FR2953855A1 - Photobioreacteur algal enterre. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de préparation de lipides par des microalgues, mettant en œuvre les étapes suivantes : (A) une croissance photosynthétique des microalgues ; (B) une mise en culture des microalgues issues de l'étape de croissance (A) dans des conditions de stress induisant une surproduction de lipides par les microalgues ; et (C) une extraction des lipides produits par les microalgues dans l'étape (B), généralement suivie par un stockage ou une valorisation desdits lipides, où, dans l'étape (A), on fait circuler un flux aqueux comprenant, en mélange, lesdites microalgues, du CO2 et des nutriments, au sein d'au moins un réacteur tubulaire localisé au sein d'un puits enterré muni de moyens permettant une irradiation des microalgues propre à assurer la photosynthèse.

Description

1 Photobioréacteur algal enterré

La présente invention a trait au domaine des photobioréacteurs de croissance de microorganismes aquatiques photosynthétiques, de type microalgues ou cyanobactéries, qui sont destinés à la production d'huiles notamment en vue la production de biocarburants lipidiques. Dans la présente description, à des fins de concision, les microorganismes aquatiques photosynthétiques qui sont utilisables pour la synthèse de biocarburants lipidiques seront désignés par le terme générique de "microalgue". De même, dans la présente description, les photobioréacteurs mettant en oeuvre des microorganismes aquatiques du type précité sont désignés par l'expression générique "photobioréacteur algal". Le terme "microalgue", tel qu'employé dans la présente description, englobe notamment les organismes aquatiques photosynthétique ayant une taille de l'ordre du micron à la centaine de microns (par exemple entre 1 et 500 microns), ce qui inclut notamment les microalgues au sens le plus strict du terme, mais également d'autres micro-organismes telles que les cyanobactéries. Le terme "microalgue", au sens où il est employé dans la présente description, inclut notamment les micro-organismes et microorganismes choisis parmi Spirulina (Arthrospira platensis), Dunaliella salina, Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis, employés seuls ou en mélange. Les microalgues employées pour la synthèse de biocarburants lipidiques auxquelles il est fait référence dans la présente description sont de préférences des organismes autotrophes au carbone (à savoir nécessitant comme source de carbone uniquement du carbone minéral, typiquement 002 ou des (bi)carbonates), Les microalgues sont capables, par photosynthèse, de fixer du 002 en employant la lumière comme source d'énergie. Dans certaines conditions, le carbone absorbé est stocké sous la forme de lipides, typiquement de type triglycérides. Ces lipides sont utilisables à titre de biocarburants, de préférence après conversion des chaînes hydrocarbonées insaturées qu'ils contiennent en des chaînes saturées (par hydrogénation catalytique typiquement). Pour plus de détails concernant la production algale de biocarburants lipidiques, on pourra notamment se reporter au Journal de la Société de Biologie, 202(3), pp. 201-211 (2008). Dans des conditions de culture normales, les microalgues contiennent des lipides (sous forme de phospholipides et glycolipides, essentiellement), en des teneurs

2 relativement faibles. Lorsqu'on soumet les microalgues à certains types de stress, la teneur en lipides augmente de façon notable, avec une forte proportion de triglycérides, en général. Pour la plupart des microalgues, il est connu des conditions de stress conduisant à une augmentation particulièrement sensible de la teneur en lipides. Des conditions de stress conduisant assez systématiquement à une production quantitative de lipides par les microalgues consistent à placer les algues dans un milieu dépourvu de nutriments et de lumière. Sur cette base, des méthodes ont été proposées à ce jour pour effectuer une préparation quantitative d'huiles à partir de microalgues, qui comprennent : (i) une première étape de mise en culture des algues dans des conditions permettant la photosynthèse, à savoir sous une irradiation adéquate (solaire ou UV), en présence de 002, et en présence de nutriments (métaux de transition, sources d'azote, de phosphore et/ou de potassium, notamment), ce qui permet une croissance des algues ; puis (ii) une deuxième étape de soumission des algues à un stress conduisant à la production de lipides, typiquement en les soumettant à des conditions de carence (en limitant les sources de photosynthèse, par exemple en réduisant la quantité de nutriments, de 002 et/ou de lumière, par exemple en les privant totalement d'au moins un ces trois éléments, voire des trois), ce qui conduit à une synthèse quantitative de lipides au sein des algues issue de la mise en culture de l'étape (i) ; puis (iii) une extraction des huiles produites par les microalgues dans l'étape (ii), typiquement par pressage. Les microalgues présentent la particularité de fournir de grandes quantités de lipides de type triglycérides lorsqu'elles sont soumises à des conditions de stress adéquates, et ce en outre avec des rendements photosynthétiques (rapport de l'énergie lumineuse incidente à l'énergie stockée dans la plante) nettement supérieurs à ceux obtenus avec des espèces oléagineuses terrestres. Ainsi, généralement, les microalgues se révèlent capables d'accumuler des acides gras en très grande quantité (typiquement jusqu'à 80% de leur poids sec). De ce fait, la synthèse de carburants lipidiques par la voie des microalgues constitue une voie très prometteuse.

La synthèse de biocarburants à l'aide de microalgues s'avère également séduisante dans la mesure où elle constitue une voie de traitement du 002 émis par certaines installations industrielles telles que des cimenteries ou des usines d'incinération, la consommation du 002 par photosynthèse permettant de limiter les rejets de 002 vers l'environnement.

Néanmoins, en pratique, la production de biocarburant algal selon la technique précitée ne se révèle pas pleinement satisfaisante. En particulier, l'obtention d'une bonne fixation de 002 dans l'étape (i) de croissance du procédé précité s'avère constituer un verrou majeur pour l'exploitation industrielle du procédé, et ; à l'heure actuelle, les rendements de fixation en 002 obtenus en pratique se révèlent souvent bien inférieurs aux rendements théoriques attendus. Pour atteindre une efficacité compatible avec une production quantitative d'huiles, il a été proposé d'augmenter les temps de contact entre les algues et le 002. Pour ce faire, les solutions préconisées passent essentiellement par la mise en oeuvre d'installations de très grandes dimensions, typiquement des bassins ouverts, par exemple des étangs à haut rendement de type "en champ de course" (dits "raceway" en anglais) de faible profondeur (une dizaine de centimètres) où le 002 est diffusé par bullage. Un inconvénient majeur de ces installations de grandes dimensions est leur encombrement, qui interdit notamment leur mise en oeuvre à titre d'unités de traitement de 002 sur des sites industriels préexistants. En effet, à de rares exceptions près, les sites industriels produisant du 002 (unités d'incinération, cimenteries ...) ne disposent pas d'un espace suffisant dans leur proximité immédiate pour permettre l'implantation d'un bassin de grandes dimensions propre à permettre une conversion quantitative du 002 qu'ils génèrent.

Une autre difficulté qui est inhérente aux installations de grandes dimensions est la difficulté rencontrée pour réguler leur température et l'homogénéité de l'irradiation lumineuse. En pratique, compte tenu de leur dimensions, ces installations sont généralement localisées à l'extérieur et sont de ce fait soumises aux fluctuations du climat et aux alternances jour/nuit ce qui se traduit par des fortes variations de température et d'éclairement. Les fluctuations de l'irradiation induisent des fluctuations dans le rendement, directement photosynthétique, directement lié à l'irradiation, ce qui interdit une utilisation des dispositifs pour un traitement en continu. Les variations de la température induisent quant à elles, de façon plus gênante encore, une destruction des microalgues, généralement sensibles aux variations de températures. En outre, la localisation à l'extérieur rend les installations mettant en oeuvre des bassins sensibles aux contaminations par des espèces aquatiques non souhaitées ou par des prédateurs tels que les daphnies ou copépodes. Notamment en vue d'éviter les problèmes de contamination précités, il a été proposé des photobioréacteurs algaux comprenant des installations non ouvertes, typiquement des canalisations tubulaires transparentes où un flux comprenant les microalgues est véhiculé, la transparence des canalisations autorisant les phénomènes de photosynthèse. Ces photobioréacteurs transparents fermés ont surtout été développés à l'échelle du laboratoire. Utilisés sans le cadre d'une production à grande échelle, ils posent les mêmes problèmes que ceux des installations ouvertes précitées en termes d'encombrement, ce qui, là encore, a conduit à envisager l'emploi des photobioréacteurs fermés de grandes dimension principalement en extérieur, avec les problèmes de régulation de l'irradiation et de la température afférents, dus aux variations climatiques et aux alternances jour/nuit. En outre, dans le cas de réacteurs fermés, les problèmes de régulation de la température précités sont accentués, compte tenu de l'effet de serre dont les canalisation exposés au rayonnement solaire sont le siège, en particulier aux heures chaudes de la journée, ce qui induit le plus souvent la nécessité de mettre en oeuvre des moyens de refroidissement, au risque de voir la température au sein des canalisations atteindre des valeurs létales pour les microalgues, ce qui se traduit par une augmentation notable des coûts de production. Dans ce cadre, il a par exemple été décrit par Huntley et Redalje dans Adaptation Strategies for global Change, 12, 573-608 (2007) un dispositif qui met en oeuvre un photobioréacteur tubulaire refroidi par injection d'eau de mer, qui est relativement onéreux et compliqué à mettre en place sur une installation de grandes dimensions.

Un but de la présente invention est de fournir un moyen plus efficace de synthèse lipidique par des microalgues, qui permette en particulier de s'affranchir des problèmes précités. A cet effet, la présente invention propose de mettre en oeuvre l'étape de croissance par photosynthèse des procédés de synthèse lipidique algale décrits jusqu'à présent dans des conditions spécifiques, à savoir au sein d'un réacteur tubulaire localisé au sein d'un puits enterré, de préférence en position verticale au sein de ce puits. La notion de puits enterré, au sens de a présente description, englobe toute excavation souterraine ou bâtiment souterrain propre à contenir un réacteur tubulaire. Selon un premier aspect, la présente invention a pour objet un procédé de préparation de lipides par des microalgues, du type mettant en oeuvre : (A) une croissance photosynthétique des microalgues ; (B) une mise en culture des microalgues issues de l'étape de croissance (A) dans des conditions de stress induisant une surproduction de lipides par les microalgues ; et (C) une extraction des lipides produits par les microalgues dans l'étape (B), généralement suivie par un stockage ou une valorisation desdits lipides, caractérisé en ce que, dans l'étape (A) de croissance des microalgues, on fait circuler un flux aqueux comprenant, en mélange, lesdites microalgues, du 002 et des nutriments, au sein d'au moins un réacteur tubulaire localisé au sein d'un puits enterré muni de moyens permettant une irradiation des microalgues propre à assurer la photosynthèse, ce réacteur tubulaire étant de préférence positionné en position verticale au sein dudit puits enterré.

Selon un autre aspect la présente invention fournit une installation adaptée à la mise en oeuvre du procédé précédent, qui comprend : - des moyens permettant de fournir un flux aqueux comprenant, en mélange, des microalgues, du 002 et des nutriments ; - une zone de croissance photosynthétique des microalgues dudit flux aqueux (permettant la mise en oeuvre de l'étape (A)), comprenant au moins un réacteur tubulaire permettant de véhiculer ledit flux aqueux, ce réacteur tubulaire étant localisé au sein d'un puits enterré muni de moyens permettant une irradiation des microalgues propre à assurer la photosynthèse, ce réacteur tubulaire étant de préférence positionné en position verticale au sein dudit puits enterré ; - un réacteur de surproduction lipidique algale, de préférence enterré, comprenant des moyens de mise en culture des microalgues issues de la zone de croissance photosynthétique, dans des conditions de stress induisant la production de lipides par les microalgues (permettant la mise en oeuvre de l'étape (B)); et - des moyens d'extraction des lipides produits par les microalgues dans la zone de synthèse lipidique algale, généralement associés à des moyens de stockage et/ou de valorisation desdits lipides (permettant la mise en oeuvre de l'étape (C)).

La mise en oeuvre spécifique d'un réacteur tubulaire localisé au sein d'un puits enterré, tel que mis en oeuvre dans le procédé et l'installation selon la présente invention, conduit à plusieurs avantages. Tout d'abord, l'enfouissement, au sein d'un puits enterré, du réacteur tubulaire qui est le siège de la croissance photosynthétique des microalgues permet une régulation fine des conditions de cette croissance photosynthétique au sein du réacteur tubulaire.

En particulier, au sein du puits enterré tel que mis en oeuvre selon la présente invention, la température peut être régulée indépendamment des variations de la température de surface, ce qui permet de réaliser la croissance photosynthétique des microalgues à une température contrôlée au sein du réacteur tubulaire tel que mis en oeuvre selon l'invention. Cette possibilité de régulation permet d'éviter les variations thermiques néfastes du type de celles rencontrées avec les installations localisées en extérieur, qui sont source de perte d'efficacité, voire de destruction irréversible des microalgues. Notamment pour s'affranchir le plus possible des effets des variations de la température de la surface du sol sous lequel est enterré le puits, il est préférable que la partie la plus haute du puits enterré soit localisée à au moins 50 cm, de préférence à au moins 1 m, voire au moins 2 m de la surface du sol. Selon un mode de réalisation particulier que permet la présente invention, la température au sein du réacteur tubulaire mis en oeuvre dans l'étape (A) peut être maintenue sensiblement constante autour d'une valeur choisie. Dans ce cadre, dans l'installation mise en oeuvre pour conduire le procédé, le puits enterré contenant le réacteur tubulaire peut par exemple être muni de moyens de mesure et de contrôle de régulation de la température qui sont mis en oeuvre lorsque la température s'écarte d'une valeur pilote. Il est à noter que, dans la plupart des cas, de tels moyens ne sont pas nécessaires et la régulation de la température s'opère d'elle-même en régime constant. Plus généralement, la localisation du réacteur tubulaire au sein d'un puits enterré permet une régulation fine de la température au sein dudit réacteur, et permet notamment d'éviter des élévations de température létales et, au besoin, d'adapter la température en fonction de l'évolution de la croissance des microalgues. Concernant la température au sein du puits et le contrôle de la température au sein du réacteur tubulaire, il est à noter que les moyens permettant l'irradiation des microalgues au sein du puits enterré dégagent généralement de la chaleur. Typiquement, ces moyens d'irradiation sont des lampes ou des tubes délivrant des rayonnements propres à assurer la photosynthèse, avantageusement des tubes au néon, qui sont généralement localisés dans le puits, le plus souvent à l'extérieur du réacteur tubulaire, e dernier étant pourvu de parois transparentes (typiquement en verre ou matière plastique transparente). Un avantage du confinement du réacteur tubulaire de l'étape (A) au sein d'un puits enterré est la possibilité de récupérer au moins une partie de la chaleur dégagée par les moyens d'irradiation. Cette récupération de chaleur permet un contrôle de la température au sein du puits, en évitant une élévation trop importante. La quantité de chaleur récupérée peut en outre être employée pour élever la température dans certaines zones de l'installation autre que le puits (par exemple le réacteur de surproduction lipidique algale mis en oeuvre dans l'étape (B) du procédé), ou bien des régions localisées à proximité de l'installation (zone de stockage des microalgues, local comprenant des moyens de contrôle de l'installation ou autres locaux...). La localisation du réacteur tubulaire de croissance photosynthétique des microalgues au sein d'un puits enterré permet par ailleurs un contrôle de l'irradiation, et autorise notamment une irradiation constante au cours du temps, qui permet de réaliser la croissance photosynthétique avec une efficacité accrue par rapport aux installations extérieures où l'irradiation est réalisée par voie solaire, et donc soumise aux variations météorologiques et aux alternances jour/nuit. En particulier, le procédé de l'invention permet de conduire l'étape (A) avec une irradiation continue dans le temps, sans interruption nocturne notamment, contrairement aux installations extérieures proposées aujourd'hui. Cette possibilité, outre ses avantages économiques évidents, permet d'éviter les phénomènes d'atropinisation des processus enzymatiques qui sont observés lorsqu'on cesse d'irradier les microalgues et qui sont sources de perte de rendement. Les procédés où la croissance photosynthétique des microalgues est effectuée sans interruption de l'irradiation lors de l'étape (A) constituent un objet particulier de la présente invention. Pour optimiser l'irradiation dans l'étape de croissance photosynthétique des microalgues, les parois internes du puits où est localisé le réacteur tubulaire de croissance peuvent avantageusement être pourvues d'une surface réfléchissante, permettant de renvoyer les radiations non absorbées vers les microalgues. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté lorsque les moyens permettant l'irradiation des microalgues au sein du puits sont des tubes au néon. D'autre part, le choix spécifique de l'enfouissement des réacteurs tubulaires de croissance photosynthétique des microalgues selon la présente invention se traduit par un encombrement réduit en surface, ce qui permet de pallier une autre des difficultés rencontrées avec les dispositifs de synthèse lipidique algale actuellement connus. Cet encombrement se trouve tout particulièrement limité lorsque les réacteurs tubulaires de croissance photosynthétique des microalgues tels que mis en oeuvre dans l'étape (A) sont disposés verticalement ou sensiblement verticalement au sein des puits enterrés. Au sens de la présente description, la notion de tube « disposé sensiblement verticalement » désigne des tubes dont l'axe fait avec la verticale un angle de préférence inférieur à 45°, plus préférentiellement inférieur à 30°, cet angle étant avantageusement le plus faible possible, par exemple inférieur à 15°, plus préférentiellement inférieur à 10°. Lorsque le réacteur tubulaire de croissance photosynthétique de l'étape (A) est mis en oeuvre en position verticale ou en position sensiblement verticale, l'encombrement de l'installation est surtout en profondeur, avec une surface occupée au sol très faible, ce qui autorise la mise en oeuvre de l'installation sur la plupart des sites industriels existants, contrairement aux solutions proposées à ce jour.

En plus de l'encombrement limité au sol précité, le positionnement vertical, ou sensiblement vertical, des réacteurs tubulaires mis en oeuvre dans une étape (A) selon la présente invention induit un autre effet intéressant, à savoir qu'il permet un écoulement gravitaire du flux aqueux comprenant microalgues, qui permet de s'affranchir de moyens pour assurer l'écoulement (pompes, système d'injection) au sein des réacteurs tubulaires, ce qui se traduit notamment en termes de réduction de coût de procédé. A cet effet, lorsqu'on met en oeuvre dans l'étape (A) un réacteur tubulaire de croissance photosynthétique des microalgues orienté verticalement, le flux comprenant les microalgues circule de préférence du haut vers le bas du réacteur. Selon un mode de réalisation particulièrement intéressant, l'étape (A) de croissance photosynthétique des microalgues du procédé de l'invention est réalisée en faisant circuler le flux aqueux comprenant les microalgues, le 002 et les nutriments, au sein d'une série de plusieurs réacteurs tubulaires de croissance photosynthétique consécutifs (typiquement de 2 à 10, par exemple de 3 à 6, en connexion fluide entre eux, chacun de ces réacteurs étant orienté en position verticale, ou sensiblement verticale, au sein d'un puits enterré (les différents réacteurs peuvent, dans ce cadre, être localisés au sein d'un unique puits ou bien au sein de plusieurs puits distincts). Ce mode de réalisation permet d'obtenir une surface (et donc une durée) d'échange importante entre les algues et le 002 dans les conditions de la photosynthèse, en induisant un encombrement au sol qui reste limité, avec en outre les avantages économiques liés à l'écoulement gravitaire.

Selon une variante intéressante de ce mode de réalisation, permettant de bénéficier de façon optimale des bénéfices de l'écoulement gravitaire, on peut avantageusement mettre en oeuvre dans l'étape (A) au moins deux réacteurs de croissance photosynthétique consécutifs, orientés chacun en position verticale ou sensiblement verticale, le premier réacteur tubulaire ayant une sortie en connexion fluide avec une entrée du deuxième réacteur, avec ladite sortie du premier réacteur localisée plus haut que ladite entrée du deuxième réacteur. Cette disposition particulière des réacteurs de croissance photosynthétique permet un écoulement gravitaire tout au long des deux premiers réacteurs sans avoir besoin de mettre en oeuvre de moyens spécifiques pour assurer l'écoulement qui s'effectue naturellement, de la zone la plus haute à la zone la plus basse. Avantageusement, selon ce mode de réalisation, l'ensemble des différents réacteurs tubulaires de croissance photosynthétique des microalgues consécutifs sont localisés de plus en plus profondément, de façon assurer un écoulement gravitaire du flux contenant les microalgues du premier au dernier des réacteurs (à savoir avec une sortie du (n-1)ème réacteur tubulaire en connexion fluide avec une entrée du nème réacteur tubulaire, avec ladite sortie du (n-1)ème réacteur localisée plus haut que ladite entrée nème deuxième réacteur, pour chacune des valeur entières de n allant de 2 au nombre de réacteurs tubulaires dans la série de réacteurs de croissance photosynthétique employée).

Selon une variante particulière, qui permet de limiter le nombre de réacteurs de croissance photosynthétique consécutifs et donc la profondeur des puits à mettre en oeuvre, en permettant néanmoins un temps de contact élevé entre les algues et le 002 dans les conditions de la photosynthèse, on met en oeuvre dans l'étape (A) une série de réacteurs tubulaires du type précité (à savoir localisés de plus en plus profondément au sein d'un ou plusieurs puits) et on effectue une recirculation du flux sortant d'au moins un des réacteurs tubulaires de croissance photosynthétique les plus en aval vers au moins un réacteur tubulaire de croissance photosynthétique plus en amont (typiquement à l'aide d'une pompe en sortie du réacteur aval). Une telle recirculation du flux permet, schématiquement, de bénéficier plusieurs fois de l'effet gravitaire, en utilisant plusieurs fois au moins un des réacteurs tubulaires de croissance photosynthétique, ce qui permet notamment de limiter le nombre de réacteurs tubulaires successifs, et donc réduit encore la surface occupée au sol. La recirculation du flux peut en outre être mise en oeuvre plusieurs fois de façon à augmenter encore davantage le temps de contact entre les algues et le 002 dans les conditions de la photosynthèse. Typiquement, on peut réaliser une recirculation depuis une sortie du dernier réacteur tubulaire de croissance photosynthétique vers une entrée du premier réacteur tubulaire de croissance photosynthétique de la chaîne, ce qui permet de réutiliser la totalité de la succession des réacteurs. La recirculation du flux sortant d'au moins un des réacteurs les plus en aval vers au moins un réacteur plus en amont peut être effectué directement entre ces deux réacteurs, ou bien, plus avantageusement (si la configuration du réacteur l'autorise, comme dans le cas de l'exemple décrit plus loin en référence à la figure annexée), via au moins un réacteur tubulaire de croissance photosynthétique additionnel autre que ceux mis en oeuvre dans la succession de réacteurs utilisés avant la recirculation, ce qui permet encore d'augmenter le temps de contact entre les algues et le 002 sans augmenter l'encombrement au sol.

Différents autres aspects particuliers et modes de réalisation possible des différentes étapes du procédé et de l'installation de l'invention sont décrites ci-après.

Le flux aqueux mis en oeuvre dans l'étape (A) comprenant les microalgues, le 002 et les nutriments est avantageusement obtenu en mélangeant, en aval du réacteur tubulaire de croissance photosynthétique, un milieu aqueux comprenant des microalgues additivé de nutriments à un flux d'un gaz comprenant ou constitué de 002. Il est souhaitable, de façon à optimiser la réaction photosynthétique, que le 002 soit incorporé au sein du flux aqueux de l'étape (A) sous la forme de bulles de taille la plus réduite possible. A cet effet, on peut employer tout dispositif connu en soi de mélange liquide/gaz, par exemple des injecteurs à jet liquide de type pompe à eau ou des éducteurs , par exemple du type de ceux commercialisés par la société KINETIC THERM SARL.. Le 002 est généralement introduit en un point unique en aval de la zone de croissance photosynthétique de l'installation mettant en oeuvre l'étape (A). Il peut toutefois être envisagé, selon un mode de réalisation particulier, une injection additionnelle de 002 en différents points de la zone de croissance photosynthétique, notamment en vue d'améliorer encore l'efficacité de l'étape de croissance photosynthétique et, partant, l'efficacité de la production lipidique algale obtenue in fine .

Le 002 mis en oeuvre dans l'étape (A) et avantageusement d'origine industrielle. En particulier, le procédé de l'invention peut avantageusement être mis en oeuvre pour traiter tout ou partie des effluents gazeux comprenant du 002 qui émanent d'installations industrielles telles que des cimenteries, installations d'incinérations de déchets, centrales thermiques, verreries ou raffineries. Dans ce cas, le procédé de l'invention peut avantageusement être mis en oeuvre dans une ou plusieurs unités au moins partiellement souterraines de traitement des effluents gazeux attenante(s) à l'installation industrielle, ce qui est possible dans la plupart des cas, y compris avec des installations pré-existantes, compte tenu du faible encombrement au sol des installations mettant en oeuvre le procédé de la présente invention.

Les nutriments employés dans l'étape (A) sont à adapter en fonction de la nature des microalgues dont la croissance est effectuée. Le choix de ces nutriments est des compétences d'un spécialiste du domaine. Typiquement, les nutriments contiennent des sources d'azote, de phosphore et/ou de potassium (N, P et/ou K) et éventuellement des sels minéraux (sels de Mg2+ en particulier).

Les moyens qui permettent, dans l'étape (A), l'irradiation des microalgues pour réaliser leur croissance photosynthétique peuvent être choisis parmi toutes les sources délivrant un rayonnement électromagnétique ayant une longueur d'onde appropriée pour permettre la photosynthèse. De préférence, il s'agit de tubes au néon ou bien de lampes.

Alternativement, d'autres modes d'irradiation peuvent être envisagés, en substitution ou en compléments des lampes ou néon, par exemple de la lumière solaire (conduite jusqu'au puits par des miroirs ou des fibres optiques). Dans le cas de l'emploi de lumière solaire, des moyens d'irradiation parallèles sont de préférence prévus pour pallier une baisse ou une absence de lumière solaire (lors de temps couvert ou la nuit). Ces moyens parallèles sont typiquement des lampes ou des tubes au néon. Les moyens permettant, dans l'étape (A), l'irradiation des microalgues pour réaliser leur croissance photosynthétique sont de préférence alimentés par une énergie d'origine photoélectrique, éolienne, hydraulique ou géothermique. Les réacteurs de croissance photosynthétique du type mis en oeuvre dans l'étape (A) du procédé de la présente invention sont de préférence des réacteurs tubulaires dont la paroi est transparente aux longueurs d'ondes permettant la photosynthèse, et les moyens d'irradiation des microalgues permettant d'assurer la photosynthèse sont, en général, extérieurs à ces réacteurs tubulaires (il s'agit typiquement de tubes au néon localisés autour des réacteurs tubulaires au sein du puits enterré), les parois du puits contenant ces moyens d'éclairage étant alors avantageusement revêtus de surface réfléchissante permettant de réverbérer les radiations vers les réacteurs de croissance photosynthétique. Il n'est pas exclu, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, que les moyens permettant l'irradiation des microalgues soient localisés à l'intérieur des réacteurs de croissance photosynthétique.

Lors de la croissance photosynthétique de l'étape (A), le 002 est progressivement consommé et de l'oxygène est formé à titre de sous-produit. En teneur trop élevée, cet oxygène est propre à inhiber la photosynthèse. Pour éviter ce phénomène, il est préférable que, lors de l'étape (A) du procédé de l'invention, au moins une partie de l'oxygène formé soit extrait du flux comprenant les microalgues en croissance. A cet effet, l'installation mettant en oeuvre le procédé de l'invention comporte avantageusement des systèmes de séparation de l'oxygène, par exemple des membranes séparatrices 002/O2, par exemple du type de celles commercialisées par les sociétés L'Air Liquide ou Linde, Des dispositifs de bullage du type décrits sur la figure annexée, décrite plus en détails ci-après peuvent également être employés pour effectuer l'extraction de l'oxygène.

L'extraction de l'oxygène peut s'accompagner d'une extraction conjointe de CO2i en relativement faible quantité. L'oxygène extrait peut être renvoyé vers l'atmosphère, soit avec le 002 , soit après extraction préalable du 002, le 002 ainsi extrait pouvant alors avantageusement être recyclé dans l'étape (A).

Pour éviter la production quantitative d'oxygène au sein des réacteurs de croissance photosynthétique, il est par ailleurs préférable de limiter, voire d'inhiber totalement, si possible, la fixation des algues sur les parois du réacteur. Cette fixation d'algues sur les parois, et plus généralement l'encrassement des parois est également à éviter pour ne pas constituer un écran à l'irradiation des microalgues véhiculées par le flux aqueux, qui limiterait sinon le rendement photosynthétique des algues et, partant, la production lipidique de l'étape (B). Pour limiter cet effet d'écran, il est préférable de pouvoir nettoyer, au besoin, les parois des réacteurs de croissance photosynthétique et, si possible de limiter ou d'inhiber leur encrassement. Pour permettre un nettoyage des réacteurs enfouis dans des puits enterrés, l'installation mettant en oeuvre le procédé de l'invention peut avantageusement comprendre des puits de visite parallèle ou des moyens de relevage des réacteurs enfouis vers la surface. Afin de permettre un nettoyage de l'installation sans avoir à arrêter le procédé, il est intéressant que le réacteur mis en oeuvre dans l'étape (A) soit doublé d'un réacteur parallèle permettant d'assurer la poursuite de la croissance photosynthétique algale lors de phase de nettoyage du réacteur. Selon ce mode de réalisation, on met avantageusement en oeuvre dans l'étape (A) une association d'au moins deux réacteurs tubulaires parallèles, dont les entrées sont connectées à une canalisation d'injection commune du flux aqueux comprenant les microalgues et dont les sorties sont connectées à une canalisation de sortie commune de ce flux, avec une première vanne d'arrêt ou un système similaire entre l'entrée du premier réacteur et la canalisation d'injection commune du flux aqueux comprenant les microalgues et une vanne d'arrêt ou un système similaire entre la sortie du premier réacteur et la canalisation de sortie commune du flux, ce qui permet, au besoin, de vider le premier réacteur (typiquement par fermeture de la première vanne d'arrêt, écoulement du contenu du réacteur et fermeture de la deuxième vanne d'arrêt) notamment pour le nettoyer ou le remplacer, sans avoir pour ce faire à arrêter le procédé, l'écoulement du flux pouvant continuer au moins sur le deuxième réacteur parallèle. Avantageusement, dans le procédé de l'invention, chacun des réacteurs de croissance photosynthétique mis en oeuvre dans l'étape (A) est ainsi doublé par un réacteur tubulaire, et la zone de croissance photosynthétique comporte alors, de préférence, une succession d'association de réacteurs tubulaires parallèles du type précité. Selon un mode de réalisation intéressant, qui limite le nettoyage et permet d'augmenter l'homogénéité au sein du flux aqueux comprenant les microalgues, il est indiqué que l'étape (A) mette en oeuvre un réacteur de croissance photosynthétique soumis à des vibrations. Les vibrations inhibent une accroche des algues ou d'autres microorganismes contenus dans l'eau sur les parois du réacteur et elles permettent en outre de maintenir un bon état de mélange au sein du flux véhiculé par le réacteur, ce qui se traduit par une efficacité photosynthétique encore accrue. Selon un mode de réalisation particulier, l'étape (A) met en oeuvre plusieurs réacteurs de croissance photosynthétique et l'ensemble de ces réacteurs est soumis à des vibrations Notamment pour éviter un encrassement des réacteurs de croissance photosynthétique de l'étape (A), la surface interne de ces réacteurs peut avantageusement être pourvue d'un revêtement anti-adhérent tel qu'un revêtement de Teflon®. Une autre solution envisageable pour limiter l'encrassement des réacteurs de croissance photosynthétique consiste à élever localement la température de la paroi des réacteurs tubulaires, ce qui permet notamment d'inhiber la formation de biofilms sur la paroi ainsi chauffée.

Par ailleurs, les réacteurs de croissance photosynthétique utilisés dans l'étape (A) sont typiquement des tubes cylindriques de section circulaire, notamment pour des raisons pratiques. D'autres géométries ne sont toutefois pas exclues, et, notamment pour optimiser le temps de contact entre les microalgues et le CO2 dans les conditions assurant la photosynthèse, le ou les réacteurs de croissance photosynthétique peuvent éventuellement être pourvus, dans leur espace interne, de saillies ou de plaques de nature à ralentir le flux liquide les traversant. Dans la mesure où il est conduit au moins en partie dans des puits souterrains, le procédé de l'invention implique généralement la mise en oeuvre de moyens de pompage du flux contenant les microalgues pour conduire ce flux d'une partie basse à une partie plus haute. Il est fréquent, sauf dans des configurations assez exceptionnelles, que de tels moyens de pompage soient requis lors de l'étape (A) ou entre l'étape (A) et l'étape (B). Dans ce cas, il est souhaitable d'éviter l'emploi de moyen de pompage qui serait de nature à détruire les microalgues, par exemple par écrasement. A cet effet, il est notamment intéressant d'employer des pompes du type utilisées pour le pompage non destructif de cristaux, par exemple des pompes centrifuges à roue ouverte, des pompes à vis, ou bien encore des pompes Vortex. Les pompes de type à vis commercialisées par la société Moineaux conviennent tout particulièrement à cet effet.

L'étape (B) du procédé de l'invention peut quant à elle être conduite selon tout moyen connu en soi, induisant un stress des microalgues propre à provoquer la surproduction lipidique algale recherchée. Généralement, l'étape (B) est conduite en soumettant les microalgues issues de la croissance photosynthétique de l'étape (A) à des conditions carencées ne permettant pas la photosynthèse ou induisant une photosynthèse dégradée. L'étape (B) peut par exemple être conduite en plaçant les microalgues issues de la croissance photosynthétique de l'étape (A) dans l'obscurité (à savoir en l'absence de radiations de longueurs d'ondes permettant la photosynthèse) et/ou dans un milieu dépourvu de CO2 et/ou de nutriments. Typiquement, l'étape (B) est conduite en plaçant les microalgues dans un milieu exempt de CO2 et de radiations de longueurs d'ondes permettant la photosynthèse, de préférence en l'absence de nutriments.

De préférence, la mise en culture des microalgues de l'étape (B) est mise en oeuvre dans une chambre de surproduction lipidique algale enterré, ce qui permet d'obtenir un contrôle de la température lors de l'étape (B) similaire à celui de l'étape (A).

Dans ce cas, il est généralement préférable que la partie la plus haute de la chambre enterrée soit localisée à au moins 50 cm, de préférence au moins 1 m, voire au moins 2 m de la surface du sol.

L'étape (C) d'extraction des huiles à partir des microalgues issues de la surproduction lipidique de l'étape (B) peut être effectuée selon des techniques connues en soi. Dans ce cadre, les microalgues issues de l'étape (B) sont, en général, tout d'abord récoltées (à savoir séparées de leur milieu aqueux de mise en culture) puis les lipides sont extraits. Selon les espèces de microalgues mises en oeuvre, qui présentent une taille plus ou moins élevée, la séparation solide/liquide opérée lors de la récolte peut être effectuée : par filtration (sur des filtres de type soies typiquement), pour des espèces telles que les spiruline, par exemple, éventuellement après décantation (ce qui est notamment adapté pour des espèces telles que Odontella aurita ; par une filtration membranaire du type décrit notamment dans Bioprocess Engineering, 23, pp. 495-501 (2000) ; par séparation ultrasonique, comme proposé notamment dans le Journal of Applied Phycology, 15, pp. 143-153 (2003) ; par floculation, par exemple selon les techniques décrites dans Resources Conservation and Recycling, 19, pp.1-10 (1997) ou Aquacultural Engineering, 35, pp. 300-313 (2006). Avantageusement, les séparations solide/liquide de ce type sont précédées d'une étape de pré-concentration permettant de diminuer la quantité d'eau, par exemple par centrifugation. La séparation solide/liquide peut ensuite être éventuellement suivie d'une étape de séchage des microalgues récoltées à titre de matière solide. L'extraction des lipides à partir des algues ainsi récoltées est typiquement réalisée par des solvants d'extraction adaptés, notamment par des solvants lipophiles tels que l'hexane. Alternativement, et plus avantageusement, l'extraction des lipides peut être réalisées par du 002 supercritique. Les lipides extraits (huiles) peuvent être stockés pour une utilisation ultérieure en tant que telles, ou bien être valorisés, par exemple pour être modifiés, sur le site d'extraction ou sur un autre site, par exemple hydrogénés pour être convertis en biocarburant algal. Dans ce cadre, les techniques de transestérification développées pour les plantes oléagineuses terrestres (colza par exemple) peuvent également être appliquées pour la production d'ester méthylique d'huile végétale utile à titre de biodiesel. Les lipides algaux peuvent également être convertis par voie thermique (en l'absence d'oxygène, et à haute température typiquement aux alentours de 350°C-530°C) en un mélange d'hydrocarbures et de gaz.

La mise en oeuvre spécifique du procédé de la présente invention pour la préparation de biocarburant algal constitue un objet particulier de la présente invention. La biomasse résiduelle restant après extraction des lipides dans l'étape (B) comprend des nutriments qui peuvent être recyclés en tout ou partie vers l'étape (A) du procédé. Le reste de la biomasse résiduelle peut être valorisée de différentes manières, par exemple pour produire du méthane par fermentation, pour produire du compost, ou bien à titre de combustible pour fournir de l'énergie thermique.

L'invention sera encore davantage illustrée par la Figure unique ci-annexée, qui est une représentation schématique en coupe d'une installation mettant en oeuvre le procédé de la présente invention. Sur cette Figure, il est représenté, de façon schématique, un mode de réalisation possible d'une installation selon l'invention permettant la production quantitative de lipides à l'aide de microalgues. Cette installation, partiellement enterrée, comporte, en surface, un bassin de culture d'algues 1, en connexion fluide avec une chambre de mélange 2 qui est alimentée par une source de CO2.

Un mélange du CO2 et du flux contenant les microalgues est opéré dans cette chambre de mélange 2, puis est véhiculé vers une région 3 du dispositif, enterrée, au sein de laquelle est effectuée une croissance photosynthétique des microalgues. Cette région enterrée 3 comporte une succession de plusieurs puits de profondeur croissante (trois puits 4, 6 et 8 dans le cas exemplifié sur la Figure, un nombre différent de puits pouvant être envisagé, par exemple 2, 4, 5 ou 6, dans le cas le plus général), au sein duquel le flux en circulation, comprenant les microalgues, le CO2 et les nutriments, est soumis à une irradiation permettant la croissance photosynthétique recherchée. La région enterrée 3 est avantageusement munie de puits de visite attenant à ladite région (non représentés sur la figure), permettant, au besoin, une intervention dans ladite région enterrée. Cette région 3 du dispositif est en connexion fluide avec une chambre 9 de surproduction lipidique algale, dans lequel les algues sont soumises à une croissance en l'absence de lumière, de CO2 et de nutriments. Dans le cas représenté sur la figure cette chambre est enterrée, mais, selon d'autres modes de réalisation, cette chambre peut être localisée en surface. Enfin, le dispositif comporte des moyens 10 de traitement des algues issues de la chambre 9 de surproduction lipidique, en sortie desquels sont récupérées les huiles produites par les algues (représentées par la flèche à l'extrême droite) peuvent être réinjectées en tout ou partie pour alimenter l'entrée de l'alimentation en amont de la région 3 de croissance photosynthétique. Plus précisément, dans l'installation telle qu'illustrée sur la Figure ci-jointe, les microalgues initialement présentes dans le bassin de culture 1 sont véhiculées vers la chambre de mélange 2 par une canalisation 11. Cette canalisation 11 est elle-même alimentée par des nutriments via une canalisation 12 reliée à un réservoir 13 comprenant de tels nutriments utiles pour la croissance des microalgues (N, P, K et/ou sels minéraux, typiquement).

La chambre de mélange 2 est par ailleurs alimentée par un flux gazeux comprenant du 002 (voire consistant en du 002 pur) provenant d'une source de 002 qui peut être d'origine diverse (effluent gazeux de cimenterie, d'incinérateur, de centrale thermique...) et véhiculé par une canalisation 21. Le flux résultant du mélange réalisé dans la chambre 2 entre le milieu liquide introduit par la canalisation 11 et le 002 introduit par la canalisation 21 comprend, en mélange, les microalgues, les nutriments et le 002 sous forme partiellement dissous et sous forme de fines bulles. Pour optimiser l'homogénéité au sein du flux, la chambre de mélange 2 comporte de préférence un injecteur à jet liquide de type pompe à eau, permettant un brassage adéquat du 002 et l'obtention de bulles fines au sein du flux sortant de la chambre 2. Le flux aqueux comprenant les microalgues, le 002 et les nutriments qui est obtenu en sortie de la chambre 2 est véhiculé par une canalisation 25, orientée verticalement, dans lequel le flux s'écoule de haut en bas par effet de gravitation, jusqu'à l'intérieur du premier puits 4. Ce premier puits est doté de moyens d'irradiation par un rayonnement propre à permettre la croissance des microalgues, typiquement par des lampes ou des tubes néons (les deux tubes néons 41 et 42 dans le cas illustré). Au sein du puits 2, le flux comprenant les microalgues peut être véhiculé selon deux voies distinctes, simultanément ou en alternance, ce qui permet, si nécessaire, une intervention sur une des voies (en vue d'un nettoyage ou par exemple). A cet effet, la canalisation 25 qui débouche dans le puits 2 est mise en connexion fluide avec deux réacteurs tubulaires transparents 43 et 44 (typiquement des tubes en verre ou en matière plastique transparente) qui s'étendent eux aussi verticalement le long du premier puits 4, le flux s'écoulant par simple gravitation du haut vers le bas de ces réacteurs. En sortie (à savoir au niveau bas du premier puits 4), les deux réacteurs tubulaires 43 et 44 sont mis en connexion fluide avec une canalisation 45 qui, toujours par effet de gravitation, véhicule le flux en direction du deuxième puits 6. Chacun des réacteurs tubulaires 43 et 44 est muni de vannes d'arrêts (non représentées sur la Figure) en partie haute et en partie basse, qui permettent d'arrêter le flux entrant et de vidanger séparément chacun des réacteurs, par exemple pour les nettoyer, sans avoir à arrêter le flux qui peut continuer à circuler dans le réacteur tubulaire parallèle.

Entre le premier puits 4 et le deuxième puits 6 l'installation comporte une chambre de dégazage 50 dans laquelle débouche la canalisation 45. Dans cette chambre 50, l'oxygène contenu dans le flux d'algues généré par la photosynthèse, est libéré et est véhiculés hors de ladite chambre de dégazage 50 par la canalisation 51, qui débouche en surface, et permet de véhiculer l'oxygène hors de la zone 3. Le gaz véhiculé par la canalisation 51 contient du 002 qui peut être récupéré est recyclé vers la chambre de mélange, comme symbolisé par la ligne pointillée de la Figure reliant la sortie de la canalisation 51 à la canalisation 21. Dans ce cas, la canalisation 51 peut être reliée à un dispositif de séparation de l'oxygène et du 002 (non représenté sur la Figure). La chambre de dégazage 50 est munie en sortie d'une canalisation 52 permettant de véhiculer le fluide contenant les algues vers le deuxième puits 6. Le flux véhiculé par la canalisation 52, débarrassé d'au moins une partie de l'oxygène formé dans le puits 4, est véhiculé, par effet de gravitation, jusqu'à l'intérieur du deuxième puits 6, doté lui aussi de moyens d'irradiation par un rayonnement propre à permettre la croissance des microalgues, typiquement par des lampes ou des tubes néons (les deux tubes néons 61 et 62 dans le cas illustré). Au sein du deuxième puits 6, comme dans le premier puits 4, le flux comprenant les microalgues est véhiculé selon deux voies distinctes, simultanément ou en alternance. A cet effet, la canalisation 52 qui débouche dans le puits 6 est mise en connexion fluide avec deux réacteurs tubulaires transparents 63 et 64 (typiquement des tubes en verre ou en matière plastique transparente) qui s'étendent verticalement le long du deuxième puits 6, le flux s'écoulant par gravitation du haut vers le bas de ces réacteurs. En sortie, les deux réacteurs tubulaires 63 et 64 sont mis en connexion fluide avec une canalisation 65 qui, toujours par effet de gravitation, véhicule le flux en direction du troisième puits 8. Chacun des réacteurs tubulaires 63 et 64 est muni de vannes d'arrêts (non représentées) en partie haute et en partie basse, qui permettent d'arrêter le flux entrant et de vidanger séparément chacun des réacteurs, par exemple pour les nettoyer, sans avoir à arrêter le flux qui peut continuer à circuler dans le réacteur tubulaire parallèle. Entre le deuxième puits 6 et le troisième puits 6 l'installation comporte une chambre de dégazage 70 similaire à la chambre 5, dans laquelle débouche la canalisation 65. Dans cette chambre 70, l'oxygène contenu dans le flux d'algues généré par la photosynthèse, est libéré et est véhiculés hors de ladite chambre de dégazage 70 par la canalisation 71, qui débouche en surface, et permet de véhiculer l'oxygène hors de la zone 3. Là encore, le 002 contenu dans le flux gazeux véhiculé par la canalisation 71 peut être récupéré est recyclé vers la chambre de mélange 2 (symbolisé par la ligne pointillée de la Figure reliant la sortie de la canalisation 71 à la canalisation 21). La chambre de dégazage 70 est munie en sortie d'une canalisation 72 permettant de véhiculer le fluide contenant les algues vers le troisième puits 8. Le flux véhiculé par la canalisation 72, est véhiculé, par effet de gravitation, jusqu'à l'intérieur du troisième puits 8, doté là encore de moyens d'irradiation par un rayonnement propre à permettre la croissance des microalgues, typiquement par des lampes ou des tubes néons (les deux tubes néons 81 et 82 dans le cas illustré). Au sein du troisième puits 8, comme dans les deux puits précédents, le flux comprenant les microalgues est véhiculé selon deux voies distinctes, simultanément ou en alternance, à savoir dans deux réacteurs tubulaires parallèles 83 et 84 (typiquement des tubes en verre ou en matière plastique transparente) en connexion fluide avec la canalisation 72, qui s'étendent verticalement le long du deuxième puits 6, le flux s'écoulant par gravitation du haut vers le bas de ces réacteurs. En sortie, les deux réacteurs tubulaires 83 et 84 sont mis en connexion fluide avec une canalisation 85. Là encore, chacun des réacteurs tubulaires 83 et 84 est muni de vannes d'arrêts (non représentées) en partie haute et en partie basse, qui permettent d'arrêter le flux entrant et de vidanger séparément chacun des réacteurs, par exemple pour les nettoyer, sans avoir à arrêter le flux qui peut continuer à circuler dans le réacteur tubulaire parallèle. Le flux véhiculé depuis la canalisation 25 entrant dans le premier puits jusqu'à la sortie des réacteurs 83 et 84 est effectué par simple écoulement gravitaire, sans nécessiter aucun moyen de pompage compte tenu du dénivelé entre les différentes zones de l'installation. Pour permettre de véhiculer le flux de la sortie des deux réacteurs 83 et 84 vers la chambre 9 de surproduction lipidique, la canalisation 85 connectée en sortie de ces réacteurs 83 et 84 est munie d'une pompe 86, qui permet de véhiculer le flux sortant des réacteurs 83 et 84 vers une canalisation 91 permettant de véhiculer ce flux jusqu'à la chambre 9. La pompe 86 est de préférence choisie de façon à ne pas induire un écrasement des microalgues qui nuirait sinon au rendement final. L'étape (B) du procédé est conduite dans cette chambre 9, typiquement en laissant séjourner les microalgues dans cette chambre, en l'absence de lumière, de 002 et de nutriments, ce qui induit la surproduction lipidique recherchée. Une fois la surproduction lipidique réalisée, les microalgues « engraissées » sont véhiculées vers les moyens 10 d'extraction (une presse typiquement) via la canalisation 92 munie d'une pompe 93. Après extraction des lipides par les moyens 10 d'extraction, tout ou partie des nutriments restant dans la biomasse résiduelle peut être réinjecté vers la chambre de mélange 2 par le biais d'une canalisation 100, connectée typiquement à la canalisation 12 (mode représenté) ou bien à la canalisation 11 ou directement à la chambre 2 (modes non représentés). Notamment pour optimiser encore la mise en oeuvre de l'étape (A) et permettre d'atteindre un rendement photosynthétique particulièrement élevé, tout ou partie du flux véhiculé par la canalisation peut être réinjecté vers la canalisation 25 d'entrée dans le premier puits 4. A cet effet, la canalisation 85 est connectée à une canalisation 110. Typiquement, les canalisations 85, 91 et 110 sont connectées via une vanne permettant d'aiguiller le flux sortant de la canalisation 85 respectivement à hauteur de 0 à 100% en volume vers la canalisation 91 et à hauteur de 100 à 0 % vers la canalisation 110.

Dans la configuration particulière représentée sur la Figure, les parties hautes des puits 6 et 8 sont disponibles pour accueillir des réacteurs de croissance photosynthétique. Notamment dans ce cas, il est intéressant que la réinjection du flux en sortie du dernier puits vers le premier puits se fasse via des réacteurs de croissance photosynthétiques additionnels qui augmentent encore le rendement photosynthétique.

Sur l'exemple illustré sur la figure, la recirculation du flux de la canalisation 110 vers la canalisation 25 est effectuée via deux associations consécutives de réacteurs respectivement localisées dans les puits 8 et 6. Plus précisément, le flux véhiculé par la canalisation 110 est amené vers la partie haute du puits 8, muni de moyens d'irradiation par un rayonnement propre à permettre la croissance des microalgues (les deux tubes néons 111 et 112 dans le cas illustré) et la canalisation 110 qui débouche dans le puits 6 est mise en connexion fluide avec deux réacteurs tubulaires transparents 113 et 114 (typiquement des tubes en verre ou en matière plastique transparente) qui s'étendent verticalement le long du puits 8, le flux s'écoulant par gravitation du haut vers le bas de ces réacteurs. En sortie, les deux réacteurs tubulaires 113 et 114 sont mis en connexion fluide avec une canalisation 115, pourvue d'une pompe 116 (qui entraîne le flux, via la canalisation 120, vers la partie haute du puits 6.

21 Chacun des réacteurs tubulaires 113 et 114 est muni de vannes d'arrêts (non représentées) en partie haute et en partie basse, qui permettent d'arrêter le flux entrant et de vidanger séparément chacun des réacteurs, par exemple pour les nettoyer, sans avoir à arrêter le flux qui peut continuer à circuler dans le réacteur tubulaire parallèle. La pompe 116 est de préférence choisie de façon à ne pas induire une destruction des microalgues qui nuirait sinon au rendement final. La partie haute du puits 6 où débouche la canalisation 120 qui véhicule le flux est munie de moyens d'irradiation par un rayonnement propre à permettre la croissance des microalgues (les deux tubes néons 121 et 122 dans le cas illustré) et la canalisation 120 qui débouche dans le puits 6 est mise en connexion fluide avec deux réacteurs tubulaires transparents 123 et 124 (typiquement des tubes en verre ou en matière plastique transparente) qui s'étendent verticalement le long du puits 6, le flux s'écoulant par gravitation du haut vers le bas de ces réacteurs. En sortie, les deux réacteurs tubulaires 123 et 124 sont mis en connexion fluide avec une canalisation 125, pourvue d'une pompe 126, qui entraîne le flux, via la canalisation 130, vers la canalisation 25 (au dessus du puits 4). Chacun des réacteurs tubulaires 123 et 124 est muni de vannes d'arrêts (non représentées) en partie haute et en partie basse, qui permettent d'arrêter le flux entrant et de vidanger séparément chacun des réacteurs, par exemple pour les nettoyer, sans avoir à arrêter le flux qui peut continuer à circuler dans le réacteur tubulaire parallèle. La pompe 126 est de préférence choisie de façon à ne pas induire une destruction des microalgues qui nuirait sinon au rendement final. La recirculation ainsi obtenue permet de réinjecter tout ou partie des microalgues vers l'entrée de la zone de croissance photosynthétique pour que ces microalgues bénéficient à nouveau d'un cycle de soumission aux conditions de photosynthèse dans les réacteurs 43, 43 ; 63, 64 ; et 83, 84. Dans le cas le plus général, une ou plusieurs recirculation de ce type peuvent être opérée et le procédé peut être conduit de façon continue, semi continue ou par lots. La recirculation permet, dans tous les cas une amélioration du rendement photosynthétique sans avoir pour ce faire à augmenter l'encombrement du dispositif, et ce en particulier lorsque la recirculation met en oeuvre des réacteurs additionnels du type des réacteurs 113, 114 et 123, 124 du type de ceux représentés sur la figure dans le circuit de recirculation.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1.- Procédé de préparation de lipides par des microalgues, du type mettant en oeuvre les étapes suivantes (A) une croissance photosynthétique des microalgues ; (B) une mise en culture des microalgues issues de l'étape de croissance (A) dans des conditions de stress induisant une surproduction de lipides par les microalgues ; et (C) une extraction des lipides produits par les microalgues dans l'étape (B), généralement suivie par un stockage ou une valorisation desdits lipides, caractérisé en ce que, dans l'étape (A) de croissance des microalgues, on fait circuler un flux aqueux comprenant, en mélange, lesdites microalgues, du CO2 et des nutriments, au sein d'au moins un réacteur tubulaire (43, 44 ; 63, 64 ; 83, 84 ; 113, 114 ; 123, 124) localisé au sein d'un puits enterré (4 ; 6 8) muni de moyens (41, 42 ; 61, 62 ; 81, 82 ; 111, 112 ; 121, 122) permettant une irradiation des microalgues propre à assurer la photosynthèse.
2. 2.- Procédé selon la revendication 1, où le réacteur tubulaire (43, 44 ; 63, 64 ; 83, 84 ; 113, 114 ; 123, 124) est positionné en position verticale, ou sensiblement verticale, au sein dudit puits enterré.
3. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, où la température au sein du réacteur tubulaire (43, 44 ; 63, 64 ; 83, 84 ; 113, 114 ; 123, 124) mis en oeuvre dans l'étape (A) est maintenue sensiblement constante autour d'une valeur choisie.
4. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, où, dans l'étape (A), les moyens (41, 42 ; 61, 62 ; 81, 82 ; 111, 112 ; 121, 122) permettant une irradiation des microalgues propre à assurer la photosynthèse sont des lampes ou des tubes délivrant des rayonnements propres à assurer la photosynthèse, localisés dans le puits (4 ; 6 ; 8), avantageusement des tubes au néon, et où au moins une partie de la chaleur dégagée par ces moyens d'irradiation est récupérée.
5. 5.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, où, dans l'étape (A), la croissance photosynthétique des microalgues est effectuée sans interruption de l'irradiation.
6. 6.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, où les parois internes du puits (4 ; 6 ; 8) où est localisé le réacteur tubulaire de croissance (43, 44 ; 63, 64 ; 83, 84 ; 113, 114 ; 123, 124) sont pourvues d'une surface réfléchissante.
7. 7.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, où le réacteur tubulaire de croissance photosynthétique des microalgues mis en oeuvre dans l'étape (A) (43, 44 ; 63, 64 ; 83, 84 ; 113, 114 ; 123, 124) est disposé verticalement ou sensiblement verticalement et où le flux comprenant les microalgues circule du haut vers le bas du réacteur, par gravitation.
8. 8.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, l'étape (A) de croissance photosynthétique des microalgues est réalisée en faisant circuler le flux aqueux comprenant les microalgues, le 002 et les nutriments, au sein d'une série de plusieurs réacteur tubulaires consécutifs (43, 44 ; 63, 64 ; 83, 84), de préférence localisés de plus en plus profondément de façon assurer un écoulement gravitaire du flux contenant les microalgues du premier (43, 44) au dernier (83, 84) des réacteurs.
9. 9.- Procédé selon la revendication 8, où on effectue une recirculation du flux sortant d'au moins un des réacteurs tubulaires de croissance photosynthétique les plus en aval (83, 84) vers au moins un réacteur tubulaire de croissance photosynthétique plus en amont (43, 44), de préférence via des réacteurs additionnels (113, 114 ; 123, 124).
10. 10- Installation adaptée à la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 9, notamment sur un site industriel pré-existant, qui comprend : - des moyens (2) permettant de fournir un flux aqueux comprenant, en mélange, des microalgues, du 002 et des nutriments ; - une zone de croissance photosynthétique (3) des microalgues dudit flux aqueux, comprenant au moins un réacteur tubulaire (43, 44 ; 63, 64 ; 83, 84 ; 113, 114 ; 123, 124) permettant de véhiculer ledit flux aqueux, ce réacteur tubulaire étant localisé au sein d'un puits enterré (4 ;6 ;8) muni de moyens permettant une irradiation des microalgues propre à assurer la photosynthèse ; - un réacteur de surproduction lipidique algale (9), comprenant des moyens de mise en culture des microalgues issues de la zone de croissance photosynthétique, dans des conditions de stress induisant la production de lipides par les microalgues ; et- des moyens (10) d'extraction des lipides produits par les microalgues dans la zone de synthèse lipidique algale, généralement associés à des moyens de stockage et/ou de valorisation desdits lipides.