surface latérale. L’objet peut ne pas avoir de fermeture inférieure et/ou supérieure ;
• Un « premier moyen de passage » peut également être nommé « moyen de passage inférieur » ;
• Un « second moyen de passage » peut également être nommé « moyen de passage supérieur » ;
• Par « surface latérale extérieure » (ou « surface latérale intérieure »), on entend la surface s’étendant selon la direction longitudinale et délimitant un objet sur sa périphérie la plus extérieure, (ou sur sa périphérie la plus intérieure). Si l’objet comprend plusieurs parois, la surface latérale extérieure sera la surface extérieure de la paroi excentrée, et la surface latérale intérieure sera la surface intérieure de la paroi la plus centrée. Les termes « intérieur » et « extérieur » doivent se comprendre en relation avec une direction radiale, par rapport à la direction longitudinale ;
• Par « couronne circonférentielle », on entend une couronne disposée sur une circonférence d’un récipient, de préférence cylindrique ;
• Par « créneau », on entend un ensemble de segments horizontaux, alternativement bas et hauts, raccordées par des segments verticaux, les segments bas formant des pleins (ou protubérances) et les segments hauts formant des vides (ou dépressions) ; • Par « partie inférieure », il faut comprendre la partie d’un élément comprenant l’extrémité inférieure dudit élément et pouvant s’étendre au-dessus de ladite extrémité inférieure ;
• Par « partie supérieure », il faut comprendre la partie d’un élément comprenant l’extrémité supérieure dudit élément et pouvant s’étendre en-dessous de ladite extrémité supérieure ;
• Par « canal », on entend une forme creuse apte à autoriser et guider l’écoulement d’un fluide ;
• Par sensiblement circulaire, on entend une courbe fermée définissant pratiquement un cercle de rayon r, avec un écart-type sur le rayon de +/- 10 % du rayon.
Le fluide contient des micro-organismes, par exemple des micro algues. Il peut s’agir également d’un mélange de fluide et de solides. En outre, le fluide peut être mélangé au gaz injecté ou au mélange gaz/solide injecté.
Les inventeurs ont pu mettre en valeur un effet technique important de l’invention qui permet d’améliorer l’exposition des micro-organismes (par exemple les micro-algues) à la lumière : les bulles injectées et circulant avec le fluide diffractent la lumière qu’elles reçoivent, la lumière est ainsi mieux répartie à l’intérieur du photobioréacteur.
Ainsi, le photobioréacteur selon l’invention permet de résoudre le problème de permettre une production intensive, tout en évitant la diminution de la croissance algale résultant de la réduction de la diffusion de la lumière, et/ou d’une densité algale croissante, et/ou de l’attirance des algues pour les parois des cuves.
En d’autres termes, la circulation du fluide et des bulles qui entraînent le fluide, couplé avec la diffusion d’une source de lumière, permet d’augmenter l’exposition des micro-algues à la lumière. Cela permet une diffusion de la lumière vers le liquide algal la plus uniforme possible.
Le système d’injection d’air, par la formation de bulles et l’entrainement du fluide engendre un taux de cisaillement élevé dans le milieu, homogénéisant le milieu, empêchant les dépôts algaux sur les parois, et améliorant la mise en contact des micro-algues avec les nutriments pour lesdites micro-algues et le C02.
Selon un mode de réalisation, le premier récipient est fermé au niveau de ses extrémités inférieure et supérieure.
Cela a pour avantage de pouvoir mieux gérer la pression du gaz injecté dans le photobioréacteur, la température du fluide, et, lorsque le gaz injecté comprend du C02, d’empêcher la diminution de la concentration en C02. En outre, c’est également souvent important pour des raisons de sécurité, afin d’empêcher l’accès au fluide pouvant être contenu dans le photobioréacteur.
Selon un mode de réalisation avantageux, les première et seconde directions longitudinales des premier et second récipients sont parallèles, de préférence confondues.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, les premier et second récipients sont des premier et second cylindres de révolution, de préférence concentriques.
L’avantage de ces deux modes est que la largeur du premier canal est mieux répartie entre les deux récipients le long de la direction longitudinale. Ainsi, la circulation du fluide est plus régulière et risque moins de subir des à- coups.
En particulier lorsque les cylindres sont concentriques, on obtient une symétrie qui permet d’obtenir une largeur du premier canal régulière entre les deux récipients le long de la direction longitudinale. Cela permet une circulation du fluide encore plus uniforme dans le photobioréacteur, améliorant les échanges et évitant notamment des zones mortes et/ou les risques de concentrations d’algues à certains endroits du photobioréacteur.
En outre, la forme en cylindre de révolution permet d’éviter les zones mortes qui sont des zones de perte de rétention de matière, et par conséquent notamment plus difficiles à nettoyer.
Alternativement, seul un parmi le premier récipient et le second récipient est un cylindre de révolution.
Selon un mode de réalisation, le au moins un premier moyen de passage est formé par des ouvertures dans la paroi du second récipient, préférentiellement en partie inférieure dudit second récipient.
Selon un mode de réalisation particulier, le second récipient est un second cylindre de révolution et comprend une pluralité d’ouvertures formant des premiers moyens de passage, disposées le long d’au moins une seconde couronne circonférentielle dans la paroi dudit second récipient, et préférentiellement en partie inférieure dudit second récipient.
Selon un mode de réalisation particulier, les ouvertures sont disposées le long de plusieurs premières couronnes circonférentielles dans la paroi du second cylindre.
Si le second récipient comprend plusieurs parois, les ouvertures doivent être pratiquées dans l’ensemble des parois afin de permettre le passage du fluide entre les premier et second canaux.
Alternativement ou en complément, le au moins un premier moyen de passage peut être formé par des créneaux, et préférentiellement disposés au niveau de l’extrémité inférieure du second récipient.
Tout premier moyen de passage doit permettre l’aspiration du fluide du premier canal vers le second canal, tout en évitant la diffusion de bulles émises dans le second canal vers le premier canal.
Les ouvertures et/ou les créneaux peuvent être avantageusement dimensionnés pour assurer cette double contrainte. Selon un mode de réalisation, le au moins un premier moyen de passage est formé par une différence de hauteur entre le premier récipient et le second récipient, l’extrémité inférieure du second récipient étant située au dessus de l’extrémité inférieure du premier récipient.
Ce mode permet d’adapter aisément les dimensions du premier moyen de passage, notamment en fonction des géométries du photobioréacteur, des caractéristiques du liquide algal et/ou du gaz injecté et notamment des tailles de bulles afin d’optimiser la circulation du fluide.
Selon un mode de réalisation, le au moins un second moyen de passage est formé par une différence de hauteur entre le premier récipient et le second récipient, l’extrémité supérieure du second récipient étant située en dessous de l’extrémité supérieure du premier récipient.
Ce mode permet d’adapter aisément les dimensions du second moyen de passage, notamment en fonction des géométries du photobioréacteur, des caractéristiques du liquide algal et/ou du gaz injecté et notamment des tailles de bulles afin d’optimiser la circulation du fluide.
Alternativement ou en complément, un second moyen de passage est formé par des ouvertures dans la paroi du second récipient, en partie supérieure dudit second récipient.
Selon un mode de réalisation, le second récipient est un second cylindre de révolution et les ouvertures sont disposées le long d’au moins une seconde couronne circonférentielle dans la paroi dudit second récipient, et en partie supérieure dudit second récipient.
Si le second récipient comprend plusieurs parois, les ouvertures doivent être pratiquées dans l’ensemble des parois afin de permettre le passage du fluide entre les premier et second canaux.
Alternativement ou en complément, le au moins un second moyen de passage peut être formé par des créneaux disposés au niveau de l’extrémité supérieure du second récipient. Selon un mode de réalisation, le moyen d’injection est apte à générer des bulles de diamètres moyens, préférentiellement inférieurs ou égaux à 1 mm.
Cela permet d’obtenir un meilleur taux de dissolution du C02 dans le fluide, ainsi qu’un meilleur brassage du fluide, avec pour conséquence notamment d’exploiter au mieux l’effet technique de diffraction de la lumière par les bulles au sein du liquide algal.
Selon un mode de réalisation, le moyen d’injection est apte à injecter un mélange gaz/solide. Cela est particulièrement nécessaire pour traiter un mélange gaz/solide injecté dans le photobioréacteur : le mélange peut notamment comprendre des particules fines contenues dans le gaz à traiter.
Selon un mode de réalisation, le moyen d’injection est disposé en dessous du second récipient.
Selon un mode de réalisation, le moyen d’injection comprend une membrane, de préférence disposée à l’intérieur et en partie inférieure du second récipient. La fonction d’une telle membrane est d’injecter le gaz sous forme de bulles de taille(s) maitrisée(s) et/ou calibrées.
Selon un autre mode de réalisation, le moyen d’injection peut comprendre un diffuseur de fines bulles, un hydro-injecteur, de la pierre poreuse ou de toute autre moyen apte à remplir la fonction d’injecter le gaz sous forme de bulles et de maîtriser plus précisément la (ou les) taille(s) desdites bulles.
Selon un mode de réalisation avantageux, au moins une source de lumière comprend au moins une paroi éclairante parmi au moins une paroi des premier et second récipients. Cela permet une meilleure homogénéité de diffusion lumineuse, sans perturbation de l’écoulement du fluide (pas d’ajout de zone morte).
Selon un mode de réalisation, la au moins une source de lumière comprend au moins une première source de lumière disposée à l’intérieur du second récipient. Selon un mode de réalisation, la au moins une source de lumière comprend au moins une seconde source de lumière disposée entre le premier récipient et le second récipient.
Selon un mode de réalisation, au moins une source de lumière est disposée sur une surface latérale intérieure du second récipient.
Selon un mode de réalisation, au moins une source de lumière est disposée sur une surface latérale extérieure du second récipient.
Selon un mode de réalisation, au moins une source de lumière est disposée sur une surface latérale intérieure du premier récipient.
Selon un mode de réalisation, la au moins une source de lumière comprend au moins une troisième source de lumière disposée à l’extérieur du premier récipient, par exemple sur une surface latérale extérieure du premier récipient, ou à une distance donnée dudit premier récipient.
Selon un mode de réalisation, au moins une source de lumière est formée par au moins une colonne de lumière s’étendant le long d’une parmi les première et seconde directions longitudinales des premier et second récipients.
On pourra également parler de tube lumineux dans la suite de la présente description.
Selon un mode de réalisation, au moins une source de lumière comprend un serpentin présentant une forme hélicoïdale autour d’un axe parallèle à l’une parmi les première et seconde directions longitudinales des premier et second récipients, le serpentin étant préférentiellement enroulé autour du premier et/ou du second récipient.
Selon un mode de réalisation, au moins une source de lumière comprend des LED.
Selon un mode de réalisation, le photobioréacteur comprend en outre au moins une pompe de recirculation configurée pour faire circuler le fluide depuis la partie inférieure du photobioréacteur vers la partie supérieure du photobioréacteur. Selon un mode de réalisation, le photobioréacteur comprend au moins une hélice.
Selon un mode de réalisation, au moins une hélice est disposée en partie inférieure du photobioréacteur, de préférence dans le second canal.
Selon un mode de réalisation, au moins une hélice est disposée dans le premier canal.
Selon un mode de réalisation, au moins une paroi du premier récipient est transparente à la lumière.
Selon un mode de réalisation, au moins une paroi du second récipient est transparente à la lumière.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’aide de la description qui suit donnée à titre illustratif et non limitatif, faite en regard des figures annexées parmi lesquelles :
la figure 1 illustre un photobioréacteur selon un premier mode de réalisation ;
la figure 2 illustre un photobioréacteur selon un second mode de réalisation, comprenant deux pompes de recirculation ; la figure 3 illustre un photobioréacteur selon un troisième mode de réalisation, comprenant plusieurs hélices ;
- les figures 4A et 4B montrent un photobioréacteur selon un quatrième mode de réalisation ;
la figure 5 illustre le sens de circulation du fluide dans le photobioréacteur selon les différents modes de réalisation; la figure 6 illustre un premier exemple d’emplacement de sources lumineuses ; les figures 7A et 7B illustrent un second exemple d’emplacement de sources lumineuses ;
la figure 8 illustre un troisième exemple d’emplacement de sources lumineuses ;
la figure 9 illustre un quatrième exemple d’emplacement de sources lumineuses ;
la figure 10 illustre un cinquième exemple d’emplacement de sources lumineuses ;
la figure 11 illustre un sixième exemple d’emplacement de sources lumineuses.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
La figure 1 illustre un photobioréacteur 1 selon un premier mode de réalisation.
Le photobioréacteur 1 comprend un premier récipient 2 qui est un premier cylindre creux s’étendant selon une première direction longitudinale Z2 et un second récipient 3 qui est un second cylindre creux s’étendant selon une seconde direction longitudinale Z3 et disposé à l’intérieur du premier cylindre creux 2. Les deux cylindres sont des cylindres de révolution. Les axes de révolution des premier et second cylindres sont confondus, en d’autres termes, les cylindres sont concentriques. L’espace entre les deux cylindres forme un premier canal 42. L’espace dans le second cylindre 3 forme un second canal 43.
La première extrémité inférieure, ou base 21 , du premier cylindre 2, ferme l’extrémité inférieure du photobioréacteur 1.
La seconde extrémité inférieure, ou base 31 , du second cylindre 3 peut être confondue avec la base 21 du premier cylindre 2.
Le photobioréacteur 1 peut avantageusement comprendre des moyens 9 pour fixer le second cylindre 3 et/ou le positionner par rapport au premier cylindre 2, par exemple de manière à ce que le premier canal 42 formé entre les deux cylindres soit de forme stable.
Le au moins un premier moyen de passage comprend plusieurs premiers moyens de passage, ou moyens de passage inférieurs, formés par des ouvertures 331 , chaque ouverture ayant une section sensiblement circulaire, étant pratiquée dans la paroi du second cylindre 3 au niveau de la partie inférieure 3a dudit second cylindre. Les ouvertures 331 permettent un passage entre le premier canal 42 et le second canal 43.
Dans l’exemple illustré, les ouvertures 331 sont pratiquées régulièrement le long d’une première couronne circonférentielle 33 de la paroi du second cylindre.
La différence de hauteur H entre les extrémités supérieures des premier et second cylindres définit un second moyen de passage, ou moyen de passage supérieur 52.
Un fluide peut circuler dans le photobioréacteur 1 , notamment dans le second canal 43 et dans le premier canal 42.
Dans cet exemple de réalisation, le moyen d’injection 7 comprend plusieurs éléments aptes à injecter du gaz sous forme de bulles dans le second canal 43. Le moyen d’injection 7 comprend un compresseur 72 pour envoyer du gaz et une membrane 71 apte à recevoir le gaz et l’injecter sous forme de bulles. La membrane 71 est disposée à l’intérieur du second cylindre 3. Le compresseur 72 est disposé en-dessous du photobioréacteur 1 .
Le second cylindre 3 et le moyen d’injection 7 forment ainsi un système d’air lift apte à injecter à l’intérieur du photobioréacteur un gaz, ou un mélange de gaz, ou encore un mélange gaz/solide, et ce faisant, à entraîner en circulation le fluide présent dans le second canal 43.
Selon les applications, et notamment le type de photobioréacteur, le mélange gaz/solide peut être :
- un mélange gazeux air/C02 et/ou - un mélange gazeux comprenant des solides, notamment des fines particules, et en particulier des microparticules à traiter.
Le gaz peut être de l’air urbain ou des fumées industrielles, contenant des polluants, dont les NOx, qui peuvent passer sous forme aqueuse (tout comme le C02) et contribuer à l’alimentation des micro-algues.
Dans la suite de la présente description, on parlera de gaz, étant entendu qu’il peut s’agir d’un mélange de gaz, ou d’un mélange gaz/solide.
Le fluide est en particulier un liquide, plus particulièrement une solution aqueuse comprenant des micro-algues, aussi nommée « solution algale ». Mais le fluide peut également définir le mélange entre le fluide et le gaz, le mélange gazeux ou le mélange gaz/solide.
Dans la suite de la présente description, on parlera de fluide, étant entendu qu’il peut s’agir soit de la solution algale seule, soit du mélange de ladite solution algale avec le gaz, ou avec le mélange gazeux, ou avec le mélange gaz/solide.
La membrane 71 a pour fonction principale d’injecter le gaz sous forme de bulles et surtout de maîtriser plus précisément la (ou les) taille(s) desdites bulles, le gaz étant ainsi diffusé dans le second canal 43 sous forme de bulles, permettant ainsi notamment de dissoudre du gaz, par exemple le C02, dans le liquide. Cela peut également contribuer à augmenter l’agitation dans le réacteur.
Alternativement à une membrane, il peut s’agir d’un diffuseur de fines bulles, d’une grille, d’une pierre poreuse, d’un hydro injecteur ou de toute autre moyen apte à injecter le gaz sous forme de bulles et à maîtriser plus précisément la (ou les) taille(s) desdites bulles.
Il peut y avoir plusieurs membranes et/ou autres moyens aptes à injecter le gaz sous forme de bulles. Toutes sont de préférence disposées en partie inférieure 3a du second cylindre 3, et/ou à plusieurs niveaux dans ledit second cylindre selon la direction longitudinale Z3 dudit second cylindre. La figure 5 illustre le sens de circulation du fluide. Les bulles issues des moyens d’injection 7, et en particulier de la membrane 71 , remontent à dans le second canal 43 en entraînant le fluide présent dans ledit second canal. Le fluide ainsi entraîné remonte à l’intérieur du second canal 43. Une fois l’extrémité haute dudit second canal atteinte (correspondant dans l’exemple illustré à l’extrémité haute 32 du second cylindre 3), le fluide se déverse dans le premier canal 42 en traversant le au moins un moyen de passage supérieur 52, par exemple formés par l’espace dû à une différence de hauteur entre les premier et second cylindres 2 et 3 au niveau des extrémités supérieures 22 et 32 desdits premier et second cylindres. Ensuite le fluide redescend jusqu’à l’extrémité inférieure du premier canal 42. Au niveau de l’extrémité inférieure du premier canal 42, le au moins un moyen de passage inférieur 51 , par exemple des ouvertures 331 dans le second cylindre 3, permettent l’aspiration du fluide descendant dans le premier canal 42 vers le second canal 43 grâce au flux ascendant du second canal, le passage du fluide à nouveau dans le second canal 43, et à nouveau un mouvement d’entraînement du fluide par les bulles depuis la partie inférieure vers la partie supérieure du second canal 43, lorsque le gaz est injecté.
Le moyen d’injection 7 peut injecter des bulles de gaz en continu dans le second canal 42.
Alternativement, le moyen d’injection 7 peut injecter des bulles de gaz en mode discontinu.
Ainsi, il se crée ainsi un mouvement du fluide, correspondant à un mouvement de convection forcée selon le sens de circulation décrit ci-dessus et illustré en figure 5.
En outre, le photobioréacteur comprend plusieurs sources de lumière 8 représentées sur la figure 1 sous la forme de plusieurs premières colonnes lumineuses 810 disposées sur la paroi à l’intérieur du second cylindre 3 et s’étendant selon la direction longitudinale Z3 dudit second cylindre. Sur l’exemple représenté, il y a huit colonnes lumineuses 810 disposées régulièrement sur la paroi à l’intérieur du second cylindre 3.
D’autres dispositions de sources de lumière sont présentées plus précisément avec les figures 6, 7A, 7B, 8 à 1 1. Toutes ces dispositions peuvent être combinés avec le photobioréacteur illustré en figure 1 , ou avec les autres modes de réalisation présentés ci-après.
La figure 2 illustre un photobioréacteur 1 selon un second mode de réalisation, qui se distingue du premier mode en ce qu’il comprend en outre au moins une pompe de recirculation 10.
Il est représenté deux pompes de recirculation 10, disposées à l’extérieur du premier cylindre 2. Lesdites pompes permettent d’accentuer le débit de circulation du fluide. Elles sont configurées de manière à aspirer le fluide depuis la partie inférieure du photobioréacteur, par exemple en partie inférieure du premier canal 42 et le réinjecter en partie supérieure du photobioréacteur, par exemple en partie supérieure du premier canal 42, accentuant le phénomène d’air lift.
Le nombre de pompes et la disposition de la ou des pompes peuvent être adaptés afin de permettre d’accentuer le débit de circulation du fluide.
Bien que tous les éléments du photobioréacteur n’aient pas été représentés sur la figure 2, il faut considérer que le photobioréacteur du second mode de réalisation peut comprendre tout ou partie des éléments décrits pour le premier mode.
La figure 3 illustre un photobioréacteur selon un troisième mode de réalisation qui se distingue du premier mode en ce qu’il comprend au moins une hélice 1 1.
Selon l’exemple représenté, le photobioréacteur comprend trois hélices 1 1. Une hélice est disposée en partie inférieure du second canal 43. La disposition et l’orientation d’une hélice sont réalisées de telle manière que l’hélice puisse appliquer un mouvement ascendant au fluide depuis l’extrémité inférieure vers l’extrémité supérieure dudit second canal. Deux autres hélices sont disposées dans le premier canal 42 de manière à appliquer un mouvement descendant au fluide dans ledit premier canal depuis l’extrémité supérieure vers l’extrémité inférieure dudit premier canal.
Les hélices, entraînées par un moteur disposé à l’extérieur du photobioréacteur 1 , tournent et agitent le fluide à l’intérieur du photobioréacteur. Les hélices créent une agitation qui permet d’accentuer le brassage du fluide dans le photobioréacteur.
Le nombre d’hélices et la disposition de la ou des hélices dans le photobioréacteur peuvent être adaptés afin d’obtenir le même effet.
Bien que tous les éléments du photobioréacteur n’aient pas été représentés sur la figure 3, il faut considérer que le photobioréacteur du troisième mode de réalisation peut comprendre tout ou partie des éléments décrits pour le premier mode.
Les figures 4A et 4B montrent un exemple de photobioréacteur selon un quatrième mode de réalisation.
La figure 4A illustre un photobioréacteur 1 comprenant un premier cylindre 2 de révolution de premier diamètre externe D2 s’étendant selon une première direction longitudinale Z2 sur une première hauteur H2 et un second cylindre 3 de révolution de second diamètre externe D3 s’étendant selon une seconde direction longitudinale Z3 sur une seconde hauteur H3. Les deux cylindres sont des cylindres de révolution creux et sont concentriques.
L’espace entre les deux cylindres forme un premier canal 42. Le premier canal 42 présente une forme de manchon cylindrique de hauteur égale à la hauteur H3 du second cylindre 3 et dont la largeur correspond à (D2-D3)/2 (et à (D2-D31 )/2 au niveau de la base 31 du second cylindre, comme explicité plus après).
La hauteur H entre les deux cylindres formant un second moyen de passage 52 est égale à H2-H3. Le photobioréacteur 1 comprend des moyens de maintien 9 aptes à positionner et/ou à maintenir le second cylindre 3 par rapport au premier cylindre 2.
A titre d’exemple, et comme illustré, les moyens de maintien 9 comprennent des taquets de maintien 91 disposés au niveau de la partie supérieure 3b, de préférence au niveau de l’extrémité supérieure 32 du second cylindre 3, et aptes à positionner le second cylindre 3 par rapport au premier cylindre 2.
En outre, ils comprennent des taquets de centrage 92 fixés à la base 21 du premier cylindre 2 et aptes à centrer le second cylindre 3 par rapport au premier cylindre 2.
La paroi latérale du premier cylindre 2 est en PVC transparent, et son l’épaisseur est par exemple de 10 mm.
La base 21 du premier cylindre 2 est en PVC non transparent et son épaisseur est par exemple de 10 mm.
La base 21 du premier cylindre 2 est traversée par deux passages 26, par exemple des piquages, permettant l’arrivée et/ou la sortie d’un fluide ou d’un mélange fluide/solide à l’intérieur dudit premier cylindre.
Le second cylindre 3 est disposé sur la base 21 du premier cylindre 2, et est centré par rapport audit premier cylindre grâce aux taquets de centrage 92.
La base 31 du second cylindre présente un diamètre D31 supérieur au diamètre D3 et comprend une extrémité inférieure en forme en créneaux 31 1 , dont les parties protubérantes 31 1 b sont en contact avec la base 21 du premier cylindre. La hauteur de l’extrémité inférieure est égale à H31 . Chaque dépression d’un créneau 31 1 a peut présenter une longueur L31 1 a et une hauteur H31 1 a.
Les dépressions 31 1 a des créneaux peuvent former des premiers moyens de passages pour le fluide.
Le moyen d’injection 7 comprend plusieurs éléments aptes à injecter du gaz sous forme de bulles dans le second canal 43. Dans cet exemple de réalisation, le moyen d’injection 7 comprend un compresseur 72 pour envoyer du gaz et une membrane 71 apte à recevoir le gaz et l’injecter sous forme de bulles et le diffuser dans le second canal 43. Le compresseur 72 est disposé en-dessous du photobioréacteur 1.
La membrane 71 est disposée dans la base 31 du second cylindre 3. Elle se présente sous la forme d’un disque plat de diamètre D71.
La figure 4B illustre plus précisément le second cylindre de révolution 3.
La paroi latérale du second cylindre 3 est en PVC transparent, et son l’épaisseur est par exemple de 5 mm.
Le second cylindre 3 comprend en outre des premiers moyens de passage sous la forme :
de premières ouvertures 331 de diamètres D331 , disposées et réparties régulièrement le long d’une première couronne circonférentielle 33 dans la paroi du second cylindre, à une hauteur égale à H33 par rapport au point de contact de la base 31 dudit second cylindre avec la base 21 du premier cylindre, et
de secondes ouvertures 331’ de diamètres D331’, disposées et réparties régulièrement le long d’une seconde couronne circonférentielle 33’ dans la paroi du second cylindre, à une hauteur égale à H33’ par rapport au point de contact de la base 31 dudit second cylindre avec la base 21 du premier cylindre.
A titre d’exemple, les dimensions susmentionnées peuvent être :
- D2 = 400 mm
- H2 = 3000 mm
- D3 = 200 mm
- H3 = 2525 mm
- H = H2-H3 = 475 mm
- D31 = 280 mm - H31 = 50 mm
- D331 = D331’ = 30 mm
- H33 = 100 mm
- H33’ = 200 mm
- L311 a = 75 mm
- H31 1 a = 22 mm
- D71 = 270 mm
En outre, le photobioréacteur comprend plusieurs sources de lumière 8 représentées sous forme de colonnes ou tubes 810 sur les figures 4A et 4B, mais qui peuvent être configurées autrement, comme présenté ci-après.
Plusieurs sources de lumière 8 peuvent créer un réseau de lumière uniforme en étant espacées l’une par rapport aux autres de 10 cm.
Selon un mode de réalisation non représenté, pouvant notamment s’appliquer à l’ensemble des modes de réalisations précédents, il peut y avoir plusieurs seconds récipients 3 à l’intérieur du premier récipient 2. Dans ce cas, il peut y avoir plusieurs seconds canaux 43.
Cela permet de d’améliorer l’uniformité de diffusion de la lumière au sein du liquide algal, d’augmenter le débit de circulation des fluides (réduction des sections) et ainsi améliorer l’homogénéisation du milieu, prolonger le temps de séjour des bulles de C02 dans le milieu et ainsi améliorer le taux de dissolution du C02 dans le milieu.
Comme indiqué plus avant, les figures 6, 7A, 7B, 8, 9, 10, 1 1 illustrent plusieurs dispositions de sources de lumière.
Les sources de lumières sont de préférence distancées entre elles au maximum de 10 cm.
Dans les exemples illustrés, le premier récipient 2 est représenté comme étant un cylindre de révolution, de direction longitudinale Z2 et le second récipient 3 est représenté comme étant un cylindre de révolution, de direction longitudinale Z3.
Pour plus de facilité de lecture, dans les figures 6, 7A, 7B, 8, 9, 10, 1 1 sont représentés des cylindres de révolution et la description correspondante exprime des premier et second cylindres, étant entendu qu’il peut s’agir de récipients qui ne sont pas nécessairement des cylindres, et notamment pas nécessairement des cylindres de révolution.
Les différentes dispositions de sources de lumière peuvent être combinées entre elles.
En outre, elles peuvent être combinées avec chacun des différents modes de réalisation présentés en lien avec les figures 1 à 4B.
L’éclairage est de préférence réalisé par des LED, mais d’autres sources de lumières peuvent être envisagées. Cela peut être des spots, ou des guirlandes ou rubans lumineux. D’autres modes sont présentés ci-après.
Les bulles elles-mêmes peuvent être des sources de lumières du fait qu’elles peuvent diffracter la lumière et la renvoyer vers le fluide.
L’intensité des sources de lumières doivent être adaptées : une intensité trop forte risque de griller les micro-algues, et au contraire, une intensité trop faible les fait coller aux parois du réacteur.
La figure 6 illustre un premier exemple dans lequel les sources lumineuses 8 comprennent des premières sources lumineuses 81 disposées à l’intérieur du second cylindre 3.
Elles sont illustrées sous la forme de premières colonnes lumineuses 810 s’étendant selon la direction longitudinale Z3 du second cylindre 3.
Les premières colonnes lumineuses 810 sont positionnées sur la surface latérale intérieure dudit second cylindre, et sont distribuées de manière régulière. Dans cet exemple, huit colonnes lumineuses 810 sont représentées, mais il peut y en avoir moins, ou plus.
Les premières colonnes lumineuses 810 peuvent être fixées à une paroi du second cylindre 3, par exemple par un système d’encliquetage. Dans un photobioréacteur dont les parois cylindriques sont opaques, notamment celles du second cylindre, il est important que les sources lumineuses puissent diffuser la lumière à 360° et donc qu’elles ne soient pas collées aux parois des cylindres.
Ainsi, alternativement ou en complément, les premières colonnes lumineuses 810 peuvent être positionnées à l’intérieur du second cylindre 3, mais pas sur une surface latérale dudit cylindre, comme illustré dans les figures 7A (en vue 3D) et 7B (en vue de dessus) : second exemple d’emplacement.
L’écartement des premières colonnes lumineuses 810, et plus largement l’écartement des premières sources lumineuses 81 , avec la surface latérale intérieure du second cylindre 3 dépend de la turbidité du milieu, de la concentration en algues, mais également de l’intensité lumineuse délivrée.
Alternativement ou en complément, des secondes colonnes lumineuses 820 peuvent être positionnées entre le premier et le second cylindre, sur la surface latérale extérieure du second cylindre 3 comme illustré dans la figure 8 en vue de dessus (troisième exemple d’emplacement).
Alternativement ou en complément, des secondes colonnes lumineuses 820 peuvent être positionnées entre le premier et second cylindre, mais pas nécessairement sur la surface latérale extérieure du second cylindre.
La figure 9 illustre un quatrième exemple d’emplacement de sources lumineuses 8, en vue de dessus.
Dans cet exemple, des premières sources lumineuses 81 sont disposées à l’intérieur du second cylindre 3 et des troisièmes sources lumineuses 83 sont disposées à l’extérieur du premier cylindre 2. Les premières sources lumineuses 81 sont sous la forme de colonnes lumineuses 810 disposées à l’intérieur du second cylindre 3.
Les premières colonnes lumineuses 810 s’étendent selon la direction longitudinale Z3 et sont positionnées à une distance donnée de la surface latérale intérieure du second cylindre 3. Elles peuvent être disposées alternativement selon l’un des premier et troisième exemples présentés, ou selon une combinaison des premier à troisième exemples d’emplacement.
Les troisièmes sources lumineuses 83 sont sous forme de plusieurs secondes colonnes lumineuses 830 s’étendant le long de la direction longitudinale Z2 du premier cylindre 2. Elles peuvent être positionnées contre la paroi du premier cylindre 2 ou à une distance D83 du premier cylindre 2.
La distance D83 entre les troisièmes colonnes lumineuses 830 et la surface latérale extérieure du premier cylindre 2, et plus largement entre les troisièmes sources lumineuses 83 et ladite paroi, dépend de la turbidité du milieu, de la concentration en algues, mais également de l’intensité lumineuse délivrée.
La figure 10 illustre un cinquième exemple d’emplacement de sources lumineuses.
Dans cet exemple également, des secondes sources lumineuses 82 sont disposées à l’extérieur du second cylindre 3 et des troisièmes sources lumineuses 83 sont disposées à l’extérieur du premier cylindre 2.
Comme dans l’exemple précédent, les troisièmes sources lumineuses 83 sont sous forme de troisièmes colonnes lumineuses 830 s’étendant le long de la direction longitudinale Z2 du premier cylindre 2. Elles peuvent être positionnées contre la surface latérale extérieure du premier cylindre 2 ou à une distance D83 du premier cylindre 2.
Alternativement, les troisièmes sources lumineuses 83 peuvent ne pas être intégrées.
Les secondes sources lumineuses 82 comprennent un second serpentin lumineux 821 formant une hélice dont l’axe correspond à la direction longitudinale Z3 du second cylindre 3, disposé autour de la surface latérale extérieure dudit second cylindre.
Alternativement ou en complément, un premier serpentin lumineux peut être disposé à l’intérieur du second cylindre 3.
Alternativement ou en complément, un troisième serpentin lumineux peut être disposé à l’extérieur du premier cylindre 2.
Le second, resp premier, serpentin lumineux peuvent être positionnés sur la surface latérale extérieure, resp intérieure dudit second cylindre ou positionnés à une distance donnée de ladite surface latérale.
Le troisième serpentin lumineux peut être positionné sur la surface latérale extérieure du premier cylindre ou positionné à une distance donnée de ladite surface latérale.
La figure 1 1 illustre un sixième exemple d’emplacement de sources lumineuses, qui diffère du cinquième exemple en ce que les troisièmes sources lumineuses 83 comprennent des segments de barres lumineuses 832 s’étendant le long de la direction longitudinale Z2 du premier cylindre 2 et positionnées à l’extérieur dudit premier cylindre.
Les troisièmes sources lumineuses 83 peuvent être positionnées contre la paroi à l’extérieur du premier cylindre 2 ou à une distance D83 du premier cylindre 2.
Les différents modes présentés peuvent être combinés entre eux.
En outre, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits mais s'étend à tout mode de réalisation entrant dans la portée des revendications.

Claims

REVENDICATIONS
1. Photobioréacteur (1 ) apte à contenir au moins un fluide, caractérisé en ce qu’il comprend :
- un premier récipient (2) s’étendant selon une première direction longitudinale (Z2);
- un second récipient (3) s’étendant selon une seconde direction longitudinale (Z3) ;
- le second récipient (3) :
- s’étendant à l’intérieur du premier récipient (2), de manière à délimiter un premier canal (42) entre une surface latérale intérieure (25) du premier récipient (2) et une surface latérale extérieure (35) du second récipient (3) ; et
- formant un second canal (43) à l’intérieur dudit second récipient ;
- au moins un premier moyen de passage (51 , 331 , 31 1 a) apte à permettre la circulation du fluide entre le premier canal (42) et le second canal (43) ;
- au moins un second moyen de passage (52) apte à permettre la circulation du fluide entre le premier canal (42) et le second canal (43) et disposé au-dessus du au moins un premier moyen de passage (51 , 331 , 31 1 a) ;
- au moins une source de lumière (8) ;
- un moyen d’injection (7) de gaz, configuré de manière à injecter du gaz sous forme de bulles dans le second canal (43) ; les premier et second récipients, les premier et second moyens de passage et le moyen d’injection étant configurés de manière à permettre une circulation du fluide dans le photobioréacteur entre le premier canal (42) et le second canal (43), et le fluide en circulation étant apte à être exposé à la au moins une source de lumière (8).
2. Photobioréacteur (1 ) selon la revendication 1 , le premier récipient (2) étant fermé au niveau de ses extrémités inférieure et supérieure. 3. Photobioréacteur (1 ) selon la revendication 1 ou 2, les première et seconde directions longitudinales (Z2, Z3) des premier et second récipients (2,
3) étant parallèles, de préférence confondues.
4. Photobioréacteur (1 ) selon la revendication 3, les premier et second récipients (2, 3) étant des cylindres de révolution, de préférence concentriques.
5. Photobioréacteur (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le au moins un premier moyen de passage étant formé par au moins une ouverture (331 ) dans la paroi du second récipient
(3), préférentiellement en partie inférieure (3a) dudit second récipient.
6. Photobioréacteur (1 ) selon la revendication 5, le second récipient (3) étant un cylindre de révolution comprenant une pluralité d’ouvertures (331 , 331’) formant des premiers moyens de passage, disposées le long d’au moins une seconde couronne circonférentielle (33, 33’) dans la paroi dudit second récipient, et préférentiellement au niveau de l’extrémité inférieure (31 ) du second récipient (3).
7. Photobioréacteur (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, un premier moyen de passage étant formés par des créneaux (31 1 ) disposés dans la paroi dudit second récipient, et préférentiellement au niveau de l’extrémité inférieure (31 ) du second récipient (3).
8. Photobioréacteur (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le au moins un second moyen de passage (52) étant formé par une différence de hauteur entre le premier récipient (2) et le second récipient (3), l’extrémité supérieure du second récipient étant située en dessous de l’extrémité supérieure du premier récipient.
9. Photobioréacteur (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le moyen d’injection (7) étant apte à générer des bulles de diamètres préférentiellement inférieurs ou égal à 1 mm.
10. Photobioréacteur (1 ) selon l’une des revendications précédentes, le moyen d’injection (7) étant configuré pour injecter un mélange gaz/solide.
1 1. Photobioréacteur (1 ) selon l’une des revendications précédentes, le moyen d’injection (7) étant disposé en dessous du second récipient (3).
12. Photobioréacteur (1 ) selon l’une des revendications précédentes, le moyen d’injection (7) comprenant au moyen un moyen apte à diffuser des bulles de tailles calibrées, par exemple une membrane (71 ), disposée de préférence à l’intérieur et en partie inférieure (3a) du second récipient (3)
13. Photobioréacteur (1 ) selon l’une des revendications précédentes, la au moins une source de lumière (8) comprenant au moins une paroi éclairante parmi au moins une paroi des premier et/ou second récipients.
14. Photobioréacteur (1 ) selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre au moins une pompe de recirculation (10) configurée pour faire circuler le fluide depuis la partie inférieure du photobioréacteur (1 ) vers la partie supérieure du photobioréacteur (1 ).
15. Photobioréacteur (1 ) selon l’une des revendications précédentes, le photobioréacteur comprenant au moins une hélice (1 1 ).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021165621A1 (fr) 2020-02-20 2021-08-26 Suez Groupe Installation et procédé d'épuration d'air
WO2023073442A1 (fr) * 2021-10-29 2023-05-04 Tikray S.A.S. Photobioréacteur avec agencement optique pour la culture de micro-algues

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113150976A (zh) * 2021-05-13 2021-07-23 云南爱尔发生物技术股份有限公司 一种微藻的集约化培育系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4952511A (en) 1987-06-11 1990-08-28 Martek Corporation Photobioreactor
EP1169428A1 (fr) 1999-04-13 2002-01-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Photobioreacteur a incidence amelioree de la lumiere par augmentation de la surface, elements de decalage de la longueur d'ondes ou transport de la lumiere
CN1483807A (zh) * 2003-06-27 2004-03-24 中国科学院海洋研究所 饵料微藻培养装置
WO2013079948A1 (fr) * 2011-11-29 2013-06-06 Xanthella Limited Photobioréacteur
WO2014044883A1 (fr) * 2012-09-19 2014-03-27 Universidad De Alicante Photobioréacteur combiné de type "air-lift" pour la production de biomasse

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1247766C (zh) * 2001-09-27 2006-03-29 中国科学院过程工程研究所 一体式的气升式光生物反应器及其用途
WO2008010737A1 (fr) * 2006-07-21 2008-01-24 Tecnia Processos E Equipamentos Industriais E Ambintais Photobioréacteur pour une culture de microorganismes photosynthétiques
FR2943685B1 (fr) * 2009-03-25 2011-04-29 Microphyt Reacteur photosynthetique pour la culture de microorganiques et procede de culture de microorganismes
WO2010138571A1 (fr) * 2009-05-28 2010-12-02 Coastal Biomarine, Llc Photobioréacteur et procédé de culture et de récolte de micro-organismes
FR2974814B1 (fr) * 2011-05-06 2017-06-02 Acta Alga Photobioreacteur en milieu ferme pour la culture de micro-organismes photosynthetiques
US9605238B2 (en) * 2013-10-01 2017-03-28 Arizona Technology Innovation Group, Inc. Photo-bioreactor system and method for production of bio-materials
US20160113224A1 (en) * 2014-10-24 2016-04-28 Morgan Hill Bioenergy, Inc. Large-scale algae cultivation system with diffused acrylic rods and double parabolic trough mirror systems
CN104988059B (zh) * 2015-05-19 2019-01-04 何忠志 一种用于藻类养殖的光生物反应器
CN105219635A (zh) * 2015-09-16 2016-01-06 浙江大学舟山海洋研究中心 一种内置光源气升式内环流光合生物反应器
CN204999909U (zh) * 2015-09-16 2016-01-27 浙江大学舟山海洋研究中心 内置光源气升式内环流光合生物反应器
CN206462017U (zh) * 2017-01-21 2017-09-05 巢湖学院 一种桶式光生物反应器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4952511A (en) 1987-06-11 1990-08-28 Martek Corporation Photobioreactor
EP1169428A1 (fr) 1999-04-13 2002-01-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Photobioreacteur a incidence amelioree de la lumiere par augmentation de la surface, elements de decalage de la longueur d'ondes ou transport de la lumiere
CN1483807A (zh) * 2003-06-27 2004-03-24 中国科学院海洋研究所 饵料微藻培养装置
WO2013079948A1 (fr) * 2011-11-29 2013-06-06 Xanthella Limited Photobioréacteur
WO2014044883A1 (fr) * 2012-09-19 2014-03-27 Universidad De Alicante Photobioréacteur combiné de type "air-lift" pour la production de biomasse

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE WPI Week 200438, Derwent World Patents Index; AN 2004-401710, XP002784807 *
PRUVOST, JÉRÉMY; CORNET, JEAN-FRANÇOIS; LE BORGNE, FRANÇOIS; JENCK, JEAN: "Chimie verte et nouvelle gestion de l'énergie", 10 February 2017, article "Production industrielle de microalgues et de cyanobactéries"

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021165621A1 (fr) 2020-02-20 2021-08-26 Suez Groupe Installation et procédé d'épuration d'air
FR3107459A1 (fr) 2020-02-20 2021-08-27 Suez Groupe Installation et procede d’epuration d’air
WO2023073442A1 (fr) * 2021-10-29 2023-05-04 Tikray S.A.S. Photobioréacteur avec agencement optique pour la culture de micro-algues

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