FR2978159A1 - Photo-bioreacteur pour la production d'une solution algale concentree et dispositif d'exposition de la solution, en particulier pour un tel photo-bioreacteur - Google Patents

Abstract

Photo-bioréacteur pour la production en circuit fermé d'une solution algale concentrée comportant un récipient (3) contenant la solution algale (2), et un moyen d'exposition de la solution algale à la lumière ; le moyen d'exposition comprend au moins une manche (5) verticale réalisée en un matériau souple, transparent, résistant à la traction, cette manche étant suspendue à un support (10) et remplie d'un liquide (L) qui assure une forme cylindrique à cette manche, laquelle est en contact par sa paroi extérieure avec la solution algale.

Description

PHOTO-BIOREACTEUR POUR LA PRODUCTION D'UNE SOLUTION ALGALE CONCENTREE ET DISPOSITIF D'EXPOSITION DE LA SOLUTION, EN PARTICULIER POUR UN TEL PHOTO-BIOREACTEUR L'invention est relative à un photo-bioréacteur pour la production d'une solution algale concentrée, du genre de ceux qui comportent un récipient contenant la solution algale, et un moyen d'exposition de cette solution algale à la lumière. Le développement de la culture algale, en particulier micro-algale en vue d'obtenir un biocarburant photosynthétique ou des composés nutraceutiques issus de la biomasse algale, ne pourra être assuré à grande échelle qu'en réduisant significativement le coût des photo-bioréacteurs et de leur exploitation. En outre, la production algale n'est pas réservée aux seules régions chaudes et ensoleillées, et il faut envisager des solutions techniques permettant d'augmenter la production algale dans des pays situés aux latitudes des régions tempérées. DE 103 15 750 montre un photo-bioréacteur comportant des rangées de tubes verticaux transparents, dans lesquels passe la solution algale soumise au rayonnement lumineux qui traverse les tubes, ce qui permet la photosynthèse. D'autres photo-bioréacteurs utilisent des compartiments de différentes formes, séparés par des parois rigides, en particulier en polycarbonate ou autres matériaux monomère ou polymère. Ces matériaux sont coûteux et le délai de fabrication est long pour des pièces destinées à des applications industrielles de photo-bioréacteurs pouvant couvrir plusieurs dizaines d'hectares. De plus, ces matériaux sont inflammables et leur empreinte écologique est significative pour la fabrication et pour la déconstruction. Les photo-bioréacteurs aériens nécessitent une emprise foncière importante et une hauteur qui induit une prise au vent pénalisant la construction. Du fait de leur importante surface en contact avec l'air extérieur, les photo-bioréacteurs aériens sont très sensibles aux conditions climatiques, ce qui affecte leurs performances dans les régions froides, ventées ou trop chaudes. L'invention a pour but, surtout, de fournir un photo-bioréacteur économique aussi bien au niveau des investissements que des frais d'exploitation et dont la construction peut être réalisée en un délai réduit. Il est souhaitable que le photo-bioréacteur assure une production maximale de biomasse algale, cela quelles que soient la saison et la latitude du site.

L'invention vise aussi à proposer un photo-bioréacteur dont l'emprise foncière et la hauteur des installations sont réduites. Il est souhaitable également d'assurer une réduction de l'empreinte environnementale et des risques en cas de tempête et/ou d'incendie de provenance interne ou externe au site. Selon l'invention, un photo-bioréacteur pour la production en circuit fermé d'une solution algale concentrée comporte un récipient contenant la solution algale, et un moyen d'exposition de la solution algale à la lumière, et est caractérisé en ce que le moyen d'exposition comprend au moins une 1 o manche verticale réalisée en un matériau souple, transparent, résistant à la traction et la pression, cette manche étant suspendue à un support et remplie d'un liquide qui assure une forme cylindrique à cette manche, laquelle est en contact par sa paroi intérieure ou extérieure avec la solution algale. Le terme "transparent" utilisé dans la description et les 15 revendications désigne un matériau qui laisse passer la lumière, et ce terme doit être compris au sens large englobant un matériau translucide. Le récipient contenant la solution algale peut être constitué d'un bassin, en particulier couvert, rempli de solution algale, bassin dans lequel est immergée au moins une manche étanche transparente souple et remplie d'un 20 liquide, en particulier eau + additif (antigel, fluorescent, anti-mousse) transmettant et diffusant la lumière captée à l'extrémité supérieure de la manche, laquelle est fermée à son extrémité inférieure. En pratique, le bassin comporte une pluralité de manches étanches transparentes souples remplies d'un liquide, judicieusement réparties, transmettant et diffusant la lumière 25 captée dans tout le volume du bassin. Le bassin peut être de forme cylindrique ou rectangulaire ; il peut être aérien, enterré ou semi-enterré. Le bassin peut être réalisé en béton, ou en résine, ou en matériau souple avec structure externe, ou en éléments préfabriqués assemblés sur site 3o avec mise en place d'un revêtement intérieur. Les parois du bassin peuvent aussi être réalisées en une membrane transparente étanche, en particulier souple. Selon une autre possibilité de réalisation, le récipient contenant la solution algale peut être constitué par la manche transparente elle-même qui 35 contient, comme liquide, la solution algale exposée à la lumière qui traverse la paroi de la manche. Une exposition supplémentaire peut être assurée par la lumière captée à l'extrémité supérieure de la manche et dirigée vers la solution algale.

Une deuxième manche souple transparente, suspendue à un support, peut être immergée dans la première manche, la deuxième manche étant remplie d'un liquide, en particulier neutre à l'égard de la solution algale, propre à équilibrer la pression extérieure et maintenir sa forme cylindrique par la pression statique différentielle. Avantageusement, le photo-bioréacteur comporte, au-dessus de l'extrémité des manches souples prévues pour diffuser la lumière dans la solution algale, un concentrateur optique, en particulier une lentille ou un miroir, propre à concentrer la lumière sur l'entrée supérieure de la manche associée à 1 o ce concentrateur. Avantageusement, le concentrateur optique, en particulier la lentille, est monté orientable en angle d'inclinaison et en azimut afin de capter le maximum de rayonnement solaire au long de la journée, et quelque soit la saison. Le photo-bioréacteur peut comporter un dispositif interne passif de 15 transmission de la lumière du haut vers le bas permettant de filtrer les longueurs d'ondes d'intérêt pour la photosynthèse des micro-algues et limiter les échauffements locaux liés à la concentration de la lumière. Le photobioréacteur peut disposer d'un système de filtration des longueurs d'onde de la lumière (UV, IR) afin de limiter les effets d'échauffement locaux. 20 Le photo-bioréacteur peut comporter un brise-soleil amovible situé au dessus des lentilles ou un masque incorporé sur chacune d'elles pour réduire l'intensité lumineuse pendant les périodes les plus intenses. Les manches souples peuvent être fermées et lestées en partie inférieure. Dans le cas où les manches ne comportent pas de solution algale 25 mais un liquide différent, avantageusement la composition du liquide est neutre vis-à-vis de la solution algale afin d'éviter tout risque en cas de rupture accidentelle de la manche. Lorsque les manches sont immergées dans la solution algale, avantageusement, la hauteur de liquide dans les manches est supérieure à 30 celle de la solution algale afin d'assurer une pression hydrostatique différentielle pour le maintien de la forme de la manche sans contrainte sur la paroi souple. Le photo-bioréacteur comporte avantageusement, pour le remplacement des manches, un moyen d'aspiration du liquide interne de la manche en partie supérieure, laquelle manche vidée s'aplatit sous l'effet de la 35 pression externe. Un dispositif de remplacement des manches par enroulement sur un tambour, ou déroulement à partir de ce tambour, avec nettoyage automatisé des manches, est avantageusement prévu. Le photo-bioréacteur peut comporter un dispositif d'extraction de la solution algale en partie supérieure du récipient, notamment du bassin, et un retour dans le récipient en partie inférieure de l'eau après extraction des algues et filtration. Le photo-bioréacteur peut comporter, en partie inférieure du récipient, notamment du bassin, des moyens de distribution d'un gaz sous pression, en particulier du dioxyde de carbone (CO2), mélangé ou non avec de l'eau, assurant également l'agitation de la solution algale. Des moyens de capture et de recyclage d'une partie au moins des gaz qui s'échappent en haut du récipient sont avantageusement prévus. Le i o récipient, notamment le bassin, peut être calorifugé et comporte avantageusement un équipement thermique qui permet la régulation de la température de la solution algale à la valeur optimale de croissance. Le dispositif de chauffage ou de refroidissement du bassin peut être avantageusement constitué d'un échangeur eau/eau tubulaire ou à plaques 15 situé sur le retour de la solution algale après filtration ou une circulation d'eau tempérée qui circule à l'intérieur de l'eau des manches. Un moyen d'éclairage artificiel, en particulier au moins une diode électroluminescente ou LED, peut être prévu pour illuminer la solution algale pendant la nuit, ou pendant les périodes de faible intensité solaire et la nuit afin 20 de maintenir un métabolisme photosynthétique minimal. L'invention est également relative à un dispositif d'exposition à la lumière d'une solution algale, en particulier pour un photo-bioréacteur tel que défini précédemment, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une manche réalisée en un matériau souple transparent, résistant à la traction, cette manche 25 étant prévue pour être suspendue à un support et remplie d'un liquide qui lui assure une forme cylindrique, laquelle manche est en contact par sa paroi intérieure ou extérieure avec la solution algale. La manche peut être immergée dans une solution algale auquel cas elle est remplie d'un liquide transmettant et diffusant la lumière captée à 30 l'extrémité supérieure de la manche. Selon une autre possibilité, la manche souple constitue le récipient, et est remplie de solution algale qui est exposée à la lumière à travers la paroi de la manche. Une deuxième manche souple transparente interne, concentrique à la manche externe, suspendue à un support et remplie de 35 liquide, peut être immergée dans la première manche remplie de solution algale. L'invention est également relative à un photo-bioréacteur qui résulte de la transformation d'un bassin existant ouvert « open pond » en un photo- bioréacteur fermé présentant les caractéristiques décrites précédemment. Dans ce cas, les dispositifs décrits précédemment sont donc appliqués à des bassins existants ouverts « open ponds », qui sont transformés en photo-bioréacteurs fermés.

L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins : i o Fig. 1 est une coupe schématique verticale d'un photo-bioréacteur selon l'invention, dans lequel le récipient contenant la solution algale est formé par un bassin. Fig. 2 est une section horizontale suivant la ligne II-II de Fig. 1. Fig. 3 est un schéma, à plus grande échelle, d'une manche souple 15 verticale avec concentrateur optique en partie supérieure. Figs. 4 et 5 sont des sections verticales transversales, à plus petite échelle, de formes possibles pour le bassin du photo-bioréacteur. Fig. 6 est une coupe schématique, semblable à Fig. 1, illustrant le remplacement d'une manche souple. 20 Fig. 7 est une vue de dessus de deux cassettes respectivement sans les manches et avec les manches souples. Fig. 8 est une coupe verticale d'une manche souple formant récipient pour la solution algale, à l'intérieur de laquelle est disposée une deuxième manche souple et 25 Fig. 9 montre, semblablement à Fig. 8, l'ensemble des deux manches, alors que celle formant récipient a été vidée en partie de solution algale. En se reportant à Fig. 1 des dessins, on peut voir un photobioréacteur 1, désigné par la suite par l'abréviation PBR, pour la production 30 d'une solution algale 2 concentrée. Le PBR comporte un récipient 3 contenant la solution algale et un moyen 4 d'exposition à la lumière de cette solution algale. Selon l'invention, le moyen d'exposition 4 comprend au moins une manche 5 verticale réalisée en un matériau souple transparent, résistant à la 35 traction. Cette manche 5 est suspendue à un support 6 et est remplie d'un liquide L qui assure une forme cylindrique à cette manche. La manche souple 5 est avantageusement réalisée en un matériau résistant aux ultraviolets, notamment en polyéthylène téréphtalate, en particulier en un matériau connu sous la marque déposée Mylare, ou matériau équivalent. La manche peut être obtenue en enroulant une portion rectangulaire de feuille et en assemblant les deux bords parallèles par collage ou soudage. L'extrémité inférieure de la manche est fermée tandis que l'extrémité supérieure reste ouverte pour être fixée, sur sa périphérie, au support 6. La fixation de la manche 5 au support 6 peut être réalisée comme illustrée sur Fig. 3 en prévoyant, dans le support 6, pour chaque manche une ouverture 7 tronconique, diminuant de section de haut en bas. Le bord supérieur de la manche 5 est coincé contre la paroi tronconique de l'ouverture 7 par un bouchon 8 lui-même tronconique, conjugué de l'ouverture 7, et réalisé en matière transparente. La fixation des manches 5 sur la couverture supérieure 10 des réacteurs pourrait être assurée de manière différente, en particulier par des brides au lieu de la retenue par des pièces coniques emboîtées. Il n'est pas nécessaire d'assurer une étanchéité totale au niveau de cette fixation car il n'y a pas de contact entre la solution algale et l'eau située à l'intérieur des manches immergées 5. Selon le mode de réalisation de Fig. 1, le récipient 3 est constitué d'un bassin 9, rempli de solution algale 2. Une pluralité de manches transparentes souples 5, remplies de liquide L, sont immergées dans la solution algale 2 et sont judicieusement réparties pour transmettre et diffuser la lumière, captée à l'extrémité supérieure des manches 5, dans tout le bassin 9 et la solution 2. Le bassin 9 est de préférence fermé en partie supérieure par une paroi 10 faisant office de support 6 pour la suspension des manches 5. Selon cette réalisation, le liquide L qui remplit les manches 5 a pour principale fonction de transmettre et de diffuser la lumière captée, et est constitué en particulier d'eau + un additif (l'additif peut être de l'antigel, ou un produit fluorescent ou antiseptique, ou un produit anti-mousse). L'extrémité inférieure fermée des manches 5 est de préférence équipée d'un lest 11 (Fig. 3). Ce lest 11 permet, lors de l'introduction de manches vides dans la solution algale 2, d'éviter qu'elles ne flottent, ce qui rendrait difficile leur remplissage ultérieur avec de l'eau. Le lest peut être formé d'une tige ou d'une bille en matériau lourd, métal ou minéral.

Les manches 5 sont en contact, par leur paroi extérieure, avec la solution algale 2 qui remplit le bassin. Le bassin 9 peut être de forme carrée ou rectangulaire comme illustré sur Fig. 2, ou de forme cylindrique à section droite circulaire (non représenté). Le bassin 9 peut être aérien comme illustré sur Fig. 1, auquel cas des hublots 12 peuvent être prévus dans les parois pour compléter l'exposition à la lumière de la solution algale 2. Le bassin 9 peut aussi être semi-enterré ou enterré. Le bassin peut également être réalisé en éléments préfabriqués en usine et assemblés sur site avec un revêtement d'étanchéité (liner) du type utilisé dans les piscines. La section transversale verticale 13 du bassin peut être rectangulaire comme illustré sur Fig. 4, avec un toit plat. En variante, comme illustré sur Fig. 5, la section peut présenter une partie inférieure de forme trapézoïdale. i o Dans le cas d'un bassin aérien ou semi-enterré, les parois peuvent aussi être réalisées en une membrane étanche transparente, en particulier flexible, contribuant à l'exposition de la solution algale à la lumière. L'augmentation de la luminosité à l'intérieur des manches 5 peut être obtenue en prévoyant un concentrateur optique 15 de lumière au-dessus de 15 chaque manche ou couvrant tout ou partie du réacteur pour concentrer la lumière sur l'entrée supérieure de la manche associée. Le concentrateur 15 comporte avantageusement une lentille 16 placée au-dessus de chaque manche 5. Les lentilles 16 concentrent et focalisent les rayons lumineux à l'entrée supérieure des manches 5. Les lentilles 16 peuvent être fixes, inclinées 20 orientées comme les panneaux solaires de préférence au Sud, Sud Ouest ou Sud Est, ou peuvent être orientables en angle d'inclinaison et en azimut afin de capter le maximum de rayonnement solaire tout au long de la journée. Dans le cas où les parois du bassin 9 comportent des hublots 12, ou sont transparentes, on peut prévoir des concentrateurs de lumière autour des 25 parois du bassin pour concentrer la lumière sur ces parois transparentes. Les concentrateurs de lumière peuvent mettre en oeuvre non seulement des lentilles mais également des miroirs, généralement des miroirs concaves. Un brise-soleil 17 (Fig. 3) peut être prévu pour réduire l'intensité 30 lumineuse pendant les périodes les plus intenses. La composition du liquide L qui remplit les manches 5 est neutre vis-à-vis de la solution algale afin d'éviter tout risque en cas de rupture accidentelle. Le liquide L, dans le cas de la réalisation de Fig.1 est essentiellement de l'eau avec un additif éventuel, cet additif pouvant être de 35 l'antigel, ou un antiseptique, ou un produit fluorescent. La hauteur h5 du liquide dans les manches 5 est légèrement supérieure à celle h2 (Fig. 1) de la solution algale dans le bassin, afin d'assurer une pression hydrostatique différentielle (h5 - h2) qui maintient la forme cylindrique sans contrainte sur la paroi souple des manches 5. En se reportant à Fig. 6, on peut voir une opération de vidange d'une manche 5.1 en vue de son remplacement et la mise en place d'une autre manche 5.2.

La manche 5.1 que l'on souhaite retirer est reliée, par son extrémité supérieure, à une conduite 18 branchée à l'entrée d'un moyen d'aspiration 19 du liquide situé à l'intérieur de la manche 5.1. Le moyen d'aspiration 19 est constitué généralement par une pompe. Pour le raccordement de la manche 5.1 à la conduite 18, le bouchon 8 (Fig. 3) est retiré et la manche est reliée à, et supportée par, la conduite de vidange par aspiration18. La pression externe exercée par la solution algale 2 comprime la manche 5.1 qui s'aplatit et qui, après déconnexion de la conduite d'aspiration 18, est retirée du bassin 9. Un dispositif de remplacement 20 des manches, par enroulement, est prévu au-dessus du bassin 9. Ce dispositif 20 comprend un tambour d'enroulement rotatif 21 monté mobile en translation au-dessus du bassin 9 en étant supporté par un rail 22. Des organes de nettoyage, notamment des brosses rotatives 23, sont prévus pour se déplacer en translation avec le tambour 21 et pour déterminer un interstice de passage vertical pour la manche aplatie 5.2 qui est nettoyée par ces brosses 23 lorsqu'elle est retirée de la solution algale. Le dispositif 20 permet, par déroulement, de mettre en place une nouvelle manche aplatie dans la solution algale 2 en remplacement de celle qui a été retirée. La longueur des manches 5 correspond à la hauteur du bassin 9. Dans le cas d'un bassin aérien, la hauteur du bassin pourrait être du même ordre que celle des digesteurs. Toutefois, il existe une limite économique, et le rapport entre la surface projetée et le volume de solution algale doit être respecté pour optimiser la production de biomasse. De plus, la géométrie dépend de la surface disponible au sol. Il y a donc un optimum économique hauteur-surface. A titre non limitatif, on peut indiquer que la hauteur du bassin 9 peut varier de 1 m à 8 m et plus. Les dimensions de la section horizontale sont limitées essentiellement pour des raisons de construction. En général, pour des bassins rectangulaires ou circulaires, c'est la portée qui limite la largeur ou le diamètre, sauf à placer des poteaux intermédiaires dans le bassin ou de le cloisonner en sections. Plusieurs manches 5 sur une ou plusieurs rangées peuvent être fixées sur des cassettes 24 (Fig. 7) et mises en place ou retirées en une seule opération. Dans la réalisation illustrée sur Fig. 7, dix manches 5 sont fixées sur une même cassette 24. Sur cette même figure 7, une autre cassette 24.1 a été représentée, sans être équipée des manches. Une conduite 25 (Fig.1) d'extraction de la solution algale est prévue en partie supérieure du bassin, afin de bénéficier de la concentration plus importante en algues. Après extraction et filtration, le retour de l'eau est assuré en partie basse par une conduite 26. Les nutriments pour le développement des algues peuvent être injectés dans l'eau de retour. Le procédé d'extraction de la biomasse dans la solution algale des photo-bioréacteurs est continu et, comme il ne nécessite pas un stockage i o intermédiaire dans des réservoirs de ce fait, il n'est pas nécessaire de prévoir l'ultrafiltration avec des membranes pour éviter le développement intempestif des algues dans les réservoirs. Le PBR comporte, en partie inférieure du bassin 9, des moyens 27 de distribution d'un gaz sous pression, en particulier de dioxyde de carbone 15 (CO2) mélangé ou non avec de l'air favorable au développement des algues, et assurant l'agitation de la solution algale 2. Les moyens de distribution 27 sont constitués par des rampes permettant d'insuffler le gaz, comme illustré par des flèches F, dans les espaces compris entre les manches 5. Les moyens de distribution 27 sont raccordés à la sortie d'un surpresseur 28, rotatif, à piston ou 20 à vis, par une conduite 29. La distribution du dioxyde de carbone (CO2) assure l'agitation et l'homogénéité de la solution algale dans le bassin 9. Il est possible de capter et de recycler une partie des gaz qui s'échappent de la partie supérieure du bassin afin de mieux épuiser le dioxyde de carbone (CO2). Pour cela, le PBR comporte en outre des moyens de 25 capture de gaz 30 formés par une conduite débouchant en partie haute du bassin 9, au-dessus de la solution algale, dans le ciel gazeux surmontant cette solution. Ces moyens de capture sont reliés à l'aspiration d'un ventilateur 31 qui refoule les gaz dans une conduite 32, notamment vers l'atmosphère. Un recyclage d'une partie de ces gaz peut être prévu grâce à un piquage 33 sur la 3o conduite 32, ce piquage étant relié à l'aspiration du surpresseur 28. Le bassin 9 est calorifugé afin de réduire les déperditions calorifiques. Une régulation de la température de la solution algale est avantageusement prévue à l'aide d'un dispositif de réchauffage et/ou de refroidissement (non représenté) de l'eau introduite par la conduite 26 dans le 35 bassin après filtration, ce qui permet de maintenir des conditions optimales de croissance des algues et micro-algues. La couverture 10 de fermeture du bassin est également calorifugée. Fig. 8 illustre une autre réalisation possible du PBR. La solution algale 2 est disposée à l'intérieur de la manche souple 5 suspendue et est exposée à la lumière à travers la paroi de la manche. Dans ce cas, la paroi intérieure de la manche 5 est en contact avec la solution algale, tandis que la paroi extérieure de la manche 5 est en contact avec l'air. La solution algale 2 est extraite de la manche 5 par pompage. Une deuxième manche souple 5a, de diamètre inférieur à celui de la manche 5, et suspendue à un support non représenté sur Fig. 8, est immergée dans la solution algale de la première manche. La deuxième manche 5a est remplie de liquide neutre L permettant d'équilibrer la pression extérieure. Le i o niveau de liquide dans la deuxième manche 5a est supérieur à celui de la solution algale dans la manche 5 pour maintenir une pression hydrostatique différentielle comme exposé à propos de Fig. 1. Pour l'extraction des algues, la solution est pompée de la chambre 5 sensiblement sur une moitié de la hauteur de cette chambre comme illustré sur 15 Fig.9, et filtrée. L'eau est renvoyée dans la manche 5 autour de la manche 5a. Une régulation thermique de la solution algale peut être mise en place par un échange calorifique avec une circulation du liquide dans la chambre 5a avec régulation de température (eau chaude ou froide). Dans ce cas, l'extrémité inférieure de la manche 5a est ouverte et raccordée à un circuit 20 de liquide dans lequel est installé un dispositif de chauffage/refroidissement (non représenté) du liquide qui est renvoyé en partie supérieure de la deuxième manche 5a. Comme exposé à propos des manches 5 du bassin 9, il est possible de prévoir un dispositif concentrateur de lumière au-dessus de l'extrémité 25 supérieure de la deuxième manche 5a, pour accroître l'intensité de la lumière sur cette extrémité. La lumière recueillie est transmise et diffusée par le liquide L dans la solution algale 2 depuis l'intérieur, radialement. Cette exposition s'ajoute à celle obtenue depuis l'extérieur à travers la paroi de la manche 5. La mise en place et le retrait de la deuxième membrane 5a peut 3o s'effectuer comme exposé à propos de Fig. 6. Le fonctionnement du PBR selon l'invention résulte des explications qui précèdent. La solution algale 2 exposée à la lumière : - soit depuis l'intérieur selon la réalisation des Fig. 1-6 et aussi, le cas échéant, depuis l'extérieur grâce à des hublots 12 ou à une paroi transparente, 35 - soit depuis l'extérieur selon la réalisation des Fig. 8 et 9 et aussi, le cas échéant, depuis l'intérieur grâce à une deuxième manche 5a, permet la croissance et le développement d'algues qui sont ensuite récupérées, notamment pour la production de biocarburants.

2978159 Il L'invention présente de nombreux avantages : - production spécifique au mètre carré de surface de PBR très importante ; - emprise foncière au sol réduite, entraînant une disponibilité et l'achat du terrain ; 5 - des investissements relativement faibles par rapport aux PBR construits en polycarbonate rigide ou en verre ; - pas de nécessité de prévoir une ultrafiltration de l'eau de retour après séparation car elle n'est pas stockée dans des réservoirs du fait de l'extraction continue de la biomasse; - simplicité et rapidité pour le remplacement et le nettoyage des manches ; - production continue indépendante des conditions climatiques (très peu de déperdition calorifique statique, ni d'évaporation) ; - peu de consommation d'eau du procédé, uniquement l'eau intra-cellulaire contenue dans la biomasse extraite, - l'éclairage artificiel pendant la nuit permet d'augmenter la production en évitant un retour à un métabolisme purement respiratoire; - pas de risque d'inhibition ni de saturation photosynthétique ; - éléments de fabrication simples et faciles à mettre en oeuvre ; - pas de risque pour un événement exceptionnel (notamment tempête), ni d'incendie des réacteurs ; - empreintes carbone lors de la construction et de la déconstruction faibles ; - hauteur maximale du PBR pouvant être réduite selon les règles d'urbanisme locales ; - rapidité de fabrication et de construction ; - possibilités de traiter les effluents gazeux si nécessaire ou de les recycler pour optimiser la consommation de dioxyde de carbone (CO2). La réalisation de manches 5 selon l'invention est beaucoup moins coûteuse que la production de tubes transparents rigides en matière plastique.

Claims (23)

1. REVENDICATIONS1. Photo-bioréacteur pour la production en circuit fermé d'une solution algale concentrée comportant un récipient (3) contenant la solution algale (2), et un moyen d'exposition de la solution algale à la lumière, caractérisé en ce que le moyen d'exposition comprend au moins une manche (5) verticale réalisée en un matériau souple, transparent, résistant à la traction et la pression, cette manche étant suspendue à un support (10) et remplie d'un liquide (L,
2. 2) qui assure une forme cylindrique à cette manche, laquelle est en contact par sa paroi intérieure ou extérieure avec la solution algale. 2. Photo-bioréacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récipient (3) contenant la solution algale est constitué d'un bassin (9), en particulier couvert, rempli de solution algale, bassin dans lequel sont immergées une pluralité de manches (5) étanches, transparentes souples remplies de liquide (L), judicieusement réparties, transmettant et diffusant dans tout le bassin la lumière captée à l'extrémité supérieure des manches, lesquelles sont fermées à leur extrémité inférieure.
3. 3. Photo-bioréacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bassin est réalisé en béton, ou en résine, ou en matériau souple avec structure externe ou en éléments préfabriqués assemblés sur site avec mise en place d'un revêtement intérieur.
4. 4. Photo-bioréacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les parois du bassin sont réalisées en une membrane transparente, en particulier souple.
5. 5. Photo-bioréacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récipient (3) contenant la solution algale (2) est constitué par la manche (5) transparente elle-même qui contient, comme liquide, la solution algale (2) exposée à la lumière qui traverse la paroi de la manche.
6. 6. Photo-bioréacteur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une deuxième manche (5a) souple transparente, suspendue à un support, est immergée dans la première manche, la deuxième manche (5a) étant remplie d'un liquide propre à équilibrer la pression extérieure pour maintenir sa forme cylindrique.
7. 7. Photo-bioréacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, au-dessus de l'extrémité des manches souples (5) prévues pour diffuser la lumière dans la solution algale, un concentrateur optique (15), en particulier une lentille (16) ou un miroir, propre à concentrer la lumière sur l'entrée supérieure de la manche associée à ce concentrateur.
8. 8. Photo-bioréacteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le concentrateur optique (15), en particulier la lentille (16), est monté orientable en angle d'inclinaison et en azimut afin de capter le maximum de rayonnement 1 o solaire au long de la journée et quelque soit la saison
9. 9. Photo-bioréacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un système de filtration des longueurs d'onde de la lumière (UV, IR) afin de limiter les effets d'échauffement locaux.
10. 10. Photo-bioréacteur selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte un brise-soleil (17) pour réduire l'intensité lumineuse pendant les périodes ensoleillées les plus intenses. 20
11. 11. Photo-bioréacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les manches souples (5) sont fermées et lestées (11) en partie inférieure.
12. 12. Photo-bioréacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce que, dans le cas où les manches ne comportent pas de solution algale mais un liquide différent (L), la composition du liquide est neutre vis-à-vis de la solution algale afin d'éviter tout risque en cas de rupture accidentelle de la manche. 30
13. 13. Photo-bioréacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsque les manches sont immergées dans la solution algale, la hauteur de liquide (h5) dans les manches est supérieure à celle (h2) de la solution algale afin d'assurer une pression hydrostatique différentielle pour le maintien de la forme de la manche sans contrainte sur la paroi souple. 35
14. 14. Photo-bioréacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, pour le remplacement des manches, un moyen d'aspiration (18,19) du liquide interne de la manche en partie 15supérieure, laquelle manche vidée s'aplatit sous l'effet de la pression externe, et un dispositif de remplacement (20) des manches par enroulement sur un tambour (21), ou déroulement à partir de ce tambour, avec nettoyage automatisé (23) des manches.
15. 15. Photo-bioréacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (25) d'extraction de la solution algale en partie supérieure du récipient (3), notamment du bassin (9), et un retour (26) dans le récipient en partie inférieure de l'eau après extraction des 1 o algues et filtration.
16. 16. Photo-bioréacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, en partie inférieure du récipient (3), des moyens de distribution (27) d'un gaz sous pression, en particulier du dioxyde de 15 carbone (CO2) mélangé ou non avec de l'air, assurant l'agitation de la solution algale.
17. 17. Photo-bioréacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de capture et de recyclage (30, 20 31,33) d'une partie au moins des gaz qui s'échappent en haut du récipient (3).
18. 18. Photo-bioréacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le récipient (3) est calorifugé et comporte avantageusement une régulation de température de la solution algale (2).
19. 19. Photo-bioréacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' un moyen d'éclairage artificiel, en particulier au moins une diode électroluminescente ou LED, est prévu pour illuminer la solution algale pendant la nuit, ou pendant les périodes de faible intensité solaire. 30
20. 20. Dispositif d'exposition à la lumière d'une solution algale, en particulier pour un photo-bioréacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une manche (5) réalisée en un matériau souple transparent, résistant à la traction, cette manche étant prévue 35 pour être suspendue à un support et remplie d'un liquide qui lui assure une forme cylindrique, laquelle manche est en contact par sa paroi intérieure ou extérieure avec la solution algale. 25
21. 21. Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que la manche (5) est remplie de solution algale (2) qui est exposée à la lumière à travers la paroi de la manche.
22. 22. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'une deuxième manche souple transparente interne (5a), concentrique à la manche externe suspendue à un support et remplie de liquide (L), est immergée dans la première manche (5) remplie de solution algale.
23. 23. Photo-bioréacteur caractérisé en ce qu'il résulte de la transformation d'un bassin existant ouvert « open pond » en un photo-bioréacteur fermé selon l'une quelconque des revendications 1 à 19.