Brevet FR2601031A1 — publié le 19880108

_M BIOREACTEUR AVEC ECHANGEUR DE GAZ La présente invention se rapporte à un bioréacteur, en particulier un bioréacteur pour cultiver des chlorelles, des algues, des tissus cellulaires de plantes ou d'animaux, des matières vivantes (appelés ci-après des "micro-organismes"). Le demandeur de la présente invention avait proposé auparavant et de différentes façons la culture de 15 micro-organismes, tels que les chlorelles, les algues ou produits analogues. Cependant, la culture de telles chlorelles ou algues nécessite des rayons de lumière et du gaz carbonique C02, comme condition de réalisation de la photo-synthèse. En fonction de la source de lumière, le présent demandeur avait proposé différents procédés pour fournir des rayons de lumière constitués des composantes de la lumière visible des rayons de lumière solaire et/ou de rayons de lumière artificielle, à savoir des rayons de lumière ne contenant ni rayons 25 ultra-violets, ni rayons infrarouges. Le présent demandeur a de plus proposé un réacteur qui ne produit pas de toxine phéopharbite. Cependant, le gaz carbonique C02 est fourni par barbotage, c'est-à-dire en le soufflant dans le fluide de culture. La conséquence est que les cellules des microorganismes sont détruites. Dans le cas de l'utilisation d'un bioréacteur dans l'espace, comme dans le cas d'un vaisseau spatial, le gaz carbonique C02 ne se prête pas à un barbotage, et c'est pourquoi il se transforme simplement en brouillard. Par conséquent, il est impossible de brouillard. Par conséquent, -il est impossible de -2 dissoudre du gaz carbonique CO2 dans un fluide de culture. Le principal objet de la présente invention est de fournir un bioréacteur capable de dissoudre effectivement du gaz carbonique CO2 dans un fluide de culture. Les caractéristiques mentionnées ci-dessus et autres 10 avantages de la présente invention apparaitront dans la description détaillée suivante, avec référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue schématique générale pour 15 expliquer une réalisation d'un bioréacteur selon la présente invention. La figure 2 est une vue en coupe transversale détaillée de l'échangeur C02/gaz montré en figure 1. La figure 3 est une vue détaillée en perspective pour 20 expliquer une réalisation d'un dispositif collecteur de rayons de lumière solaire. La figure 4 est une vue en coupe transversale pour expliquer le principe opérationnel de guidage des rayons de lumière, constitués des composantes visibles 25 des rayons de lumière, dans le conducteur optique. Les figures 5a et 5b sont des vues en coupe transversale pour expliquer la construction d'un radiateur de lumière installé dans le bioréacteur, la figure 5a étant une vue en coupe latérale du radiateur de lumière, et 30 la figure 5b étant une vue en plan. La figure 1 est une vue schématique pour expliquer une réalisation d'un bioréacteur selon la présente invention. Sur la figure 1, 1 désigne une cuve de 35 réacteur, 2 un dispositif collecteur de rayons de -3 lumière solaire, 3 une source artificielle de rayons de lumière, 4 un conducteur optique tel qu'une fibre optique ou analogue, 5 un échangeur de gaz, 6 et 7 des pompes, 8 un analyseur de densité, 9 un analyseur 5 et extracteur d'oxygène, 10 un dispositif de test de fluide de culture, 11 un dispositif d'alimentation en gaz carbonique, 12 un passage pour recyclage de flux de micro-organismes en suspension ou d'un milieu de culture. Il est bien connu que des rayons de lumière constitués des composantes de la lumière visible, ne contenant ni rayons ultra-violets, ni rayons infrarouges, sont amenés au bioréacteur 1 par le conducteur optique 15 4, à partir du dispositif 2 collecteur de rayons de lumière solaire et/ou d'une source 3 de rayons de lumière artificielle. Le bioréacteur est construit de telle sorte que les rayons de lumière transmis par le conducteur optique 4 sont émis depuis le 20 radiateur de lumière dans le réacteur 1 et, de préférence, les rayons de lumière sont émis de façon uniforme à travers le réacteur 1. De plus, l'espace intérieur du réacteur est gardé dans des conditions optimales pour la propagation de micro- organismes 25 au moyen d'un analyseur de densité 8, un analyseur d'oxygène 9 et, de plus, un dispositif 10 de test de fluide de culture, pour détecter les autres conditions du fluide de culture. En outre, pour cultiver efficacement des micro-organismes, il est nécessaire d'apporter une quantité adéquate de gaz carbonique C02 aux micro-organismes dans la cuve du réacteur, en plus des conditions mentionnées plus haut. Cependant, il 35 est très difficile de dissoudre efficacement du gaz -4 carbonique CO2 dans un fluide de culture. Comme mentionné plus haut, les micro-organismes sont détruits par le dégagement de ce gaz. De plus, dans l'espace, il est impossible de faire barboter ce gaz dans le liquide car il y a formation de brouillard, et les micro-organismes sont également détruits. La présente invention a été faite dans le but de dissoudre effectivement du gaz carbonique dans un 10 fluide de culture, et un échangeur de gaz 5 a été installé dans ce but. La figure 2 est une vue en coupe transversale détaillée de l'échangeur de gaz 5 montré en figure 1. L'échangeur 15 de gaz 5 est constitué d'une enveloppe 5a hermétiquement scellée et d'un grand nombre de tubes 5b faits en caoutchouc silicone et disposés dans l'espace de l'enveloppe 5a. Des micro-organismes en suspension ou un milieu de culture dans le bioréacteur 1 sont 20 amenés dans les tubes 5b, comme le montre la figure 1, et les mêmes micro-organismes en suspension ou milieu de culture sont recyclés vers le bioréacteur 1 par les tubes 5b. De plus, dans le cas de l'utilisation d'un tube fait en caoutchouc silicone comme le tube 5b, il est possible de le stériliser par autoclave ou bien le nettoyer par l'emmpoi d'un produit chimique, ce qui est préférable pour le tube 5b. De plus, le gaz carbonique 30 C02 est fourni à l'enveloppe 5a scellée hermétiquement (à l'échangeur de gaz) par une source il d'approvisionnement en gaz carbonique CO2, comme indiqué en figure 1, dans laquelle la pression du gaz CO2 est plue élevée que la pression dans le tube 5b. De 35 plus, le tube 5b présente un grand nombre de trous -5 microscopiques. Le gaz CO2 s'infiltre dans le tube 5b à travers les trous microscopiques et est dissous dans le milieu de culture s'écoulant dans le tube b. La figure 3 est une vue détaillée en perspective pour expliquer une réalisation d'un dispositif 2 collecteur de rayons de lumière solaire montré en figure 1. Sur la figure 3, 20 désigne une capsule transparente de 10 protection, 21 une lentille de Fresnel, 22 un support de lentille, 23 un détecteur pour suivre la direction des rayons solaires, 24 une fibre optique ayant une extrémité réceptrice de lumière disposée au foyer de la lentille de Fresnel 21, 25 un support de fibre, 15 26 un bras support, 27 un moteur à impulsions, 28 un arbre rotatif horizontal commandé par le moteur à impulsions 27, 29 une base pour porter la capsule de protection 20, 30 un autre moteur à impulsions, et 31 un arbre rotatif vertical commandé par le moteur 20 à impulsions 30. Comme il a déjà été proposé par le demandeur de la présente invention, le dispositif collecteur de rayons de lumière solaire mentionné ci-dessus suit la direction 25 des rayons venant du soleil au moyen du détecteur 23 de direction des rayons de lumière solaire. Le signal de détection créé par le détecteur 23 commande les moteurs à impulsions 27 et 30 pour actionner l'arbre rotatif horizontal 28 et l'arbre rotatif vertical 30 31 respectivement, de façon à orienter le détecteur 23 vers le soleil. De ce fait, les rayons de lumière solaire focalisés par les lentilles respectives 21 sont guidés dans les fibres optiques respectives 24 ayant une extrémité réceptrice de lumière disposée 35 au foyer des lentilles respectives. -6 Les fibres optiques 24, respectivement disposées par rapport à chaque lentille, sont attachées collectivement en un faisceau et sortent du dispositif 2 collecteur de rayons de lumière solaire sous la forme du câble 5 4 de transmission optique montré en figure 1 qui est connecté avec le bioréacteur 1. La figure 4 est une vue en coupe pour expliquer la relation entre la lentille de Fresnel 21 et la fibre 10 optique 24, représentées toutes deux sur la figure 3. Sur la figure 4, U représente le foyer des rayons ultra-violets contenus dans les rayons de lumière solaire, V le foyer des rayons de lumière visible, et I le foyer des rayons infra-rouges. Comme le montre 15 la figure 4, quand l'extrémité 24a de la fibre optique 24 réceptrice de lumière est mise au foyer des rayons de lumière visible, seuls les rayons de lumière visible, ne contenant ni rayons ultra-violets ni rayons infrarouges, sont guidés dans la fibre optique 24. 20 Sur la figure 4, le repère 35 désigne une plaque réfléchissante. Au moment de mettre l'extrémité 24a de la fibre optique 24 recevant la lumière au foyer de la lentille de Fresnel 21 relatif aux composantes 25 des rayons de lumière visible, on met en place la plaque réfléchissante 35 dans le but d'empêcher que des rayons de lumière à haute densité d'énergie ne soient focalisés par la lentille de Fresnel 21 et dirigés sur le personnel. Les figures Sa et 5b sont des vues schématiques en coupe transversale pour expliquer une réalisation d'un radiateur de lumière utilisé pour émettre des rayons de lumière transmis à travers les fibres optiques 35 dans le bioréacteur 1 montré en figure 1. La figure -7 a est une vue latérale en coupe transversale du radiateur de lumière, et la figure 5b est une vue en plan de cette coupe. Sur la figure 5a, le repère 41 représente un tube transparent, et le repère 42 5 représente une barre de transmission optique placée dans le tube 41. Comme proposé auparavant par le demandeur de la présente invention, le radiateur de lumière 40 est constitué d'un tube transparent 41 et d'un barreau de transmission optique 42. Un grand 10 nombre de radiateurs de lumière 40, construits comme il a été mentionné ci-dessus, sont disposés de façon serrée parallèlement les uns aux autres dans le bioréacteur 1, comme le montre la figure 5b. Sur la figure 5a, le repère 43 désigne un connecteur de fibres. Le connecteur de fibres 36, montré sur la figure 4, est connecté au connecteur 43. Quand ces connecteurs sont connectés l'un à l'autre, les rayons de lumière visible guidés dans le conducteur 20 optique 24, comme mentionné ci-dessus, sont transmis au barreau de transmission optique 42 à travers ces éléments de connexion. Les rayons de lumière visible transmis sont émis à l'extérieur du barreau de transmission optique 42 depuis la partie émettrice 25 de lumière 42a du transmetteur optique 42. Des micro-organismes 50 en suspension remplissent l'espace entre les radiateurs de lumière respectifs disposés de la façon mentionnée cidessus (voir figure 30 5b: zone A). Les rayons de lumière émis depuis le radiateur de lumière 40, comme mentionné ci-dessus, sont amenés aux microorganismes 50 en suspension, et la photo-synthèse des micro-organismes a lieu à ce moment. -8 D'autre part, dans le bioréacteur proposé antérieurement par le demandeur de la présente invention, le barbotage est réalisé par la fourniture d'air sous pression contenant du gaz carbonique C02, à la partie inférieure des microorganismes 50 en suspension. Cependant, les microorganismes sont détruits par le barbotage et le gaz carbonique CO2 ne peut pas être efficacement dissous dans les cultures de sol. De plus, dans le cas de l'utilisation du bioréacteur mentionné ci-dessus dans des espaces sans force gravitationnelle, tels que l'espace extraterrestre ou équivalent, le barbotage ne peut pas être réalisé et le gaz carbonique CO2 forme un brouillard. Dans 15 cette condition le problème de la destruction des micro-organismes existe encore. Au contraire, selon la présente invention, le gaz carbonique CO2 peut être effectivement dissous dans les micro-organismes en suspension et ne barbotera pas. En conséquence, 20 la culture de micro-organismes peut être effectivement réalisée, et même dans l'espace, les micro-organismes peuvent être effectivement cultivés. Il apparait, d'après la description précédente, selon 25 la présente invention, que le gaz carbonique CO2 est dissous dans les micro-organismes en suspension ou dans un milieu de culture par l'action de la différence de pression entre la pression des micro-organismes en suspension ou du milieu de culture s'écoulant dans 30 les tubes poreux en silicone et la presion du gaz carbonique CO2 fourni à l'extérieur des tubes poreux en silicone. Autrement dit, le gaz carbonique CO2 est dissous à l'intérieur sans utiliser le procédé de barbotage. C'est pourquoi les micro-organismes 35 ne sont pas détruits, et même dans dans l'espace -9 universel, le gaz carbonique CO2 peut être effectivement dissous dans les micro-organismes en suspension ou dans un milieu de culture. 15 20 25 30 2 6 0 1 0 3 1 -10 REVENDICATION Bioréacteur comprenant une cuve de bioréacteur (1), un grand nombre de tubes (41) cylindriques transparents 5 constituant un radiateur de lumière (40) et disposés parallèlement les uns aux autres dans ladite cuve du bioréacteur, un grand nombre de conducteurs optiques (42) insérés dans chacun desdits tubes (41) cylindriques transparents, une source de lumière (2, 3) pour guider 10 dans lesdits conducteurs optiques (42) les composantes de la lumière visible des rayons de lumière solaire et/ou des rayons de lumière artificielle, et un échangeur de gaz (5) pour alimenter en gaz carbonique C02 des micro-organismes en suspension ou contenus 15 dans l'espace entre lesdits tubes (41) cylindriques transparents dans ledit bioréacteur (1), dans lequel une partie des micro-organismes en suspension dans ledit bioréacteur (1) est recyclée vers ledit bioréacteur (1) à travers ledit échangeur de gaz (5), 20 le gaz carbonique CO2 étant fourni aux micro-organismes en suspension dans ledit échangeur de gaz (5), caractérisé par le fait que ledit échangeur de gaz (5) est constitué de tubes (5b) en silicone présentant des trous microscopiques par lesquels passent lesdits 25 micro-organismes en suspension recyclés, et d'une enveloppe (5a) scellée hermétiquement dans laquelle sont insérés les tubes (5b) en silicone, et que du gaz carbonique CO2 est introduit dans ladite enveloppe (5a) scellée hermétiquement à une pression supérieure 30 à celle desdits micro-organismes en suspension s'écoulant dans lesdits tubes (5b) en silicone.