WO2018019659A1 - Installation pour la culture en bassin de microorganismes photosynthetiques et notamment de micro-algues - Google Patents

Installation pour la culture en bassin de microorganismes photosynthetiques et notamment de micro-algues Download PDF

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    • C12M41/20—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes the heat transfer medium being a gas

Definitions

  • the present invention relates to the culture of photosynthetic microorganisms in the pond, and in particular micro-algae.
  • the invention applies to the cultivation of any photosynthetic organism, that is to say any form of life capable of development and photosynthesis in a suitable liquid nutrient culture medium, in the presence of solar radiation and gas rich in carbon, such as carbon dioxide.
  • the photosynthetic microorganisms concerned by the invention more particularly, but not exclusively, include aquatic plants, for example spirulina-type microalgae, for example, foam protonemas, small macroalgae and cells isolated from multicellular plants. .
  • aquatic plants for example spirulina-type microalgae, for example, foam protonemas, small macroalgae and cells isolated from multicellular plants.
  • These aquatic plants have interesting properties in the fields including pharmacy, human and animal nutrition, dermo-cosmetology, energy and the environment.
  • the culture of these photosynthetic microorganisms is carried out in a photosynthetic reactor containing a suitable liquid nutrient culture medium receiving a stream of light, and in particular solar radiation.
  • the difficulty of cultivating photosynthetic microorganisms is that they themselves constitute obstacles to the passage of light. The growth of the crop will therefore stabilize when the light will no longer penetrate the thickness of the crop. This phenomenon is called self-shading.
  • the photosynthesis reaction is also accompanied by a consumption of carbon dioxide (CO2) and an oxygen production (O2). The excess of oxygen inhibits the reaction, while the absence of carbon dioxide interrupts it by default of the substrate to be transformed.
  • a gas / liquid interface must therefore be arranged for mass transfers between these gases and the liquid phase. In order to promote these exchanges and to avoid heterogeneities, the culture must be the seat of a mixture intended to renew the organisms at the optical interface mentioned above and also at the level of this gas / liquid interface.
  • a first known embodiment of photosynthetic reactor consists of a closed photobioreactor reactor, which comprises a closed loop inside which the liquid culture medium circulates, said closed loop comprising a reaction line provided with reaction sections made in a material transparent to light radiation (or light), and a return line providing the connection between the two opposite ends of the reaction line.
  • This type of photobioreactor is described in particular in the patent applications FR 2 943685, GB 2 1 18 572 A, GB 2 331 762 A, FR 2 685 344 A1 and FR 2 875 51 1. These photobioreactors do not allow the production of large volumes of microorganisms and are therefore reserved for the production of microorganisms on a small scale.
  • a second known embodiment of photosynthetic reactor consists of an open vessel-type container or tray, which contains a liquid nutrient culture medium containing photosynthetic microorganisms.
  • This culture medium is mixed and is circulated inside the basin, between a point of entry of the basin and a point of exit of the basin, by one or more mechanical stirring devices, for example of impeller type or centrifugal pumps.
  • pond cultures thus produced can cover large areas and are thus suitable for large-scale production of microorganisms.
  • This form of cultivation is the source of much of the world's current production of microalgae, which reaches several thousand tons of dry weight.
  • the photosynthetic organisms produced by this type of reactor are essentially: - so-called extremophilic algae whose environments are hostile to predators and competitors, such as spirulina or Dunaliella type algae; or - so-called dominant algae that withstand the mechanical stresses or contaminations better than the others, such as chlorella, Scenedesmus, Skeletonema, Odontella or Nannochloropsis type algae.
  • Circulating the culture medium in the pond with centrifugal pumps or the like can cause mechanical shearing of microorganisms, and in some cases can significantly damage microorganisms. Thus, it is difficult to cultivate certain so-called fragile micro-algae in reactors comprising centrifugal pumps or equivalent means for circulating the culture.
  • the international patent application WO 2012/162045 discloses an installation for the cultivation of microalgae comprising several culture ponds intended to contain a liquid nutrient culture medium containing the microalgae.
  • the heating of this liquid nutrient culture medium is carried out mainly by means of a water circuit which makes it possible to introduce hot water produced by a power station into the culture tanks.
  • a medium (“media makeup”) rich in sodium carbonate is produced by means of an algae treatment unit.
  • This medium (“media makeup”) rich in sodium carbonate is obtained by separating and removing the mature algae from the culture medium.
  • the combustion gases produced by said power plant are injected into this medium (“ media makeup ”) rich in sodium carbonate, which acts as a absorber of CO2 and heat present in these flue gases.
  • this medium which has been charged with CO2 and heated by the combustion gases, is reintroduced into the culture medium and acts as a source of carbon and a source of heat. for the culture medium.
  • media makeup which has been charged with CO2 and heated by the combustion gases, is reintroduced into the culture medium and acts as a source of carbon and a source of heat. for the culture medium.
  • the regulation of the temperature of the culture medium can be at the origin of a very important energy consumption, detrimental to the profitability of the production.
  • the main objective of the present invention is to propose a new technical solution which makes it possible to improve the culture of photosynthetic microorganisms in a basin.
  • the invention thus relates to an installation for the cultivation of photosynthetic microorganisms, in particular micro-algae, comprising a culture basin intended to contain a liquid nutrient culture medium containing the photosynthetic microorganisms, means for placing circulating in the basin of the liquid nutrient culture medium containing the photosynthetic microorganisms, and means for regulating the temperature of the liquid nutrient culture medium containing the photosynthetic microorganisms.
  • said temperature control means comprise means for producing an air stream that has been heated and humidified or cooled and dehumidified and injection means in the liquid nutrient culture medium of all or part of this airflow. Thanks to the injection into the liquid nutrient culture medium of all or part of a flow of air that has been heated and humidified or cooled and dehumidified, it is advantageous to perform a thermal regulation of the culture medium which is very efficient. an energy efficiency point of view, thanks to an important heat transfer between the culture medium and this air flow, as the case may be by condensation of the cooled and dehumidified air flow or by or by evaporation of the heated air flow and humidified. This important heat transfer is thus mainly related to the latent heat of this air flow.
  • the installation of the invention may include the following optional features taken singly or in combination with each other:
  • Said means for producing an air flow are able to recycle a portion of the air above the culture basin.
  • said means for producing an air flow make it possible to heat and humidify or to cool and dehumidify said air stream, before it is injected into the liquid nutrient culture medium, by direct contact of this air flow with a liquid (L) whose temperature is regulated.
  • said means for producing an air stream which has been heated or cooled comprise
  • the temperature of the liquid in the enclosure is greater than the temperature of the air above the culture basin
  • the installation comprises means for extracting the culture medium from at least a part of stale air after passing through the culture medium.
  • the installation comprises means for injecting fresh air, above the culture basin and / or in the liquid nutrient culture medium, and an air-to-air heat exchanger which allows a heat exchange between said part of stale air and this flow of fresh air, before its injection above the culture basin and / or in the liquid nutrient culture medium.
  • the installation comprises an energy recovery system which makes it possible to recover calories in said part of stale air or, if appropriate, in the part of stale air which has passed into the heat exchanger.
  • the energy recovery system allows at least partly the heating or cooling of the air flow, and if necessary liquid contained in the enclosure.
  • the installation has a rigid cover, allowing solar radiation to pass and forming a roof above the culture basin.
  • the installation comprises at least one tarpaulin, which allows solar radiation to pass through, and which is mobile, and in particular retractable or rollable, and makes it possible to cover all or part of the surface of the liquid nutrient culture medium contained in the culture basin .
  • the invention also relates to an installation for the cultivation of photosynthetic microorganisms, in particular micro-algae, comprising a culture basin intended to contain a liquid nutrient culture medium containing the photosynthetic microorganisms, means for placing circulating in the basin of the liquid nutrient culture medium containing the photosynthetic microorganisms, and means for regulating the temperature of the liquid nutrient culture medium containing the photosynthetic microorganisms.
  • the installation further comprises at least one tarpaulin, which allows solar radiation to pass through, and which is mobile, and in particular retractable or rollable, and makes it possible to cover all or part of the surface of the medium of liquid nutrient culture contained in the culture basin, in contact with this liquid nutrient culture medium.
  • at least one tarpaulin which allows solar radiation to pass through, and which is mobile, and in particular retractable or rollable, and makes it possible to cover all or part of the surface of the medium of liquid nutrient culture contained in the culture basin, in contact with this liquid nutrient culture medium.
  • this tarpaulin covers all or part of the surface of the liquid nutrient culture medium contained in the culture basin, by being in contact with this liquid nutrient culture medium, it advantageously makes it possible to limit the phenomena of evaporation of this culture medium. liquid nutrient.
  • the installation of the invention may include the following optional features taken singly or in combination with each other:
  • said temperature control means comprise means for producing an air stream which has been heated or cooled and means for injecting into the liquid nutrient culture medium all or part of this heated or cooled airflow .
  • said means of production allow the production of an air stream which has been heated and humidified or cooled and dehumidified.
  • said means for producing an air stream which has been heated or cooled are adapted to recycle a part of the air above the culture basin, said means for producing an air flow allow the heating and humidifying or cooling and dehumidifying said air flow, before its injection into the liquid nutrient culture medium, by direct contact of this air flow with a liquid whose temperature is regulated.
  • said means for producing an air stream which has been heated or cooled comprises
  • aeraulic means which allow in operation to introduce a flow of incoming air into said volume of liquid contained in the chamber, below the surface of said volume of liquid, and so that a flow of outgoing air, treated by direct contact with said volume of liquid, goes up inside the chamber is evacuated outside said chamber through the evacuation opening of the enclosure.
  • the temperature of the liquid in the enclosure is lower than the temperature of the air above the culture basin or is greater than the temperature of the air above the culture basin,
  • the installation comprises means for extracting the culture medium from at least a part of stale air after passing through the culture medium.
  • the installation comprises means for injecting fresh air, above the culture basin and / or in the liquid nutrient culture medium, and an air-to-air heat exchanger which allows a heat exchange between said part of stale air and this flow of fresh air, before its injection above the culture basin and / or in the liquid nutrient culture medium.
  • the installation comprises an energy recovery system which makes it possible to recover calories in the said exhaust air part or, where appropriate, in the part of the exhaust air which has passed into the heat exchanger, and preferably which allows the less in part the heating or cooling of the air flow, and where appropriate the liquid contained in the enclosure.
  • the installation has a rigid cover, allowing the solar radiation to pass and forming a roof above the culture basin.
  • the subject of the invention is also a use of the abovementioned plant for the cultivation of photosynthetic microorganisms, in particular micro-algae.
  • FIG. 1 is an overview of an alternative embodiment of an installation of the invention, the roof type roofing above the basin not being shown;
  • FIG. 2 is a schematic view of the plant of FIG. 1 showing, in particular, the means for regulating the temperature of the liquid nutrient culture medium in the culture basin;
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the installation of FIG. 1 in the section plane III-III of FIG. 1; - Figure 4 shows schematically and completes the installation of Figure 1 and the different air flows implemented;
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of an air treatment device for producing a heated or cooled air flow, and which can be used to produce the means for regulating the temperature of the nutrient culture medium. liquid in the culture basin.
  • FIGS. 1 to 4 show an example of an installation according to the invention, allowing pond culture of photosynthetic microorganisms, and especially microalgae.
  • This installation comprises a basin 1 of the "raceway” type, which is open at the top, and which contains the nutrient culture medium M in liquid form, in which the photosynthetic microorganisms are mixed, in order to allow the development of these microorganisms under the influence of action of solar radiation.
  • This basin 1 comprises two corridors 10, 1 1: a first circulation lane 10 (right lane in FIG. 1) from the front AV to the rear rear of the basin and comprising (FIG. 2) an inlet duct E , a second traffic corridor 1 1 (left lane in FIG. 1) of the rear rearward rearward rearward portion of the basin and comprising (FIG. 2) an outlet pipe S.
  • the two lanes 10 and 1 1 of the basin communicate with each other at the back end AR.
  • the bottom of the two corridors 10, 1 1 of the basin 1 form a surface slightly and continuously inclined downwards from the entrance
  • the outlet pipe S of the basin is further connected to the outside of the basin to the inlet pipe E by a system 12 for circulating the liquid culture medium M containing the microorganisms. in the basin 1, especially the corridor 1 1 to the corridor 10 of the basin.
  • This circulation system 12 is housed in a technical room 13 at the front of the pool.
  • This circulation system 12 comprises a motorized conveyor 120 (visible in transparency in Figure 2), which is housed in a sealed housing 121, and which comprises an endless conveyor belt 120a provided with scrapers 120b.
  • the conveying system 120 makes it possible to circulate the culture medium M containing the microorganisms between the outlet of the outlet pipe S of the corridor 1 1 and the inlet of the inlet pipe E of the corridor 10.
  • the collection of microorganisms can easily and advantageously be carried out inside this housing 121, by a collection hatch or equivalent (not shown) provided for this purpose.
  • the installation further comprises means for regulating the temperature 2 of the culture medium M containing the microorganisms.
  • These temperature control means 2 are housed in the technical room 13 and will be detailed later.
  • the basin 1 is further covered over its entire surface by a rigid cover 3 (Figure 3), which is positioned above and near the basin 1.
  • This rigid cover 3 is in a material permitting solar radiation, and is for example polycarbonate. This cover 3 makes it possible to allow the solar radiation to pass into the culture medium M contained in the pond 1, while at least partially isolating the culture medium from ambient ambient air, the temperature of which can be very different from that of the medium of the culture M.
  • the installation also comprises, on each circulation lane 10, 1 1, a tarpaulin 4 that can be opened, and in particular a retractable or roll-up tarpaulin, which can cover all or part of the free surface of the nutrient culture medium M contained in the basin. 1 while being in contact with this medium M (FIG. 3).
  • This sheet 4 is in a material allowing solar radiation to pass and advantageously makes it possible to limit evaporation of the nutrient culture medium M with which it is in contact and to reduce the energy consumption necessary to maintain the temperature of the culture medium M.
  • the above-mentioned temperature control means 2 comprise a device 20 for producing an air flow, which, depending on the case, has been heated and humidified or cooled and dehumidified, so as to be brought to a predefined temperature.
  • this device 20 allows the production of a cooled and dehumidified air stream or heated and humidified, before its injection into the culture medium M of the culture basin 1, by direct contact of this air flow with a liquid, and in particular water, which is stored in an enclosure and whose temperature is regulated.
  • FIG. 5 shows a particular example of embodiment of a device 20, it being specified that the invention is not limited to this particular type of device, but more generally extends to the implementation of any device 20 allowing the production of an air flow to a predetermined temperature, which according to the case has been heated or cooled, before its injection into the culture medium M of the culture basin 1.
  • the cooling or heating of an air flow can be obtained by any means and not necessarily by direct contact of this air flow with a liquid whose temperature is regulated.
  • this device 20 comprises a closed chamber 200, which comprises an upper wall 200a, a bottom wall 200b and a side wall 200c connecting the upper wall 200a to the bottom wall 200b .
  • the side wall 200c of the enclosure 200 is of tubular shape, but could in the context of the invention have a completely different shape.
  • the chamber 200 contains in the bottom a liquid volume V, of height H, whose temperature is regulated.
  • This liquid is preferably water, but in the context of the invention it is possible to use any type of liquid.
  • the chamber 200 also has an air intake opening
  • the air inlet opening 201 is formed in the upper wall 200a of the chamber 200 and the air discharge opening 202 is formed in the side wall 200c of the enclosure.
  • the device 20 comprises means 205 for replacing the liquid for automatically feeding the chamber 200 with liquid L so as to constantly maintain a minimum volume of liquid in the chamber 200.
  • the device 20 also comprises means 203 for regulating the temperature of the liquid contained in the enclosure 200.
  • These temperature control means 203 have the function of maintaining at a predetermined temperature Tii that the liquid L in the enclosure 200.
  • the regulation means 203 for the temperature of the liquid contained in the enclosure 200 comprise:
  • a hydraulic circuit 2030 equipped with a pump 2031 and making it possible to circulate a part of the liquid L contained in the enclosure 200 of the device 20 outside the enclosure 200 and to reintroduce this liquid into the enclosure 200,
  • heating means (or in another cooling variant) of the liquid circulating in the circuit 2030, in the form of a buffer tank 2032 containing a liquid, and in particular water maintained at the desired temperature T ii , and a heat exchanger 2033 for transferring calories between the liquid of the buffer tank and the liquid circulating in the circuit 2030.
  • the device 20 also comprises air injection means 204, which make it possible to create and introduce into the volume V of liquid contained in the enclosure 200, an air flow F incoming from the outside of the enclosure 200.
  • these air injection means 204 comprise more particularly an air compressor 2041, for example of the fan type and a tube Injection 2042.
  • the injection tube 2042 is connected at its upper end to the outlet of the air compressor 2041 and passes through the air inlet opening 201 of the enclosure 200.
  • the lower end 2042a of the Injection 2042 is opened and forms an air outlet.
  • This open lower end 2042a of the injection tube 2042 is immersed in the volume V of liquid, being positioned at a depth Hi, which corresponds to the distance between the surface S of the volume V of liquid and the air outlet 2042a of the tube 2042.
  • the admission of air compressor 2042 is connected to an air intake pipe 21 having two air inlets 21a and 21b (FIG. 4) which in this particular example are positioned respectively above the two corridors 10 and 1 1 of the basin 1, in the space between this basin 1 and the cover 3.
  • the discharge opening 202 of the device 20 is connected to a discharge pipe 22 ( Figures 2 and 4) whose output 22a leads into the above-mentioned housing 121 which connects the two circulation corridors 10 and 11 of the basin 1.
  • the air compressor 2041 of the device 20 When the air compressor 2041 of the device 20 is operating, it draws air over the basin 1 through the discharge pipe 21, and it pushes this air into the injection tube 2042 in the form an incoming air flow F, which is at an initial temperature Tinmaie substantially corresponding to the ambient air temperature above the basin 1.
  • This flow of air F entering at the initial temperature Tinisaie is injected, at the outlet of the tube 2042, directly into the volume V of liquid, below the surface of the volume V of liquid, and passes through this volume V of liquid which is at a regulated Tuquide temperature, different from the initial temperature Tinitiaie.
  • This air flow F' at the outlet of the device 20 It has a final temperature close to, and preferably substantially identical to, the Tuquide temperature of the volume V of liquid contained in the enclosure.
  • the air flow F 'after passage of air in the volume V of liquid has been cooled. It follows at the same time that the flow of air F 'leaving the device 20 has been dehumidified with respect to the incoming air flow F, the absolute humidity (weight of water per volume of air) in the air flow F outgoing being lower than the absolute humidity of the incoming air flow F. Conversely, when the temperature of the liquid Tuquide is higher than the initial temperature Tinitiaie, the air flow F 'after passage of the air in the liquid volume V has been heated.
  • device 20 being at least partly injected directly into the culture medium M containing microorganisms and circulating in the housing 121.
  • this air flow F 'cooled or heated keeps the culture medium in the basin 1 at the right temperature (for example in a range between 15 ° C and 40 ° C).
  • the air flow F ' will be a flow of air heated and humidified by the volume V of liquid. After passage of the air flow F 'in the culture medium M, this air is cooled and dehumidified. The condensation of this air allows a large heat transfer (latent heat) to the culture medium M.
  • the air flow F ' will be a flow of air cooled and dehumidified by the volume of liquid V. After passage of the air flow F 'in the culture medium M, this air is heated and humidified and the culture medium M undergoes evaporation. This evaporation of the culture medium M allows a large heat transfer (latent heat) of the culture medium M to the air flow F '.
  • this injection of the flow of air F 'cooled or heated to a final temperature Fininaie is carried out so that this air also makes it possible to participate in the circulation, in the culture basin 1, the M culture medium containing the microorganisms Photosynthetic.
  • the housing 121 is further provided in its upper part with an exhaust opening 121a associated with an air compressor 206, which is a fan type, which makes it possible to suck up part of the air in the housing 121.
  • This air compressor 206 is further connected to an outlet air outlet 206a which is identified in FIG. 4, but which for reasons of simplification and clarity has not been shown in FIG.
  • FIG. 4 thanks to the use of this air compressor 206, at least one part A of the air stream F 'which has been injected into the casing 121 is extracted after passing through the medium. of culture M.
  • the microorganisms of the culture medium M produce by photosynthesis X molecules which depend on the type of microorganisms, and which generally come in a detrimental way to inhibit the photosynthesis reaction.
  • these X molecules are examples of oxygen or nitrogen.
  • the culture medium M is rebalanced by extracting with this foul air
  • a part of the X molecules for example oxygen or nitrogen
  • this contaminated air is redirected to a heat exchanger 5, of the air-air type, in order to modify the temperature of a fresh air G which is charged (rich in CO2) which is sucked out of the atmosphere. before being injected, by means of a tubing system 6 provided with air outlets 6a, above the basin 1 and / or directly in the culture medium M.
  • the foul air A is at a temperature of 35 ° C. and the fresh air G before its introduction into the exchanger 5 is at a temperature close to 0 ° C. and the fresh air G 'after passing through the air-air exchanger 5 is heated to a temperature of the order of 20 ° C.
  • the exhausted air A ' after passing through the exchanger 5, passes into an energy recovery system 7 which makes it possible to recover at least a portion of the calories from this air A' to transfer them.
  • the liquid contained in the buffer tank 2032 In this example, this energy recovery system 7 comprises a device 70 of the same type as the device 20 described above, coupled to a water-water heat pump 71. This heat pump 71 makes it possible to recover a portion of the calories stored in the volume of liquid contained in the enclosure of the device 70 and to transfer them to the liquid of the buffer tank 2032.
  • an energy recovery system 7 could also be used to recover at least part of the calories from the foul air A (before passing through the heat exchanger 5 or in the absence of implementation of the heat exchanger 5). heat exchanger 5) for transfer to the liquid contained in the buffer tank 2032.

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Abstract

L'installation pour la culture de microorganismes photosynthétiques, notamment de micro-algues, comporte un bassin de culture (1) destiné à contenir un milieu de culture nutritif liquide (M) contenant les microorganismes photosynthétiques, des moyens (12) de mise en circulation dans le bassin du milieu de culture nutritif liquide (M) contenant les microorganismes photosynthétiques, et des moyens de régulation de la température du milieu de culture nutritif liquide contenant les microorganismes photosynthétiques. Ces moyens de régulation de température (2) comportent des moyens (20) de production d'un flux d'air (F') qui a été chauffé et humidifié ou refroidi et déshumidifié et des moyens d'injection dans le milieu de culture nutritif liquide (M) de tout ou partie de ce flux d'air (F') chauffé ou refroidi.

Description

INSTALLATION POUR LA CULTURE EN BASSIN DE
MICROORGANISMES PHOTOSYNTHETIQUES ET NOTAMMENT DE
MICRO-ALGUES Domaine technique
La présente invention concerne la culture en bassin de microorganismes photosynthétiques, et notamment de micro-algues. L'invention s'applique à la culture de tout organisme photosynthétique, c'est-à-dire toute forme de vie susceptible de développement et de photosynthèse dans un milieu de culture nutritif liquide approprié, en présence de rayonnement solaire et de gaz riche en carbone, tel que du dioxyde de carbone.
Art antérieur
Parmi les microorganismes photosynthétiques concernés par l'invention figurent plus particulièrement, mais non exclusivement, les végétaux aquatiques comme par exemple les micro-algues de type spiruline par exemple, les protonémas de mousse, les petites macro-algues et les cellules isolées de plantes multicellulaires. Ces végétaux aquatiques présentent des propriétés intéressantes dans les domaines notamment de la pharmacie, de la nutrition humaine et animale, de la dermo-cosmétologie, de l'énergie et de l'environnement.
La culture de ces microorganismes photosynthétiques est réalisée dans un réacteur photosynthétique contenant un milieu de culture nutritif liquide approprié recevant un flux de lumière, et notamment un rayonnement solaire. La difficulté de cultiver des microorganismes photosynthétiques tient au fait qu'ils constituent eux-mêmes des obstacles au passage de la lumière. La croissance de la culture va donc se stabiliser lorsque la lumière ne pénétrera plus dans l'épaisseur de la culture. Ce phénomène est appelé l'auto-ombrage. La réaction de photosynthèse s'accompagne également d'une consommation de gaz carbonique (CO2) et d'une production d'oxygène (O2). L'excès d'oxygène inhibe la réaction, tandis que l'absence de gaz carbonique l'interrompt par défaut de substrat à transformer. Une interface gaz/liquide doit donc être aménagée pour les transferts de masse entre ces gaz et la phase liquide. Afin de favoriser ces échanges et d'éviter les hétérogénéités, la culture doit être le siège d'un mélange destiné à renouveler les organismes au niveau de l'interface optique susmentionnée et également au niveau de cette interface gaz/liquide.
Un premier mode de réalisation connu de réacteur photosynthétique consiste en un réacteur clos dit photobioréacteur, qui comprend une boucle fermée à l'intérieur de laquelle circule le milieu de culture liquide, ladite boucle fermée comprenant une canalisation de réaction pourvue de tronçons de réaction réalisés dans un matériau transparent au rayonnement lumineux (ou à la lumière), et une canalisation de retour assurant la liaison entre les deux extrémités opposées de la canalisation de réaction. Ce type de photobioréacteur est décrit notamment dans les demandes de brevet FR 2 943685, GB 2 1 18 572 A, GB 2 331 762 A, FR 2 685 344 Al et FR 2 875 51 1 . Ces photobioréacteurs ne permettent pas une production de gros volume de microorganismes et sont donc réservés à la production de microorganismes à petite échelle.
Un deuxième mode de réalisation connu de réacteur photosynthétique, décrit par exemple dans les demandes de brevet WO201 1/056517, US2014/01 13276, WO2010/151837, US2007/0048859, consiste en un récipient ouvert de type bassin ou bac, qui contient un milieu de culture nutritif liquide contenant les microorganismes photosynthétiques. Ce milieu de culture est mélangé et est mis en circulation à l'intérieur du bassin, entre un point d'entrée du bassin et un point de sortie du bassin, par un ou plusieurs dispositifs mécaniques de brassage, par exemple de type roue à aubes ou pompes centrifuges. De manière avantageuse par rapport aux photobioréacteurs susvisés, les cultures en bassin ainsi réalisées peuvent couvrir des surfaces importantes et sont ainsi adaptées à une production de microorganismes à grande échelle. Cette forme de culture est à l'origine de l'essentiel de la production mondiale actuelle de micro-algues, qui atteint plusieurs milliers de tonnes de poids sec. Les organismes photosynthétiques produits par ce type de réacteur sont essentiellement : - des algues dites extrêmophiles dont les milieux sont hostiles aux prédateurs et aux compétiteurs, comme par exemple les algues du type spiruline ou Dunaliella ; ou - des algues dites dominantes qui supportent les sollicitations mécaniques ou les contaminations mieux que les autres, comme par exemple les algues du type Chlorella, Scenedesmus, Skeletonema, Odontella ou Nannochloropsis.
La mise en circulation du milieu de culture dans le bassin au moyen de pompes centrifuges ou équivalent peut causer un cisaillement mécanique des microorganismes, et dans certains cas peut détériorer les microorganismes de manière importante. Ainsi, il est difficile de cultiver certaines micro-algues dites fragiles dans des réacteurs comportant des pompes centrifuges ou moyens équivalents pour faire circuler la culture.
La demande de brevet internationale WO 2012/162045 divulgue une installation pour la culture de microalgues comportant plusieurs bassins de culture destinés à contenir un milieu de culture nutritif liquide contenant les microalgues. Le chauffage de ce milieu de culture nutritif liquide est réalisé principalement au moyen d'un circuit d'eau qui permet d'introduire dans les bassins de culture de l'eau chaude produite par une centrale électrique. Dans cette installation, on produit un milieu (« makeup média ») riche en sodium carbonate au moyen d'une unité de traitement d'algues. Ce milieu (« makeup média ») riche en sodium carbonate est obtenu en séparant et en retirant du milieu de culture les algues à maturité. Les gaz de combustion produits par ladite centrale électrique sont injectés dans ce milieu (« makeup média ») riche en sodium carbonate, qui agit comme absorbeur de CO2 et de chaleur présents dans ces gaz de combustion. Après injection des gaz de combustion, ce milieu (« makeup média »), qui a été chargé en CO2 et chauffé par les gaz de combustion, est réintroduit dans le milieu de culture et permet d'agir comme source de carbone et source de chaleur pour le milieu de culture. Pour le développement optimal des microorganismes, il est par ailleurs important de maintenir la température du milieu de culture dans une gamme de températures prédéfinies, par exemple en fonction du type de microorganismes, entre 20°C et 40°C. La régulation de la température du milieu de culture peut être à l'origine d'une consommation d'énergie très importante, préjudiciable à la rentabilité de la production.
Objectif de l'invention
La présente invention a pour objectif à titre principal de proposer une nouvelle solution technique qui permet d'améliorer la culture en bassin de microorganismes photosynthétiques.
Résumé de l'invention
Selon un premier aspect, l'invention a ainsi pour objet un installation pour la culture de microorganismes photosynthétiques, notamment de micro-algues, comportant un bassin de culture destiné à contenir un milieu de culture nutritif liquide contenant les microorganismes photosynthétiques, des moyens de mise en circulation dans le bassin du milieu de culture nutritif liquide contenant les microorganismes photosynthétiques, et des moyens de régulation de la température du milieu de culture nutritif liquide contenant les microorganismes photosynthétiques.
De manière caractéristique selon l'invention, lesdits moyens de régulation de température comportent des moyens de production d'un flux d'air qui a été chauffé et humidifié ou refroidi et déshumidifié et des moyens d'injection dans le milieu de culture nutritif liquide de tout ou partie de ce flux d'air. Grâce à l'injection dans le milieu de culture nutritif liquide de tout ou partie d'un flux d'air qui a été chauffé et humidifié ou refroidi et déshumidifié, on réalise avantageusement une régulation thermique du milieu de culture qui est très efficiente d'un point de vue du rendement énergétique, grâce à un transfert thermique important entre le milieu de culture et ce flux d'air, selon le cas par condensation du flux d'air refroidi et déshumidifié ou par ou par évaporation du flux d'air chauffé et humidifié. Ce transfert thermique important est ainsi lié principalement à la chaleur latente de ce flux d'air.
Plus particulièrement, et de manière optionnelle, l'installation de l'invention peut comporter les caractéristiques facultatives suivantes prises isolément ou en combinaison l'une avec l'autre :
- lesdits moyens de production d'un flux d'air sont aptes à recycler une partie de l'air au-dessus du bassin de culture.
- lesdits moyens de production d'un flux d'air permettent le chauffage et humidification ou le refroidissement et la déshumidification dudit flux d'air, avant son injection dans le milieu de culture nutritif liquide, par contact direct de ce flux d'air avec un liquide (L) dont la température est régulée.
- lesdits moyens de production d'un flux d'air qui a été chauffé ou refroidi comportent
(a) une enceinte, qui contient un volume de liquide dont la température est régulée, et qui comporte au moins une ouverture d'évacuation d'air positionnée au-dessus de la surface dudit volume de liquide,
(b) des moyens aérauliques, qui permettent en fonctionnement d'introduire un flux d'air d'entrant dans ledit volume de liquide contenu dans l'enceinte, au- dessous de la surface dudit volume de liquide, et de telle sorte qu'un flux d'air sortant, traité par contact direct avec ledit volume de liquide, remonte à l'intérieur de l'enceinte est évacué en dehors de ladite enceinte en passant à travers l'ouverture d'évacuation de l'enceinte, la température du liquide dans l'enceinte est inférieure à la température de l'air au-dessus du bassin de culture.
- la température du liquide dans l'enceinte est supérieure à la température de l'air au-dessus du bassin de culture,
l'installation comporte des moyens permettant l'extraction du milieu de culture d'au moins une partie d'air vicié après son passage dans le milieu de culture.
- l'installation comporte selon des moyens permettant d'injecter de l'air neuf, au-dessus du bassin de culture et/ou dans le milieu de culture nutritif liquide, et un échangeur thermique air-air qui permet un échange thermique entre ladite partie d'air vicié et ce flux d'air neuf , avant son injection au-dessus du bassin de culture et/ou dans le milieu de culture nutritif liquide.
- l'installation comporte un système de récupération d'énergie qui permet de récupérer des calories dans ladite partie d'air vicié ou le cas échéant dans la partie d'air vicié qui est passée dans l'échangeur thermique.
- le système de récupération d'énergie permet au moins en partie le chauffage ou le refroidissement du flux d'air, et le cas échéant du liquide contenu dans l'enceinte.
- tout ou partie dudit flux d'air chauffé ou refroidi est réinjecté dans le milieu de culture nutritif liquide contenant les microorganismes photosynthétiques de manière à participer à la mise en circulation, dans le bassin de culture, de ce milieu de culture nutritif liquide contenant les microorganismes photosynthétiques.
- l'installation comporte une couverture rigide, laissant passer le rayonnement solaire et formant une toiture au-dessus du bassin de culture. - l'installation comporte au moins une bâche, qui laisse passer le rayonnement solaire, et qui est mobile, et notamment rétractable ou enroulable, et permet de recouvrir tout ou partie de la surface du milieu de culture nutritif liquide contenu dans le bassin de culture.
Selon un deuxième aspect, l'invention a également pour objet une installation pour la culture de microorganismes photosynthétiques, notamment de micro-algues, comportant un bassin de culture destiné à contenir un milieu de culture nutritif liquide contenant les microorganismes photosynthétiques, des moyens de mise en circulation dans le bassin du milieu de culture nutritif liquide contenant les microorganismes photosynthétiques, et des moyens de régulation de la température du milieu de culture nutritif liquide contenant les microorganismes photosynthétiques.
De manière caractéristique selon l'invention, l'installation comporte en outre au moins une bâche, qui laisse passer le rayonnement solaire, et qui est mobile, et notamment rétractable ou enroulable, et permet de recouvrir tout ou partie de la surface du milieu de culture nutritif liquide contenu dans le bassin de culture, en étant au contact de ce milieu de culture nutritif liquide.
Lorsque cette bâche recouvre tout ou partie de la surface du milieu de culture nutritif liquide contenu dans le bassin de culture, en étant au contact de ce milieu de culture nutritif liquide, elle permet avantageusement de limiter les phénomènes d'évaporation de ce milieu de culture nutritif liquide.
Plus particulièrement, et de manière optionnelle, l'installation de l'invention peut comporter les caractéristiques facultatives suivantes prises isolément ou en combinaison l'une avec l'autre :
lesdits moyens de régulation de température comportent des moyens de production d'un flux d'air qui a été chauffé ou refroidi et des moyens d'injection dans le milieu de culture nutritif liquide de tout ou partie de ce flux d'air chauffé ou refroidi.
- lesdits moyens de production permettent la production d'un flux d'air qui a été chauffé et humidifié ou refroidi et déshumidifié. lesdits moyens de production d'un flux d'air qui a été chauffé ou refroidi sont aptes à recycler une partie de l'air au-dessus du bassin de culture, lesdits moyens de production d'un flux d'air permettent le chauffage et humidification ou le refroidissement et la déshumidification dudit flux d'air, avant son injection dans le milieu de culture nutritif liquide, par contact direct de ce flux d'air avec un liquide dont la température est régulée.
lesdits moyens de production d'un flux d'air qui a été chauffé ou refroidi comportent
(a) une enceinte, qui contient un volume de liquide dont la température est régulée, et qui comporte au moins une ouverture d'évacuation d'air positionnée au-dessus de la surface dudit volume de liquide,
(b) des moyens aérauliques, qui permettent en fonctionnement d'introduire un flux d'air d'entrant dans ledit volume de liquide contenu dans l'enceinte, au-dessous de la surface dudit volume de liquide, et de telle sorte qu'un flux d'air sortant, traité par contact direct avec ledit volume de liquide, remonte à l'intérieur de l'enceinte est évacué en dehors de ladite enceinte en passant à travers l'ouverture d'évacuation de l'enceinte.
la température du liquide dans l'enceinte est inférieure à la température de l'air au-dessus du bassin de culture ou est supérieure à la température de l'air au-dessus du bassin de culture,
l'installation comporte des moyens permettant l'extraction du milieu de culture d'au moins une partie d'air vicié après son passage dans le milieu de culture.
l'Installation comporte des moyens permettant d'injecter de l'air neuf, au- dessus du bassin de culture et/ou dans le milieu de culture nutritif liquide, et un échangeur thermique air-air qui permet un échange thermique entre ladite partie d'air vicié et ce flux d'air neuf, avant son injection au-dessus du bassin de culture et/ou dans le milieu de culture nutritif liquide. l'installation comporte un système de récupération d'énergie qui permet de récupérer des calories dans ladite partie d'air vicié ou le cas échéant dans la partie d'air vicié qui est passée dans l'échangeur thermique, et de préférence qui permet au moins en partie le chauffage ou le refroidissement du flux d'air, et le cas échéant du liquide contenu dans l'enceinte.
tout ou partie dudit flux d'air chauffé ou refroidi est réinjecté dans le milieu de culture nutritif liquide contenant les microorganismes photosynthétiques de manière à participer à la mise en circulation, dans le bassin de culture, de ce milieu de culture nutritif liquide contenant les microorganismes photosynthétiques.
l'installation comporte une couverture rigide, laissant passer le rayonnement solaire et formant une toiture au-dessus du bassin de culture.
L'invention a également pour objet une utilisation de l'installation susvisée, pour la culture de microorganismes photosynthétiques, notamment de micro-algues.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-après d'une variante particulière de réalisation conforme à l'invention, laquelle description détaillée est donnée à titre d'exemple non limitatif et non exhaustif de l'invention et en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue d'ensemble d'une variante de réalisation d'une installation de l'invention, la couverture de type toiture au-dessus du bassin n'étant pas représentée ;
- la figure 2 est une vue schématique de l'installation de la figure 1 montrant notamment les moyens de régulation de la température du milieu de culture nutritif liquide dans le bassin de culture ;
- la figure 3 est une vue en coupe transversale de l'installation de la figure 1 dans le plan de coupe lll-lll de la figure 1 ; - la figure 4 représente de manière schématique et complète l'installation de la figure 1 et les différents flux d'air mis en œuvre ;
- la figure 5 montre un exemple de réalisation d'un dispositif de traitement d'air pour la production d'un flux d'air chauffé ou refroidi, et pouvant être utilisé pour réaliser les moyens de régulation de la température du milieu de culture nutritif liquide dans le bassin de culture.
Description détaillée
On a représenté sur les figures 1 à 4 un exemple d'installation conforme à l'invention, permettant la culture en bassin de microorganismes photosynthétiques, et notamment de micro-algues.
Cette installation comporte un bassin 1 de type « raceway », qui est ouvert en partie supérieure, et qui contient le milieu de culture nutritif M sous forme liquide, dans lequel sont mélangés les microorganismes photosynthétiques, afin de permettre le développement de ces microorganismes sous l'action du rayonnement solaire.
Ce bassin 1 comprend deux couloirs de circulations 10, 1 1 : un premier couloir de circulation 10 (couloir de droite sur la figure 1 ) de l'avant AV vers l'arrière AR du bassin et comportant (figure 2) une conduite entrée E, un deuxième couloir de circulation 1 1 (couloir de gauche sur la figure 1 ) de l'arrière AR vers l'avant AV du bassin et comportant (figure 2) une conduite de sortie S. Les deux couloirs 10 et1 1 du bassin communiquent l'un avec l'autre en partie arrière AR.
De préférence, le fond des deux couloirs 10, 1 1 du bassin 1 forme une surface légèrement et continûment inclinée vers le bas depuis l'entrée
E du bassin 1 jusqu'à la sortie S du bassin 1 , de manière à faciliter la circulation du milieu de culture liquide M contenant les microorganismes entre la conduite d'entrée E et la conduite de sortie S du bassin.
La conduite de sortie S du bassin est en outre raccordée à l'extérieur du bassin à la conduite d'entrée E par un système 12 permettant la mise en circulation du milieu de culture liquide M contenant les microorganismes dans le bassin 1 , plus particulièrement du couloir 1 1 vers le couloir 10 du bassin. Ce système de mise en circulation 12 est logé dans un local technique 13 à l'avant du bassin.
Ce système de mise en circulation 12 comporte un convoyeur 120 motorisé (visible en transparence sur la figure 2), qui est logé dans un carter 121 étanche, et qui comporte une bande de convoyage sans fin 120a muni de raclettes 120b. En fonctionnement, le système de convoyage 120 permet de faire circuler le milieu de culture M contenant les microorganismes entre la sortie de la conduite de sortie S du couloir 1 1 et l'entrée de la conduite d'entrée E du couloir 10.
La collecte des microorganismes peut facilement et avantageusement être effectuée à l'intérieur de ce carter 121 , par une trappe de collecte ou équivalent (non représentée) prévue à cet effet.
L'installation comporte en outre des moyens de régulation de la température 2 du milieu de culture M contenant les microorganismes. Ces moyens de régulation de température 2 sont logés dans le local technique 13 et seront détaillés ultérieurement.
Le bassin 1 est en outre couvert sur toute sa surface par une couverture rigide 3 (Figure 3), qui est positionnée au-dessus et proximité du bassin 1 . Cette couverture rigide 3 est dans un matériau laissant passer le rayonnement solaire, et est par exemple en polycarbonate. Cette couverture 3 permet de laisser passer le rayonnement solaire dans le milieu de culture M contenu dans le bassin 1 , tout en isolant au moins partialement le milieu de culture de l'air ambiant extérieur dont la température peut être très différente de celle du milieu de culture M.
De préférence, l'installation comporte également sur chaque couloir de circulation 10, 1 1 une bâche 4 découvrable, et notamment une bâche rétractable ou enroulable, qui peut couvrir toute ou partie de la surface libre du milieu de culture nutritif M contenu dans le bassin 1 en étant au contact de ce milieu M (figure 3). Cette bâche 4 est dans un matériau laissant passer le rayonnement solaire et permet avantageusement de limiter l'évaporation du milieu de culture nutritif M avec lequel elle est en contact et de réduire la consommation d'énergie nécessaire au maintien à la bonne température du milieu culture M.
En pratique, il est possible de laisser constamment les bâches 4 dans la position où elles couvrent toute la surface libre du milieu de culture nutritif M contenu dans le bassin 1 et de les retirer temporairement uniquement pour les nettoyer.
Lorsque le rayonnement solaire chauffe le milieu de culture de manière trop importante, il est également possible de découvrir tout ou partie du bassin en enroulant ou rétractant au moins une des deux bâches 4 de manière à éviter une trop forte montée en température du milieu de culture, ce qui réduit par ailleurs la consommation d'énergie pour le refroidissement de ce milieu de culture. Lorsque la température extérieure redescend (par exemple le soir et/ou la nuit), il est possible de remettre en place la ou les bâches 4 de manière à couvrir tout ou partie de la surface du milieu de culture M, et permettre une réduction de la consommation d'énergie nécessaire au maintien à la bonne température du milieu culture M.
Les moyens de régulation de température 2 susvisés comportent un dispositif 20 de production d'un flux d'air, qui selon le cas a été chauffé et humidifié ou refroidi et déshumidifié, de manière à être porté à une température prédéfinie.
Plus particulièrement, ce dispositif 20 permet la production d'un flux d'air refroidi et déshumidifié ou chauffé et humidifié, avant son injection dans le milieu de culture M du bassin de culture 1 , par contact direct de ce flux d'air avec un liquide, et notamment de l'eau, qui est stocké dans une enceinte et dont la température est régulée.
Ce type de dispositif 20 a par exemple été décrit en détail dans la demande de brevet internationale WO2015/086979 à laquelle l'homme du métier pourra se référer.
On a représenté sur la figure 5 un exemple particulier de réalisation d'un dispositif 20, étant précisé que l'invention n'est pas limitée à ce type particulier de dispositif, mais s'étend plus généralement à la mise en œuvre de tout dispositif 20 permettant la production d'un flux d'air à une température prédéfinie, qui selon le cas a été chauffé ou refroidi, avant son injection dans le milieu de culture M du bassin de culture 1 . Dans le cadre général de l'invention, le refroidissement ou le chauffage d'un flux d'air peut être obtenu par tout moyen et pas nécessairement par contact direct de ce flux air avec un liquide dont la température est régulée.
En référence à la variante particulière de réalisation de la figure 5, ce dispositif 20 comporte une enceinte fermée 200, qui comprend une paroi supérieure 200a, une paroi de fond 200b et une paroi latérale 200c reliant la paroi supérieure 200a à la paroi de fond 200b.
Dans cet exemple particulier, la paroi latérale 200c de l'enceinte 200 est de forme tubulaire, mais pourrait dans le cadre de l'invention avoir une toute autre forme.
L'enceinte 200 contient dans le fond un volume de liquide V, de hauteur H, dont la température est régulée. Ce liquide est de préférence de l'eau, mais dans le cadre de l'invention il est possible d'utiliser tout type de liquide.
L'enceinte 200 comporte également une ouverture d'admission d'air
201 et une ouverture d'évacuation d'air 202 positionnées en dehors du volume de liquide V. Dans cette variante, mais de manière non limitative de l'invention, l'ouverture d'admission d'air 201 est réalisée dans la paroi supérieure 200a de l'enceinte 200 et l'ouverture d'évacuation d'air 202 est réalisée dans la paroi latérale 200c de l'enceinte.
Le dispositif 20 comporte des moyens de renouvellement 205 du liquide permettant d'alimenter automatiquement l'enceinte 200 avec du liquide L de manière maintenir constamment un volume minimum de liquide dans l'enceinte 200.
En référence à la figure 4, Le dispositif 20 comporte également des moyens 203 de régulation de la température du liquide contenu dans l'enceinte 200. Ces moyens de régulation de température 203 ont pour fonction de maintenir à une température prédéfinie TiiqUide le liquide L dans l'enceinte 200.
Plus particulièrement, dans l'exemple de la figure 4, les moyens de régulation 203 de la température du liquide contenu dans l'enceinte 200 comportent :
- un circuit hydraulique 2030 équipé d'une pompe 2031 et permettant de faire circuler une partie du liquide L contenu dans l'enceinte 200 du dispositif 20 à l'extérieur de l'enceinte 200 et de réintroduire ce liquide dans l'enceinte 200,
- des moyens de chauffage (ou dans une autre variante de refroidissement) du liquide circulant dans le circuit 2030 , sous la forme d'un ballon tampon 2032 contenant un liquide, et notamment de l'eau maintenue à la température TiiqUide souhaitée, et d'un échangeur 2033 permettant le transfert de calories entre le liquide du ballon tampon et le liquide circulant dans le circuit 2030.
En référence à la figure 4, le dispositif 20 comporte également des moyens d'injection d'air 204, qui permettent de créer et d'introduire, dans le volume V de liquide contenu dans l'enceinte 200, un flux d'air F entrant en provenance de l'extérieur de l'enceinte 200. Dans la variante particulière illustrée sur la figure 4, ces moyens d'injection d'air 204 comportent plus particulièrement un compresseur d'air 2041 , par exemple de type ventilateur et un tube d'injection 2042.
Le tube d'injection 2042 est raccordé à son extrémité supérieure à la sortie du compresseur d'air 2041 et passe à travers l'ouverture d'admission d'air 201 de l'enceinte 200. L'extrémité inférieure 2042a du tube d'injection 2042 est ouverte et forme une sortie d'air. Cette extrémité inférieure 2042a ouverte du tube d'injection 2042 est plongée dans le volume V de liquide, en étant positionnée à une profondeur Hi, qui correspond à la distance entre la surface S du volume V de liquide et la sortie d'air 2042a du tube 2042.
Plus particulièrement en référence aux figures 1 et 3, l'admission du compresseur d'air 2042 est raccordée à une tubulure d'admission d'air 21 ayant deux entrées d'air 21 a et 21 b (figure 4) qui dans cet exemple particulier, sont positionnées respectivement au-dessus des deux couloirs 10 et 1 1 du bassin 1 , dans l'espace située entre ce bassin 1 et la couverture 3. L'ouverture d'évacuation 202 du dispositif 20 est raccordée à une tubulure d'évacuation 22 (figures 2 et 4) dont la sortie 22a débouche dans le carter 121 susvisé qui relie les deux couloirs de circulation 10 et 1 1 du bassin 1 .
En fonctionnement, lorsque le compresseur d'air 2041 du dispositif 20 fonctionne, il aspire de l'air au-dessus du bassin 1 par la tubulure d'amission 21 , et il pousse cet air dans le tube d'injection 2042 sous la forme d'un flux d'air F entrant, qui est à une température initiale Tinmaie correspondant sensiblement à la température de l'air ambiant au-dessus du bassin 1 .
Ce flux d'air F entrant à la température initiale Tinisaie est injecté, en sortie du tube 2042, directement dans le volume V de liquide, au-dessous de la surface du volume V de liquide, et passe à travers ce volume V de liquide qui est à une température Tuquide régulée, différente de la température initiale Tinitiaie. Au cours du passage de ce flux d'air dans le volume V de liquide, il se produit un échange thermique par contact direct entre l'air et le liquide, de telle sorte que de l'air (refroidi ou chauffé selon le cas) ressort du volume de liquide et qu'un flux d'air F' refroidi ou chauffé remonte dans l'enceinte 200 pour être évacué par l'ouverture d'évacuation 202. Ce flux d'air F' à la sortie de du dispositif 20 présente une température finale ÏFinaie proche, et de préférence sensiblement identique, à la température Tuquide du volume V de liquide contenu dans l'enceinte.
Lorsque la température du liquide Tuquide est inférieure à la température initiale Tinitiaie, le flux d'air F' après passage de l'air dans le volume V de liquide a été refroidi. Il en résulte concomitamment que le flux d'air F' sortant du dispositif 20 a été déshumidifié par rapport au flux d'air entrant F, l'humidité absolue (poids d'eau par volume d'air) dans le flux d'air F' sortant étant inférieure à l'humidité absolue du flux d'air F entrant. A l'inverse, lorsque la température du liquide Tuquide est supérieure à la température initiale Tinitiaie, le flux d'air F' après passage de l'air dans le volume de liquide V a été chauffé. Il en résulte concomitamment que le flux d'air F' sortant du dispositif 20 a été humidifié par rapport aux flux d'air entrant F, l'humidité absolue (poids d'eau par volume d'air) dans le flux d'air F' sortant étant supérieure à l'humidité absolue du flux d'air F entrant.
Le flux d'air F' refroidi ou chauffé à une température finale ÏFinaie proche, et de préférence sensiblement identique, à la température Tuquide du volume V de liquide, remonte à l'intérieur de l'enceinte 200, puis est évacué en dehors du dispositif 20 en étant au moins en partie injecté directement dans le milieu de culture M contenant les microorganismes et circulant dans le carter 121 . Il en résulte que ce flux d'air F' refroidi ou chauffé permet de maintenir le milieu de culture dans le bassin 1 à la bonne température (par exemple dans une plage comprise entre 15°C et 40°C).
Lorsque la température du milieu de culture dans le bassin 1 est trop basse et que milieu de culture dans le bassin 1 doit être réchauffé, le flux d'air F' sera un flux d'air réchauffé et humidifié par le volume V de liquide. Après passage du flux d'air F' dans le milieu de culture M, cet air est refroidi et déshumidifié. La condensation de cet air permet un transfert thermique important (chaleur latente) vers le milieu de culture M.
A l'inverse, lorsque la température du milieu de culture dans le bassin
1 est trop élevée du fait d'un réchauffement trop important par le rayonnement solaire et que le milieu de culture dans le bassin 1 doit être refroidi, le flux d'air F' sera un flux d'air refroidi et déshumidifié par le volume de liquide V. Après passage du flux d'air F' dans le milieu de culture M, cet air est réchauffé et humidifié et le milieu de culture M subit une évaporation. Cette évaporation du milieu de culture M permet un transfert thermique important (chaleur latente) du milieu de culture M vers le flux d'air F'.
De préférence, mais non nécessairement, cette injection du flux d'air F' refroidi ou chauffé à une température finale ÏFinaie est réalisée de telle sorte que cet air permet également de participer à la mise en circulation, dans le bassin de culture 1 , du milieu de culture M contenant les microorganismes photosynthétiques. On évite ainsi avantageusement la mise œuvre de pompes centrifuges ou équivalents qui pourraient altérer les microorganismes.
Eventuellement pour faciliter la mise en circulation du milieu de culture M dans le bassin depuis l'entrée E du couloir 10 vers la sortie S du couloir 1 1 , il est également possible de mettre en œuvre une ou plusieurs roues à aubes dans le couloir 0 et/ou dans le couloir 1 1 .
En référence à la figure 2, le carter 121 est en outre pourvu dans sa partie supérieure d'une ouverture d'évacuation 121 a associée à un compresseur d'air 206, type ventilateur, permettant d'aspirer une partie de l'air dans le carter 121 . Ce compresseur d'air 206 est en outre raccordée en sortie à une tubulure d'évacuation d'air 206a qui est identifiée sur la figure 4, mais qui pour des raisons de simplification et de clarté n'a pas été représentée sur la figure 2. En référence à la figure 4, grâce à la mise en œuvre de ce compresseur d'air 206, au moins une partie A du flux d'air F' qui a été injecté dans le carter 121 est extraite après son passage dans le milieu de culture M.
Il convient ici de noter que les microorganismes du milieu de culture M produisent par photosynthèses des molécules X qui dépendent du type de microorganismes, et qui généralement viennent de manière préjudiciable inhiber la réaction de photosynthèse. De manière non limitative et non exhaustive ces molécules X sont exemple de l'oxygène ou de l'azote. De manière bénéfique pour la réaction de photosynthèse, grâce à l'injection du flux d'air F' dans milieu de culture M contenu dans le carter 121 et à l'extraction d'au moins une partie A d'air vicié après passage dans le milieu de culture M, on rééquilibre le milieu de culture M en extrayant avec cet air A vicié un partie des molécules X (par exemple oxygène ou azote) produites par les microorganismes.
Plus particulièrement, dans cette variante cet air A vicié est redirigée vers un échangeur thermique 5, de type air-air, pour modifier la température d'un air neuf G propre chargé (riche en CO2) qui est aspiré à l'extérieur de l'installation avant d'être injecté, au moyen d'un système de tubulures 6 pourvues de sorties d'air 6a, au-dessus du bassin 1 et/ou directement dans le milieu de culture M.
Par exemple, et de manière non limitative, l'air A vicié est à une température de 35°C et l'air neuf G avant son introduction dans l'échangeur 5 est à une température proche de 0°c et l'air neuf G' après son passage dans l'échangeur air -air 5 est chauffé à une température de l'ordre de 20°C.
En référence à la figure 3, l'air A' vicié, après son passage dans l'échangeur 5, passe dans un système récupération d'énergie 7 qui permet de récupérer une partie au moins des calories de ce air A' pour les transférer au liquide contenu dans le ballon tampon 2032. Dans cet exemple, ce système de récupération d'énergie 7 comporte un dispositif 70 du même type que le dispositif 20 précédemment décrit, couplé à une pompe à chaleur eau-eau 71 . Cette pompe à chaleur 71 permet de récupérer une partie des calories stockées dans le volume de liquide contenu dans l'enceinte du dispositif 70 et de les transférer au liquide du ballon tampon 2032.
Dans une autre variante, un système récupération d'énergie 7 pourrait être utilisé également pour récupérer une partie au moins des calories de l'air A vicié (avant passage dans l'échangeur thermique 5 ou en cas d'absence de mise en œuvre d'un d'échangeur thermique 5) pour les transférer au liquide contenu dans le ballon tampon 2032.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Installation pour la culture de microorganismes photosynthétiques, notamment de micro-algues, comportant un bassin de culture (1 ) destiné à contenir un milieu de culture nutritif liquide (M) contenant les microorganismes photosynthétiques, des moyens (12) de mise en circulation dans le bassin du milieu de culture nutritif liquide (M) contenant les microorganismes photosynthétiques, et des moyens de régulation de la température du milieu de culture nutritif liquide contenant les microorganismes photosynthétiques, caractérisé en ce que lesdits moyens de régulation de température (2) comportent des moyens (20) de production d'un flux d'air (F') qui a été chauffé et humidifié ou refroidi et déshumidifié et des moyens d'injection dans le milieu de culture nutritif liquide (M) de tout ou partie de ce flux d'air (F').
2. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle lesdits moyens (20) de production d'un flux d'air (F') sont aptes à recycler une partie de l'air au-dessus du bassin de culture (1 ). 3. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle lesdits moyens (20 ) de production d'un flux d'air (F') permettent le chauffage et humidification ou le refroidissement et la déshumidification dudit flux d'air (F'), avant son injection dans le milieu de culture nutritif liquide (M), par contact direct de ce flux d'air avec un liquide (L) dont la température est régulée.
4. Installation selon la revendication 3, dans laquelle lesdits moyens (20) de production d'un flux d'air (F') comportent
- une enceinte (200), qui contient un volume (V) de liquide dont la température (TiiqUide) est régulée, et qui comporte au moins une ouverture d'évacuation d'air (202) positionnée au-dessus de la surface (S) dudit volume (V) de liquide,
- des moyens aérauliques (2041 , 2042), qui permettent en fonctionnement d'introduire un flux d'air d'entrant (F) dans ledit volume (V) de liquide contenu dans l'enceinte, au-dessous de la surface (S) dudit volume (V) de liquide, et de telle sorte qu'un flux d'air
(F') sortant, traité par contact direct avec ledit volume de liquide (V), remonte à l'intérieur de l'enceinte (200) est évacué en dehors de ladite enceinte (200) en passant à travers l'ouverture d'évacuation (202) de l'enceinte.
5. Installation selon la revendication 4, dans laquelle la température du liquide (L) dans l'enceinte (200) est inférieure à la température de l'air au-dessus du bassin de culture (1 ). 6. Installation selon la revendication 4, dans laquelle la température du liquide (L) dans l'enceinte (200) est supérieure à la température de l'air au-dessus du bassin de culture (1 ).
Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des moyens (206) permettant l'extraction du milieu de culture (M) d'au moins une partie (A) d'air vicié après son passage dans le milieu de culture.
Installation selon la revendication 7, comportant des moyens (6) permettant d'injecter de l'air neuf (G ;G'), au-dessus du bassin de culture et/ou dans le milieu de culture nutritif liquide (M), et un échangeur thermique air-air (5) qui permet un échange thermique entre ladite partie (A) d'air vicié et ce flux d'air neuf (G), avant son injection au-dessus du bassin de culture (1 ) et/ou dans le milieu de culture nutritif liquide (M).
Installation selon la revendication 7 ou 8, comportant en outre un système de récupération d'énergie (7) qui permet de récupérer des calories dans ladite partie (A) d'air vicié ou le cas échéant dans la partie (Α') d'air vicié qui est passée dans l'échangeur thermique (5). 10. Installation selon la revendication 9, dans laquelle le système (7) de récupération d'énergie permet au moins en partie le chauffage ou le refroidissement du flux d'air (F'), et le cas échéant du liquide contenu dans l'enceinte (200). 1 1 . Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle tout ou partie dudit flux d'air (F') chauffé ou refroidi est réinjecté dans le milieu de culture nutritif liquide (M) contenant les microorganismes photosynthétiques de manière à participer à la mise en circulation, dans le bassin de culture (1 ), de ce milieu de culture nutritif liquide (M) contenant les microorganismes photosynthétiques.
12. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant une couverture rigide (3), laissant passer le rayonnement solaire et formant une toiture au-dessus du bassin de culture (1 ).
13. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant au moins une bâche (4), qui laisse passer le rayonnement solaire, et qui est mobile, et notamment rétractable ou enroulable, et permet de recouvrir tout ou partie de la surface du milieu de culture nutritif liquide (M) contenu dans le bassin de culture (1 ).
14. Installation pour la culture de microorganismes photosynthétiques, notamment de micro-algues, comportant un bassin de culture (1 ) destiné à contenir un milieu de culture nutritif liquide (M) contenant les microorganismes photosynthétiques, des moyens de mise en circulation dans le bassin du milieu de culture nutritif liquide (M) contenant les microorganismes photosynthétiques, et des moyens de régulation de la température du milieu de culture nutritif liquide contenant les microorganismes photosynthétiques, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre au moins une bâche (4), qui laisse passer le rayonnement solaire, et qui est mobile, et notamment rétractable ou enroulable, et permet de recouvrir tout ou partie de la surface du milieu de culture nutritif liquide (M) contenu dans le bassin de culture (1 ), en étant au contact de ce milieu de culture nutritif liquide (M). 15. Installation selon la revendication 14, dans laquelle lesdits moyens de régulation de température (2) comportent des moyens (20) de production d'un flux d'air (F') qui a été chauffé ou refroidi et des moyens d'injection dans le milieu de culture nutritif liquide (M) de tout ou partie de ce flux d'air (F') chauffé ou refroidi.
16. Installation selon la revendication 15, dans laquelle lesdits moyens (20) de production permettent la production d'un flux d'air (F') qui a été chauffé et humidifié ou refroidi et déshumidifié. 17. Installation selon l'une quelconque des revendications 15 ou 16, dans laquelle lesdits moyens (20) de production d'un flux d'air (F') qui a été chauffé ou refroidi sont aptes à recycler une partie de l'air au-dessus du bassin de culture (1 ). 18. Installation selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, dans laquelle lesdits moyens (20 ) de production d'un flux d'air (F') permettent le chauffage et humidification ou le refroidissement et la déshumidification dudit flux d'air (F'), avant son injection dans le milieu de culture nutritif liquide (M), par contact direct de ce flux d'air avec un liquide (L) dont la température est régulée.
19. Installation selon la revendication 18, dans laquelle lesdits moyens (20) de production d'un flux d'air (F') qui a été chauffé ou refroidi comportent
- une enceinte (200), qui contient un volume (V) de liquide dont la température (TiiqUide) est régulée, et qui comporte au moins une ouverture d'évacuation d'air (202) positionnée au-dessus de la surface (S) dudit volume (V) de liquide,
- des moyens aérauliques (2041 , 2042), qui permettent en fonctionnement d'introduire un flux d'air d'entrant (F) dans ledit volume (V) de liquide contenu dans l'enceinte, au-dessous de la surface (S) dudit volume (V) de liquide, et de telle sorte qu'un flux d'air
(F') sortant, traité par contact direct avec ledit volume de liquide (V), remonte à l'intérieur de l'enceinte (200) est évacué en dehors de ladite enceinte (200) en passant à travers l'ouverture d'évacuation (202) de l'enceinte.
20. Installation selon la revendication 19, dans laquelle la température du liquide (L) dans l'enceinte (200) est inférieure à la température de l'air au-dessus du bassin de culture (1 ) ou est supérieure à la température de l'air au-dessus du bassin de culture (1 ).
21 . Installation selon l'une quelconque des revendications 15 à 20, comportant des moyens (206) permettant l'extraction du milieu de culture (M) d'au moins une partie (A) d'air vicié après son passage dans le milieu de culture.
22. Installation selon la revendication 21 , comportant des moyens (6) permettant d'injecter de l'air neuf (G ;G'), au-dessus du bassin de culture et/ou dans le milieu de culture nutritif liquide (M), et un échangeur thermique air-air (5) qui permet un échange thermique entre ladite partie (A) d'air vicié et ce flux d'air neuf (G), avant son injection au-dessus du bassin de culture (1 ) et/ou dans le milieu de culture nutritif liquide (M).
23. Installation selon la revendication 21 ou 22, comportant en outre un système de récupération d'énergie (7) qui permet de récupérer des calories dans ladite partie (A) d'air vicié ou le cas échéant dans la partie (Α') d'air vicié qui est passée dans l'échangeur thermique (5), et de préférence qui permet au moins en partie le chauffage ou le refroidissement du flux d'air (F'), et le cas échéant du liquide contenu dans l'enceinte (200).
24. Installation selon l'une quelconque des revendications 15 à 23, dans laquelle tout ou partie dudit flux d'air (F') chauffé ou refroidi est réinjecté dans le milieu de culture nutritif liquide (M) contenant les microorganismes photosynthétiques de manière à participer à la mise en circulation, dans le bassin de culture (1 ), de ce milieu de culture nutritif liquide (M) contenant les microorganismes photosynthétiques.
25. Installation selon l'une quelconque des revendications 14 à 24 comportant une couverture rigide (3), laissant passer le rayonnement solaire et formant une toiture au-dessus du bassin de culture (1 ).
26. Utilisation de l'installation visée l'une quelconque des revendications précédentes, pour la culture de de microorganismes photosynthétiques, notamment de micro-algues.
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