DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

L’invention se situe dans le domaine des photobioréacteurs.

Plus particulièrement, l’invention concerne un photobioréacteur de production intensive, adapté pour éviter une réduction de la diffusion de la lumière vers la solution algale disposée dans le photobioréacteur.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Les micro-organismes photosynthétiques de type micro-algues tendent à s’imposer dans de nombreux secteurs applicatifs. Les micro organismes photosynthétiques sont ainsi utilisés pour la production solaire de bioénergies, la production de molécules naturelles d’intérêt ou bien encore la dépollution d’effluents gazeux (par exemple le C0 ₂ issus de fumées) ou liquides avec la production associée d’une biomasse végétale aux débouchés multiples (PRUVOST, Jérémy et CORNET, Jean-François et LE BORGNE, François et JENCK, Jean, 10 février 2017, « Production industrielle de microalgues et de cyanobactéries », Chimie verte et nouvelle gestion de l'énergie, en ligne, Editions T.I., 2017.

En ce qui concerne les technologies de dépollution d’un gaz en C0 ₂ , on parle de puits de carbone ou puits à dioxyde de carbone (C0 ₂ ) : il s’agit d’un réservoir, naturel ou artificiel, qui absorbe le carbone de l’atmosphère et contribue à diminuer la quantité de dioxyde de carbone atmosphérique. Les micro-organismes photosynthétiques de type micro-algues sont particulièrement intéressant pour cette application.

La production industrielle des micro-organismes photosynthétiques nécessite des technologies dédiées permettant de conduire des procédés de culture dits photo-procédés aptes à permettre la croissance photosynthétique basée sur l’assimilation, grâce à de la lumière captée, de nutriments inorganiques et minéraux. Selon les contraintes et objectifs d’exploitation, le procédé de culture peut être conduit en utilisant un large panel de solutions technologiques allant des systèmes ouverts (type bassins ouverts, par exemple des étangs peu profonds exposés à la lumière du soleil) aux systèmes fermés et en utilisant soit l’énergie solaire, soit une source artificielle de lumière. On parle de manière générique de photobioréacteurs.

Les photobioréacteurs doivent permettre de réaliser de fortes productivités de micro-organismes photosynthétiques. Il s’agit donc d’optimiser leurs fonctionnements pour en maximiser les performances.

Les systèmes ouverts ont un inconvénient majeur d’être sujets aux contaminations par la poussière, d’autres micro-organismes, les insectes et les polluants environnementaux. De plus, il s’avère difficile de contrôler les procédés dans des bassins ouverts.

Les systèmes fermés comprennent généralement de longs tuyaux formant un circuit développé pour permettre une exposition maximale d’une solution algale s’écoulant dans les tuyaux à la lumière. Ils permettent aussi la mise en place d’une fine couche de culture en suspension alliée à une pureté biologique afin de cultiver les micro-organismes de la meilleure manière. De nombreux systèmes aux formes et fonctions différentes ont été développés avec pour objectif d’être rentable à l’échelle industrielle.

Les photobioréacteurs sont cependant sujets à de nombreux évènements météorologiques. Par exemple, la lumière naturelle du soleil n’est pas disponible durant la nuit ou ne serait pas suffisante durant des évènements météorologiques tels qu’un ciel nuageux. De plus, la lumière naturelle n’est pas suffisante pour établir une culture de micro-algues intensive. D’autres sources de lumières ont été utilisées pour surmonter ces inconvénients.

En outre, il faut gérer le nettoyage des tuyaux, en fonction des matériaux utilisés, et en fonction des micro-organismes générés, et ce, afin de permettre à la lumière d’être diffusée correctement dans le temps. A titre d’exemple, le brevet US495251 1 décrit un photobioréacteur pour la culture de microorganismes photosynthétiques qui utilise un réservoir de lumière ou cavité lumineuse pour distribuer une lumière de haute intensité et de manière uniforme dans une cuve comprenant des compartiment de culture du liquide microbien. Afin d’atteindre un tel objectif, le compartiment de lumière doit avoir au moins un mur transparent comportant une partie s’étendant dans la cuve.

Un photobioréacteur tel que décrit dans le brevet US4952511 est conçu pour diffuser la lumière dans le liquide microbien et la diffusion de la lumière à l’intérieur de la cuve peut ainsi être optimisée en diminuant l’épaisseur des parois des cuves de culture.

A l’inverse, une épaisseur importante des parois de la cuve a pour effet de diminuer l’intensité de la lumière.

En outre, une valeur de turbidité élevée, traduisant une solution algale trouble, ainsi qu’une concentration élevée en matière organique et/ou en micro-organismes dans la culture algale ont pour effet de diminuer l’intensité de la lumière.

Une solution simple pour maintenir une diffusion dans les conditions défavorables présentées ci-dessus serait d’augmenter l’intensité lumineuse, au-delà de l’intensité lumineuse nécessaire dans une solution limpide, de manière à maintenir une absorption favorable pour les micro-organismes phototrophes. Ainsi l’intensité lumineuse doit être suffisante même après son atténuation à travers l’épaisseur de la cuve, et/ou après avoir traversé une distance donnée dans solution trouble, concentrée en matière organique et/ou en micro-organismes.

Un inconvénient d’une telle solution est qu’elle risque de se faire au détriment de la rentabilité du système (il faut dépenser davantage d’énergie lumineuse).

En outre, elle risque de brûler les algues flottantes, notamment les algues situées au plus près de la paroi (moins l’émission lumineuse a traversé une distance dans la solution, plus elle est intense, cela a pour inconvénient de traiter la solution de manière non homogène) et/ou les faire précipiter. De tels phénomènes sont contre-productifs car les algues brûlées et/ou précipitées ne participent pas au développement du système : en effet, elles ne consomment pas les apports en nutriments, ne les métabolisent pas. Elles participent également à rendre l’eau plus trouble et peuvent s’agréger dans le système, risquant ainsi de boucher tout ou partie du réacteur.

A l’inverse, une intensité lumineuse insuffisante a tendance à attirer les algues aux parois des tuyaux ou cuves, bloquant encore plus l’accès de la lumière au-delà d’une couche formée à-même la paroi interne des cuves.

En outre, lorsque la densité algale au sein de la solution augmente, elle diminue de fait la distance de pénétration de la lumière au sein du réacteur, et donc la période d’intensité lumineuse à laquelle sont soumises les algues.

Il s’agit donc de trouver une solution pour soumettre une intensité lumineuse optimale et homogène à la solution algale, et ce, quelque soit sa turbidité, sa densité algale et sa concentration en matière organique et/ou en autres micro-organismes.

Le brevet européen EP1 169428 divulgue un photobioréacteur avec une surface d’échange améliorée amenant à une meilleure distribution spatiale de la lumière dans le réacteur et ainsi une optimisation de l’intensité de la lumière dans le réacteur. Ainsi, le sujet de l’invention du brevet EP1 169428 est une cuve de section transversale rectangulaire présentant une surface d’échange plus importante qu’une cuve de section transversale circulaire. Le brevet concerne également un moyen de guidage de flux turbulent, permettant un « effet de lumière flash » obtenu par l’augmentation de la turbulence. Cet effet est basé sur le principe que les cellules algales peuvent, pendant les phases sombres, métaboliser l’énergie qu’elles ont accumulé pendant les phases lumineuses. Cet effet est créé lorsque les cellules algales sont exposées à une importante intensité lumineuse et à courte distance des parois du réacteur lors de la phase lumineuse. Un cycle comprenant une phase lumineuse et une phase sombre doit être au plus de une seconde.

Cependant, un tel photobioréacteur mènera à une augmentation rapide et probablement hétérogène dans ledit réacteur de la densité algale en raison de la forte disponibilité en lumière. Ainsi, la diffusion de la lumière dans la culture algale sera affectée par la création de zones sombres au centre de la cuve de culture et la croissance algale sera in fine diminuée.

Le manque de disponibilité de lumière pour les algues crée donc des phénomènes qui risquent d’accentuer encore davantage le manque de disponibilité, créant ainsi un cercle vicieux.

En particulier dans un réacteur de production intensive, la croissance algale est forte et induit une augmentation de la densité algale. Cette dernière augmentation a pour conséquence de diminuer la diffusion de la lumière dans le milieu, conséquence qui induit à son tour des zones d’ombre où la croissance algale sera réduite. Ces zones d’ombre vont entraîner à leur tour une attraction des algues pour les parois plus éclairées des cuves, ce qui réduit les surfaces d’échange et réduit à nouveau la diffusion de la lumière. De plus, les algues subissent un stress par manque de lumière, affectant la rentabilité du système.

Il existe ainsi le besoin d’un photobioréacteur qui surmonte ces inconvénients, tout en permettant une production intensive, un dispositif qui évite la diminution de la croissance algale résultant de la réduction de la diffusion de la lumière, et/ou d’une densité algale croissante, et/ou de l’attirance des algues pour les parois des cuves.

Il est notamment recherché un photobioréacteur permettant une diffusion de la lumière vers le liquide algal qu’il contient la plus uniforme possible. EXPOSE DE L’INVENTION

Un objet de l’invention permettant d’atteindre ce but est un photobioréacteur apte à contenir au moins un fluide, caractérisé en ce qu’il comprend :

un premier récipient s’étendant selon une première direction longitudinale ;

un second récipient s’étendant selon une seconde direction longitudinale ;

le second récipient s’étendant à l’intérieur du premier récipient, de manière à délimiter un premier canal entre une surface latérale intérieure du premier récipient et une surface latérale extérieure du second récipient; et formant un second canal à l’intérieur dudit second récipient ;

au moins un premier moyen de passage apte à permettre la circulation du fluide entre le premier canal et le second canal ;

au moins un second moyen de passage apte à permettre la circulation du fluide entre le premier canal et le second canal, et disposé au- dessus du au moins un premier moyen de passage ;

au moins une source de lumière ;

un moyen d’injection de gaz, configuré de manière à injecter du gaz sous forme de bulles dans le second canal ;

les premier et second récipients, les premier et second moyens de passage et le moyen d’injection étant configurés de manière à permettre une circulation du fluide dans le photobioréacteur entre le premier canal et le second canal, et le fluide en circulation étant apte à être exposé à la au moins une source de lumière.

Il peut y avoir plus d’un second récipient : dans ce cas, il y a plus d’un second canal, et le premier canal est formé par l’espace compris entre la surface latérale intérieure du premier récipient et les surfaces latérales extérieures des seconds récipients. Dans l'ensemble de la présente demande, les premier et second récipients s’étendent respectivement selon une première et seconde directions longitudinales.

Dans l'ensemble de la présente demande, les termes « inférieur », « supérieur », « vertical », « horizontal », « en-dessous » et « au-dessus » sont à comprendre en prenant comme référence une direction longitudinale verticale, étant entendu que chaque direction longitudinale peut ne pas être verticale, mais être horizontale ou inclinée selon un autre angle.

Dans l'ensemble de la présente demande également :

• Par « récipient », on entend un objet creux destiné à recevoir des produits solides, liquides ou gazeux, délimité par au moins une surface latérale. L’objet peut ne pas avoir de fermeture inférieure et/ou supérieure ;

• Un « premier moyen de passage » peut également être nommé « moyen de passage inférieur » ;

• Un « second moyen de passage » peut également être nommé « moyen de passage supérieur » ;

• Par « surface latérale extérieure » (ou « surface latérale intérieure »), on entend la surface s’étendant selon la direction longitudinale et délimitant un objet sur sa périphérie la plus extérieure, (ou sur sa périphérie la plus intérieure). Si l’objet comprend plusieurs parois, la surface latérale extérieure sera la surface extérieure de la paroi excentrée, et la surface latérale intérieure sera la surface intérieure de la paroi la plus centrée. Les termes « intérieur » et « extérieur » doivent se comprendre en relation avec une direction radiale, par rapport à la direction longitudinale ;

• Par « couronne circonférentielle », on entend une couronne disposée sur une circonférence d’un récipient, de préférence cylindrique ;

• Par « créneau », on entend un ensemble de segments horizontaux, alternativement bas et hauts, raccordées par des segments verticaux, les segments bas formant des pleins (ou protubérances) et les segments hauts formant des vides (ou dépressions) ; • Par « partie inférieure », il faut comprendre la partie d’un élément comprenant l’extrémité inférieure dudit élément et pouvant s’étendre au-dessus de ladite extrémité inférieure ;

• Par « partie supérieure », il faut comprendre la partie d’un élément comprenant l’extrémité supérieure dudit élément et pouvant s’étendre en-dessous de ladite extrémité supérieure ;

• Par « canal », on entend une forme creuse apte à autoriser et guider l’écoulement d’un fluide ;

• Par sensiblement circulaire, on entend une courbe fermée définissant pratiquement un cercle de rayon r, avec un écart-type sur le rayon de +/- 10 % du rayon.

Le fluide contient des micro-organismes, par exemple des micro algues. Il peut s’agir également d’un mélange de fluide et de solides. En outre, le fluide peut être mélangé au gaz injecté ou au mélange gaz/solide injecté.

Les inventeurs ont pu mettre en valeur un effet technique important de l’invention qui permet d’améliorer l’exposition des micro-organismes (par exemple les micro-algues) à la lumière : les bulles injectées et circulant avec le fluide diffractent la lumière qu’elles reçoivent, la lumière est ainsi mieux répartie à l’intérieur du photobioréacteur.

Ainsi, le photobioréacteur selon l’invention permet de résoudre le problème de permettre une production intensive, tout en évitant la diminution de la croissance algale résultant de la réduction de la diffusion de la lumière, et/ou d’une densité algale croissante, et/ou de l’attirance des algues pour les parois des cuves.

En d’autres termes, la circulation du fluide et des bulles qui entraînent le fluide, couplé avec la diffusion d’une source de lumière, permet d’augmenter l’exposition des micro-algues à la lumière. Cela permet une diffusion de la lumière vers le liquide algal la plus uniforme possible.

Le système d’injection d’air, par la formation de bulles et l’entrainement du fluide engendre un taux de cisaillement élevé dans le milieu, homogénéisant le milieu, empêchant les dépôts algaux sur les parois, et améliorant la mise en contact des micro-algues avec les nutriments pour lesdites micro-algues et le C0 ₂ .

Selon un mode de réalisation, le premier récipient est fermé au niveau de ses extrémités inférieure et supérieure.

Cela a pour avantage de pouvoir mieux gérer la pression du gaz injecté dans le photobioréacteur, la température du fluide, et, lorsque le gaz injecté comprend du C0 ₂ , d’empêcher la diminution de la concentration en C0 ₂ . En outre, c’est également souvent important pour des raisons de sécurité, afin d’empêcher l’accès au fluide pouvant être contenu dans le photobioréacteur.

Selon un mode de réalisation avantageux, les première et seconde directions longitudinales des premier et second récipients sont parallèles, de préférence confondues.

Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, les premier et second récipients sont des premier et second cylindres de révolution, de préférence concentriques.

L’avantage de ces deux modes est que la largeur du premier canal est mieux répartie entre les deux récipients le long de la direction longitudinale. Ainsi, la circulation du fluide est plus régulière et risque moins de subir des à- coups.

En particulier lorsque les cylindres sont concentriques, on obtient une symétrie qui permet d’obtenir une largeur du premier canal régulière entre les deux récipients le long de la direction longitudinale. Cela permet une circulation du fluide encore plus uniforme dans le photobioréacteur, améliorant les échanges et évitant notamment des zones mortes et/ou les risques de concentrations d’algues à certains endroits du photobioréacteur.

En outre, la forme en cylindre de révolution permet d’éviter les zones mortes qui sont des zones de perte de rétention de matière, et par conséquent notamment plus difficiles à nettoyer.

Alternativement, seul un parmi le premier récipient et le second récipient est un cylindre de révolution.

Selon un mode de réalisation, le au moins un premier moyen de passage est formé par des ouvertures dans la paroi du second récipient, préférentiellement en partie inférieure dudit second récipient.

Selon un mode de réalisation particulier, le second récipient est un second cylindre de révolution et comprend une pluralité d’ouvertures formant des premiers moyens de passage, disposées le long d’au moins une seconde couronne circonférentielle dans la paroi dudit second récipient, et préférentiellement en partie inférieure dudit second récipient.

Selon un mode de réalisation particulier, les ouvertures sont disposées le long de plusieurs premières couronnes circonférentielles dans la paroi du second cylindre.

Si le second récipient comprend plusieurs parois, les ouvertures doivent être pratiquées dans l’ensemble des parois afin de permettre le passage du fluide entre les premier et second canaux.

Alternativement ou en complément, le au moins un premier moyen de passage peut être formé par des créneaux, et préférentiellement disposés au niveau de l’extrémité inférieure du second récipient.

Tout premier moyen de passage doit permettre l’aspiration du fluide du premier canal vers le second canal, tout en évitant la diffusion de bulles émises dans le second canal vers le premier canal.

Les ouvertures et/ou les créneaux peuvent être avantageusement dimensionnés pour assurer cette double contrainte. Selon un mode de réalisation, le au moins un premier moyen de passage est formé par une différence de hauteur entre le premier récipient et le second récipient, l’extrémité inférieure du second récipient étant située au dessus de l’extrémité inférieure du premier récipient.

Ce mode permet d’adapter aisément les dimensions du premier moyen de passage, notamment en fonction des géométries du photobioréacteur, des caractéristiques du liquide algal et/ou du gaz injecté et notamment des tailles de bulles afin d’optimiser la circulation du fluide.

Selon un mode de réalisation, le au moins un second moyen de passage est formé par une différence de hauteur entre le premier récipient et le second récipient, l’extrémité supérieure du second récipient étant située en dessous de l’extrémité supérieure du premier récipient.

Ce mode permet d’adapter aisément les dimensions du second moyen de passage, notamment en fonction des géométries du photobioréacteur, des caractéristiques du liquide algal et/ou du gaz injecté et notamment des tailles de bulles afin d’optimiser la circulation du fluide.

Alternativement ou en complément, un second moyen de passage est formé par des ouvertures dans la paroi du second récipient, en partie supérieure dudit second récipient.

Selon un mode de réalisation, le second récipient est un second cylindre de révolution et les ouvertures sont disposées le long d’au moins une seconde couronne circonférentielle dans la paroi dudit second récipient, et en partie supérieure dudit second récipient.

Si le second récipient comprend plusieurs parois, les ouvertures doivent être pratiquées dans l’ensemble des parois afin de permettre le passage du fluide entre les premier et second canaux.

Alternativement ou en complément, le au moins un second moyen de passage peut être formé par des créneaux disposés au niveau de l’extrémité supérieure du second récipient. Selon un mode de réalisation, le moyen d’injection est apte à générer des bulles de diamètres moyens, préférentiellement inférieurs ou égaux à 1 mm.

Cela permet d’obtenir un meilleur taux de dissolution du C0 ₂ dans le fluide, ainsi qu’un meilleur brassage du fluide, avec pour conséquence notamment d’exploiter au mieux l’effet technique de diffraction de la lumière par les bulles au sein du liquide algal.

Selon un mode de réalisation, le moyen d’injection est apte à injecter un mélange gaz/solide. Cela est particulièrement nécessaire pour traiter un mélange gaz/solide injecté dans le photobioréacteur : le mélange peut notamment comprendre des particules fines contenues dans le gaz à traiter.

Selon un mode de réalisation, le moyen d’injection est disposé en dessous du second récipient.

Selon un mode de réalisation, le moyen d’injection comprend une membrane, de préférence disposée à l’intérieur et en partie inférieure du second récipient. La fonction d’une telle membrane est d’injecter le gaz sous forme de bulles de taille(s) maitrisée(s) et/ou calibrées.

Selon un autre mode de réalisation, le moyen d’injection peut comprendre un diffuseur de fines bulles, un hydro-injecteur, de la pierre poreuse ou de toute autre moyen apte à remplir la fonction d’injecter le gaz sous forme de bulles et de maîtriser plus précisément la (ou les) taille(s) desdites bulles.

Selon un mode de réalisation avantageux, au moins une source de lumière comprend au moins une paroi éclairante parmi au moins une paroi des premier et second récipients. Cela permet une meilleure homogénéité de diffusion lumineuse, sans perturbation de l’écoulement du fluide (pas d’ajout de zone morte).

Selon un mode de réalisation, la au moins une source de lumière comprend au moins une première source de lumière disposée à l’intérieur du second récipient. Selon un mode de réalisation, la au moins une source de lumière comprend au moins une seconde source de lumière disposée entre le premier récipient et le second récipient.

Selon un mode de réalisation, au moins une source de lumière est disposée sur une surface latérale intérieure du second récipient.

Selon un mode de réalisation, au moins une source de lumière est disposée sur une surface latérale extérieure du second récipient.

Selon un mode de réalisation, au moins une source de lumière est disposée sur une surface latérale intérieure du premier récipient.

Selon un mode de réalisation, la au moins une source de lumière comprend au moins une troisième source de lumière disposée à l’extérieur du premier récipient, par exemple sur une surface latérale extérieure du premier récipient, ou à une distance donnée dudit premier récipient.

Selon un mode de réalisation, au moins une source de lumière est formée par au moins une colonne de lumière s’étendant le long d’une parmi les première et seconde directions longitudinales des premier et second récipients.

On pourra également parler de tube lumineux dans la suite de la présente description.

Selon un mode de réalisation, au moins une source de lumière comprend un serpentin présentant une forme hélicoïdale autour d’un axe parallèle à l’une parmi les première et seconde directions longitudinales des premier et second récipients, le serpentin étant préférentiellement enroulé autour du premier et/ou du second récipient.

Selon un mode de réalisation, au moins une source de lumière comprend des LED.

Selon un mode de réalisation, le photobioréacteur comprend en outre au moins une pompe de recirculation configurée pour faire circuler le fluide depuis la partie inférieure du photobioréacteur vers la partie supérieure du photobioréacteur. Selon un mode de réalisation, le photobioréacteur comprend au moins une hélice.

Selon un mode de réalisation, au moins une hélice est disposée en partie inférieure du photobioréacteur, de préférence dans le second canal.

Selon un mode de réalisation, au moins une hélice est disposée dans le premier canal.

Selon un mode de réalisation, au moins une paroi du premier récipient est transparente à la lumière.

Selon un mode de réalisation, au moins une paroi du second récipient est transparente à la lumière.

DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’aide de la description qui suit donnée à titre illustratif et non limitatif, faite en regard des figures annexées parmi lesquelles :

la figure 1 illustre un photobioréacteur selon un premier mode de réalisation ;

la figure 2 illustre un photobioréacteur selon un second mode de réalisation, comprenant deux pompes de recirculation ; la figure 3 illustre un photobioréacteur selon un troisième mode de réalisation, comprenant plusieurs hélices ;

- les figures 4A et 4B montrent un photobioréacteur selon un quatrième mode de réalisation ;

la figure 5 illustre le sens de circulation du fluide dans le photobioréacteur selon les différents modes de réalisation; la figure 6 illustre un premier exemple d’emplacement de sources lumineuses ; les figures 7A et 7B illustrent un second exemple d’emplacement de sources lumineuses ;

la figure 8 illustre un troisième exemple d’emplacement de sources lumineuses ;

la figure 9 illustre un quatrième exemple d’emplacement de sources lumineuses ;

la figure 10 illustre un cinquième exemple d’emplacement de sources lumineuses ;

la figure 11 illustre un sixième exemple d’emplacement de sources lumineuses.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

La figure 1 illustre un photobioréacteur 1 selon un premier mode de réalisation.

Le photobioréacteur 1 comprend un premier récipient 2 qui est un premier cylindre creux s’étendant selon une première direction longitudinale Z ₂ et un second récipient 3 qui est un second cylindre creux s’étendant selon une seconde direction longitudinale Z ₃ et disposé à l’intérieur du premier cylindre creux 2. Les deux cylindres sont des cylindres de révolution. Les axes de révolution des premier et second cylindres sont confondus, en d’autres termes, les cylindres sont concentriques. L’espace entre les deux cylindres forme un premier canal 42. L’espace dans le second cylindre 3 forme un second canal 43.

La première extrémité inférieure, ou base 21 , du premier cylindre 2, ferme l’extrémité inférieure du photobioréacteur 1.

La seconde extrémité inférieure, ou base 31 , du second cylindre 3 peut être confondue avec la base 21 du premier cylindre 2.

Le photobioréacteur 1 peut avantageusement comprendre des moyens 9 pour fixer le second cylindre 3 et/ou le positionner par rapport au premier cylindre 2, par exemple de manière à ce que le premier canal 42 formé entre les deux cylindres soit de forme stable.

Le au moins un premier moyen de passage comprend plusieurs premiers moyens de passage, ou moyens de passage inférieurs, formés par des ouvertures 331 , chaque ouverture ayant une section sensiblement circulaire, étant pratiquée dans la paroi du second cylindre 3 au niveau de la partie inférieure 3a dudit second cylindre. Les ouvertures 331 permettent un passage entre le premier canal 42 et le second canal 43.

Dans l’exemple illustré, les ouvertures 331 sont pratiquées régulièrement le long d’une première couronne circonférentielle 33 de la paroi du second cylindre.

La différence de hauteur H entre les extrémités supérieures des premier et second cylindres définit un second moyen de passage, ou moyen de passage supérieur 52.

Un fluide peut circuler dans le photobioréacteur 1 , notamment dans le second canal 43 et dans le premier canal 42.

Dans cet exemple de réalisation, le moyen d’injection 7 comprend plusieurs éléments aptes à injecter du gaz sous forme de bulles dans le second canal 43. Le moyen d’injection 7 comprend un compresseur 72 pour envoyer du gaz et une membrane 71 apte à recevoir le gaz et l’injecter sous forme de bulles. La membrane 71 est disposée à l’intérieur du second cylindre 3. Le compresseur 72 est disposé en-dessous du photobioréacteur 1 .

Le second cylindre 3 et le moyen d’injection 7 forment ainsi un système d’air lift apte à injecter à l’intérieur du photobioréacteur un gaz, ou un mélange de gaz, ou encore un mélange gaz/solide, et ce faisant, à entraîner en circulation le fluide présent dans le second canal 43.

Selon les applications, et notamment le type de photobioréacteur, le mélange gaz/solide peut être :

- un mélange gazeux air/C0 ₂ et/ou - un mélange gazeux comprenant des solides, notamment des fines particules, et en particulier des microparticules à traiter.

Le gaz peut être de l’air urbain ou des fumées industrielles, contenant des polluants, dont les NO _x , qui peuvent passer sous forme aqueuse (tout comme le C0 ₂ ) et contribuer à l’alimentation des micro-algues.

Dans la suite de la présente description, on parlera de gaz, étant entendu qu’il peut s’agir d’un mélange de gaz, ou d’un mélange gaz/solide.

Le fluide est en particulier un liquide, plus particulièrement une solution aqueuse comprenant des micro-algues, aussi nommée « solution algale ». Mais le fluide peut également définir le mélange entre le fluide et le gaz, le mélange gazeux ou le mélange gaz/solide.

Dans la suite de la présente description, on parlera de fluide, étant entendu qu’il peut s’agir soit de la solution algale seule, soit du mélange de ladite solution algale avec le gaz, ou avec le mélange gazeux, ou avec le mélange gaz/solide.

La membrane 71 a pour fonction principale d’injecter le gaz sous forme de bulles et surtout de maîtriser plus précisément la (ou les) taille(s) desdites bulles, le gaz étant ainsi diffusé dans le second canal 43 sous forme de bulles, permettant ainsi notamment de dissoudre du gaz, par exemple le C0 ₂ , dans le liquide. Cela peut également contribuer à augmenter l’agitation dans le réacteur.

Alternativement à une membrane, il peut s’agir d’un diffuseur de fines bulles, d’une grille, d’une pierre poreuse, d’un hydro injecteur ou de toute autre moyen apte à injecter le gaz sous forme de bulles et à maîtriser plus précisément la (ou les) taille(s) desdites bulles.

Il peut y avoir plusieurs membranes et/ou autres moyens aptes à injecter le gaz sous forme de bulles. Toutes sont de préférence disposées en partie inférieure 3a du second cylindre 3, et/ou à plusieurs niveaux dans ledit second cylindre selon la direction longitudinale Z ₃ dudit second cylindre. La figure 5 illustre le sens de circulation du fluide. Les bulles issues des moyens d’injection 7, et en particulier de la membrane 71 , remontent à dans le second canal 43 en entraînant le fluide présent dans ledit second canal. Le fluide ainsi entraîné remonte à l’intérieur du second canal 43. Une fois l’extrémité haute dudit second canal atteinte (correspondant dans l’exemple illustré à l’extrémité haute 32 du second cylindre 3), le fluide se déverse dans le premier canal 42 en traversant le au moins un moyen de passage supérieur 52, par exemple formés par l’espace dû à une différence de hauteur entre les premier et second cylindres 2 et 3 au niveau des extrémités supérieures 22 et 32 desdits premier et second cylindres. Ensuite le fluide redescend jusqu’à l’extrémité inférieure du premier canal 42. Au niveau de l’extrémité inférieure du premier canal 42, le au moins un moyen de passage inférieur 51 , par exemple des ouvertures 331 dans le second cylindre 3, permettent l’aspiration du fluide descendant dans le premier canal 42 vers le second canal 43 grâce au flux ascendant du second canal, le passage du fluide à nouveau dans le second canal 43, et à nouveau un mouvement d’entraînement du fluide par les bulles depuis la partie inférieure vers la partie supérieure du second canal 43, lorsque le gaz est injecté.

Le moyen d’injection 7 peut injecter des bulles de gaz en continu dans le second canal 42.

Alternativement, le moyen d’injection 7 peut injecter des bulles de gaz en mode discontinu.

Ainsi, il se crée ainsi un mouvement du fluide, correspondant à un mouvement de convection forcée selon le sens de circulation décrit ci-dessus et illustré en figure 5.

En outre, le photobioréacteur comprend plusieurs sources de lumière 8 représentées sur la figure 1 sous la forme de plusieurs premières colonnes lumineuses 810 disposées sur la paroi à l’intérieur du second cylindre 3 et s’étendant selon la direction longitudinale Z ₃ dudit second cylindre. Sur l’exemple représenté, il y a huit colonnes lumineuses 810 disposées régulièrement sur la paroi à l’intérieur du second cylindre 3.

D’autres dispositions de sources de lumière sont présentées plus précisément avec les figures 6, 7A, 7B, 8 à 1 1. Toutes ces dispositions peuvent être combinés avec le photobioréacteur illustré en figure 1 , ou avec les autres modes de réalisation présentés ci-après.

La figure 2 illustre un photobioréacteur 1 selon un second mode de réalisation, qui se distingue du premier mode en ce qu’il comprend en outre au moins une pompe de recirculation 10.

Il est représenté deux pompes de recirculation 10, disposées à l’extérieur du premier cylindre 2. Lesdites pompes permettent d’accentuer le débit de circulation du fluide. Elles sont configurées de manière à aspirer le fluide depuis la partie inférieure du photobioréacteur, par exemple en partie inférieure du premier canal 42 et le réinjecter en partie supérieure du photobioréacteur, par exemple en partie supérieure du premier canal 42, accentuant le phénomène d’air lift.

Le nombre de pompes et la disposition de la ou des pompes peuvent être adaptés afin de permettre d’accentuer le débit de circulation du fluide.

Bien que tous les éléments du photobioréacteur n’aient pas été représentés sur la figure 2, il faut considérer que le photobioréacteur du second mode de réalisation peut comprendre tout ou partie des éléments décrits pour le premier mode.

La figure 3 illustre un photobioréacteur selon un troisième mode de réalisation qui se distingue du premier mode en ce qu’il comprend au moins une hélice 1 1.

Selon l’exemple représenté, le photobioréacteur comprend trois hélices 1 1. Une hélice est disposée en partie inférieure du second canal 43. La disposition et l’orientation d’une hélice sont réalisées de telle manière que l’hélice puisse appliquer un mouvement ascendant au fluide depuis l’extrémité inférieure vers l’extrémité supérieure dudit second canal. Deux autres hélices sont disposées dans le premier canal 42 de manière à appliquer un mouvement descendant au fluide dans ledit premier canal depuis l’extrémité supérieure vers l’extrémité inférieure dudit premier canal.

Les hélices, entraînées par un moteur disposé à l’extérieur du photobioréacteur 1 , tournent et agitent le fluide à l’intérieur du photobioréacteur. Les hélices créent une agitation qui permet d’accentuer le brassage du fluide dans le photobioréacteur.

Le nombre d’hélices et la disposition de la ou des hélices dans le photobioréacteur peuvent être adaptés afin d’obtenir le même effet.

Bien que tous les éléments du photobioréacteur n’aient pas été représentés sur la figure 3, il faut considérer que le photobioréacteur du troisième mode de réalisation peut comprendre tout ou partie des éléments décrits pour le premier mode.

Les figures 4A et 4B montrent un exemple de photobioréacteur selon un quatrième mode de réalisation.

La figure 4A illustre un photobioréacteur 1 comprenant un premier cylindre 2 de révolution de premier diamètre externe D2 s’étendant selon une première direction longitudinale Z ₂ sur une première hauteur H2 et un second cylindre 3 de révolution de second diamètre externe D3 s’étendant selon une seconde direction longitudinale Z ₃ sur une seconde hauteur H3. Les deux cylindres sont des cylindres de révolution creux et sont concentriques.

L’espace entre les deux cylindres forme un premier canal 42. Le premier canal 42 présente une forme de manchon cylindrique de hauteur égale à la hauteur H3 du second cylindre 3 et dont la largeur correspond à (D2-D3)/2 (et à (D2-D31 )/2 au niveau de la base 31 du second cylindre, comme explicité plus après).

La hauteur H entre les deux cylindres formant un second moyen de passage 52 est égale à H2-H3. Le photobioréacteur 1 comprend des moyens de maintien 9 aptes à positionner et/ou à maintenir le second cylindre 3 par rapport au premier cylindre 2.

A titre d’exemple, et comme illustré, les moyens de maintien 9 comprennent des taquets de maintien 91 disposés au niveau de la partie supérieure 3b, de préférence au niveau de l’extrémité supérieure 32 du second cylindre 3, et aptes à positionner le second cylindre 3 par rapport au premier cylindre 2.

En outre, ils comprennent des taquets de centrage 92 fixés à la base 21 du premier cylindre 2 et aptes à centrer le second cylindre 3 par rapport au premier cylindre 2.

La paroi latérale du premier cylindre 2 est en PVC transparent, et son l’épaisseur est par exemple de 10 mm.

La base 21 du premier cylindre 2 est en PVC non transparent et son épaisseur est par exemple de 10 mm.

La base 21 du premier cylindre 2 est traversée par deux passages 26, par exemple des piquages, permettant l’arrivée et/ou la sortie d’un fluide ou d’un mélange fluide/solide à l’intérieur dudit premier cylindre.

Le second cylindre 3 est disposé sur la base 21 du premier cylindre 2, et est centré par rapport audit premier cylindre grâce aux taquets de centrage 92.

La base 31 du second cylindre présente un diamètre D31 supérieur au diamètre D3 et comprend une extrémité inférieure en forme en créneaux 31 1 , dont les parties protubérantes 31 1 b sont en contact avec la base 21 du premier cylindre. La hauteur de l’extrémité inférieure est égale à H31 . Chaque dépression d’un créneau 31 1 a peut présenter une longueur L31 1 a et une hauteur H31 1 a.

Les dépressions 31 1 a des créneaux peuvent former des premiers moyens de passages pour le fluide.

Le moyen d’injection 7 comprend plusieurs éléments aptes à injecter du gaz sous forme de bulles dans le second canal 43. Dans cet exemple de réalisation, le moyen d’injection 7 comprend un compresseur 72 pour envoyer du gaz et une membrane 71 apte à recevoir le gaz et l’injecter sous forme de bulles et le diffuser dans le second canal 43. Le compresseur 72 est disposé en-dessous du photobioréacteur 1.

La membrane 71 est disposée dans la base 31 du second cylindre 3. Elle se présente sous la forme d’un disque plat de diamètre D71.

La figure 4B illustre plus précisément le second cylindre de révolution 3.

La paroi latérale du second cylindre 3 est en PVC transparent, et son l’épaisseur est par exemple de 5 mm.

Le second cylindre 3 comprend en outre des premiers moyens de passage sous la forme :

de premières ouvertures 331 de diamètres D331 , disposées et réparties régulièrement le long d’une première couronne circonférentielle 33 dans la paroi du second cylindre, à une hauteur égale à H33 par rapport au point de contact de la base 31 dudit second cylindre avec la base 21 du premier cylindre, et

de secondes ouvertures 331’ de diamètres D331’, disposées et réparties régulièrement le long d’une seconde couronne circonférentielle 33’ dans la paroi du second cylindre, à une hauteur égale à H33’ par rapport au point de contact de la base 31 dudit second cylindre avec la base 21 du premier cylindre.

A titre d’exemple, les dimensions susmentionnées peuvent être :

- D2 = 400 mm

- H2 = 3000 mm

- D3 = 200 mm

- H3 = 2525 mm

- H = H2-H3 = 475 mm

- D31 = 280 mm - H31 = 50 mm

- D331 = D331’ = 30 mm

- H33 = 100 mm

- H33’ = 200 mm

- L311 a = 75 mm

- H31 1 a = 22 mm

- D71 = 270 mm

En outre, le photobioréacteur comprend plusieurs sources de lumière 8 représentées sous forme de colonnes ou tubes 810 sur les figures 4A et 4B, mais qui peuvent être configurées autrement, comme présenté ci-après.

Plusieurs sources de lumière 8 peuvent créer un réseau de lumière uniforme en étant espacées l’une par rapport aux autres de 10 cm.

Selon un mode de réalisation non représenté, pouvant notamment s’appliquer à l’ensemble des modes de réalisations précédents, il peut y avoir plusieurs seconds récipients 3 à l’intérieur du premier récipient 2. Dans ce cas, il peut y avoir plusieurs seconds canaux 43.

Cela permet de d’améliorer l’uniformité de diffusion de la lumière au sein du liquide algal, d’augmenter le débit de circulation des fluides (réduction des sections) et ainsi améliorer l’homogénéisation du milieu, prolonger le temps de séjour des bulles de C0 ₂ dans le milieu et ainsi améliorer le taux de dissolution du C0 ₂ dans le milieu.

Comme indiqué plus avant, les figures 6, 7A, 7B, 8, 9, 10, 1 1 illustrent plusieurs dispositions de sources de lumière.

Les sources de lumières sont de préférence distancées entre elles au maximum de 10 cm.

Dans les exemples illustrés, le premier récipient 2 est représenté comme étant un cylindre de révolution, de direction longitudinale Z ₂ et le second récipient 3 est représenté comme étant un cylindre de révolution, de direction longitudinale Z ₃ .

Pour plus de facilité de lecture, dans les figures 6, 7A, 7B, 8, 9, 10, 1 1 sont représentés des cylindres de révolution et la description correspondante exprime des premier et second cylindres, étant entendu qu’il peut s’agir de récipients qui ne sont pas nécessairement des cylindres, et notamment pas nécessairement des cylindres de révolution.

Les différentes dispositions de sources de lumière peuvent être combinées entre elles.

En outre, elles peuvent être combinées avec chacun des différents modes de réalisation présentés en lien avec les figures 1 à 4B.

L’éclairage est de préférence réalisé par des LED, mais d’autres sources de lumières peuvent être envisagées. Cela peut être des spots, ou des guirlandes ou rubans lumineux. D’autres modes sont présentés ci-après.

Les bulles elles-mêmes peuvent être des sources de lumières du fait qu’elles peuvent diffracter la lumière et la renvoyer vers le fluide.

L’intensité des sources de lumières doivent être adaptées : une intensité trop forte risque de griller les micro-algues, et au contraire, une intensité trop faible les fait coller aux parois du réacteur.

La figure 6 illustre un premier exemple dans lequel les sources lumineuses 8 comprennent des premières sources lumineuses 81 disposées à l’intérieur du second cylindre 3.

Elles sont illustrées sous la forme de premières colonnes lumineuses 810 s’étendant selon la direction longitudinale Z ₃ du second cylindre 3.

Les premières colonnes lumineuses 810 sont positionnées sur la surface latérale intérieure dudit second cylindre, et sont distribuées de manière régulière. Dans cet exemple, huit colonnes lumineuses 810 sont représentées, mais il peut y en avoir moins, ou plus.

Les premières colonnes lumineuses 810 peuvent être fixées à une paroi du second cylindre 3, par exemple par un système d’encliquetage. Dans un photobioréacteur dont les parois cylindriques sont opaques, notamment celles du second cylindre, il est important que les sources lumineuses puissent diffuser la lumière à 360° et donc qu’elles ne soient pas collées aux parois des cylindres.

Ainsi, alternativement ou en complément, les premières colonnes lumineuses 810 peuvent être positionnées à l’intérieur du second cylindre 3, mais pas sur une surface latérale dudit cylindre, comme illustré dans les figures 7A (en vue 3D) et 7B (en vue de dessus) : second exemple d’emplacement.

L’écartement des premières colonnes lumineuses 810, et plus largement l’écartement des premières sources lumineuses 81 , avec la surface latérale intérieure du second cylindre 3 dépend de la turbidité du milieu, de la concentration en algues, mais également de l’intensité lumineuse délivrée.

Alternativement ou en complément, des secondes colonnes lumineuses 820 peuvent être positionnées entre le premier et le second cylindre, sur la surface latérale extérieure du second cylindre 3 comme illustré dans la figure 8 en vue de dessus (troisième exemple d’emplacement).

Alternativement ou en complément, des secondes colonnes lumineuses 820 peuvent être positionnées entre le premier et second cylindre, mais pas nécessairement sur la surface latérale extérieure du second cylindre.

La figure 9 illustre un quatrième exemple d’emplacement de sources lumineuses 8, en vue de dessus.

Dans cet exemple, des premières sources lumineuses 81 sont disposées à l’intérieur du second cylindre 3 et des troisièmes sources lumineuses 83 sont disposées à l’extérieur du premier cylindre 2. Les premières sources lumineuses 81 sont sous la forme de colonnes lumineuses 810 disposées à l’intérieur du second cylindre 3.

Les premières colonnes lumineuses 810 s’étendent selon la direction longitudinale Z ₃ et sont positionnées à une distance donnée de la surface latérale intérieure du second cylindre 3. Elles peuvent être disposées alternativement selon l’un des premier et troisième exemples présentés, ou selon une combinaison des premier à troisième exemples d’emplacement.

Les troisièmes sources lumineuses 83 sont sous forme de plusieurs secondes colonnes lumineuses 830 s’étendant le long de la direction longitudinale Z ₂ du premier cylindre 2. Elles peuvent être positionnées contre la paroi du premier cylindre 2 ou à une distance D83 du premier cylindre 2.

La distance D83 entre les troisièmes colonnes lumineuses 830 et la surface latérale extérieure du premier cylindre 2, et plus largement entre les troisièmes sources lumineuses 83 et ladite paroi, dépend de la turbidité du milieu, de la concentration en algues, mais également de l’intensité lumineuse délivrée.

La figure 10 illustre un cinquième exemple d’emplacement de sources lumineuses.

Dans cet exemple également, des secondes sources lumineuses 82 sont disposées à l’extérieur du second cylindre 3 et des troisièmes sources lumineuses 83 sont disposées à l’extérieur du premier cylindre 2.

Comme dans l’exemple précédent, les troisièmes sources lumineuses 83 sont sous forme de troisièmes colonnes lumineuses 830 s’étendant le long de la direction longitudinale Z ₂ du premier cylindre 2. Elles peuvent être positionnées contre la surface latérale extérieure du premier cylindre 2 ou à une distance D83 du premier cylindre 2.

Alternativement, les troisièmes sources lumineuses 83 peuvent ne pas être intégrées.

Les secondes sources lumineuses 82 comprennent un second serpentin lumineux 821 formant une hélice dont l’axe correspond à la direction longitudinale Z ₃ du second cylindre 3, disposé autour de la surface latérale extérieure dudit second cylindre.

Alternativement ou en complément, un premier serpentin lumineux peut être disposé à l’intérieur du second cylindre 3.

Alternativement ou en complément, un troisième serpentin lumineux peut être disposé à l’extérieur du premier cylindre 2.

Le second, resp premier, serpentin lumineux peuvent être positionnés sur la surface latérale extérieure, resp intérieure dudit second cylindre ou positionnés à une distance donnée de ladite surface latérale.

Le troisième serpentin lumineux peut être positionné sur la surface latérale extérieure du premier cylindre ou positionné à une distance donnée de ladite surface latérale.

La figure 1 1 illustre un sixième exemple d’emplacement de sources lumineuses, qui diffère du cinquième exemple en ce que les troisièmes sources lumineuses 83 comprennent des segments de barres lumineuses 832 s’étendant le long de la direction longitudinale Z ₂ du premier cylindre 2 et positionnées à l’extérieur dudit premier cylindre.

Les troisièmes sources lumineuses 83 peuvent être positionnées contre la paroi à l’extérieur du premier cylindre 2 ou à une distance D83 du premier cylindre 2.

Les différents modes présentés peuvent être combinés entre eux.

En outre, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits mais s'étend à tout mode de réalisation entrant dans la portée des revendications.