Brevet FR2178216A1 — publié le 19731109

La présente invention concerne un procéde pour augmenter la concentration en oxyde de deutérium D20 (eau lourde), c'est-è-dire un procédé pour augmenter la concentration en oxyde de deutérium de l'eau ordinaire (X20) qu'on peut appeler l'eau légère en utilisant une réaction de photosynthèse d'un organisme susceptible de photosynthèse. L'oxyde de deutérium D20 a une masse nucléaire supérieure è celle de l'eau H20 et diffère par ses propriétés physiques de H20 Densité 1,1 Chaleur spécifique 1,08 Point d'ébullition 101,420C Point de fusion (température de formation de la glace) : 3,800 C. En raison de ses propriétés physiques, on utilise l'oxyde de deutérium comme modérateur dans les centrales atomiques et comme eau de réfrigération des réacteurs nucléaires et il constitue un matériau important dans l'industrie de l'énergie nucléaire. L'attention a été récemnent attirée sur l'utilisation de l'oxyde de deutérium comme combustible nucléaire utile dans la production d'énergie nucléaire par fusion. L'eau naturelle contient environ 0,015 % d'oxyde de deutérium. On a jusqu'ici utilisé divers procédés pour obtenir une concentration de 99,77ê en oxyde de deutérium, ce qui correspond à la concentration pratique nécessaire. Cependant, les procédés classiques nécessitent une installation de production d'eau lourde de construction et de fonctionnement coûteux, si bien que l'eau lourde obtenue est obligatoirement très chère. L'invéntion concerne un procédé économique pour augmenter la teneur en oxyde de deutérium de l'eau naturelle. La demanderesse a découvert que, lorsqu'on cultive des algues vertes unicellulaires capables de photosynthèse, la concentration en oxyde de deutérium de la solution de culture augmente pendant la culture, et que par conséquent, on peut augmenter la concentration en oxyde de deutérium d'une eau contenant un organisme susceptible de photosynthèse en la soumettant à un rayonnement lumineux pour réaliser la photosynthèse. On a réalisé de nombreuses études sur l'effet de l'oxyde de deutérium sur les organismes vivants et on sait que divers micro-organismes peuvent se développer même dans l'eau lourde. Le fait que l'eau lourde joue un r81e dans le métabolisme des cellules a été mis en évidence par l'étude de la respiration de la levure de boulangerie introduite dans un substrat alcoolique ou glucosé et l'étude de la respiration et de l'assimilation du dioxyde de carbone des chlorelles. Dans tous les cas, on a montré que le métabolisme des cellules est légèrement réduit dans l'eau lourde à une concentration supérieure à 80% par rapport à l'eau naturelle. On estime que la fonction catalytique d'oxydo-réduction du complexe métallique et des enzymes cellulaires est responsable de l'activation des molécules d'eau. La différence de fonction catalytique d'oxydo-réduction entre l'eau lourde et l'eau naturelle s'explique par le fait que l'eau lourde est plus difficile à activer que l'eau ordinaire. Selon l'invention, un organisme susceptible de photosynthèse réalise l'assimilation du dioxyde de carbone lorsqu'on le soumet à un rayonnement lumineux, c'est-à-dire réalise une photosynthèse en activant les molécules de l'eau ordinaire et en réalisant la décomposition. Pendant ce processus, l'oxyde de deutérium demeure inactivé, si bien que seule l'eau ordinaire d'une solution de culture est consommée. En d'autres termes, la concentration en oxyde de deutérium augmente. Llinvention concerne un procédé biologique facile d'augmen- tation de la concentration en oxyde de deutérium donnant des rendements élevés en utilisant la réaction de photosynthèse d'un organisme susceptible de photosynthèse. Comme organisme susceptible de photosynthèse, on peut utiliser par exemple un micro-organisme aérobie tel qu'une chlorelle: l'épinard5 la luzerne, le blé, l'orge, les algues marine, etc. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui suit de plusieurs exemples de réalisation. EXEMPLE 1 La chlorelle constitue une algue verte unicellulaire réalisant une photosynthèse importante qu'on a utilisée pour étudier ce phénomène. On a également étudié l'utilisation des chlorelles comme aliment pour l'homme et les animaux. La formule chimique de la photosynthèse des chlorelles correspond de façon générale à l'équation suivante COp H 11.20 lumière H.CHO + 02 Cette réaction est une réduction du dioxyde de carbone par photolyse de l'eau. Lorsqu'on introduit des chlorelles dans de l'eau de culture, puis qu'on réalise la photosynthèse en la soumettant à un rayonnement lumineux5 l'eau ordinaire (H20) de l'eau de culture est décomposée selon la 2 réaction ci-dessus, si bien que la teneur en oxyde de deutérium de l'eau augmente relativement.Ceci est confirmé par l'expérience suivante Dans 100 ml d'eau de culture, on ajoute 1 ml de chlorelles en réalisant une solution de culture. La concentration en oxyde de deutérium dans la solution de culture est de 0,01%. On soumet la solution de culture à la température ordinaire à un rayonnement lumineux en utilisant des lampes à lumière du jour de 40W pour réaliser la photosynthèse. On centrifuge ensuite la solution de culture des chlorelles à 3600 trlmn en utilisant un centrifugeur pour séparer les chlore îles par précipitation et on détermine la concentration en oxyde de deutérium du liquide surnageant obtenu, qui est de 0,8 à 1,0X. Cette valeur est appelée ci-après valeur de la seconde mesure. On centrifuge le liquide surnageant après l'avoir refroidi à 3,20C, qui est une température inférieure au point de congélation de l'oxyde de deutériums en utilisant 12 000 g (accélération de la pesanteur) et on prélève la couche inférieure du liquide. On distille cette portion de liquide à 99,80C pour évaporer llH20, en obtenant une concentration complémentaire en oxyde de deutérium. On détermine la concentration en oxyde de deutérium du liquide obtenu qui est de 14 à 18%. Cette valeur est appelée ci-après valeur de la mesure finale. Les valeurs mesurées dans les trois stades de la concentration en oxyde de deutérium sont déterminées à partir de la densité, du point de congélation et du point d'ébullition. EXEMPLE 2 On réalise une photosynthèse pendant 24 heures dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1 et la valeur de la seconde mesure de la concentration en oxyde de deutérium est de 3 à 65. I1 convient de noter que cette valeur est nettement supérieure à la valeur de la seconde mesure de l'exemple 1. La valeur de la mesure finale est de 36 à 42%. EXEMPLE 3 On conduit le même essai que dans l'exemple 1, si ce n'est qu'on réalise la photosynthèse pendant 8 heures en utilisant quatre lampes fluorescentes à lumière du jour de 40W. La valeur de la seconde mesure est de 1,5 à 2% et la valeur de la mesure finale est de 20 à 25%, EXEMPLE 4 On réalise une photosynthèse dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1, si ce n'est qu'on abaisse la température de la solution de culture de l'exemple 1 qui, au lieu d'etre la température ordinaire, est d'environ 1D"C. La valeur de la seconde mesure est de 1,2 à 1,69. et la valeur de la mesure finale est de 16 à 21%. Bien que ces valeurs mesurées soient supérieures aux valeurs correspondantes de l'exemple 1, on peut considérer que ce résultat est attribuable à la suppression de la respiration qui constitue une réaction inverse de la photosynthèse et qui est provoquée par l'abaissement de la température réalisé pendant la réaction de photosynthèse. EXEMPLE 5 L'élément actif de la photosynthèse d'un organisme susceptible de photosynthèse est un chloroplaste. Lorsqu'on extrait les chloroplastes d'un organisme vivant à feuilles vertes tel que l'épinard et qu'on les soumet à un rayonnement lumineux, on observe une réaction de photosynthèse. Lorsqu'on soumet une solution aqueuse renfermant des chloroplastes extraits à un rayonnement lumineux, on observe une concentration en oxyde de deutérium. Ce fait est confirmé par l'expérience suivante. On réalise l'extraction des chloroplastes de l'épinard de la façon suivante, en utilisant le procédé amélioré de Jagendorf-Auron (J. Biol. Chem. 231 227 (1958)). On introduit des feuilles fratches d'épinard dans une solution à pH 8, 0,4 M en saccharose, 0,02 M en tampon Tris, 0,01 M en chlorure de sodium et 0,005 M en EDTA (acide éthylènediaminotétraacétique) et on broie après avoir ajouté du sable de quartz. On centrifuge la suspension obtenue à 400 g pendant 10 minutes en obtenant un précipité de noyaux. On centrifuge alors la liquide surnageant à 1000 g pendant 20 minutes en obtenant les chloroplastes. On met les chloroplastes ainsi obtenus en suspension dans une solution à pH 7,4 qui est 0,15M en chlorure de sodium et 0,1 M en EDTA. La concentration en oxyde de deutérium de la suspension obtenue est de 0,012 %. On fait barboter du dioxyde de carbone à 5% à la température ordinaire dans la suspension de chloroplastes et on soumet cette suspension en agitant à 200C à un rayonnement lumineux en utilisant quatre lampes fluorescentes à lumière du jour de 40 W pour réaliser la photosynthèse. On centrifuge ensuite la suspension à 1200 g pendant 20 minutes pour précipiter les chloroplastes et on refroidit le liquide surnageant à 3,20C et on centrifuge à 12 000 g pendant 60 minutes et on prélève la couche inférieure de liquide. On distille ce liquide à 99,8"C pour évaporer l'eau ordinaire (H20) en augmentant la concentration en oxyde de deutérium. On détermine la concentration en oxyde de deutérium, qui est de 15 à 22%. EXEMPLE 6 On conduit cet exemple en association avec l'exemple 1 pour mettre en évidence le rapport entre la longueur d'onde de la lumière utilisée et la concentration en oxyde de deutérium. Pour la comparaison, on utilise les valeurs de mesure finales respectives. On utilise trois longueurs d'ondes lumineuses, clest-à-dire une longueur d'onde voisine de 680 m/u qui correspond à une première bande d'absorption de la chlorophylle; une longueur d'onde de 445 à 480 mXu correspondant à une seconde zone d'absorption de la chlorophylle et une bande d'absorption des caroténotdes; et une longueur d'onde de 500 à 580 m/u (la chlorophylle ne présente pas de bande d'absorption correspondant à cette longueur d'onde).Lorsqu'on utilise une lumière ayant une longueur d'onde voisine de 680 m/u, on obtient la concentration maximale en oxyde de deutérium. Lorsqu'on utilise une lumière ayant une longueur d'onde de 445 à 480 m/u, la valeur de la mesure finale est pratiquement égale à la moitié de la valeur finale obtenue-avec une lumière ayant une longueur d'onde voisine de 680 m/u. D'autre part, lorsqu'on utilise une lumière ayant une longueur d'onde de 500 à 580 m/u, la concentration en oxyde de deutérium n'est pratiquement pas augmentée. Ces essais montrent donc que la concentration en oxyde de deutérium est obtenue dans un stade associé intimement à la fonction de photosynthèse de l'organisme susceptible de photosynthèse. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'entre décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour augmenter la concentration en oxyde de deutérium, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre de l'eau renfermant un organisme susceptible de photosynthèse à un rayonnement lumineux pour réaliser la photosynthèse en décomposant et en consommant l'eau ordinaire (H20). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on choisit l'organisme susceptible de photosynthèse parmi les algues vertes unicellulaires et les chloroplastes extraits d'un végétal. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'algue verte unicellulaire est une chlorelle. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le végétal est l'épinard.