EP2171033A2 - Systeme de production de microorganismes - Google Patents

Systeme de production de microorganismes

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Publication number
EP2171033A2
EP2171033A2 EP08806152A EP08806152A EP2171033A2 EP 2171033 A2 EP2171033 A2 EP 2171033A2 EP 08806152 A EP08806152 A EP 08806152A EP 08806152 A EP08806152 A EP 08806152A EP 2171033 A2 EP2171033 A2 EP 2171033A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
culture chamber
biomass
culture
juxtaposed
technical
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08806152A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Dominique Delobel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2171033A2 publication Critical patent/EP2171033A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/06—Tubular
    • 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
    • C12M23/38—Caps; Covers; Plugs; Pouring means

Definitions

  • the present invention relates to a device for producing biomasses of all species of microalgae and cyanobacteria, and more generally of all microorganisms whose growth is based on photosynthesis in a liquid medium.
  • Such a device and such a method are particularly suitable for industrial agri-food, chemical, pharmaceutical, cosmetological and energy production.
  • closed devices or photobioreactors either laboratory or industrial, are of low capacity, generally less than one thousand liters. They operate using artificial resources providing light, heat, and mechanical agitation. They are used for intensive or super-intensive production of small masses of biomass of very high quality in terms of purity or composition. This quality is obtained thanks to the permanent control of almost all crop parameters and thanks to a strict limitation of polluting intrusions in crops such as macro and micro organisms, dust and gas.
  • open systems consist of open basins of medium or large capacity, from several thousand to several million liters. They operate primarily using natural resources such as the sun that provides light and heat, resulting in limited control over culture parameters that depend on it. They are sometimes covered, most often installed in a greenhouse to limit polluting intrusions, and to improve the control of the temperature.
  • the coverage of basins of more than one thousand square meters with a capacity of about two hundred cubic meters involves the implementation of imposing structures that have the disadvantage of a significant wind resistance, or the implementation of structures more modest that require the installation of supports inside the basins.
  • Such devices compensate for medium or low productivity by a large size. They favor the amount of biomass produced. They have the disadvantage of satisfying only imperfectly the quality requirements of the agri-food or pharmaceutical industries using biomasses.
  • the invention proposes a device for producing biomasses of all species of microalgae and cyanobacteria, and more generally of all microorganisms whose growth is based on photosynthesis in a liquid medium which makes it possible to supply the major quantities of biomass as they can be obtained from open systems, whose size it approaches, with the degree of quality that is characteristic of closed photobioreactor systems.
  • this device has two nested confinement enclosures built in situ:
  • the first confinement enclosure consists of a photobioreactor composed of two juxtaposed and interdependent sub-devices which are: a) a culture chamber that is airtight and watertight, permeable to visible light on its upper part, and an interior volume ideally greater than fifty cubic meters, built longitudinally on a flat and profiled floor;
  • this technical unit comprising all the technical equipment for conducting and controlling the cultivation of biomass, thermal regulation and circulation of the set of fluids used.
  • the second containment enclosure groups together the technical blocks of several photobioreactors juxtaposed, this second enclosure containing all the technical means necessary on the one hand for normal operation of photobioreactors and on the other hand for the harvesting and treatment of biomass harvested.
  • said biomass is harvested so as to maintain production in a controlled and controlled atmosphere until the final stage of its conditioning, prior to its subsequent use as defined by the operator of the device.
  • the device has a U-shaped culture chamber provided with two free juxtaposed ends, these ends are connected to the photobioreactor technical unit.
  • the photobioreactor technical block is positioned below the ground level and below the level of the culture chamber.
  • the culture chamber contains air and gases which are kept under pressure.
  • the upper cover of said culture chamber (1) consists of a flexible material, and the level of overpressure of the air and - A - gas is adapted to keep raised this upper part over its entire surface and keep it away from the free surface of the liquid content.
  • this culture chamber having a height and a track width, this height is less than 25% of the track width.
  • the safety of the device in case of high wind can be ensured by the momentary stopping of the overpressure of the air and the gases contained in the culture chamber.
  • the cover is placed on the surface of the liquid medium contained in the culture chamber, which considerably reduces the wind resistance of the device which is thus secured.
  • the securing of the device in case of storm can be enhanced by the implementation of place a layer of water over the upper cover of the previously laid culture chamber, as previously described.
  • the resumption of the overpressure of the air and the gases contained in the culture chamber causing the reflux of this layer of water and its expulsion at the periphery of said cover.
  • this culture chamber can be positioned on a shallow natural or artificial body of water.
  • Another object of the invention is also to propose a method for producing biomass using this device.
  • the method comprises at least one of the following phases:
  • the invention overcomes the aforementioned drawbacks in that it makes it possible to produce the large quantities of biomass as obtained in open systems whose size it approaches while improving productivity, and to attain the high quality which is the clean closed systems.
  • FIG. 1 represents a view from above of the arrangement of the elements of the photobioreactor: culture chamber and technical block
  • FIG. 2 represents a view from above of the arrangement of a production unit comprising several photobioreactors
  • FIG. 3 represents a sectional view along AA of FIG. 2.
  • FIG. 4 represents a view in section along BB of FIG. 1 with reference to one of the particular embodiments of the invention.
  • Figures 1 and 2 show a preferred embodiment of the invention.
  • the invention is based on the creation in situ, on bare, level, plane and horizontal ground, obtained by the appropriate civil engineering works known to those skilled in the art, of two nested enclosing enclosures.
  • Said first containment chamber is constituted by an independent unit constituting a large photobioreactor which is composed of two sub-devices juxtaposed and interdependent:
  • a technical block (2) juxtaposed to said culture chamber (1) at one of its ends (4), to which it is sealingly connected.
  • Said technical block (2) includes all the technical equipment for driving and crop control, thermal regulation and circulation of all fluids. It is the only point of entry and exit of all fluids and materials to and from said photobioreactor.
  • Said first containment chamber contains only the growing biomass and the constitutive elements of its culture medium. Said enclosure is not accessible for routine operations to the staff in charge of the operation of the site.
  • Said second confinement enclosure (5) groups together the technical blocks (2) of several juxtaposed photobioreactors.
  • Said second enclosure (5) contains all the technical means necessary firstly for the normal operation of said photobioreactors and secondly for the harvesting and treatment of the biomass harvested so as to maintain production in a controlled and controlled atmosphere until the final stage packaging for use as defined by the operator.
  • Said second enclosure (5) for containment is normally accessible for routine operations to the staff in charge of the operation of the site.
  • each photobioreactor is constructed as follows:
  • Said culture chamber (1) U-shaped is built on a bare ground, flat and horizontal, leveled and profiled by civil engineering works according to the rules of art.
  • the realization of the support slab involves drawing and leveling two parallel tracks of equal lengths, spaced apart and wide, for example according to different embodiments of the invention from less than one to several tens of meters. These two paths are connected by an elbow at one of their ends (3).
  • each lane is made to obtain a longitudinal slope of zero to ten percent and a very flared V-shaped transverse profile with a double axial slope of zero to twenty degrees as described in Figure 4.
  • the longitudinal slopes may be of the same or opposite directions.
  • Said culture chamber (1) of each photobioreactor has a total developed length of between twenty and two thousand times its width.
  • Said culture chamber (1) which must contain said liquid culture medium is carried out by any appropriate means in accordance with the following rules:
  • Said culture chamber (1) is in the form of a tube or channel covered, U-shaped, airtight and water-tight throughout its length, permeable to visible light on its upper part and capable of withstanding an internal gas or air overpressure of less than five hundred millibars.
  • the upper part of said chamber (1) can be made of any rigid or flexible material, consisting of either a single piece or by juxtaposition of a plurality of elements. Said upper part is made so as to allow the bend (3) of said culture chamber (1) free passage of fluids in the liquid phase and / or gas between the two straight portions constituting the channels or U-shaped branches of said device.
  • the liquid content (7) of said culture chamber (1) occupies from ten to seventy percent of the lower portion of the cross section of said culture chamber (1), as shown in FIG. 4. Free circulation air and gases (6) are freely provided over the entire length of said culture chamber (1), in the upper part of said cross section not occupied by said liquid content (7).
  • said culture chamber (1) it is maintained in internal air pressure, by any appropriate technical means such as compressor, turbine, fan. Said overpressure makes it possible to avoid, in the event of leakage in one of the walls of said culture chamber (1), that external fluids, gas or liquid, can penetrate by these leaks inside said culture chamber ( 1).
  • said culture chamber (1) can be made by any assembly of flexible or rigid materials, or by assembly of flexible sections associated with rigid sections. According to a particular embodiment of the invention, said culture chamber (1) can be positioned entirely on a shallow natural or artificial body of water.
  • said upper part When using a flexible material for producing the upper part of said culture chamber (1), said upper part is kept away from the free surface of the liquid content (7) by adaptation of the overpressure of the air content. This overpressure makes it possible to lift the mass of said upper part over the entire surface of said culture chamber (1).
  • said upper part of said culture chamber (1) is dimensioned and arranged so as to be able to rest in the deflated position without tension on the bottom of said chamber.
  • culture (1) empty of any liquid contents (7).
  • Said upper part can thus be, if necessary, voluntarily flooded and covered with a layer of water several centimeters which secures said device against the destructive effects of high winds.
  • Each of said two open ends (4) juxtaposed with said culture chamber is permanently and tightly connected to said technical block (2).
  • Said technical block (2) according to the embodiment of the invention is a compact device whose dimensions, variable according to the particular embodiments are within the following limits: its length is at most equal to the width of the two support channels of said culture chamber (1) increased by that of the space separating them, its width is less than three meters and its internal volume is between one and twenty per thousand of the maximum volume of said culture chamber (1) to which it is connected.
  • said technical block (2) is positioned in such a way that, according to the particular embodiments of the invention, its base is between zero and three meters below the ground support level of said culture chamber (1) and its summit is at an altitude greater than that of said culture chamber (1).
  • Said technical block (2) is an integrated assembly, closed, which contains all the technical devices necessary for the proper operation of the photobioreactor. It performs the following functions:
  • thermometer thermometer
  • flowmeter pH-meter
  • conductivity meter conductivity meter
  • extraction of the inorganic or organic waste from said culture chamber (1) from any suitable device such as by way of non-exhaustive examples: pump, filter, decanter, centrifuge,
  • the second containment enclosure (5) is constituted by a building, of shapes and dimensions adapted to particular embodiments, produced according to the rules of the art. Said second chamber (5) occupies an area less than five percent of that of all the photobioreactors it groups.
  • said second enclosure contains the devices necessary to perform the following functions:
  • biomass contained by any suitable device known to those skilled in the art, such as by way of non-exhaustive examples: rotary drum filter, vibrating screen filter, vacuum filter, filter moving cloth, centrifuge,
  • said second containment enclosure (5) under the ground level and where are positioned said culture chambers (1), or to arrange in this enclosure, at the location of each technical block (2), a pit for positioning it there.
  • said culture chambers (1) are made from a sheath of flexible material that is impervious to water and air, permeable to visible light and inflatable by being likely to withstand an internal air or gas overpressure of less than five hundred millibars.
  • a sheath of translucent agricultural polyethylene film of a minimum thickness of twenty hundredths of a millimeter, obtained by the known industrial process of extrusion, is by way of nonlimiting example a material suitable for the construction of said device.
  • the length of said sheath is between twenty and two thousand times its width.
  • the length required for this particular embodiment of the invention can be obtained by butt-welding and joining by welding or gluing by any appropriate technical means known to those skilled in the art of several identical sheaths of widths. and lengths less than required.
  • a coating of the leveled support slab as described above can be made according to the rules of the art by the implementation of any suitable material, such as by way of example non-limiting: sand, concrete, bitumen, wood, tiles.
  • This coating provides the main function of protecting the physical integrity of said flexible sheath, deemed fragile.
  • This protection can be enhanced by the insertion of a protective layer between said sheath and said support slab, coated or not.
  • Said layer may be composed of a plastic film, a felt, a geomembrane, a geotextile or any other material or material adapted for this purpose.
  • the mass of the liquid constituting the culture medium once introduced into the sheath ensures, taking into account the transverse profile of the support slab the necessary ground anchoring of the device.
  • the culture chamber is maintained at a slight overpressure of air or gas of the order of a few tens of millibars obtained from a suitable air compression device located in said technical block (2) juxtaposed to said chamber of culture (1).
  • the internal overpressure is continuously adapted to allow deformations of said culture chamber (1) under the effect of wind or pressure exerted by any means on the outer face of said sheath.
  • the device according to the invention is particularly intended for the equipment of production sites of large biomasses of photosynthetic aquatic microorganisms, with an operational area of at least one hectare.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de production de biomasse composée de toutes espèces de micro algues et de cyanobactéries, et plus généralement de tous micro organismes dont la croissance repose sur la photosynthèse en milieu liquide, De plus, le dispositif, présentant deux enceintes de confinement imbriquées et construites in situ: i) Ladite première enceinte de confinement est constituée d'un photobioréacteur composé de deux sous dispositifs juxtaposés et interdépendants qui sont a) une chambre de culture (1 ) et b) un bloc technique (2) juxtaposé à ladite chambre de culture (1 ) en au moins l'une de ses extrémités (4). ii) Ladite seconde enceinte de confinement (5) regroupe lesdits blocs techniques (2) de plusieurs photobioréacteurs juxtaposés. L'invention concerne également un procédé de production de biomasse mettant en oevre ledit dispositif.

Description

SYSTEME DE PRODUCTION DE MICROORGANISMES
La présente invention concerne un dispositif de production de biomasses de toutes espèces de micro algues et de cyanobactéries, et plus généralement de tous micro organismes dont la croissance repose sur la photosynthèse en milieu liquide.
Elle concerne également un procédé mettant en œuvre ce dispositif.
Un tel dispositif et un tel procédé s'adressent particulièrement aux industriels des industries agroalimentaire, chimique, pharmaceutique, cosmétologique et de production d'énergie.
Les dispositifs de production de tels micro organismes, hors récolte en milieu naturel, connus de l'homme de l'art appartiennent à deux principales catégories :
Premièrement, les dispositifs fermés ou photobioréacteurs, soit de laboratoire ou soit industriels, sont de faible capacité, généralement inférieure à mille litres. Ils fonctionnent à l'aide de ressources artificielles fournissant la lumière, la chaleur, et l'agitation mécanique. Ils sont utilisés pour des productions intensives ou super intensives de faibles masses d'une biomasse de très haute qualité en termes de pureté ou de composition. Cette qualité est obtenue grâce à la maîtrise permanente de la quasi-totalité des paramètres de culture et grâce à une limitation stricte des intrusions polluantes dans les cultures telles que macro et micro organismes, poussières et gaz.
De tels dispositifs privilégient la qualité de la biomasse produite sans être capables de produire les quantités importantes requises par des applications industrielles. Leurs coûts de fabrication et de fonctionnement élevés, en particulier celui de l'énergie et de la maintenance, rendent leur installation à grande échelle peu réaliste sur le plan économique.
Deuxièmement, les systèmes ouverts sont constitués de bassins ouverts de moyenne ou grande capacité, de plusieurs milliers à plusieurs millions de litres. Ils fonctionnent essentiellement à l'aide de ressources naturelles telles que le soleil qui fournit la lumière et la chaleur, d'où une maîtrise limitée des paramètres de culture qui en dépendent. Ils sont parfois couverts, le plus souvent installés sous serre pour limiter les intrusions polluantes, et pour améliorer la maîtrise de la température. La couverture de bassins de plus de mille mètres carrés présentant une capacité de l'ordre de deux cent mètres cubes implique la mise en œuvre de structures imposantes qui présentent l'inconvénient d'une prise au vent importante, ou la mise en œuvre de structures plus modestes qui nécessitent l'implantation de supports à l'intérieur même des bassins. Ces solutions apportées à la couverture restent problématiques et coûteuses, que ce soit pour leur installation ou pour leur maintenance.
De tels dispositifs compensent une productivité moyenne ou faible par une taille importante. Ils privilégient la quantité de biomasse produite. Ils présentent l'inconvénient de ne satisfaire qu'imparfaitement aux exigences de qualité des industries agroalimentaire ou pharmaceutiques utilisatrices de biomasses.
Afin de pallier ces différents problèmes, l'invention propose un dispositif de production de biomasses de toutes espèces de micro algues et de cyanobactéries, et plus généralement de tous micro organismes dont la croissance repose sur la photosynthèse en milieu liquide qui permet de fournir les grandes quantités de biomasse telles qu'elles peuvent être obtenues des systèmes ouverts, dont il approche la taille, avec le degré de qualité qui est le propre des systèmes de photobioréacteurs fermés.
Ses modes de réalisations généraux ou particuliers permettent en outre une économie des moyens techniques et des matériaux à employer pour la création d'un site de production.
Selon une caractéristique majeure de l'invention, ce dispositif présente deux enceintes de confinement imbriquées et construites in situ:
i) La première enceinte de confinement est constituée d'un photobioréacteur composé de deux sous dispositifs juxtaposés et interdépendants qui sont : a) une chambre de culture étanche à l'air et à l'eau, perméable à la lumière visible sur sa partie supérieure, et d'un volume intérieur idéalement supérieur à cinquante mètres cubes, construite longitudinalement sur un sol plan et profilé ;
b) un bloc technique juxtaposé à cette chambre de culture en au moins l'une de ses extrémités, ce bloc technique regroupant l'ensemble des équipements techniques de conduite et de contrôle des cultures des biomasses, de régulation thermique et de circulation de l'ensemble des fluides mis en oeuvre.
ii) La seconde enceinte de confinement regroupe les blocs techniques de plusieurs photobioréacteurs juxtaposés, cette seconde enceinte contenant l'ensemble des moyens techniques nécessaires d'une part au fonctionnement normal des photobioréacteurs et d'autre part à la récolte et au traitement de la biomasse récoltée.
De préférence, ladite biomasse est récoltée de manière à maintenir la production en ambiance confinée et contrôlée jusqu'au stade ultime de son conditionnement, préalablement à son utilisation ultérieure telle que définie par l'exploitant du dispositif.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif présente une chambre de culture en forme de U munie de deux extrémités libres juxtaposées, ces extrémités sont connectées au bloc technique du photobioréacteur.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le bloc technique du photobioréacteur est positionné sous le niveau du sol et sous le niveau de la chambre de culture.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la chambre de culture contient de l'air et des gaz qui sont maintenus en surpression.
Selon une autre caractéristique de l'invention, et selon un mode particulier de réalisation, la couverture supérieure de ladite chambre de culture (1 ) est constituée d'un matériau souple, et le niveau de surpression de l'air et - A - des gaz est adapté pour maintenir soulevée cette partie supérieure sur toute sa surface et à la maintenir éloignée de la surface libre du contenu liquide.
Selon une autre caractéristique de l'invention, cette chambre de culture présentant une hauteur et une largeur de voie, cette hauteur est inférieure à 25% de la largeur de voie.
Selon une autre caractéristique de l'invention, et selon le mode particulier de réalisation qui implique l'utilisation d'un matériau souple pour la couverture de la chambre de culture, la mise en sécurité du dispositif en cas de grand vent peut être assurée par l'arrêt momentané de la surpression de l'air et des gaz contenus dans la chambre de culture. La couverture se pose à la surface du milieu liquide contenu dans la chambre de culture, ce qui réduit considérablement la prise au vent du dispositif qui se trouve ainsi sécurisé.
Selon une autre caractéristique de l'invention, et selon le mode particulier de réalisation qui implique l'utilisation d'un matériau souple pour la couverture de la chambre de culture, La sécurisation du dispositif en cas de tempête peut être renforcée par la mise en place d'une couche d'eau par-dessus la couverture supérieure de la chambre de culture préalablement posée, comme décrit précédemment. La reprise de la surpression de l'air et des gaz contenus dans la chambre de culture provoquant le reflux de cette couche d'eau et son expulsion à la périphérie de ladite couverture.
Selon une autre caractéristique de l'invention, cette chambre de culture peut être positionnée sur une étendue d'eau naturelle ou artificielle de faible profondeur.
Un autre but de l'invention est également de proposer un procédé de production de biomasse mettant en œuvre ce dispositif.
Selon une autre caractéristique majeure de l'invention, le procédé comprend au moins une des phases suivantes :
- La circulation du milieu de culture entre les deux voies de la chambre de culture, - La mise en surpression permanente de la chambre de culture,
- L'approvisionnement en éléments intrants solides, liquides ou gazeux,
- Le contrôle permanent ou ponctuel des cultures à partir de tous dispositifs de mesure,
- L'extraction des déchets minéraux ou organiques hors de la chambre de culture,
- L'extraction temporaire et la réinjection du milieu de culture hors de et dans la chambre de culture aux fins de récolte de la biomasse produite,
- La régulation thermique du contenu liquide dans la chambre de culture,
- Le confinement du dispositif constituant la zone de travail,
- Le traitement et le conditionnement de la biomasse récoltée.
L'invention remédie aux inconvénients précédemment mentionnés en ce qu'elle permet de produire les grandes quantités de biomasse telles qu'obtenues dans les systèmes ouverts dont elle approche la taille tout en améliorant la productivité, et d'atteindre la haute qualité qui est le propre des systèmes fermés.
Ses modes de réalisation généraux ou particuliers autorisent en outre une économie des moyens techniques à mettre en œuvre lors de la création d'un site de production.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus de façon non limitative apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode préférentiel de réalisation, ainsi que de modes particuliers. Cette description est faite en relation avec les dessins joints:
La figure 1 représente une vue de dessus de l'agencement des éléments du photobioréacteur : chambre de culture et bloc technique, La figure 2 représente une vue de dessus de l'agencement d'une unité de production regroupant plusieurs photobioréacteurs,
La figure 3 représente une vue en coupe selon AA de la figure 2.
La figure 4 représente une vue en coupe selon BB de la figure 1 en référence à l'un des modes particuliers de réalisation de l'invention.
Les figures 1 et 2 présentent un mode de réalisation préférentiel de l'invention.
L'invention repose sur la création in situ, sur un terrain nu, nivelé, plan et horizontal, obtenu par les travaux de génie civil appropriés connus de l'homme de l'art, de deux enceintes de confinement imbriquées.
Ladite première enceinte de confinement est constituée par une unité indépendante constituant un photobioréacteur de grande taille qui est composé de deux sous dispositifs juxtaposés et interdépendants:
- une chambre de culture (1 ) d'un volume intérieur préférentiellement supérieur à cinquante mètres cube construite longitudinalement sur un sol plan et profilé.
- un bloc technique (2), juxtaposé à ladite chambre de culture (1) en l'une de ses extrémités (4), à laquelle il est connecté de manière étanche. Ledit bloc technique (2) regroupe l'ensemble des équipements techniques de conduite et contrôle des cultures, de régulation thermique et de circulation de tous les fluides. Il constitue le seul point d'entrée et de sortie de tous les fluides et matières vers et hors dudit photobioréacteur.
Ladite première enceinte de confinement contient uniquement la biomasse en croissance et les éléments constitutifs de son milieu de culture. Ladite enceinte n'est pas accessible pour les opérations courantes au personnel en charge de l'exploitation du site.
Ladite seconde enceinte de confinement (5) regroupe les blocs techniques (2) de plusieurs photobioréacteurs juxtaposés. Ladite seconde enceinte (5) contient tous les moyens techniques nécessaires d'une part au fonctionnement normal desdits photobioréacteurs et d'autre part à la récolte et au traitement de la biomasse récoltée de manière à maintenir la production en ambiance confinée et contrôlée jusqu'au stade ultime de son conditionnement en vue de l'utilisation telle que définie par l'exploitant. Ladite seconde enceinte (5) de confinement est normalement accessible pour les opérations courantes au personnel en charge de l'exploitation du site.
Selon le mode général de réalisation de l'invention, chaque photobioréacteur est construit comme suit:
Ladite chambre de culture (1 ) en forme de U est construite sur un terrain nu, plan et horizontal, nivelé et profilé par des travaux de génie civil selon les règles de l'art.
La réalisation de la dalle support implique le tracé et le nivellement de deux voies parallèles d'égales longueurs, espacées et larges, par exemple selon les différents modes de réalisation de l'invention de moins de un à plusieurs dizaines de mètres. Ces deux voies sont raccordées par un coude en l'une de leurs extrémités (3).
Le nivellement de chaque voie est réalisé de manière à obtenir une pente longitudinale de zéro à dix pour cent et un profil transversal en forme de V très évasé présentant une double pente axiale de zéro à vingt degrés comme décrit par la figure 4.
Selon les modes particuliers de réalisation de l'invention, les pentes longitudinales peuvent être soit de même sens, soit de sens opposés.
Ladite chambre de culture (1 ) de chaque photobioréacteur a une longueur développée totale comprise entre vingt et deux mille fois sa largeur.
Sa hauteur, variable selon les modes particuliers de réalisation, reste inférieure à vingt cinq pour cent de sa largeur soit par exemple un mètre pour une largeur de voie de quatre mètres. Ladite chambre de culture (1 ) qui doit contenir ledit milieu de culture liquide est réalisée par tout moyen approprié en respectant les règles suivantes :
Ladite chambre de culture (1 ) se présente sous la forme d'un tube ou d'un canal couvert, en forme de U, étanche à l'air et à l'eau sur toute sa longueur, perméable à la lumière visible sur sa partie supérieure et capable de supporter une surpression interne de gaz ou d'air inférieure à cinq cent millibars. La partie supérieure de ladite chambre (1 ) peut être réalisée en tout matériau rigide ou souple, constitué soit d'une seule pièce soit par juxtaposition d'une pluralité d'éléments. Ladite partie supérieure est réalisée de manière à permettre au coude (3) de ladite chambre de culture (1) le libre passage des fluides en phase liquide et/ou gazeuse entre les deux parties rectilignes constituant les voies ou branches en U dudit dispositif.
Le contenu liquide (7) de ladite chambre de culture (1 ) occupe de dix à soixante dix pour cent de la partie basse de la section transversale de ladite chambre de culture (1 ), tel que représenté par la figure 4. La libre circulation de l'air et des gaz (6) est librement assurée sur toute la longueur de ladite chambre de culture (1), dans la partie supérieure de ladite section transversale non occupée par ledit contenu liquide (7).
Quel que soit le mode de réalisation de ladite chambre de culture (1), celle ci est maintenue en surpression interne d'air, par tout moyen technique approprié tel que compresseur, turbine, ventilateur. Ladite surpression permet d'éviter, en cas de fuite dans l'une des parois de ladite chambre de culture (1 ), que des fluides extérieurs, gaz ou liquides, puissent pénétrer par ces fuites à l'intérieur de ladite chambre de culture (1 ).
Selon des modes particuliers de réalisation de l'invention, ladite chambre de culture (1 ) peut être réalisée par tout assemblage de matériaux souples ou rigides, ou par assemblage de sections souples associées à des sections rigides. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ladite chambre de culture (1 ) peut être positionnée entièrement sur une étendue d'eau naturelle ou artificielle de faible profondeur.
En cas d'utilisation d'un matériau souple pour la réalisation de la partie supérieure de ladite chambre de culture (1 ), ladite partie supérieure est maintenue éloignée de la surface libre du contenu liquide (7) par adaptation de la surpression de l'air contenu. Cette surpression permet de soulever la masse de ladite partie supérieure sur toute la surface de ladite chambre de culture (1 ).
En cas d'utilisation d'un matériau souple pour la réalisation de ladite partie supérieure de ladite chambre de culture (1 ), ladite partie supérieure est dimensionnée et disposée de manière à pouvoir en position dégonflée reposer sans tension sur le fond de ladite chambre de culture (1 ) vide de tout contenu liquide (7).
Ladite partie supérieure peut ainsi être, en cas de besoin, volontairement inondée et recouverte d'une couche d'eau de plusieurs centimètres ce qui sécurise ledit dispositif face aux effets destructeurs de vents violents.
Chacune desdites deux extrémités (4) ouvertes juxtaposées de ladite chambre de culture est connectée, de manière permanente et étanche audit bloc technique (2).
Ledit bloc technique (2) selon le mode de réalisation de l'invention est un dispositif compact dont les dimensions, variables selon les modes particuliers de réalisation sont comprises dans les limites suivantes : sa longueur est au plus égale à la largeur des deux voies support de ladite chambre de culture (1 ) augmentée de celle de l'espace qui les sépare, sa largeur est inférieure à trois mètres et son volume interne est compris entre un et vingt pour mille du volume maximum de ladite chambre de culture (1 ) à laquelle il est connecté.
Comme illustré par la figure 3, ledit bloc technique (2) est positionné de telle manière que, selon les modes particuliers de réalisation de l'invention, sa base se trouve entre zéro et trois mètres sous le niveau du sol support de ladite chambre de culture (1) et son sommet se trouve à une altitude supérieure à celle de ladite chambre de culture (1 ).
Ledit bloc technique (2) constitue un ensemble intégré, fermé, qui contient tous les dispositifs techniques nécessaires au bon fonctionnement du photobioréacteur. Il assure les fonctions suivantes :
- la circulation du milieu de culture entre les deux voies de ladite chambre de culture (1 ) à l'aide de tous dispositifs adaptés tels qu'à titre d'exemples non exhaustifs canal, tube ou tuyau, vannes, pompes, « airlift », cuves ou tout autre dispositif adapté à un mode de réalisation particulier,
- la mise en surpression permanente de ladite chambre de culture (1 ) et son contrôle à partir de tout dispositif adapté tel qu' à titre d'exemples non exhaustifs ventilateur, soufflante, compresseur, évent, manomètre,
- l'introduction des éléments solides, liquides ou gazeux nécessaires à la conduite des cultures par des conduites, canalisations et vannes adaptées et connues de l'homme de l'art,
- le contrôle permanent ou ponctuel des cultures à partir de tous dispositifs de mesure tels qu'à titre d'exemples non exhaustifs thermomètre, débitmètre, pH-mètre, conductimètre, sondes,
- l'extraction des déchets minéraux ou organiques hors de ladite chambre de culture (1 ) à partir de tout dispositif adapté tel qu'à titre d'exemples non exhaustifs : pompe, filtre, décanteur, centrifugeuse,
- l'extraction temporaire dudit milieu de culture hors de ladite chambre de culture (1) aux fins de récolte de ladite biomasse produite, et sa ré-injection dans ladite chambre de culture (1) au moyen de tout dispositif adapté à chaque mode de réalisation particulier, tel que pompe, siphon, canal de dérivation,
- la régulation thermique dudit liquide contenu dans ladite chambre de culture (1 ) par tout système de production de froid ou de chaleur et d'échange thermique immergé adapté au mode particulier de réalisation. Selon le mode général de réalisation de l'invention illustré par la figure 2, la seconde enceinte de confinement (5) est constituée par un bâtiment, aux formes et dimensions adaptées aux modes particuliers de réalisation, réalisé selon les règles de l'art. Ladite seconde enceinte (5) occupe une superficie inférieure à cinq pour cent de celle de l'ensemble des photobioréacteurs qu'elle regroupe.
En plus desdits blocs techniques (7), ladite seconde enceinte contient les dispositifs nécessaires pour assurer les fonctions suivantes :
- le confinement de la zone de travail par la mise en place des dispositifs connus de l'homme de l'art et d'usage courant dans l'industrie pharmaceutique tels qu' à titre d'exemples non exhaustifs : fenêtre à châssis fixe, sas d'entrée sortie, système de conditionnement de surpression et de filtration d'air,
- la récolte de ladite biomasse contenue par tout dispositif adapté connu de l'homme de l'art, tel qu' à titre d'exemples non exhaustifs : filtre à tambour rotatif, filtre à tamis vibrant, filtre sous vide d'air, filtre à toile mobile, centrifugeuse,
- l'approvisionnement desdits photobioréacteurs en intrants liquides, gazeux ou solides, ce qui suppose que les unités de stockage de produits, les canalisations de distribution de gaz et de liquides nécessaires soient adaptés aux nécessités de l'exploitation selon les modes particuliers de réalisation,
- Le traitement de ladite biomasse récoltée et son conditionnement sous forme fraîche, surgelée ou déshydratée à partir de dispositifs techniques tels qu'à titre d'exemples non exhaustifs : pressoir, séchoir, évaporateur, dessiccateur, centrifugeuse, système de lyophilisation, tunnel de surgélation, ensacheuse, chambre froide, tour d'atomisation, broyeur,...
Pour respecter le positionnement spatial, décrit précédemment, dudit bloc technique (2) par rapport à ladite chambre de culture (1 ) associée, il convient selon les modes de réalisation particuliers de l'invention soit de construire ladite seconde enceinte (5) de confinement sous le niveau du sol et où sont positionnées lesdites chambres de culture (1 ), soit d'aménager dans cette enceinte, à l'endroit de chaque bloc technique (2), une fosse permettant de l'y positionner.
Selon un mode particulier de réalisation privilégié de l'invention, lesdites chambres de culture (1 ) sont réalisées à partir d'une gaine de matériau souple étanche à l'eau et à l'air, perméable à la lumière visible et gonflable en étant susceptible de supporter une surpression interne d'air ou de gaz inférieure à cinq cent millibars.
Une gaine de film polyéthylène agricole translucide d'une épaisseur minimale de vingt centièmes de millimètre, obtenue par le procédé industriel connu de l'extrusion, est à titre d'exemple non limitatif un matériau adapté à la construction dudit dispositif.
La longueur de ladite gaine est comprise entre vingt et deux mille fois sa laize. La longueur requise pour ce mode particulier de réalisation de l'invention peut être obtenue par la mise bout à bout et l'assemblage par soudure ou collage par tout moyen technique approprié connu de l'homme de l'art de plusieurs gaines de laizes identiques et de longueurs inférieures à celle requise.
Selon le mode de réalisation général de l'invention, un revêtement de la dalle support nivelée telle que décrit précédemment peut être réalisé selon les règles de l'art par la mise en œuvre de tout matériau adéquat, tel qu'à titre d'exemple non limitatif : sable, béton, bitume, bois, carrelage. Ce revêtement assure la fonction principale de protection de l'intégrité physique de ladite gaine souple, réputée fragile.
Cette protection peut être renforcée par l'insertion d'une couche de protection entre ladite gaine et ladite dalle support, revêtue ou non. Ladite couche peut être composée d'un film plastique, d'un feutre, d'une géomembrane, d'un géotextile ou de toute autre matière ou matériau adaptés à cet usage.
La masse du liquide constituant le milieu de culture une fois introduit dans la gaine assure, compte tenu du profil transversal de la dalle support l'ancrage au sol indispensable du dispositif. La chambre de culture est maintenue en légère surpression d'air ou de gaz de l'ordre de quelques dizaines de millibars obtenue à partir d'un dispositif de compression d'air adapté situé dans ledit bloc technique (2) juxtaposé à ladite chambre de culture (1 ). La surpression interne est adaptée en permanence afin d'autoriser les déformations de ladite chambre de culture (1) sous l'effet du vent ou d'une pression exercée par tout moyen sur la face externe de ladite gaine.
Le dispositif conforme à l'invention est particulièrement destiné à l'équipement de sites de production de volumineuses biomasses de micro- organismes aquatiques photosynthétiques, d'une superficie opérationnelle au moins égale à un hectare.
Il convient de préciser que le dispositif précédemment décrit peut recevoir tout élément non décrit et s'inscrivant dans le cadre de l'invention.
Les exemples de réalisation de l'invention présentés ci-dessus ont été choisis du fait de leur caractère pratique. Il ne serait cependant pas possible de répertorier de manière exhaustive tous les modes de réalisation que recouvre cette invention.
En particulier, tout moyen décrit peut être remplacé par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention.

Claims

Revendications
1 ) Dispositif de production de biomasses de toutes espèces de micro algues et de cyanobactéries, et plus généralement de tous micro organismes dont la croissance repose sur la photosynthèse en milieu liquide, caractérisé en ce que, présentant deux enceintes de confinement imbriquées et construites in situ:
i) Ladite première enceinte de confinement est constituée d'un photobioréacteur composé de deux sous dispositifs juxtaposés et interdépendants qui sont :
a) une chambre de culture (1 ) étanche à l'air et à l'eau, perméable à la lumière visible sur sa partie supérieure, et d'un volume intérieur idéalement supérieur à cinquante mètres cubes, construite longitudinalement sur un sol plan et profilé ;
b) un bloc technique (2) juxtaposé à ladite chambre de culture (1) en au moins l'une de ses extrémités (4), ledit bloc technique (2) regroupant l'ensemble des équipements techniques de conduite et de contrôle des cultures des biomasses, de régulation thermique et de circulation de l'ensemble des fluides mis en œuvre ;
ii) Ladite seconde enceinte de confinement (5) regroupe lesdits blocs techniques (2) de plusieurs photobioréacteurs juxtaposés, ladite seconde enceinte (5) contenant l'ensemble des moyens techniques nécessaires d'une part au fonctionnement normal desdits photobioréacteurs et d'autre part à la récolte et au traitement de ladite biomasse de manière à la maintenir en ambiance confinée, jusqu'au stade ultime de son conditionnement pour l'utilisation définie par l'exploitant du dispositif.
2) Dispositif de production selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, la chambre de culture (1) se présente en forme de U aux deux extrémités (4) libres juxtaposées, lesdites extrémités (4) sont connectées audit bloc technique (2) dudit photobioréacteur. 3) Dispositif de production selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit bloc technique (2) dudit photobioréacteur est positionné sous le niveau du sol et sous le niveau de ladite chambre de culture (1 ).
4) Dispositif de production selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'air et les gaz contenus dans ladite chambre de culture (1 ) sont maintenus en surpression.
5) Dispositif de production selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couverture supérieure de ladite chambre de culture (1 ) est constituée d'un matériau souple et le niveau de la surpression de l'air et des gaz (6) contenus dans ladite chambre de culture est adapté pour soulever la totalité de la surface de la couverture supérieure et la maintenir éloignée de la masse du contenu liquide (7) de ladite chambre de culture (1 ).
6) Dispositif de production selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite chambre de culture (1 ) présentant une hauteur et une largeur de voie, ladite hauteur reste inférieure à 25% de ladite largeur.
7) Dispositif de selon la revendication 5 caractérisé en ce que la couverture supérieure souple de la chambre de culture (1 ) peut être momentanément posée sur le liquide (7) contenu par arrêt de la mise en surpression de l'air et des gaz (6) contenus, ledit dispositif se trouvant sécurisé par la réduction de la prise au vent. 8) Dispositif de production selon la revendication 7 caractérisé en ce que la couverture supérieure souple de la chambre de culture (1 ) est momentanément recouverte d'une couche d'eau, le dispositif se trouvant sécurisé.
9) Dispositif de production selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite chambre de culture (1 ) est positionnée sur une étendue d'eau naturelle ou artificielle de faible profondeur.
10) Procédé de production de biomasse mettant en œuvre ledit dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes.
11 ) Procédé de production de biomasse selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une des phases suivantes :
- la circulation du milieu de culture entre les deux voies de ladite chambre de culture (1 ),
- la mise en surpression permanente de ladite chambre de culture (1 ),
- l'approvisionnement en éléments intrants solides, liquides ou gazeux,
- le contrôle permanent ou ponctuel des cultures à partir de tous dispositifs de mesure,
- l'extraction des déchets minéraux ou organiques hors de ladite chambre de culture (1 ),
- l'extraction temporaire et la réinjection dudit milieu de culture hors de et dans ladite chambre de culture (1 ) aux fins de récolte de ladite biomasse produite,
- la régulation thermique dudit liquide contenu (7) dans ladite chambre de culture (1 ), - Le confinement dudit dispositif constituant la zone de travail,
- Le traitement et le conditionnement de ladite biomasse récoltée,
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