WO2024156966A1 - Reacteur a diodes lumineuses - Google Patents

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WO2024156966A1
WO2024156966A1 PCT/FR2024/050102 FR2024050102W WO2024156966A1 WO 2024156966 A1 WO2024156966 A1 WO 2024156966A1 FR 2024050102 W FR2024050102 W FR 2024050102W WO 2024156966 A1 WO2024156966 A1 WO 2024156966A1
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WO
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light
flexible
lighting device
reactor according
diode
Prior art date
Application number
PCT/FR2024/050102
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English (en)
Inventor
Philippe BOUDIER
Original Assignee
CarbonWorks
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Publication date
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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
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/26—Constructional details, e.g. recesses, hinges flexible
    • 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
    • C12M31/00—Means for providing, directing, scattering or concentrating light
    • C12M31/10—Means for providing, directing, scattering or concentrating light by light emitting elements located inside the reactor, e.g. LED or OLED

Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of reactors with integrated lighting, in particular for the cultivation of photosynthetic microorganisms.
  • bioreactor designates a reactor within which biological phenomena develop, such as the growth of cultures of a single type or of a consortium of microorganisms (in particular microalgae), in areas very varied such as the treatment of effluents, the production of biomass containing biomolecules of interest (that is to say biomolecules that we know how to valorize) and/or metabolite products.
  • a bioreactor typically comprises a tank (cylindrical or parallelepiped) containing a culture medium for biological species (yeasts, bacteria, microscopic fungi, algae, animal and plant cells) for:
  • Photo-bioreactors that is to say bioreactors in which a supply of light (continuously, cyclically, or in the form of pulses) is placed implemented.
  • Photo-bioreactors have already been proposed in which the light supply is carried out from inside the tank.
  • Document US 3,986,297 proposes in particular a photobioreactor in which the supply of light is carried out by immersion, in the culture medium, of illumination means (such as xenon lamps).
  • illumination means such as xenon lamps.
  • a disadvantage of this solution is that the efficiency of the photo-bioreactor is inversely proportional to its dimensions. Thus, the more the dimensions of the photobioreactor increase, the more its efficiency decreases.
  • Photo-bioreactors have also been proposed in which the light is supplied from outside the tank.
  • a well-controlled configuration consists of providing the tank with portholes allowing the penetration of light generated from outside the tank (natural or artificial light).
  • a disadvantage of such a configuration is that the portholes limit the illumination surface and absorb or reflect a significant part of the photons emitted by the lighting source.
  • the productivity of a photo-bioreactor is directly linked to its specific surface area (ratio of illuminated surface area to volume of culture). It is therefore desirable for the photo-bioreactor to have a large specific illuminated surface area.
  • An aim of the present invention is to propose an economical photo-bioreactor, both in terms of investments and operating costs, and whose land footprint is reduced.
  • Another aim of the invention is to provide a large capacity photo-bioreactor (tank of 1000 liters or more) in which the yield in quantity of photons (pmol- ph-s- 1) provided by a luminous surface per unit of power (Watt) is optimized.
  • the invention proposes a reactor including:
  • a tank intended to contain a mass to be treated, the tank comprising a lower wall forming a bottom, an upper wall opposite the lower wall, and at least one side wall between the lower and upper walls,
  • each flexible lighting device comprises:
  • a peripheral frame composed of: o two flexible longitudinal edges, and o two transverse edges, each transverse edge extending between a pair of respective free ends of the longitudinal edges, and
  • a flexible central sheet on the edges of which the peripheral frame is mounted including: o at least one flexible plate, o a flexible coating layer transparent to light radiation, said coating layer extending over the plate flexible, o a group of light diodes extending between the flexible plate and the flexible coating layer, said light diodes being oriented so as to generate the light radiation in a direction opposite to the flexible plate.
  • each lighting device makes it possible to extract it by moving it in a horizontal direction above the tank, for example by making it circulate on rollers of a roller conveyor positioned above tank. It is thus possible to reduce the height necessary to extract said lighting device(s) from the tank, for example as part of a maintenance operation.
  • each lighting device allows it to conform to the geometry of the photo-bioreactor, and thus to maximize the illuminated surface/illuminated volume ratio directly in contact with the culture medium.
  • the flexibility of the plate(s) makes it possible to improve the kinetics of movement of the medium in certain zones of the photo-bioreactor, in particular by limiting the formation of circular secondary flows around a flow main flow of the medium, as will be described in more detail below with reference to the figures.
  • each light diode may be a flexible organic light-emitting diode (OLED), each light diode being in contact with an adjacent light diode; each light diode can be chosen from a conventional light-emitting diode (LED), or a mini light-emitting diode (mini LED), the light diodes being spaced from each other by a distance greater than or equal to 50 pm;
  • OLED organic light-emitting diode
  • mini LED mini light-emitting diode
  • each transverse edge can be flexible so that the peripheral frame is flexible in two orthogonal directions
  • each transverse edge can be rigid so that the peripheral frame is flexible in a single direction parallel to the longitudinal edges;
  • each transverse edge may include a rigid frame and a rigid strand of length less than the rigid frame, the rigid frame and the strand being connected by a pivot connection so that the strand is capable of pivoting relative to the frame;
  • each flexible edge can comprise a succession of rigid segments connected together by pivot connections so that each segment is able to pivot relative to an adjacent segment;
  • each flexible edge may consist of a section made of a material identical to a material constituting the flexible plate;
  • said and at least one lighting device can be of parallelepiped shape, the reactor including a rigid support structure comprising housings, each housing being intended to receive a respective flexible lighting device and being configured so as to curve the device lighting in the tank;
  • each light diode may comprise a stack of structures, each structure being adapted to emit light radiation in a respective wavelength range;
  • the reactor can also include at least one controller (6) configured to control said one and at least one electrical energy supply module (5);
  • said and at least one controller can be configured to control a variation of energy supplied by said and at least one power module in order to modify over time the emission spectrum of said and at least one lighting device; said and at least one controller can be configured to: o control the continuous activation of said and at least one electrical energy supply module so that said and at least one lighting device (2a, 2b) generates continuous light radiation, o control the discontinuous activation of said and at least an electrical energy supply module so that said and at least one lighting device (2a, 2b) generates discontinuous light radiation in the form of flashes composed of an alternation of dark phases and illuminated phases, for example at a frequency between 10 and 50 kHz;
  • the material constituting said coating layer may be flexible glass
  • the material constituting the coating layer may be a synthetic or semi-synthetic resin chosen from crosslinked (meth)acrylic resins, crosslinked styrene resins, polyurethane resins, polyester resins, silicone resins, resins fluorinated, resins prepared from inorganic substances such as silica, calcium carbonate and barium sulfate;
  • At least two light diodes of the plurality of light diodes can be of different sizes
  • the plurality of light diodes may comprise: o at least one light diode with ultraviolet emission, and/or o at least one phosphorescent light diode.
  • FIG.l is a schematic perspective representation of an example of a bioreactor
  • FIG.2 is a schematic representation of a first example of a central layer of a lighting device
  • FIG.3 is a schematic cross-sectional representation of an example of a light diode structure
  • FIG.4 is a schematic representation of the luminous distribution of the light emitted by a conventional light-emitting diode (LED);
  • FIG.5 is a schematic representation of the luminous distribution of the light emitted by an organic light-emitting diode (OLED);
  • FIG.6 is a schematic representation of a second example of the central layer of a lighting device
  • FIG.9 is a partial schematic representation of a flow in the bioreactor illustrated in Figure 8.
  • FIG.10 is a schematic representation in cross section of an alternative embodiment of a bioreactor according to the invention.
  • FIG.11 is a schematic representation of a bioreactor maintenance system according to the invention.
  • FIG.13 is a graph representing the productivity of a chlorella in the alternative embodiment of the bioreactor illustrated in Figure 12;
  • FIG.14 is a curve illustrating the maximum concentration of microalgae as a function of a spacing between two adjacent lighting devices
  • FIG.15 is a schematic diagram illustrating the difference between continuous lighting and discontinuous lighting
  • FIG.16 represents microalgae concentration curves as a function of a spacing between two adjacent lighting devices in the case of continuous lighting on the one hand and in the case of discontinuous lighting on the other go,
  • the bioreactor can comprise:
  • Each lighting device is intended to be integrated into the tank 1 for the treatment of a culture medium 4 contained in the tank 1.
  • These lighting devices 2a-2g are intended to be completely immersed in the medium culture 4.
  • the lighting devices 2a-2g can be of different heights. Alternatively, the lighting devices 2a-2g can all be of identical height. This makes it possible to simplify the installation of lighting devices by an operator.
  • bioreactor will be described with reference to the treatment of a biomass formed of microorganisms, for example microalgae. It is understood, however, that the following description also applies to other types of reactors in the field of microbiology.
  • the bioreactor comprises:
  • the diffusion units 3 can be arranged every two lighting devices so that two successive diffusion units 3 are separated by two adjacent lighting devices .
  • the diffusion units 3 of the injection system can be arranged periodically downstream of each lighting device of the first group 2a, 2c, 2e, 2g (the reactor being devoid of diffusion unit 3 downstream of the lighting device of the second group 2b).
  • the mass to be treated is driven vertically towards the top of the tank 1 (ie direction opposite the bottom) by the CO2 bubbles (or the fluid containing the dissolved CO2) emitted (or emitted) by the diffusion units 3.
  • the mass to be treated passes above the lighting device of the second group 2b, 2d, 2f and falls towards the bottom of the tank 1 by gravity.
  • the power supply module 5 makes it possible to supply each lighting device 2a-2g with electrical energy.
  • each lighting device 2a-2g is electrically connected to the power supply module 5 via one (or more) electrically conductive connection cable(s).
  • the electrical energy supplied by the power module 5 is then converted into light radiation by each lighting device 2a-2g to illuminate the culture medium 4.
  • Controller 6 is used to control the bioreactor.
  • controller 6 makes it possible to control the electrical energy supply module to vary:
  • each lighting device for example continuous regime for certain lighting devices, and flash regime at a frequency between 1 and 150 kHz for other lighting devices).
  • the tank 1 is intended to contain the culture medium 4. It comprises a bottom and at least one side wall.
  • the tank 1 is substantially parallelepiped. It is made up of a bottom, four side walls and an at least partially removable cover.
  • the tank 1 can be cylindrical and comprise a lower base forming the bottom, an upper base forming the cover, and a side wall between the lower and upper bases.
  • the material constituting the walls of tank 1 can be stainless steel or equivalent.
  • the tank is preferably made of a material resistant to cleaning products (bleach, peroxide, etc.).
  • Each lighting device is flexible.
  • the flexible nature of each lighting device allows it to conform to the shape of the tank, for example by bending it (totally or partially) in the case of a cylindrical tank.
  • a component is said to be “flexible” when it is made of a material having mechanical properties allowing elastic deformation of said component.
  • the flexible material can for example have:
  • a modulus of elasticity greater than 0.05 Mpa, for example between 0.1 Mpa and 300 Gpa, and
  • the flexible lighting device 2 comprises:
  • the frame 51 and the sheet 52 are flexible in at least one direction.
  • the peripheral frame 51 makes it possible to support the central layer 52. As illustrated in Figure 17, the peripheral frame 51 comprises:
  • each transverse edge 511 extending between a respective pair of free ends of the longitudinal edges 512.
  • edges 511, 512 of the peripheral frame 51 constitute reinforcements for the central layer 52. In particular, they make it possible to protect the central layer 52 when handling the lighting device 2, and thus limit the risks of degradation of the central layer 52.
  • edges 511, 512 can make it possible to constrain the sheet 52 according to a desired shape in the absence of external stress.
  • the edges 511, 512 make it possible to conform the central sheet 52 in a plane when the lighting device is suspended (and no force is applied to the edges to bend the lighting device).
  • each edge 511, 512 has a stiffness coefficient greater than the stiffness coefficient of the central sheet 52.
  • each edge 511 will be referred to as a “flexible edge”, 512 of non-zero flexibility, even if the coefficient of stiffness of said edge is greater than the coefficient of stiffness of the central sheet 52.
  • the four edges 511, 512 are flexible.
  • the peripheral frame 51 is flexible in two orthogonal directions D1, D2.
  • the peripheral frame 51 is flexible in a single direction.
  • the fact that the peripheral frame 52 is flexible only in one direction makes it possible to improve its hold (maintaining in shape) in a direction orthogonal to its movement when the lighting device is manipulated, for example in the context of a lighting operation. maintenance.
  • Each edge 511 can be rigid over only part of its length.
  • each border transverse 512 is composed of a rigid frame 512' and a strand 512" of length less than the rigid frame 512', the rigid frame 512' and the strand 512" being connected by a pivot connection 512"' of so that the strand 512” can move in rotation relative to the rigid frame 512’.
  • each flexible edge 511 can consist of a succession of rigid segments 513 connected together by pivot connections 514 allowing each segment to pivot around an axis of the pivot connection relative to the at least one of the segments adjacent to it. This makes it possible to curve the end of the lighting device to conform it to the geometry of the photo-bioreactor, as will be described in more detail below with reference to Figures 8 to 10.
  • each flexible edge may consist of a sausage made of the same material as the plate. This makes it possible to simplify the design of each lighting device.
  • the material constituting each flexible edge may be poly-methyl methacrylate (PMMA), or a methacrylic resin (such as methyl methacrylate, ethyl ethacrylate, butyl methacrylate, propyl or isopropyl methacrylate). ), or a polystyrene, polycarbonate, polyacrylate type resin.
  • PMMA poly-methyl methacrylate
  • methacrylic resin such as methyl methacrylate, ethyl ethacrylate, butyl methacrylate, propyl or isopropyl methacrylate.
  • a rigid support structure (not shown) comprising housings in each of which a respective flexible lighting device is housed can be provided in the tank.
  • Such a support structure - each housing of which can be defined by one (or more) guide rail(s) in which the associated lighting device is able to slide - makes it possible to conform the lighting device flexible in order to bend its end in the photo-bioreactor.
  • the sheet 52 of the lighting device 2 comprises: a flexible plate 21, and at least one light diode 22, 22a, 22b, 22c mounted on the flexible plate(s) 21.
  • the lighting device 2 comprises a single light diode 22 (for example with a surface area of 6m 2 ).
  • each lighting device 2 comprises a plurality of light diodes 22, 22a, 22b, 22c (each having a surface area of between 0.01 m 2 and 6m 2 ).
  • Each light diode 22, 22a, 22b, 22c can be glued to the flexible plate 21.
  • each light diode 22, 22a, 22b, 22c can be laminated on the flexible plate 21 using a lamination spacer.
  • Each flexible plate 21 can be substantially rectangular. However, each plate 21 may have another shape.
  • each plate 21 may be poly-methyl methacrylate (PMMA). Other transparent materials known per se can be used. The material allows the plate 211 to conduct - by transmission between its front and rear faces - the luminous flux emitted by the light diode(s), such as for example:
  • a transparent resin such as polystyrene, polycarbonate, polyacrylate, or
  • each plate 21 may be a metal.
  • the plate may comprise a layer of material reflecting the luminous flux generated by the light diode(s).
  • This layer of reflective material preferably extends between the plate 21 and the light diode(s). It allows the light produced by the light diode(s) to be reflected, directed and focused.
  • the layer of reflective material may consist of a film of reflective material such as a metallized aluminum film, or a paint.
  • Each light diode comprises one (or more) layer(s) of electroluminescent material(s) framed by two electrodes:
  • one of the electrodes - called anode - is arranged under the (or each) layer of electroluminescent material
  • the cathode - • the other of the electrodes - called the cathode - is arranged on the (or each) layer of electroluminescent material opposite the anode.
  • Each light diode emits light by electroluminescence using the recombination energy of holes injected from the anode and electrons injected from the cathode.
  • the anode and the cathode can be made of a transparent material, so that the photons emitted pass through each electrode to provide light outside the light diode via its two faces.
  • each light-emitting diode includes: a first electrode 221 in contact with the flexible plate 21,
  • the color of the light rays emitted by the light diode can be modified to make it particularly suitable for a specific maturation or growth method, as will be described in more detail below.
  • Each light diode 22, 22a, 22b, 22c can be chosen from:
  • the flexible nature of the OLED type light diodes makes it possible to maintain the flexibility of the lighting devices even when the OLED type light diodes (arranged on the flexible plate) are in contact with each other.
  • the light diodes are of a type other than an OLED, they are spaced from each other by a sufficient distance to allow the lighting device to be folded at an angle greater than or equal to 60° , preferably at an angle greater than or equal to 90°, more preferably at an angle greater than or equal to 120°, and even more preferably at an angle equal to 180°.
  • the light diodes can be spaced from each other by a distance greater than or equal to 50 pm.
  • mini LED type light diodes makes it possible to have smaller light sources than conventional LED type light diodes (size less than 500 pm), which makes it possible to increase the number of light sources per unit surface (improved brightness and contrast), and reduce the thickness of lighting devices.
  • the use of flexible OLED type light diodes 22 makes it possible to increase the homogeneity of the light 228 emitted by the lighting device according to the invention in comparison to the light 92 emitted by a conventional LED 91 type light diode.
  • OLED type light diodes ensures better homogeneity of light, and makes it possible to optimize the illuminated volume in the bioreactor.
  • each lighting device 2 can optionally include an external coating layer 23 covering the light diode(s) and possibly the plate(s) 21 flexible(s).
  • This coating layer 23 makes it possible to protect the light diode(s) and the plate(s) 21 against possible mechanical attacks (scratches due to friction, etc.). ). It also makes it possible to ensure the tightness of the lighting device.
  • the coating layer 23 also makes it possible to improve the diffusion of the light emitted by the light diode(s). Indeed, when light is applied to a material, part of the light is reflected, part is absorbed and another part is transmitted through it. These parameters can be determined using known methods of photometry and optics.
  • the external coating layer 23 can be a transmission layer making it possible to promote the transmission of light radiation emitted by the light diode(s) to the outside.
  • the material constituting the coating layer 23 may be a resin including transparent particles, in particular a thermoplastic resin.
  • the resin be a synthetic or semi-synthetic resin and be chosen from crosslinked acrylic (meth) resins, crosslinked styrene resins, polyurethane resins, polyester resins, silicone resins, fluorine resins, resins prepared from inorganic substances such as silica, calcium carbonate and barium sulfate.
  • synthetic resins are preferred, in particular, crosslinked (meth)acrylic resins, crosslinked styrene resins, (meth)acrylic - crosslinked styrene copolymer resins and silicone resins are preferred.
  • the coating layer 23 comprises a diffusing material having a transmittance preferably of at least 90%, more preferably at least 95%, still more preferably between 95% and 98%.
  • the coating layer has the function of improving the diffusion of the light emitted by the light diode(s)
  • the latter is configured so that the light emitted by the light device has a degree of dispersion preferably greater than or equal to 170°, still preferably greater than or equal to 175°, always still preferably between 175° and 180°.
  • the coating layer 23 can also have a function of filtering the wavelengths of the light emitted by the lighting device.
  • the material constituting the coating layer can be chosen to allow the transmission of light radiation whose wavelengths are between 380nm and 800 nm, preferably between 400 nm and 720 nm, even more preferably between 420 and 690 nm.
  • the thickness of the coating layer 23 is between 0.1 mm and 5.0 mm, preferably between 0.5 mm to 3.0 mm, even more preferably between 0.5 mm and 2.0mm.
  • a lighting device according to the invention comprising a coating layer 23 of flexible diffusing material as defined above, has a better diffusion capacity than the lighting devices of the prior art and therefore a better output W/Lumen/unit area.
  • a cultivation process using a bioreactor comprising a lighting device according to the invention will require less electrical energy.
  • the lighting device described above is safer because it requires only low voltages.
  • the covering layer 23 can also be made of a material (or be covered with a material) limiting its soiling (in particular by preventing the deposition of microalgae on its surface).
  • the coating layer 23 can for example consist of a flexible glass of the Corning type (with a thickness of between 0.1mm and 0.7mm).
  • Such a sealed glass coating also allows better exchange of heat emitted by the light diode(s) towards the culture medium (which can promote its growth of microorganisms contained in the culture medium). 4).
  • Such a sealed glass covering also constitutes a better barrier to gases injected into the bioreactor.
  • the central layer of the lighting device 2 comprises a flexible plate 21 and a plurality of light diodes 22, 22a, 22b, 22c mounted on the flexible plate 21.
  • the light diodes are of identical size and of identical structure.
  • the light diodes may be of different size and/or type (LED, OLED, mini LED), and/or structure, as illustrated in Figure 7.
  • each lighting device 2 can include:
  • the flexible nature of the lighting device makes it possible to delimit a circulation path for the culture medium in which: the pressure losses in the circulation flow of the culture medium are reduced, • unlit areas along this traffic path are limited.
  • non-flexible lighting devices 7a-7i are integrated into a parallelepiped tank 1 (of the type comprising a bottom, four side walls and a cover), these are conventionally arranged transversely to the length of the tank, and offset vertically to come into contact successively with the cover and the bottom of the tank 1.
  • a lighting device 7b, 7d, 7f, 7h in contact with the bottom of the tank 1 is adjacent to two lighting devices 7a, 7c, 7e, 7g, 7i in contact with the cover of the tank 1,
  • a lighting device 7a, 7c, 7e, 7g, 7i in contact with the cover of tank 1 is surrounded by two lighting devices 7b, 7d, 7f, 7h in contact with the bottom of tank 1.
  • the rounded U shape (obtained by curving the end of the successive lighting devices) makes it possible to limit the pressure losses at the junction between two successive segments.
  • the power module 5 illustrated in Figures 1 and 2 makes it possible to provide sufficient electrical energy for the generation of light radiation by each light diode 22, 22a, 22b, 22c.
  • Each lighting device 2 can be connected independently to the electrical energy supply module 5. This makes it possible to individually remove each lighting device 2 from the bioreactor during its operation.
  • each light diode can be individually connected to the power module 5. More precisely, the power module 5 is electrically connected to the electrodes of each light diode. This makes it possible to individually control the light radiation emitted by each light diode.
  • the power supply module 5 is in communication (wired or wireless) with the controller 6 which is configured to emit control signals allowing in particular:
  • each light diode of the lighting device • to selectively activate/deactivate each light diode of the lighting device, for example depending on the filling rate of the bioreactor; it is thus possible to optimize the efficiency of the bioreactor as well as its increased electrical power, to individually define the excitation regime (continuous or flash regime) of each light diode.
  • a controller connected to the light diodes makes it possible to detect a possible fault in one (or more) light diode(s). This detection makes it possible to locate the faulty light diode(s) in order to replace it(s) if necessary.
  • the controller 6 and the power module 5 also make it possible to define individually the emission spectrum (white, blue, red, green light, etc.) of each light diode.
  • the power supply module 5 is electrically connected to the first, second, third and fourth electrodes 221, 223, 225, 227.
  • the controller 6 controls the quantity of electrical energy supplied by the power module 5 to each of the first second, third and fourth electrodes 221, 223, 225, 227, in order to modulate the intensity of the radiation emitted by each emission unit 222, 224, 226 respectively.
  • the red, green and blue light rays emitted by the emission units then make it possible to obtain a specific spectrum (white, yellow, violet light, etc.) adapted to a given application.
  • the growth of a microalgae of the Oscillatoria sp type is faster in the case of light radiation whose wavelengths are included in a blue spectrum.
  • chlorophyll and carotenoid pigments are observed at high concentrations in blue light radiation.
  • the controller 6 commands the power supply module 5 to supply only electrical energy to the third and fourth electrodes 225, 227 between which the control unit extends. blue emission 226.
  • a light diode including a stack of structures 222, 224, 226, a power supply module 5 (connected to the light diode) and a controller 6 (controlling the module power supply 5) allows you to modulate the emission spectrum of the light diode.
  • this modulation of the emission spectrum of the light diode can vary over time, to adapt to conditions of biomass growth and/or stress and/or production of metabolites.
  • a user of the bioreactor according to the invention can:
  • the diffusion units 3 allow: to provide carbon dioxide for the development of the culture medium 4, and
  • the supply of carbon dioxide can be continuous or discontinuous in response to certain criteria such as time or pH. Carbon dioxide can be introduced:
  • the diffusion units 3 can be of different types, for example diffusers made of microporous composite materials, membrane (EPDM, silicone, etc., preferably EPDM), ceramic or slotted, etc. :
  • the diffusion units 3 can consist of micro-bubble heads for the diffusion of bubbles of different diameters
  • the diffusion units 3 may consist of fluid ejection nozzles for the diffusion of the fluid containing dissolved CO2.
  • the diffusion units 3 can also include a membrane contactor.
  • a membrane contactor is a device comprising at least two fluid circulation circuits separated by a transfer membrane. The fluids circulating in said membrane contactor are also referred to as circulating fluid(s).
  • the membrane contactor thus comprises a first circulation circuit of a first circulation fluid for supplying carbon dioxide (CO2), called CO2 supply fluid in contact with a first face of the transfer membrane, and a second circulation circuit of a second circulation fluid for receiving CO2, called CO2 reception fluid, in contact with the second face of the transfer membrane.
  • CO2 carbon dioxide
  • Each fluid circulation circuit is independent of one another, and can be closed or open.
  • Each diffusion unit 3 is preferably arranged in the immediate vicinity of the bottom of the tank 1. Furthermore, each diffusion unit 3 is arranged between two adjacent lighting devices 2a, 2b, the different diffusion units 3 being arranged so that each diffusion unit 3 is surrounded by lighting devices distinct from the lighting devices 2a, 2b surrounding the other diffusion units 3. In other words, each diffusion unit 3 is separated from the unit nearest diffusion 3 (or nearest units) by two lighting devices 2a, 2b.
  • the diffusion units 3 are connected to a CO2 supply unit - such as a booster (in the case of gaseous CO2) or a pump (turbine type in the case of fluid CO2) - preferably equipped a non-return valve to prevent the rise of sludge or effluent at the CO2 supply unit.
  • a CO2 supply unit such as a booster (in the case of gaseous CO2) or a pump (turbine type in the case of fluid CO2) - preferably equipped a non-return valve to prevent the rise of sludge or effluent at the CO2 supply unit.
  • a CO2 supply unit is known in itself and will not be described in more detail below.
  • This system includes:
  • a gripping tool 100 (hook, grapple, or the like) mounted at the free end of the crane
  • Each lighting device 2 comprises a gripping element (such as a cavity) intended to cooperate with the gripping tool 100 of the maintenance system.
  • the operating principle of the maintenance system is as follows. [136] In a first step, the gripping tool 100 is fixed to the gripping element of the lighting device 2. Once fixed, the gripping tool 100 is moved in a vertical direction towards the outside of tank 1.
  • the gripping tool 100 is moved horizontally between a lower roller 101 and an upper roller 103 of the plurality of guide rollers 101, 102 arranged above the tank 1.
  • the device lighting 2 curves 90°. An upper part of the lighting device 2 (located between the lower roller 101 and an upper edge of the lighting device 2) then moves in a horizontal direction, while a lower part (located between the lower roller 101 and a lower edge of the lighting device 2) moves vertically upwards.
  • the flexible nature of the lighting device(s) 2 makes it possible to reduce the height necessary to extract said lighting device(s) 2 from the tank 1 for the implementation of a maintenance operation.
  • ammière Smmière/Vr, where V r is the volume of the bioreactor.
  • the objective is to determine the optimal surface area for diffusing the luminous flux for the reactor.
  • the number and arrangement of lighting devices can vary depending on the quantity of biomass that we wish to produce.
  • each lighting device has dimensions of 1 meter per side and emits on both sides.
  • the emitting surface of each lighting device is therefore 2 m 2 .
  • the total thickness of the lighting devices measures 0.06 meters.
  • the lighting devices are placed every 0.156 m in the middle and with a free space of 0.145 m.
  • It is necessary to determine the maximum concentration that must not be exceeded in order to avoid having a dark zone in the culture medium and to maintain an fd O, i.e. a sufficient flow of photons to the adjoining zone.
  • a concentration of 0.3 g/L/D should not be exceeded, as illustrated in Figure 14 representing a maximum concentration of microalgae as a function of the spacing between adjacent lighting devices.
  • o lo corresponds to the incident light
  • o K a is an absorption coefficient
  • o B corresponds to the biomass concentration
  • o Z corresponds to the length of the tank.
  • the homogeneity of the light from a lighting device including an OLED is greater than or equal to 99%, ensuring better efficiency than a lighting device including an LED.
  • a pmma plate equipped with prisms has a diffusion capacity of 70% to 90% depending on the thickness and the quantity of LEDs placed on the sides.
  • the quantity of energy to be sent to the surface is therefore less in the case of a lighting device including an OLED.
  • the useful volume of the bioreactor is greater (economic advantage) with a lighting device including a flexible lighting device.
  • the thickness of a pmma or polycarbonate plate can measure 0.01 m and 0.08 m, and that
  • This angle allows an improvement in the coverage of the illuminated volume of 20% compared to a conventional LED plate with a power of 700 pE and 0.1 g/L of algal concentration.
  • This wave of photons makes it possible to increase the entry distance of photons into the medium and therefore to increase the distance between lighting devices with an identical biomass concentration.
  • the distance between two adjacent lighting devices can be extended to 0.055 meters in flash with a concentration of 1.5 g/L.

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Abstract

La présente invention concerne un réacteur incluant une cuve (1) et un dispositif d'éclairage (2a-2g) disposé dans la cuve (1), ledit dispositif d'éclairage étant flexible selon au moins une direction.

Description

REACTEUR A DIODES LUMINEUSES
ROMAINE DE L'INVENTION.
[1] La présente invention concerne le domaine technique général des réacteurs à éclairage intégré, notamment pour la culture de micro-organismes photosynthétiques.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION.
[2] La notion de bioréacteur désigne ici un réacteur au sein duquel se développent des phénomènes biologiques, tels qu'une croissance de cultures d’un seul type ou d'un consortium de micro-organismes (notamment des microalgues), dans des domaines très variés tels que le traitement d'effluents, la production de biomasse contenant des biomolécules d'intérêt (c'est-à-dire des biomolécules que l'on sait valoriser) et/ou de produits métabolites.
[3] Un bioréacteur comporte typiquement une cuve (cylindrique ou parallélépipédique) contenant un milieu de culture d’espèces biologiques (levures, bactéries, champignons microscopiques, algues, cellules animales et végétales) pour :
• la production de biomasse, ou pour
• la production d'un métabolite, ou pour
• la bioconversion d'une molécule d'intérêt.
[4] Divers types de conditions opératoires peuvent être nécessaires pour la croissance des espèces biologiques au sein d'un tel bioréacteur ; on connaît ainsi, notamment, des régimes de croissance autotrophe (ou photoauto trophe) avec un apport de lumière (on parle aussi de photosynthèse). Il faut noter également que la lumière peut agir sur le métabolisme des cellules en induisant ou réprimant la production de certains composés, indépendamment de la croissance et de la photosynthèse. Un apport de lumière lors de la culture peut donc être utile même lorsque les micro-organismes sont hétéro trophes.
[5] Dans la suite, on s’intéressera plus spécifiquement aux photo-bioréacteurs, c’est-à- dire aux bioréacteurs dans lesquels un apport de lumière (en continu, de manière cyclique, ou sous forme d’impulsions) est mis en œuvre. [6] On a déjà proposé des photo-bioréacteurs dans lesquels l’apport en lumière est réalisé par l’intérieur de la cuve. Le document US 3 986 297 propose notamment un photobioréacteur dans lequel l’apport de lumière est réalisé par immersion, dans le milieu de culture, de moyens d’illumination (tel que des lampes au xénon). Un inconvénient de cette solution est que l’efficacité du photo-bioréacteur est inversement proportionnelle aux dimensions de celui-ci. Ainsi, plus les dimensions du photobioréacteur augmente, plus son efficacité diminue.
[7] On a également proposé des photo-bioréacteurs dans lesquels l’apport en lumière est réalisé par l’extérieur de la cuve. Notamment, une configuration bien maîtrisée consiste à munir la cuve de hublots permettant la pénétration d'une lumière générée depuis l'extérieur de la cuve (lumière naturelle ou artificielle). Un inconvénient d'une telle configuration est que les hublots limitent la surface d'illumination et absorbent ou réfléchissent une partie significative des photons émis par la source d'éclairage.
[8] Que l’apport de lumière soit réalisé par l’intérieur ou par l’extérieur de la cuve, la productivité d’un photo-bioréacteur est directement liée à la surface spécifique de celui-ci (rapport surface éclairée sur volume de culture). Il est donc souhaitable que le photo-bioréacteur ait une grande surface spécifique éclairée.
[9] Qu’ils soient plats ou cylindriques, un inconvénient des photo-bioréacteurs actuels est qu’ils doivent occuper une grande surface au sol pour que leur productivité soit acceptable.
[10] Par ailleurs, quelle que soit la source de lumière choisie pour illuminer le milieu de culture (Néons, LEDs, Lumière Naturelle), son apport en énergie photonique est réalisé de manière très localisée, de sorte que :
• la majeure partie des photons émis par la source de lumière ne peuvent pas être consommée biologiquement par le micro-organisme du fait d’une surcharge en énergie,
• la dissipation de la chaleur générée par la source de lumière est mal maîtrisée, il est complexe et coûteux de réaliser des photo-bioréacteurs de grandes dimensions. [11] Un but de la présente invention est de proposer un photo-bioréacteur économique, aussi bien au niveau des investissements que des frais d'exploitation, et dont l'emprise foncière est réduite.
[12] Un autre but de l’invention est de fournir un photo-bioréacteur de grande capacité (cuve de 1000 litres ou plus) dans lequel le rendement en quantité de photons (pmol- ph-s- 1) apportés par une surface lumineuse par unité de puissance (Watt) est optimisé.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION.
[13] A cet effet, l’invention propose un réacteur incluant :
• une cuve destinée à contenir une masse à traiter, la cuve comprenant une paroi inférieure formant fond, une paroi supérieure opposée à la paroi inférieure, et au moins une paroi latérale entre les parois inférieure et supérieure,
• un ensemble de dispositifs d’éclairage flexibles contenu dans la cuve et destiné à favoriser le traitement de la masse,
• au moins un module d’alimentation en énergie électrique connecté à chaque dispositif d’éclairage, dans lequel chaque dispositif d’éclairage flexible comprend :
• un cadre périphérique composé : o de deux bordures longitudinales flexibles, et o de deux bordures transversales, chaque bordure transversale s’étendant entre une paire d’extrémités libres respective des bordures longitudinales, et
• une nappe centrale flexible sur les bords de laquelle est monté le cadre périphérique, la nappe centrale flexible incluant : o au moins une plaque flexible, o une couche de revêtement flexible transparente au rayonnement lumineux, ladite couche de revêtement s’étendant sur la plaque flexible, o un groupe de diodes lumineuses s’étendant entre la plaque flexible et la couche de revêtement flexible, lesdites diodes lumineuses étant orientées de sorte à générer le rayonnement lumineux dans une direction opposée à la plaque flexible.
[14] Cette solution permet d’obtenir un photo-bioréacteur plus ergonomique dans lequel l’extraction des dispositifs d’éclairage est facilitée. En effet, la flexibilité de chaque dispositif d’éclairage permet de l’extraire en le déplaçant selon une direction horizontale au-dessus de la cuve, par exemple en le faisant circuler sur des rouleaux d’un convoyeur à rouleau positionné au-dessus de la cuve. Il est ainsi possible de réduire la hauteur nécessaire pour extraire ledit (ou lesdits) dispositif(s) d’éclairage de la cuve par exemple dans le cadre d’une opération de maintenance.
[15] Cette solution permet également d’obtenir un photo-bioréacteur ayant de meilleurs rendements (énergétique d’une part, et en production de biomasse d’autre part) que les photo-bioréacteurs existants.
[16] En effet, la flexibilité de chaque dispositif d’éclairage permet de le conformer à la géométrie du photo -bioréacteur, et ainsi de maximiser le rapport surface illuminée/volume éclairé directement en contact avec le milieu de culture.
[17] Par ailleurs, la flexibilité de la (ou des) plaque(s) permet d’améliorer la cinétique de déplacement du milieu dans certaines zones du photo-bioréacteur, notamment en limitant la formation de flux secondaires circulaires autour d’un flux principal d’écoulement du milieu, comme il sera décrit plus en détails dans la suite en référence aux figures.
[18] Des aspects préférés mais non limitatifs de l’ensemble selon l’invention sont les suivants :
• chaque diode lumineuse peut être une diode électroluminescente organique flexible (OLED), chaque diode lumineuse étant en contact avec une diode lumineuse adjacente ; chaque diode lumineuse peut être choisie parmi une diode électro-luminescente conventionnelle (LED), ou une mini diode électro-luminescente (mini LED), les diodes lumineuses étant espacées les unes des autres d’une distance supérieure ou égale à 50pm ;
• chaque bordure transversale peut être flexible de sorte que le cadre périphérique est flexible selon deux directions orthogonales ;
• chaque bordure transversale peut être rigide de sorte que le cadre périphérique est flexible selon une unique direction parallèle aux bordures longitudinales ;
• chaque bordure transversale peut inclure une armature rigide et un brin rigide de longueur inférieure à l’armature rigide, l’armature rigide et le brin étant reliés par une liaison pivot de sorte que le brin est apte à pivoter relativement à l’armature ;
• chaque bordure flexible peut comprendre une succession de segments rigides raccordés entre eux par des liaisons pivot de sorte que chaque segment est apte à pivoter relativement à un segment adjacent ;
• chaque bordure flexible peut consister en un boudin réalisé dans un matériau identique à un matériau constituant la plaque flexible ;
• ledit et au moins un dispositif d’éclairage peut être de forme parallélépipédique, le réacteur incluant une structure support rigide comportant des logements, chaque logement étant destiné à recevoir un dispositif d’éclairage flexible respectif et étant configuré de sorte à recourber le dispositif d’éclairage dans la cuve ;
• chaque diode lumineuse peut comprendre un empilement de structures, chaque structure étant adaptée pour émettre un rayonnement lumineux dans une gamme de longueurs d’onde respective ;
• le réacteur peut également comprendre au moins un contrôleur (6) configuré pour piloter ledit et au moins un module d’alimentation (5) en énergie électrique ;
• ledit et au moins un contrôleur peut être configuré pour contrôler une variation d’énergie fournie par ledit et au moins un module d’alimentation afin de modifier au cours du temps le spectre d’émission dudit et au moins un dispositif d’éclairage ; ledit et au moins un contrôleur peut être configuré pour : o contrôler F activation continue dudit et au moins un module d’ alimentation en énergie électrique de sorte que ledit et au moins un dispositif d’éclairage (2a, 2b) génère un rayonnement lumineux continu, o contrôler l’activation discontinue dudit et au moins un module d’alimentation en énergie électrique de sorte que ledit et au moins un dispositif d’éclairage (2a, 2b) génère un rayonnement lumineux discontinu sous forme de flashs composé d’une alternance de phases obscures et de phases éclairées, par exemple à une fréquence comprise entre 10 et 50 kHz ;
• le matériau constituant ladite couche de revêtement peut être du verre souple ;
• le matériau constituant la couche de revêtement peut être une résine synthétique ou semi- synthétique choisie parmi les résines (méth)acryliques réticulées, les résines de styrène réticulées, les résines de polyuréthane, les résines de polyester, les résines de silicone, les résines fluorées, les résines préparées à partir de substances inorganiques telles que la silice, le carbonate de calcium et le sulfate de baryum ;
• au moins deux diodes lumineuses de la pluralité de diodes lumineuses peuvent être de tailles différentes ;
• la pluralité de diodes lumineuses peut comprendre : o au moins une diode lumineuse à émission ultraviolet, et/ou o au moins une diode lumineuse phosphorescente.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES.
[19] D'autres avantages et caractéristiques du réacteur selon l’invention ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d’exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, à partir des dessins annexés sur lesquels :
• [Fig.l] est une représentation schématique en perspective d’un exemple de bioréacteur ; [Fig.2] est une représentation schématique d’un premier exemple d’une nappe centrale d’un dispositif d’éclairage ;
• [Fig.3] est une représentation schématique en coupe transversale d’un exemple de structure de diode lumineuse ;
• [Fig.4] est une représentation schématique de la répartition lumineuse de la lumière émise par une diode électroluminescente conventionnelle (LED) ;
• [Fig.5] est une représentation schématique de la répartition lumineuse de la lumière émise par une diode électroluminescente organique (OLED) ;
• [Fig.6] est une représentation schématique d’un deuxième exemple de nappe centrale d’un dispositif d’éclairage ;
• [Fig.7] est une représentation d’un troisième exemple de nappe centrale d’un dispositif d’éclairage ;
• [Fig.8] est une représentation schématique en coupe transversale d’un bioréacteur de l’art antérieur ;
• [Fig.9] est une représentation schématique partielle d’un écoulement dans le bioréacteur illustré à la figure 8 ;
• [Fig.10] est une représentation schématique en coupe transversale d’une variante de réalisation d’un bioréacteur selon l’invention ;
• [Fig.11] est une représentation schématique d’un système de maintenance de bioréacteur selon l’invention ;
• [Fig.12] est une représentation schématique d’une autre variante de réalisation du bioréacteur selon l’invention ;
• [Fig.13] est un graphique représentant la productivité d’une chlorelle dans la variante de réalisation du bioréacteur illustrée à la figure 12 ;
• [Fig.14] est une courbe illustrant la concentration maximum en microalgues en fonction d’un écartement entre deux dispositifs d’éclairage adjacents ; • [Fig.15] est un schéma de principe illustrant la différence entre un éclairage continu et un éclairage discontinu ;
• [Fig.16] représente des courbes de concentration en microalgues en fonction d’un écartement entre deux dispositifs d’éclairage adjacents dans le cas d’un éclairage continu d’une part et dans le cas d’un éclairage discontinu d’autre part,
• [Fig.17] est une représentation schématique en vue de face d’un dispositif d’éclairage,
• [Fig.18] est une représentation schématique en vue de côté d’une bordure de cadre périphérique,
• [Fig.19] est une représentation schématique en vue de dessus d’une bordure de cadre périphérique.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION.
[20] On va maintenant décrire différents exemples de photo-bioréacteurs selon l’invention en référence aux figures. Dans ces différentes figures, les éléments équivalents sont désignés par la même référence numérique.
[21] 1. Généralités
[22] En référence à la figure 1, le bioréacteur peut comprendre :
• une cuve 1 destinée à recevoir une masse à traiter,
• une pluralité de dispositifs d’éclairage 2a-2g,
• une pluralité d’unités de diffusion 3 de dioxyde de carbone (CO2) sous forme de bulles de gaz ou sous forme d’un fluide constitué de CO2 dissout dans un milieu aqueux,
• un module d’alimentation 5 en énergie électrique, un contrôleur 6 permettant de piloter la pluralité de dispositifs d’éclairage 2a-2g, la pluralité d’unités de diffusion 3, et le module d’alimentation en énergie électrique 5. [23] Chaque dispositif d’éclairage est destiné à être intégré dans la cuve 1 pour le traitement d’un milieu de culture 4 contenu dans la cuve 1. Ces dispositifs d’éclairage 2a-2g sont destinés à être totalement immergés dans le milieu de culture 4. Les dispositifs d’éclairages 2a-2g peuvent être de hauteurs différentes. En variante, les dispositifs d’éclairage 2a-2g peuvent être tous de hauteur identique. Ceci permet de simplifier l’installation des dispositifs d’éclairage par un opérateur.
[24] Dans la suite, le bioréacteur sera décrit en référence au traitement d'une biomasse formée de micro-organismes, par exemple des microalgues. On comprend toutefois que la description qui suit s'applique également à d'autres types de réacteurs du domaine de la microbiologie.
[25] Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, le bioréacteur comprend :
• un premier groupe 2a, 2c, 2e, 2g de dispositifs d’éclairage disposés à une distance non nulle du fond de la cuve, et
• un deuxième groupe 2b, 2d, 2f de dispositifs d’éclairage en contact avec le fond de la cuve.
[26] Pour augmenter le brassage et l’homogénéisation de la masse à traiter, les unités de diffusion 3 peuvent être disposées tous les deux dispositifs d’éclairage de sorte que deux unités de diffusion 3 successives sont séparées par deux dispositifs d’éclairages adjacents.
[27] Notamment et en référence à la figure 1, les unités de diffusion 3 du système d'injection peuvent être disposées périodiquement en aval de chaque dispositif d’éclairage du premier groupe 2a, 2c, 2e, 2g (le réacteur étant dépourvu d’unité de diffusion 3 en aval de dispositif d’éclairage du deuxième groupe 2b). Ainsi, après avoir circulé sous le dispositif d’éclairage du premier groupe 2a, 2c, 2e, 2g, la masse à traiter est entrainée verticalement vers le haut de la cuve 1 (i.e. direction opposée au fond) par les bulles de CO2 (ou le fluide contenant le CO2 dissout) émises (ou émis) par les unités de diffusion 3. La masse à traiter passe au-dessus du dispositif d’éclairage du deuxième groupe 2b, 2d, 2f et retombe vers le fond de la cuve 1 par gravité. On crée ainsi une circulation de la masse à traiter à travers la cuve 1, ce qui améliore le brassage et l’homogénéisation de la masse à traiter. [28] Le module d’alimentation 5 permet d’alimenter chaque dispositif d’éclairage 2a- 2g en énergie électrique. En particulier, chaque dispositif d’éclairage 2a-2g est relié électriquement au module d’alimentation 5 par l’intermédiaire d’un (ou plusieurs) câble(s) de connexion électriquement conducteur(s). L’énergie électrique fournie par le module d’alimentation 5 est alors convertie en rayonnement lumineux par chaque dispositif d’éclairage 2a-2g pour illuminer le milieu de culture 4.
[29] Le contrôleur 6 permet de piloter le bioréacteur. Notamment, le contrôleur 6 permet de piloter le module d’alimentation en énergie électrique pour faire varier :
• le (ou les) régime(s) d'excitation de chaque dispositif d’éclairage (par exemple régime continu pour certains dispositifs d’éclairage, et régime flash à une fréquence comprise entre 1 et 150 kHz pour d’autres dispositifs d’éclairage), et/ou
• le (ou les) spectre(s) d’émission de chaque dispositif d’éclairage (par exemple en lumière blanche pour certains dispositifs d’éclairage et en lumière bleu pour d’autres dispositifs d’éclairage), etc.
[30] Le lecteur appréciera qu’au sein d’un même dispositif d’éclairage, différents régimes d’excitation et/ou spectres d’émission peuvent être mis en œuvre, comme il sera décrit plus en détails dans la suite.
[31] 2. Cuve
[32] La cuve 1 est destinée à contenir le milieu de culture 4. Elle comprend un fond et au moins une paroi latérale.
[33] Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, la cuve 1 est sensiblement parallélépipédique. Elle est composée d’un fond, de quatre parois latérales et d’un couvercle au moins partiellement amovible.
[34] Dans d’autres modes de réalisation, la cuve 1 peut être cylindrique et comprendre une base inférieure formant fond, une base supérieure formant couvercle, et une paroi latérale entre les bases inférieure et supérieure.
[35] Le matériau constituant les parois de la cuve 1 peut être en acier inox ou équivalent.
Bien entendu, d'autres matériaux peuvent être choisis en fonction de l’application visée (Plexiglass®, Polypropylène, Béton, etc.). Dans tous les cas, la cuve est de préférence réalisée dans un matériau résistant aux produits de nettoyage (javel, peroxyde, etc.).
[36] 3. Dispositif d’éclairage
[37] Chaque dispositif d’éclairage est flexible. Le caractère flexible de chaque dispositif d’éclairage permet de le conformer à la forme de la cuve, par exemple en le recourbant (totalement ou partiellement) dans le cas d’une cuve cylindrique.
[38] Dans le cadre de la présente invention, un composant est dit « flexible » lorsqu’il est constitué dans un matériau ayant des propriétés mécaniques permettant une déformation élastique dudit composant.
[39] Le matériau flexible peut par exemple avoir :
• un module d'élasticité supérieure à 0.05 Mpa, par exemple compris entre 0.1 Mpa et 300 Gpa, et
• une limite à la rupture supérieure à 100 MPa, par exemple compris entre 200 MPa et 5GPa.
[40] La flexibilité est en outre obtenue grâce à la géométrie du dispositif d’éclairage 2a-2g, en particulier son épaisseur.
[41] Comme illustré à la figure 17, le dispositif d’éclairage 2 flexible comporte :
• un cadre périphérique 51, et
• une nappe centrale 52.
[42] Comme il sera décrit plus en détail dans la suite, le cadre 51 et la nappe 52 sont flexibles selon au moins une direction.
[43] 3.1. Cadre périphérique
[44] Le cadre périphérique 51 permet de supporter la nappe centrale 52. Comme illustré à la figure 17, le cadre périphérique 51 comprend :
• deux bordures longitudinales 511 s’étendant parallèlement l’une à l’autre, et
• deux bordures transversales 512 s’étendant parallèlement aux bordures longitudinales 511, chaque bordure transversale 511 s’étendant entre une paire d’extrémités libres respective des bordures longitudinales 512.
[45] Les bordures 511, 512 du cadre périphérique 51 constituent des renforts pour la nappe 52 centrale. Notamment, elles permettent de protéger la nappe 52 centrale lors de la manipulation du dispositif d’éclairage 2, et limite ainsi les risques de dégradation de la nappe 52 centrale.
[46] Par ailleurs les bordures 511, 512 peuvent permettre de contraindre la nappe 52 selon une forme souhaitée en l’absence de sollicitation extérieure. Par exemple, dans le mode de réalisation illustré à la figure 17, les bordures 511, 512 permettent de conformer la nappe 52 centrale dans un plan lorsque le dispositif d’éclairage est suspendu (et qu’aucune force n’est appliquée sur les bordures pour courber le dispositif d’éclairage).
[47] A cet effet, les bordures peuvent être rigides ou présenter une flexibilité non nulle. Pour contraindre la forme de la nappe lorsque sa flexibilité est non nulle, chaque bordure 511, 512 présente un coefficient de raideur supérieur au coefficient de raideur de la nappe centrale 52. Dans la suite, on qualifiera de « bordure flexible » chaque bordure 511, 512 de flexibilité non-nulle, même si le coefficient de raideur de ladite bordure est supérieur au coefficient de raideur de la nappe 52 centrale.
[48] Dans certains modes de réalisation, les quatre bordures 511, 512 sont flexibles. Dans ce cas, le cadre périphérique 51 est flexible selon deux directions orthogonales D1, D2.
[49] Dans d’autres modes de réalisation, uniquement deux bordures 511 parallèles (par exemple les bordures longitudinales) sont flexibles, les deux autres bordures 512 (par exemple les bordures transversales) étant rigides. Dans ce cas, le cadre périphérique 51 est flexible selon une unique direction. Le fait que le cadre périphérique 52 soit flexible uniquement selon une direction permet d’améliorer sa tenue (maintien en forme) dans une direction orthogonale à son déplacement lorsque le dispositif d’éclairage est manipulé, par exemple dans le cadre d’une opération de maintenance.
[50] Chaque bordure 511 peut être rigide sur une partie seulement de sa longueur. Par exemple, dans le mode de réalisation illustré à la figure 19, chaque bordure transversale 512 est composée d’une armature rigide 512’ et d’un brin 512” de longueur inférieure à l’armature rigide 512’, l’armature rigide 512’ et le brin 512” étant reliés par une liaison pivot 512”’ de sorte que le brin 512” peut se déplacer en rotation relativement à l’armature rigide 512’. Ceci permet de créer une ailette (formant déflecteur) au niveau d’un bord transversal du dispositif d’éclairage 2, par exemple pour améliorer le brassage de la masse à traiter, etc.
[51] En référence à la figure 18, chaque bordure flexible 511 peut consister en une succession de segments rigides 513 raccordés entre eux par des liaisons pivot 514 permettant à chaque segment de pivoter autour d’un axe de la liaison pivot relativement à l’un au moins des segments qui lui sont adjacents. Ceci permet de recourber l’extrémité du dispositif d’éclairage pour le conformer à la géométrie du photo-bioréacteur, comme il sera décrit plus en détails dans la suite en référence aux figures 8 à 10. En variante, chaque bordure flexible peut consister en un boudin réalisé dans le même matériau que la plaque. Ceci permet de simplifier la conception de chaque dispositif d’éclairage. Notamment le matériau constituant chaque bordure flexible peut être du poly-méthacrylate de méthyle (PMMA), ou une résine méthacrylique (telle que le méthacrylate de méthyle, le éthacrylate d'éthyle, le méthacrylate de butyle, le méthacrylate de propyle ou d'isopropyle), ou une résine de type polystyrène, polycarbonate, polyacrylate.
[52] Avantageusement, une structure support rigide (non représentée) comportant des logements dans chacun desquels sont logés un dispositif d’éclairage flexible respectif peut être prévue dans la cuve.
[53] Une telle structure support - dont chaque logement peut être défini par un (ou plusieurs) rail(s) de guidage dans lequel (lesquels) le dispositif d’éclairage associé est apte à coulisser - permet de conformer le dispositif d’éclairage flexible afin de recourber son extrémité dans le photo-bioréacteur.
[54] 3.2. Nappe centrale
[55] En référence aux figures 2, 6 et 7, la nappe 52 du dispositif d’éclairage 2 comprend : une plaque 21 flexible, et au moins une diode lumineuse 22, 22a, 22b, 22c montée(s) sur la (ou les) plaque(s) 21 flexible(s).
[56] Par exemple dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, le dispositif d’éclairage 2 comprend une unique diode lumineuse 22 (par exemple d’une superficie de 6m2).
[57] En variante et comme illustré aux figures 6 et 7, chaque dispositif d’éclairage 2 comprend une pluralité de diodes lumineuses 22, 22a, 22b, 22c (ayant chacune une superficie comprise entre 0.01 m2 et 6m2).
[58] Chaque diode lumineuse 22, 22a, 22b, 22c peut être collée sur la plaque flexible 21.
[59] En variante, chaque diode lumineuse 22, 22a, 22b, 22c peut être feuilletée sur la plaque flexible 21 à l'aide d'un intercalaire de feuilletage.
[60] 3.2.1. Plaque flexible
[61 ] Chaque plaque 21 flexible peut être sensiblement rectangulaire. Toutefois, chaque plaque 21 peut présenter une autre forme.
[62] Le matériau constituant chaque plaque 21 peut être du poly-méthacrylate de méthyle (PMMA). D’autres matériaux transparents connus en soitpeuvent être utilisés. Le matériau permet à la plaque 211 de conduire - par transmission entre ses faces avant et arrière - le flux lumineux émis par la (ou les) diode(s) lumineuse(s), comme par exemple :
• une autre résine méthacrylique transparente telle que le méthacrylate de méthyle, le éthacrylate d'éthyle, le méthacrylate de butyle, le méthacrylate de propyle ou d'isopropyle, ou
• une résine transparente de type polystyrène, polycarbonate, polyacrylate, ou
• un verre / une silice fondue.
[63] En variante, le matériau constituant chaque plaque 21 peut être un métal.
[64] Dans certaines variantes de réalisation, la plaque peut comprendre une couche de matériau réfléchissant le flux lumineux généré par la (ou les) diode(s) lumineuse(s). Cette couche de matériau réfléchissant s’étend de préférence entre la plaque 21 et la (ou les) diode(s) lumineuse(s). Elle permet de réfléchir, orienter et focaliser la lumière produite par la (ou les) diode(s) lumineuse(s). La couche de matériau réfléchissant peut consister en un film de matériau réfléchissant tel qu’un film métallisé d’aluminium, ou une peinture.
[65] 3.2.2. Diode lumineuse
[66] 3.2.2.1. Structure
[67] Chaque diode lumineuse comporte une (ou plusieurs) couche(s) de matériau(x) électroluminescent(s) encadrée(s) par deux électrodes :
• l’une des électrodes - appelée anode - est agencée sous la (ou chaque) couche de matériau électroluminescent, et
• l'autre des électrodes - appelée cathode - est agencée sur la (ou chaque) couche de matériau électroluminescent à l'opposé de l'anode.
[68] Il sera entendu dans la suite que lorsqu’une couche A est mentionnée comme étant « sur » (respectivement « sous ») une couche B, celle-ci peut être directement sur (respectivement sous) la couche B, ou peut être située au-dessus (respectivement au- dessous) de la couche B et séparée de ladite couche B par une ou plusieurs couches intermédiaires. Par ailleurs, il sera entendu que lorsqu’une couche A est mentionnée comme étant « sur » (respectivement « sous ») une couche B, celle-ci peut recouvrir totalement ou partiellement la couche B (respectivement être recouverte totalement ou partiellement par la couche B).
[69] Chaque diode lumineuse émet de la lumière par électroluminescence en utilisant l'énergie de recombinaison de trous injectés depuis l'anode et d'électrons injectés depuis la cathode.
[70] Avantageusement l'anode et la cathode peuvent être constituées dans un matériau transparent, de sorte que les photons émis traversent chaque électrode pour fournir de la lumière en dehors de la diode lumineuse par ses deux faces.
[71] En référence à la figure 3, on a illustré un exemple de structure pour chaque diode électroluminescente. Cette structure comprend : une première électrode 221 en contact avec la plaque flexible 21,
• une unité d’émission rouge 222 directement sur la première électrode 221 et recouverte d’une gamme chimique qui émet dans le rouge,
• une deuxième électrode 223 directement sur l’unité d’émission rouge 222,
• une unité d’émission verte 224 directement sur la deuxième électrode 223 et recouverte d’une gamme chimique qui émet dans le vert,
• une troisième électrode 225 directement sur l’unité d’émission verte 224,
• une unité d’émission bleue 226 directement sur la troisième électrode 225 et recouverte d’une gamme chimique qui émet dans le bleu,
• une quatrième électrode 227 directement sur l’unité d’émission bleue 226.
[72] Le fait d’empiler plusieurs unités d’émission 222, 224, 226 permet de pouvoir faire varier le spectre d’émission du rayonnement lumineux émis par la diode lumineuse.
[73] Plus précisément, avec une telle structure la couleur des rayonnements lumineux émis par la diode lumineuse peut être modifiée pour la rendre particulièrement adaptée à une méthode de maturation ou de de croissance spécifique, comme il sera décrit plus en détails dans la suite.
[74] Chaque diode lumineuse 22, 22a, 22b, 22c peut être choisie parmi :
• une Diode Electro-Luminescente conventionnelle DEL (ou « LED » selon l’acronyme anglo-saxon « Light-Emitting Diode »),
• une Diode Electro -Luminescente organique DELO flexible (ou « OLED » selon l’acronyme anglo-saxon « Organic Light-Emitting Diode »),ou
• une mini Diode Electro-Luminescente (ou « mini LED » selon l’acronyme anglo- saxon « Mini Light-Emitting Diode »).
[75] Le caractère flexible des diodes lumineuses de type OLED permet de conserver la flexibilité des dispositifs d’éclairage même lorsque les diodes lumineuses de type OLED (disposées sur la plaque flexible) sont en contact les unes avec les autres. [76] Lorsque les diodes lumineuses sont d’un type autre qu’une OLED, celles-ci sont espacées les unes des autres d’une distance suffisante pour permettre de plier le dispositif d’éclairage selon un angle supérieur ou égal à 60°, préférentiellement selon un angle supérieur ou égal à 90°, plus préférentiellement selon un angle supérieur ou égal à 120°, et encore plus préférentiellement selon un angle égal à 180°. Notamment, les diodes lumineuses peuvent être espacées les unes des autres d’une distance supérieure ou égale à 50pm.
[77] L’utilisation de diodes lumineuses de type mini LED permet de disposer de sources lumineuses plus petites que les diodes lumineuses de type LED conventionnelles (taille inférieure à 500 pm), ce qui permet d’augmenter le nombre de sources lumineuses par unité de surface (amélioration de la luminosité et du contraste), et de réduire l’épaisseur des dispositifs d’éclairage.
[78] 3.2.2.2. Avantage associé à utilisation d’OLED
[79] Comme illustré aux figures 4 et 5, l’utilisation de diodes lumineuses de type OLED 22 flexibles permet d’augmenter l’homogénéité de la lumière 228 émise par le dispositif d’éclairage selon l’invention en comparaison à la lumière 92 émise par une diode lumineuse de type LED 91 conventionnelle.
[80] En particulier :
• l’angle incident 2a de la lumière 92 émise par une diode lumineuse de type LED 91 est de 120°, comme illustré à la figure 4, tandis que
• l’angle incident 2a de la lumière 228 émise par une diode lumineuse de type OLED flexible est de 178°, comme illustré à la figure 5.
[81] Ainsi, l’utilisation de diodes lumineuses de type OLED assure une meilleure homogénéité de la lumière, et permet d’optimiser le volume éclairé dans le bioréacteur.
[82] 3.2.3. Couche de revêtement extérieur
[83] En référence à la figure 3, chaque dispositif d’éclairage 2 peut optionnellement comprend une couche de revêtement 23 externe recouvrant la (ou les) diode(s) lumineuse(s) et éventuellement la (ou les) plaque(s) 21 flexible(s). [84] Cette couche de revêtement 23 permet de protéger la (ou les) diode(s) lumineuse(s) et la (ou les) plaque(s) 21 contre d’éventuelles agressions mécaniques (rayures dues à un frottement, etc.). Elle permet en outre d’assurer l’étanchéité du dispositif d’éclairage.
[85] Dans certaines variantes de réalisation, la couche de revêtement 23 permet également d’améliorer la diffusion de la lumière émise par la (ou les) diode(s) lumineuse(s). En effet, lorsque la lumière est appliquée sur un matériau, une partie de la lumière se réfléchit, une partie est absorbée et une autre partie est transmise au travers. Ces paramètres peuvent être déterminés à l’aide de méthodes connues en soit de photométries et d’optiques. Dans le cadre de la présente invention, la couche de revêtement externe 23 peut être une couche de transmission permettant de favoriser la transmission des rayonnements lumineux émis par la (ou les) diode(s) lumineuse(s) vers l’extérieur. Notamment, le matériau constituant la couche de revêtement 23 peut être une résine incluant des particules transparentes, en particulier une résine thermoplastique. Dans ce dernier cas, la résine être une résine synthétique ou semi- synthétique et être choisie parmi les résines (mé th) acryliques réticulées, les résines de styrène réticulées, les résines de polyuréthane, les résines de polyester, les résines de silicone, les résines fluorées, les résines préparées à partir de substances inorganiques telles que la silice, le carbonate de calcium et le sulfate de baryum. Parmi ces résines, les résines synthétiques sont préférées, en particulier, les résines (méth)acryliques réticulées, les résines de styrène réticulées, les résines de copolymères (méth)acrylique - styrène réticulé et les résines de silicone sont préférées. Les résines (méth)acryliques réticulées, les résines de styrène réticulées et leurs copolymères sont tout particulièrement préférés car il est possible d'éviter leur décoloration par les rayons ultraviolets notamment par des procédés de réticulation. Ces dernières présentent donc une meilleure durée de vie que les autres résines. De préférence, la couche de revêtement 23 comprend un matériau diffusant ayant une / transmittance de préférence d’au moins 90 %, encore préférentiellement d’au moins 95%, toujours encore préférentiellement comprise entre 95% et 98%.
[86] De préférence, lorsque la couche de revêtement a pour fonction d’améliorer la diffusion de la lumière émise par la (ou les) diode(s) lumineuse(s), celle-ci est configurée pour que la lumière émise par le dispositif lumineux ait un degré de dispersion de préférence supérieur ou égal à 170°, encore préférentiellement supérieur ou égal à 175°, toujours encore préférentiellement comprise entre 175° et 180°.
[87] Avantageusement, la couche de revêtement 23 peut également avoir une fonction de filtrage des longueurs d’ondes de la lumière émise par le dispositif d’éclairage. Notamment le matériau constituant la couche de revêtement peut être choisi pour permettre la transmission des rayonnements lumineux dont les longueurs d’onde sont comprises entre 380nm et 800 nm, de préférence entre 400 nm et 720 nm, encore plus préférentiellement entre 420 et 690 nm.
[88] De préférence, l’épaisseur de la couche de revêtement 23 est comprise entre 0,1 mm et 5,0 mm, préférentiellement comprise entre 0,5 mm à 3,0 mm, encore plus préférentiellement comprise entre 0,5 mm et 2,0 mm. Pour une même épaisseur, un dispositif d’éclairage selon l’invention comprenant une couche de revêtement 23 en matériau diffusant flexible tel que défini ci-dessus, présente une meilleure capacité de diffusion que les dispositifs lumineux de l’art antérieur et donc un meilleur rendement W/Lumen/unité de surface. Ainsi, pour un rendement en biomasse de microorganisme équivalent, un procédé de culture utilisant un bioréacteur comprenant un dispositif d’éclairage selon l’invention exigera moins d’énergie électrique. Par ailleurs, le dispositif d’éclairage décrit ci-dessus est plus sûr car il ne nécessite que de faibles voltages.
[89] La couche de revêtement 23 peut également être constituée dans un matériau (ou être recouverte d’un matériau) limitant sa salissure (notamment en empêchant le dépôt de microalgues sur sa surface). La couche de revêtement 23 peut par exemple consister en un verre souple de type Corning (d’épaisseur comprise entre 0.1mm à 0.7mm). Un tel revêtement étanche en verre permet en outre un meilleur échange de la chaleur émise par la (ou les) diode(s) lumineuse(s) vers le milieu de culture (ce qui peut favoriser sa croissance de microorganismes contenus dans le milieu de culture 4). Un tel revêtement étanche en verre constitue en outre une meilleure barrière aux gaz injectés dans le bioréacteur.
[90] 3.2.4. Exemples de dispositif d’ éclairage [91] En référence aux figures 6 et 7, d’autres exemples de dispositif d’éclairage sont illustrés.
[92] Dans ces modes de réalisation, la nappe centrale du dispositif d’éclairage 2 comprend une plaque flexible 21 et une pluralité de diodes lumineuses 22, 22a, 22b, 22c montées sur la plaque flexible 21.
[93] L’utilisation d’une pluralité de diodes lumineuses 22, 22a, 22b, 22c permet d’améliorer la modularité du dispositif d’éclairage 2, et notamment de faire varier sa taille et ses dimensions afin de les adapter à la taille et aux dimensions de la cuve 1.
[94] Dans le mode de réalisation illustré à la figure 6, les diodes lumineuses sont de taille identique, et de structure identique.
[95] En variante, les diodes lumineuses peuvent être de taille et/ou de type (LED, OLED, mini LED), et/ou de structure différentes, comme illustré à la figure 7.
[96] Par exemple, chaque dispositif d’éclairage 2 peut comprendre :
• une (ou plusieurs) diode(s) lumineuse(s) fluorescente(s) 22a,
• une (ou plusieurs) diode(s) lumineuse(s) à émission ultraviolet 22b (par exemple « UVOLED », acronyme de l’expression anglo-saxonne « Ultra- Violet Organic Light-Emitting Diodes »), et/ou
• une (ou plusieurs) diode(s) lumineuse(s) phosphorescente(s) 22c (par exemple « PHOLED », acronyme de l’expression anglo-saxonne « Phosphorescent Organic Light-Emitting Diodes »).
[97] La présence d’une (ou plusieurs) diode(s) lumineuse(s) à émission ultraviolet 22b permet l’émission d’un rayonnement UV-C pour stériliser le milieu de culture, et/ou éliminer une culture contaminée dans un compartiment du bioréacteur et/ou provoquer un stress métabolique du milieu de culture.
[98] 3.2.5. Avantages du dispositif d’ éclairage selon l’invention
[99] Le caractère flexible du dispositif d’éclairage permet de délimiter un chemin de circulation pour le milieu de culture dans lequel : les pertes de charge dans le flux de circulation du milieu de culture sont réduites, • les zones non éclairées le long de ce chemin de circulation sont limitées.
[100] Ces phénomènes vont maintenant être présenté en référence aux figures 8 à 10 afin de mieux comprendre les avantages associés à l’utilisation de dispositif d’éclairage flexible.
[101] En référence à la figure 8, lorsque des dispositifs d’éclairage 7a-7i non flexibles sont intégrés dans une cuve 1 parallélépipédique (du type comprenant un fond, quatre parois latérales et un couvercle), ceux-ci sont classiquement disposés transversalement à la longueur de la cuve, et décalés verticalement pour venir en contact successivement avec le couvercle et le fond de la cuve 1. Ainsi :
• un dispositif d’éclairage 7b, 7d, 7f, 7h en contact avec le fond de la cuve 1 est adjacent à deux dispositifs d’éclairage 7a, 7c, 7e, 7g, 7i en contact avec le couvercle de la cuve 1,
• un dispositif d’éclairage 7a, 7c, 7e, 7g, 7i en contact avec le couvercle de la cuve 1 est entouré par deux dispositifs d’éclairage 7b, 7d, 7f, 7h en contact avec le fond de la cuve 1.
[102] Ceci permet de délimiter un chemin de circulation en créneau pour le milieu de culture 4.
[103] Or une telle forme en créneau induit la présence de « zone d’ombre » 8 le long du chemin de circulation, à savoir de zones au niveau desquelles le milieu de culture 4 n’est pas (ou pas suffisamment) éclairé.
[104] Par ailleurs, cette forme en créneau induit des pertes de charge. En particulier et comme illustré à la figure 9, lors du passage entre deux créneaux successifs du chemin de circulation, l’écoulement (ou flux) principal Fp du milieu de culture se subdivise, chaque subdivision formant un flux secondaire circulaire Fs qui se recombine avec l’écoulement principal Fp, puis se subdivise à nouveau et ainsi de suite. Cette succession de subdivisions et de recombinaisons des flux secondaires Fs avec l’écoulement principal Fp induit des pertes de charge.
[105] La flexibilité des dispositifs d’éclairage 2a-2j selon l’invention permet de recourber l’extrémité du dispositif d’éclairage afin de former un chemin d’accès composé d’une succession de segments arrondis à leurs extrémités, comme illustré à la figure 10.
[106] Il est ainsi possible d’éclairer le milieu à la jonction entre deux segments successifs, ce qui réduit les « zones d’ombres » le long du chemin de circulation.
[107] Par ailleurs, la forme arrondie en U (obtenue en recourbant l’extrémité des dispositifs d’éclairage successifs) permet de limiter les pertes de charge à la jonction entre deux segments successifs.
[108] 3.3. Module d’alimentation en énergie électrique et Contrôleur
[109] Comme indiqué précédemment, le module d’alimentation 5 illustré aux figures 1 et 2 permet de fournir l’énergie électrique suffisante à la génération d’un rayonnement lumineux par chaque diode lumineuse 22, 22a, 22b, 22c.
[110] Chaque dispositif d’éclairage 2 peut être raccordée indépendamment au module d’alimentation 5 en énergie électrique. Ceci permet de retirer individuellement chaque dispositif d’éclairage 2 du bioréacteur pendant le fonctionnement de celui-ci.
[111] Lorsque le dispositif d’éclairage comprend une pluralité de diodes lumineuses, chaque diode lumineuse peut être individuellement raccordée au module d’alimentation 5. Plus précisément, le module d’alimentation 5 est connecté électriquement aux électrodes de chaque diode lumineuse. Ceci permet de contrôler individuellement le rayonnement lumineux émis par chaque diode lumineuse.
[112] A cet effet, le module d’alimentation 5 est en communication (avec ou sans fil) avec le contrôleur 6 qui est configuré pour émettre des signaux de commande permettant notamment :
• d’activer/désactiver sélectivement chaque diode lumineuse du dispositif d’éclairage, par exemple en fonction d’un taux de remplissage du bioréacteur ; il est ainsi possible d’optimiser l’efficacité du bioréacteur ainsi que sa monté en puissance électrique, de définir individuellement le régime d'excitation (régime continu ou flash) de chaque diode lumineuse. [113] Par ailleurs, la présence d’un contrôleur connecté aux diodes lumineuses permet de détecter un éventuel défaut d’une (ou de plusieurs) diode(s) lumineuse(s). Cette détection permet de localiser la (ou les) diode(s) lumineuse(s) défaillantes afin de la (ou les) remplacer le cas échéant.
[114] Lorsque la (ou les) diode(s) lumineuse(s) du dispositif d’éclairage flexible présente(nt) la structure illustrée à la figure 3, le contrôleur 6 et le module d’alimentation 5 permettent en outre de définir individuellement le spectre d’émission (lumière blanche, bleu, rouge, verte, etc.) de chaque diode lumineuse.
[115] En effet, dans ce cas, le module d’alimentation 5 est raccordé électriquement aux première, deuxième, troisième et quatrième électrodes 221, 223, 225, 227. Pour faire varier le spectre d’émission de chaque diode lumineuse, le contrôleur 6 contrôle la quantité d’énergie électrique fournie par le module d’alimentation 5 à chacune des première deuxième, troisième et quatrième électrodes 221, 223, 225, 227, afin de moduler l’intensité du rayonnement émis par chaque unité d’émission 222, 224, 226 respective. En se mélangeant, les rayonnements lumineux rouge, vert et bleu émis par les unités d’émission permettent alors d’obtenir un spectre spécifique (lumière blanche, jaune, violette, etc.) adapté à une application donnée.
[116] Par exemple la croissance d’une microalgue de type Oscillatoria sp est plus rapide dans le cas d’un rayonnement lumineux dont les longueurs d’onde sont comprises dans un spectre bleu. De même, les pigments de chlorophylle et de caroténoïde sont eux observés à forte concentration dans des rayonnements lumineux bleus. Pour induire l’émission d’une lumière bleue par une diode lumineuse, le contrôleur 6 commande au module d’alimentation 5 d’alimenter uniquement en énergie électrique les troisième et quatrième électrodes 225, 227 entre lesquelles s’étend l’unité d’émission bleue 226.
[117] La croissance d’une microalgue de type Ankistrodesmus est quant à elle plus rapide dans le cas d’un rayonnement lumineux vert. Pour induire l’émission d’une lumière verte par une diode lumineuse, le contrôleur 6 commande au module d’alimentation 5 de n’alimenter en énergie électrique que les deuxième et troisième électrodes 223, 225 entre lesquelles s’étend l’unité d’émission verte 224. [118] L'accumulation de lipides est élevée dans un rayonnement lumineux de couleur jaune par rapport aux autres rayonnements lumineux chez Ankistrodesmus. Pour induire l’émission d’une lumière jaune par une diode lumineuse, le contrôleur 6 commande au module d’alimentation 5 d’alimenter uniquement en énergie électrique les première deuxième et troisième électrodes 221, 223, 225 entre lesquelles s’étendent les unités d’émission rouge et verte 222, 224. Le mélange des rayonnements lumineux rouge et vert issus des unités d’émission rouge et verte 222, 224 produit alors une lumière jaune.
[119] Il également possible de privilégier l’émission de rayonnement lumineux dans le spectre ultraviolet afin de stimuler la production de vitamine, notamment la vitamine D3.
[120] Ainsi, la combinaison d’une diode lumineuse incluant un empilement de structures 222, 224, 226, d’un module d’alimentation 5 (raccordé à la diode lumineuse) et d’un contrôleur 6 (pilotant le module d’alimentation 5) permet de moduler le spectre d’émission de la diode lumineuse.
[121] Avantageusement cette modulation du spectre d’émission de la diode lumineuse peut varier au cours du temps, pour s’adapter à des conditions de croissance de biomasse et/ou de stress et/ou de production de métabolites.
[122] Par exemple, un utilisateur du bioréacteur selon l’invention peut :
• à un stade initial, moduler le spectre d’émission des diodes lumineuses de sorte à induire l’émission de rayonnements lumineux de couleur bleue afin d’augmenter la croissance de microalgues, puis
• à un stade ultérieur, modifier le spectre d’émission des diodes lumineuses de sorte à induire l’émission de rayonnements lumineux de couleur jaune afin d’augmenter l'accumulation de lipides par les microalgues.
[123] 3.4. Unité de diffusion
[124] Les unités de diffusion 3 illustrées à la figure 1 permettent d’alimenter le bioréacteur en nutriment, notamment en CO2.
[125] En particulier, les unités de diffusion 3 permettent : de fournir le dioxyde de carbone pour le développement du milieu de culture 4, et
• de mettre en suspension les particules supports de microorganismes contenus dans le milieu de culture.
[126] L'apport de dioxyde de carbone peut être continu ou discontinu en réponse à certains critères tels que le temps ou le pH. Le dioxyde de carbone peut être introduit :
• sous forme de bulles de gaz, ou
• sous forme d'une solution aqueuse pompée ou poussée dans le bioréacteur.
[127] L’introduction de dioxyde de carbone sous forme de bulles de gaz permet une meilleure répartition du CO2 dans la cuve 1.
[128] Les unités de diffusion 3 peuvent être de différents types, par exemple des diffuseurs en matériaux composites microporeux, à membrane (EPDM, silicone, etc., de préférence EPDM), en céramique ou à fente, etc. :
• dans le cas de CO2 gazeux, les unités de diffusion 3 peuvent consister en des têtes de micro-bullage pour la diffusion de bulle de différents diamètres,
• dans le cas de CO2 dissout dans un milieu aqueux, les unités de diffusion 3 peuvent consister en des buses d’éjection de fluide pour la diffusion du fluide contenant du CO2 dissout.
[129] Les unités de diffusion 3 peuvent également comprendre un contacteur membranaire. Un contacteur membranaire est un dispositif comprenant au moins deux circuits de circulation de fluides séparés par une membrane de transfert. Les fluides circulants dans ledit contacteur membranaire sont aussi désignés sous le nom de fluide(s) de circulation. Le contacteur membranaire comprend ainsi un premier circuit de circulation d’un premier fluide de circulation pour l’alimentation en dioxyde de carbone (CO2), appelé fluide d’alimentation en CO2 en contact avec une première face de la membrane de transfert, et un deuxième circuit de circulation d’un deuxième fluide de circulation pour la réception du CO2, appelé fluide de réception en CO2, en contact avec la deuxième face de la membrane de transfert. Chaque circuit de circulation de fluide est indépendant l’un de l’autre, et peuvent être fermé ou ouvert. Un tel contacteur membranaire associé à un réacteur est notamment décrit dans la demande internationale PCT/EP2022/087329.
[130] Chaque unité de diffusion 3 est de préférence disposée au voisinage immédiat du fond de la cuve 1. Par ailleurs, chaque unité de diffusion 3 est disposée entre deux dispositifs d’éclairage 2a, 2b adjacents, les différentes unités de diffusion 3 étant agencées de sorte que chaque unité de diffusion 3 est entourée de dispositifs d’éclairage distincts des dispositifs d’éclairage 2a, 2b entourant les autres unités de diffusion 3. En d’autres termes, chaque unité de diffusion 3 est séparée de l’unité de diffusion 3 la plus proche (ou des unités les plus proches) par deux dispositifs d’éclairage 2a, 2b.
[131] Les unités de diffusion 3 sont connectées à une unité d’amenée de CO2 - tel qu’un surpresseur (dans le cas de CO2 gazeux) ou une pompe (de type turbine dans le cas de CO2 fluide) - de préférence muni d'un clapet anti-retour afin d'éviter la remontée des boues ou des effluents au niveau de l’unité d’amenée de CO2. Une telle unité d’amenée de CO2 est connue en soit et ne sera pas décrite plus en détails dans la suite.
[132] 4. Système de maintenance
[133] Le caractère flexible du (ou des) dispositif(s) d’éclairage contenu(s) dans la cuve permet également de faciliter la maintenance du bioréacteur selon l’invention.
[134] En référence à la figure 11, un exemple de système de maintenance est illustré. Ce système comprend :
• une grue montée sur un châssis fixe ou mobile, et
• un outil de préhension 100 (crochet, grappin, ou analogue) monté à l’extrémité libre de la grue,
• une pluralité de rouleaux de guidage 101, 102 pour le déplacement par roulement de chaque dispositif d’éclairage 2.
[135] Chaque dispositif d’éclairage 2 comprend un élément de saisie (telle qu’une cavité) destiné à coopérer avec l’outil de préhension 100 du système de maintenance. Le principe de fonctionnement du système de maintenance est le suivant. [136] Dans une première étape, l’outil de préhension 100 est fixé à l’élément de saisie du dispositif d’éclairage 2. Une fois fixé, l’outil de préhension 100 est déplacé dans une direction verticale vers l’extérieur de la cuve 1.
[137] Dans une deuxième étape, l’outil de préhension 100 est déplacé horizontalement entre un rouleau inférieur 101 et un rouleau supérieur 103 de la pluralité de rouleaux de guidage 101, 102 disposés au-dessus de la cuve 1. Le dispositif d’éclairage 2 se courbe à 90°. Une partie supérieure du dispositif d’éclairage 2 (située entre le rouleau inférieur 101 et un bord supérieur du dispositif d’éclairage 2) se déplace alors dans une direction horizontale, tandis qu’une partie inférieure (située entre le rouleau inférieur 101 et un bord inférieur du dispositif d’éclairage 2) se déplace verticalement vers le haut.
[138] Dans une troisième étape, lorsque la totalité du dispositif d’éclairage 2 s’étend horizontalement entre la pluralité de rouleaux de guidage 101, 102, l’outil de préhension 100 est immobilisé.
[139] Ainsi, le caractère flexible du (ou des) dispositifs) d’ éclairage 2 permet de réduire la hauteur nécessaire pour extraire ledit (ou lesdits) dispositifs) d’éclairage 2 de la cuve 1 pour la mise en œuvre d’une opération de maintenance.
[140] 5. Caractéristiques du photo-bioréacteur
[141] On va maintenant décrire différents aspects relatifs à un dimensionnement du bioréacteur permettant l’utilisation optimale du flux lumineux issu des dispositifs d’éclairage.
[142] 5.1. Modèle de captation de photons
[143] Pour comprendre si le flux de photons issu des dispositifs d’éclairage est utilisé de manière optimale par la masse à traiter, on propose d’employer un modèle sur la captation de photons par des microalgues en fonction d’une surface d’émission et d’une géométrie du réacteur.
[144] La représentation suivante montre les paramètres modulables pour déduire des productivités dans un photo-bioréacteur. Ici il sera préférable de réduire au maximum la fraction non éclairée du réacteur et d’augmenter la surface recevant le flux de photons.
[145] Le modèle global du rendement surfacique d’un photo-bioréacteur est le suivant :
Figure imgf000030_0001
[146] Où :
• fd est la fraction volumique non éclairée par conception du réacteur (fd = 0 si toute la surface du réacteur est éclairée),
• PM est le rendement énergétique maximum de conversion de l’énergie lumineuse en énergie physico-chimique, • (p est le rendement quantique molaire de la photosynthèse,
• a est le module de diffusion linéaire,
• aiight est la surface spécifique éclairée du réacteur sur volume,
• K correspond à une constante de demi- saturation de la photosynthèse (dépend du micro-organisme), • h correspond au degré de collimation moyen du rayonnement incident,
• qn est la densité de flux moyenne de photon sur la surface du bioréacteur.
[147] Les performances maximales d’un photo-bioréacteur peuvent être caractérisées par quelques simplifications des constantes dans un cas idéal.
[148] Par conséquent la production dépendra des éléments suivants : • La fraction sombre « Sx», qui correspond au ratio volumique non éclairé (fd=O) : Sx = (l-fd)ln(l+q/K) en kg/m2/J
• Où q est la densité de flux moyenne de photon sur la surface du bioréacteur (s’exprime en pmolphotons/s/m2), et où K est la constante de demi- saturation de la photosynthèse (30000 pmol/kgx/s),
• La production surfacique « Px » dû à la captation du flux de photons surfacique capté : Px = Sx * ammière en kg/m3/J avec facteur correctif de 20%
• La production volumique en fonction du flux de photons surfacique capté rapporté au volume total : ammière = Smmière/Vr, où Vr est le volume du bioréacteur.
[149] En appliquant les règles de calculent précédentes pour :
• une plaque d’ acrylique de 0.1m de large et 0.1m de long
• une lumière incidente de 350pmol/m2/s,
• un volume total de réacteur de 0.008 m3, • aucune zone d’ombre (fd=0),
• alors la productivité volumique théorique maximale est estimé à 139 mg/L/J, comme illustré par le tableau ci-dessous.
[150] [Tableaux 1]
Figure imgf000031_0001
Figure imgf000032_0001
[151] Ceci est confirmé lors d’une expérience en utilisant le bioréacteur illustré à la figure 12 qui comprend une cuve 1 parallélépipédique, huit dispositifs d’éclairage de 0,1 m de cotés (0.01 m2) et incluant chacun une WOLED (White OLED) mis en contact sur cinq faces de la cuve.
[152] Une production moyenne de 172 mg/L/J sur 55 heures (minimum : 100 mg/L/J, maximum : 230 mg/L/J) est obtenue, comme illustré sur la figure 13 qui représente un graphique récapitulatif de la productivité d’une chlorelle dans le bioréacteur illustré à la figure 12.
[153] L’ajout d’air avec 2% de CO2 assure le brassage et apporte du carbone.
[154] 5.2. Détermination de la quantité de dispositifs d’éclairage optimale
[155] L’objectif est de déterminer la superficie optimale de diffusion du flux lumineux pour le réacteur. Bien entendu, le nombre et la disposition des dispositifs d’éclairage peut varier en fonction de la quantité de biomasse que l’on souhaite produire.
[156] En appliquant les formules de la modélisation globale décrite ci-dessus, 711 mg/L/J de biomasse par m3 de culture dans un volume de 1 m3 peuvent être obtenus par l’utilisation de , 24 m2 de dispositifs d’éclairage émettant 750 pmol/m2/s.
[157] Ce nombre est directement lié au rendement, volume, géométrie et intensité lumineuse souhaités.
[158] On obtient le tableau suivant :
[159] [Tableaux 2]
Figure imgf000032_0002
Figure imgf000033_0001
[160] 5.3. Détermination d’une quantité maximale de biomasse à ne pas dépasser
[161] L’objectif est de déterminer la concentration maximum de biomasse à ne pas dépasser afin de ne pas avoir de zone sombre dans le milieu (i.e. maintenir un fd=0), [162] Dans la suite, on considère un bioréacteur ayant une cuve présentant les dimensions suivantes : 1 mètre x 1 mètre x 1 mètre (L*1*H en mètres). Le volume de la cuve est donc de 1 m3
[163] On suppose également que chaque dispositif d’éclairage a des dimensions de 1 mètre par côté et émet sur ses deux faces. La surface émettrice de chaque dispositif d’éclairage est donc de 2 m2.
[164] [Tableaux 3]
Figure imgf000033_0002
[165] L’espacement entre les différents dispositifs d’éclairage est alors donné par la formule suivante : [166] D = (L - Etot) / (¥2 x Nbpiaques) = (1 - 0.06)/ (¥2 x 12), et diibre= D - épaisseur d’un dispositif d’éclairage
[167] Avec : o L : Largeur d’un dispositif d’éclairage ; o Etot : Epaisseur totale ; o Nb : nombre de dispositifs d’éclairage ; o D : Distance entre deux dispositifs d’éclairage, o d : espace libre en deux dispositifs d’éclairage.
[168] [Tableaux 4]
Figure imgf000034_0001
[169] Dans le cas où les dispositifs d’éclairage ont des dimensions de 1*1 mètre, il faut douze dispositifs d’éclairage dans le bioréacteur.
[170] En les disposants en sandwich, l’épaisseur totale des dispositifs d’éclairage mesure 0,06 mètres. [171] Les dispositifs d’éclairage sont placés tous les 0,156 m dans le milieu et avec un espace libre de 0,145 m. [172] Il faut déterminer la concentration maximum qu’il ne faut pas dépasser afin de ne pas avoir de zone sombre dans le milieu de culture et de maintenir un fd=O soit un flux de photons suffisant jusqu’à la zone mitoyenne.
[173] Idéalement il ne faudra pas dépasser une concentration de 0.3 g/L/J, comme illustré sur la figure 14 représentant une concentration maximum en microalgues en fonction de l'écartement entre dispositifs d’éclairage adjacents.
[174] L’intensité lumineuse en fonction de la distance Z peut s’exprimer à partir de la formule suivante : I(z)=Io-e ka B z
[175] Où : o lo correspond à la lumière incidente, o Ka est un coefficient d’absorption, o B correspond à la concentration en biomasse, o Z correspond à la longueur de la cuve.
[176] Si l’on considère qu’à partir de 50 pmol/m2/s, la quantité de lumière est insuffisante pour avoir des rendements suffisants, il est possible de déterminer la concentration maximale à ne pas dépasser.
[177] Ici avec 0.03 mètres (dus aux dispositifs d’éclairage placés en sandwich) la concentration maximale à ne pas franchir est de 1.5 g/L.
[178] 5.4. Homogénéité de la lumière
[179] L’homogénéité de la lumière issue d’un dispositif d’éclairage incluant une OLED est supérieure ou égale à 99%, assurant un meilleur rendement qu’un dispositif d’éclairage incluant une LED.
[180] Une plaque de pmma dotées de prismes à une capacité de diffusion de 70% à 90% en fonction de l’épaisseur et de la quantité de LEDs placées sur les côtés.
[181] La quantité d’énergie à envoyer à la surface est donc moindre dans le cas d’un dispositif d’éclairage incluant une OLED.
[182] Pour un rendement en biomasse par unité de volume équivalent, il faudra injecter entre 10 et 30% plus d’énergie électrique dans le cas d’un dispositif d’éclairage incluant une LED. [183] 5.5. Volume utile du bioréacteur
[184] Le volume utile du bioréacteur est plus important (avantage économique) avec un dispositif d’éclairage incluant un dispositif d’éclairage flexible.
[185] Cette utilisation de dispositif d’éclairage flexible permet d’optimiser le volume utile du réacteur de deux à seize fois, étant donné que :
• l’épaisseur d’une plaque de pmma ou de polycarbonate peut mesurer 0.01 m et 0.08 m, et que
• l’épaisseur d’un dispositif d’éclairage flexible de 0.005 m.
[186] 5.6. Angle incident
[187] L’homogénéité de la lumière par l’angle incident des couches d’OLEDS de 178° en opposition à des LEDs de 120°.
[188] Cela assure une meilleure homogénéité de la lumière dans le bioréacteur.
[189] On préféra utiliser une OLED ayant un angle le plus large possible : supérieur à 120°.
[190] En effet il est difficile d’obtenir un angle supérieur à 120° avec des LEDs. Cela réduit d’autant le volume de culture optimisé pour la culture de microalgue.
[191] Cet angle permet une amélioration de la couverture du volume éclairé de 20% par rapport à une plaque LED classique avec une puissance de 700 pE et 0.1 g/L de concentration algale.
[192] Le volume éclairé est donc défini par la formule suivante : Volume éclairé = ((7iar2)/360°) *L*ncotés)+(L*l*h)*n faces en m3.
[193] Le tableau ci-dessous propose une comparaison des volumes éclairés avec une diode de type LED classique et diode de type OLED.
[194] [Tableaux 5]
Figure imgf000036_0001
Figure imgf000037_0001
[195] 5.7. Possibilité dé faire varier la distance entre les dispositifs d'éclairage en fonction du flux de lumière en continue ou flash
[196] On va maintenant décrire différents aspects relatifs à un dimensionnement du bioréacteur en considérant un apport de lumière discontinu, c’est-à-dire en considérant que chaque dispositif d’éclairage génère un rayonnement lumineux discontinu composé d’une alternance rapprochée de phases obscures et de phases éclairées (flashs], par exemple à une fréquence comprise entre 10 et 50 kHz. [197] Soit un système doté d’une intensité moyenne en continue de 1000 pmol.m’
2.s_1 au niveau des dispositifs d’éclairage.
[198] Lorsque cette intensité moyenne en continue est ensuite paramétré en flash tout en maintenant une irradiance moyenne de 1000 pmol.m^.S’1 il est alors possible d’obtenir des vagues de flash de 10000 gmoLm^.s 1. [199] A titre indicatif, la figure 15 illustre la différence entre un éclairage discontinu 31 et un éclairage continu 32 :
• le temps de cycle est donné par la formule suivante : tcycle = tlight + tdark [s] / ou la fréquence [Hz] la fraction lumineuse est donnée par la formule suivante : cp : (tlight / (tlight + tdark ))
• l’irradiance intégrée est donnée par la formule suivante : Im = If • cp
[200] Avec :
• cp = 10% ;
• Im = 1000 pmol.m^.s 1,
• Im = If • (p pmol.rn 2.s_1,
• If= 10000 pmol.m^.s 1.
[201 ] Cette vague de photons permet d’ augmenter la distance d’ entrée des photons dans le milieu et donc d’augmenter la distance entre les dispositifs d’éclairage avec une concentration en biomasse identique.
[202] En effet, comme illustré à la figure 16, le passage d’un apport de lumière continu à un apport de lumière discontinu permet d’augmenter la distance entre deux dispositifs d’éclairage adjacents tout en maintenant les autres paramètres identiques.
[203] En référence à la figure 16, la distance entre deux dispositifs d’éclairage adjacents peut être étendue à 0.055 mètres en flash avec une concentration de 1.5 g/L.
[204] 6. Conclusions
[205] La solution décrite précédemment présente de nombreux avantages :
• l’hydraulique du photo-bioréacteur via des dispositifs d’éclairage flexibles est améliorée, notamment grâce à une optimisation du flux de circulation du milieu de culture dans certaines zones du photo-bioréacteur,
• la maintenance du photo-bioréacteur est facilitée grâce à la flexibilité des dispositifs d’éclairage,
• le volume utile du photo-bioréacteur est plus important (avantage économique) en comparaison aux solutions d’éclairage existantes,
• la flexibilité des dispositifs d’ éclairage à OLED permet également d’ apporter plus de lumière dans des zones mortes du photo-bioréacteur, • l’utilisation d’une plaque et d’une couche de revêtement externe en verres minces permet o de diminuer l’effet de collage (« fouling ») des microalgues sur les dispositifs d’éclairage, o une meilleure insulation des composants électroniques entre eux, limitant les risques électriques, o une meilleure transmittance optique, o une meilleure stabilité chimique, o une meilleure barrière aux gaz injectés dans le photo-bioréacteur, o un meilleur échange des calories générées par les diodes lumineuses des dispositifs d’éclairage, en comparaison à une couche de revêtement extérieur de pmma ou de polycarbonate.
[206] Le lecteur aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l’invention décrite précédemment sans sortir matériellement des nouveaux enseignements et des avantages décrits ici.

Claims

Revendications
1. Réacteur incluant :
• une cuve (1) destinée à contenir une masse à traiter, la cuve (1) comprenant une paroi inférieure formant fond, une paroi supérieure opposée à la paroi inférieure, et au moins une paroi latérale entre les parois inférieure et supérieure,
• un ensemble de dispositifs d’éclairage flexibles contenu dans la cuve et destiné à favoriser le traitement de la masse,
• au moins un module d’alimentation en énergie électrique connecté à chaque dispositif d’éclairage, caractérisé en ce que chaque dispositif d’éclairage flexible comprend :
• un cadre périphérique composé : o de deux bordures longitudinales flexibles, et o de deux bordures transversales, chaque bordure transversale s’étendant entre une paire d’extrémités libres respective des bordures longitudinales, et
• une nappe (52) centrale flexible sur les bords de laquelle est monté le cadre périphérique, la nappe (52) centrale flexible incluant : o au moins une plaque flexible (21), o une couche de revêtement flexible (23) transparente au rayonnement lumineux, ladite couche de revêtement s’étendant sur la plaque flexible, o un groupe de diodes lumineuses (22, 22a, 22b, 22c) s’étendant entre la plaque flexible et la couche de revêtement flexible, lesdites diodes lumineuses étant orientées de sorte à générer le rayonnement lumineux dans une direction opposée à la plaque flexible.
2. Réacteur selon la revendication 1, dans lequel chaque diode lumineuse est une diode électroluminescente organique flexible (OLED), chaque diode lumineuse étant en contact avec une diode lumineuse adjacente.
3. Réacteur selon la revendication 1, dans lequel chaque diode lumineuse est choisie parmi une diode électro-luminescente conventionnelle (LED), ou une mini diode électro-luminescente (mini LED), les diodes lumineuses étant espacées les unes des autres d’une distance supérieure ou égale à 50pm.
4. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque bordure transversale est flexible de sorte que le cadre périphérique est flexible selon deux directions orthogonales (DI, D2).
5. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque bordure transversale est rigide de sorte que le cadre périphérique est flexible selon une unique direction (Dl) parallèle aux bordures longitudinales.
6. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque bordure transversale inclut une armature rigide (512’) et un brin rigide (512”) de longueur inférieure à l’armature rigide (512’), l’armature rigide (512’) et le brin (512”) étant reliés par une liaison pivot de sorte que le brin (512”) est apte à pivoter relativement à l’armature (512’).
7. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel chaque bordure flexible comprend une succession de segments rigides (513) raccordés entre eux par des liaisons pivot (514) de sorte que chaque segment est apte à pivoter relativement à un segment adjacent.
8. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel chaque bordure flexible consiste en un boudin réalisé dans un matériau identique à un matériau constituant la plaque flexible.
9. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel ledit et au moins un dispositif d’éclairage est de forme parallélépipédique, le réacteur incluant une structure support rigide comportant des logements, chaque logement étant destiné à recevoir un dispositif d’éclairage flexible respectif et étant configuré de sorte à recourber le dispositif d’éclairage dans la cuve.
10. Réacteur selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel chaque diode lumineuse comprend un empilement de structures (222, 224, 226), chaque structure étant adaptée pour émettre un rayonnement lumineux dans une gamme de longueurs d’onde respective.
11. Réacteur selon la revendication 10, lequel comprend en outre au moins un contrôleur (6) configuré pour piloter ledit et au moins un module d’alimentation (5) en énergie électrique.
12. Réacteur selon la revendication 11, dans lequel ledit et au moins un contrôleur (6) est configuré pour contrôler une variation d’énergie fournie par ledit et au moins un module d’alimentation (5) afin de modifier au cours du temps le spectre d’émission dudit et au moins un dispositif d’éclairage (2, 2a-2j).
13. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 11 ou 12, dans lequel ledit et au moins un contrôleur est configuré pour :
• contrôler l’activation continue dudit et au moins un module d’alimentation en énergie électrique de sorte que ledit et au moins un dispositif d’éclairage (2a, 2b) génère un rayonnement lumineux continu,
• contrôler l’activation discontinue dudit et au moins un module d’alimentation en énergie électrique de sorte que ledit et au moins un dispositif d’éclairage (2a, 2b) génère un rayonnement lumineux discontinu sous forme de flashs composé d’une alternance de phases obscures et de phases éclairées, par exemple à une fréquence comprise entre 10 et 50 kHz.
14. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le matériau constituant ladite couche de revêtement est du verre souple.
15. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le matériau constituant la couche de revêtement est une résine synthétique ou semi- synthétique choisie parmi les résines (méth) acrylique s réticulées, les résines de styrène réticulées, les résines de polyuréthane, les résines de polyester, les résines de silicone, les résines fluorées, les résines préparées à partir de substances inorganiques telles que la silice, le carbonate de calcium et le sulfate de baryum.
16. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel au moins deux diodes lumineuses de la pluralité de diodes lumineuses sont de tailles différentes.
17. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel la pluralité de diodes lumineuses comprend :
• au moins une diode lumineuse à émission ultraviolet (22b), et/ou
• au moins une diode lumineuse phosphorescente (22c).
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