Brevet FR3047998A1 — publié le 20170825

PROCEDE DE CULTURE D'ORGANISMES PHOTOSYNTHETIQUES A L'AIDE D'UNE SOURCE DE CO2 La présente invention a pour objet un procédé de culture d'organismes photosynthétiques à l'aide d'une source de CO2, continue ou discontinue. Les microalgues et les cyanobactéries sont des micro-organismes unicellulaires photosynthétiques pouvant produire différents types de matières organiques telles que les protéines, les glucides, les lipides et sont considérés comme des organismes optimaux pour obtenir des produits à haute valeur ajoutée, tels que des polysaccharides fonctionnels, des caroténoïdes, des vitamines, des acides gras insaturés, etc. En ce qui concerne les macroalgues, leur valeur alimentaire rend leur culture particulièrement intéressante. En outre, lors de la culture des microalgues, des cyanobactéries et des macroalgues, du dioxyde de carbone, qui est le facteur principal du réchauffement de la planète, est consommé, donc éliminé. Ces organismes photosynthétiques ont un temps de multiplication plus court que les plantes terrestres (et donc la quantité de dioxyde de carbone peut être efficacement réduite), grandissent rapidement dans un milieu pauvre, et peuvent directement utiliser les gaz de combustion provenant des centrales électriques ou des usines. Afin d'éliminer efficacement le dioxyde de carbone tout en produisant des microalgues, des cyanobactéries et des macroalgues et/ou des composés d'intérêt avec des rendements élevés, il est nécessaire de disposer d'installations permettant de s'adapter aux sources intermittentes de dioxyde de carbone, car c'est sous cette forme que le dioxyde de carbone est traditionnellement rejeté dans l'atmosphère. Actuellement, l'effluent gazeux est notamment injecté directement dans le système de culture où il est transféré à la phase liquide de culture. Lors des périodes d'arrêt de la source intermittente de production, la culture consomme le carbone dissous résiduel ce qui peut amener à une limitation de croissance si le carbone dissous devient insuffisant. L'effluent gazeux peut également être injecté dans une solution liquide en amont du système pour former une solution carbonatée, servant ensuite à l'alimentation du système de culture. Cela permet de disposer d'une source de carbone dissous pendant les périodes d'arrêt. Néanmoins, la dissolution importante du carbone impose de travailler à un pH élevé incompatible avec la régulation pH du système de culture qui impose une source acide, la consommation du carbone dissous par la croissance microalgale basifiant le milieu. 3047998 2 Ainsi, un but de la présente invention est de fournir un procédé permettant la culture optimale d'organismes photosynthétiques avec une source intermittente de CO2 gazeux. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé permettant de concilier les besoins permanents des systèmes de culture d'organismes photosynthétiques en apport de 5 carbone dissous et en régulation du pH, avec une source intermittente de CO2 gazeux. L'invention a par conséquent pour objet l'utilisation d'une première composition aqueuse ayant un pH supérieur à pHH et d'une deuxième composition ayant un pH inférieur à pHH pour la culture d'organismes photosynthétiques, choisis parmi les microalgues, les 10 cyanobactéries et les macroalgues, dans un système de culture comprenant un milieu de culture, dans laquelle : - ladite première composition aqueuse ayant un pH supérieur à pHH est obtenue par mise en contact de CO2 produit par une source de CO2, continue ou discontinue, d'une 15 base, d'eau et éventuellement de tout ou partie des constituants d'un milieu de culture algal; - la deuxième composition aqueuse ayant un pH inférieur à pHH est obtenue par dissolution de CO2 produit par ladite source dans de l'eau ou une solution aqueuse contenant tout ou partie des constituants d'un milieu de culture algal; 20 le pH dudit milieu de culture étant tel que : - quand le pH dudit milieu de culture atteint une limite haute, pHH, la deuxième composition aqueuse et/ou du CO2 produit par ladite source sont ajoutés audit milieu de culture de manière à faire baisser le pH, de préférence jusqu'à ce que le pH dudit milieu de culture atteigne une limite basse, pHs ; 25 - quand le pH dudit milieu de culture atteint ladite limite basse, pHH, la première composition aqueuse est ajoutée audit milieu de culture de manière à faire monter le pH, de préférence jusqu'à ce que le pH dudit milieu de culture atteigne une valeur intermédiaire, pft, avec pHH pfli) est injectée jusqu'à atteindre le pH optimum de croissance. La consommation du carbone dissous provoque une basification du milieu jusqu'à atteindre la consigne haute pHH, menant à une reproduction du cycle. 25 A noter que les consignes pEIH et pHH peuvent être choisies très proches du pHI, permettant au final de maintenir le pH à l'optimum de croissance. EXEMPLE 30 La source de CO2 est une fumée industrielle comprenant 9% de CO2 Les première et deuxième compositions aqueuses, respectivement dans les cuves de carbonatation et d'acidification, sont à une température de 25°C Dans la cuve de carbonatation, le pH et la concentration en CID de la première composition aqueuse sont liés comme indiqué dans le tableau suivant : 3047998 19 pH CID (mM) 7,5 46,7 8 141,2 8,5 444,1 9 1441,2 Ainsi, l'ajout de base, notamment de base forte, permet d'augmenter la concentration en CID de la première composition aqueuse, et donc la quantité de CID stockée dans la cuve de carbonatation. 5 Dans la cuve d'acidification, le pH de la deuxième composition aqueuse, à l'équilibre, est de 4,42 et la concentration en CID de 3mM. 10 REVENDICATIONS1. Utilisation d'une première composition aqueuse ayant un pH supérieur à pHH et d'une deuxième composition ayant un pH inférieur à pHH pour la culture d'organismes photosynthétiques, choisis parmi les microalgues, les cyanobactéries et les macroalgues, dans un système de culture comprenant un milieu de culture, dans laquelle : - ladite première composition aqueuse ayant un pH supérieur à pHH est obtenue par mise en contact de CO2 produit par une source de CO2, continue ou discontinue, d'une base, d'eau et éventuellement de tout ou partie des constituants d'un milieu de culture algal; - la deuxième composition aqueuse ayant un pH inférieur à pHH est obtenue par dissolution de CO2 produit par ladite source dans de l'eau ou une solution aqueuse contenant tout ou partie des constituants d'un milieu de culture algal; le pH dudit milieu de culture étant tel que : - quand le pH dudit milieu de culture atteint une limite haute, pHH, la deuxième composition aqueuse et/ou du CO2 produit par ladite source sont ajoutés audit milieu de culture de manière à faire baisser le pH, de préférence jusqu'à ce que le pH dudit milieu de culture atteigne une limite basse, pHs ; - quand le pH dudit milieu de culture atteint ladite limite basse, pHH, la première composition aqueuse est ajoutée audit milieu de culture de manière à faire monter le pH, de préférence jusqu'à ce que le pH dudit milieu de culture atteigne une valeur intermédiaire, pft, avec pHH 2. Procédé de culture d'organismes photosynthétiques, choisis parmi les microalgues, les cyanobactéries et les macroalgues, à l'aide d'une source de CO2, continue ou discontinue, dans lequel le CO2 est dirigé au moyen de conduites et de vannes commandées de préférence par un automate : - dans un système de culture comprenant un milieu de culture d'organismes photosynthétiques; et/ou 3047998 21 - dans de l'eau ou une solution aqueuse contenant tout ou partie des constituants d'un milieu de culture algal, pour obtenir en présence d'une base une première composition aqueuse ayant un pH supérieur à pHH ; et/ou - dans de l'eau ou une solution aqueuse contenant tout ou partie des constituants d'un 5 milieu de culture algal, pour obtenir une deuxième composition aqueuse ayant un pH inférieur à pHH, par dissolution de CO2 produit par ladite source dans l'eau ; procédé caractérisé en ce que, lors de la culture d'organismes photosynthétiques dans ledit milieu de culture pour obtenir une biomasse d'organismes photosynthétiques à l'aide du CO2 provenant de la dite source et/ou des ions carbonate et de l'acide carbonique 10 respectivement contenus dans les première et deuxième compositions aqueuses: i. quand le pH dudit milieu de culture atteint une limite haute, pHH, la deuxième composition aqueuse et/ou du CO2 produit par ladite source sont ajoutés audit milieu de culture de manière à faire baisser le pH, de préférence jusqu'à ce que le pH dudit milieu de culture atteigne une limite basse, pHH ; 15 ii. quand le pH dudit milieu de culture atteint ladite limite basse, pHH, la première composition aqueuse est ajoutée audit milieu de culture de manière à faire monter le pH, de préférence jusqu'à ce que le pH dudit milieu de culture atteigne une valeur intermédiaire, pft, avec pHH 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les organismes photosynthétiques sont choisis dans le groupe constitué : 3047998 22 - des microalgues, en particulier des microalgues des genres Chlorella, Nannochloropsis, Chlamydomonas, Tetraselmis, Scendesmus, Parachlorella, Porphyridium, Botryococcus et Neochloris ; - des cyanobactéries, en particulier des genres Arthrospira, Aphazomenon et 5 Synechocystis; et - des macroalgues, en particulier les macroalgues Ulva, Fucus, Palmaria. 4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la source de CO2 est constituée de fumées industrielles, ladite la source de CO2 étant en particulier choisie dans le groupe constitué 10 des émissions de chaudière, de centrale thermique, de cimenterie, de sidérurgie, de raffinerie, d'usine de fabrication d'ammoniac, des procédés de fermentation et des procédés de digestion anaérobie. 5. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la source de CO2 est discontinue, et 15 l'automate agit sur les différentes vannes reliant entres eux un système de culture d'organismes photosynthétiques comprenant ledit milieu de culture, la première composition aqueuse ayant un pH supérieur à pHH et la deuxième composition ayant un pH inférieur à pHs de telle manière que : - lorsque la source de CO2 produit du CO2 : 20 o du CO2 est dirigé dans de l'eau ou une solution aqueuse contenant tout ou partie des constituants d'un milieu de culture algal, pour obtenir en présence d'une base ladite première composition aqueuse, et dans de l'eau ou une solution aqueuse contenant tout ou partie des constituants d'un milieu de culture algal pour obtenir ladite deuxième composition aqueuse par dissolution 25 de CO2 produit par ladite source dans l'eau ou la solution aqueuse ; o (si désiré) du CO2 est dirigé directement dans le système de culture si le pH est tel que pHs 6. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le système de culture est un système fermé. 7. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le système de culture est un système ouvert. 8. Dispositif pour la culture d'organismes photosynthétiques, choisis parmi les microalgues, 20 les cyanobactéries et les macroalgues, à l'aide d'une source de CO2, continue ou discontinue, comprenant les éléments suivants: - un moyen A de captation du CO2 produit par ladite source, moyen comprenant de l'eau ou une solution aqueuse contenant tout ou partie des constituants d'un milieu de culture algal, et une base, et permettant l'obtention d'une première composition 25 aqueuse ayant un pH supérieur à pHs; - un moyen B de captation du CO2 produit par ladite source, moyen comprenant de l'eau ou une solution aqueuse contenant tout ou partie des constituants d'un milieu de culture algal, et permettant l'obtention d'une deuxième composition aqueuse ayant un pH inférieur à pHs; 30 - un système de culture desdits organismes photosynthétiques, équipé de moyens de mesure du pH; - des conduites et des vannes reliant entre eux la source de CO2, le système de culture desdits organismes photosynthétiques et les moyens A et B 3047998 24 - un système de commande et de contrôle des flux gazeux et liquides entre la source de CO2, le système de culture desdits organismes photosynthétiques et les moyens A et B, de préférence un automate, caractérisé en ce que le système de commande est agencé de façon à ce que : 5 o le CO2 produit par ladite source est dirigé vers ledit système de culture, et/ou lesdits moyens A et B de captation du CO2 ; o quand le pH dudit milieu de culture atteint une limite haute, pHs, la deuxième composition aqueuse provenant du moyen B et/ou du CO2 produit par ladite source sont ajoutés audit milieu de culture de manière à faire baisser le pH, de 10 préférence jusqu'à ce que le pH dudit milieu de culture atteigne une limite basse, pHs ; o quand le pH dudit milieu de culture atteint ladite limite basse, pHs, la première composition aqueuse provenant du moyen A est ajoutée audit milieu de culture de manière à faire monter le pH, de préférence jusqu'à ce que le pH dudit 15 milieu de culture atteigne une valeur intermédiaire, pft, avec pHs 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel le système de culture est un système fermé. 3047998 25 10. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel le système de culture est un système ouvert. 11. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les moyens A et B sont équipés d'une 5 sortie liquide et d'une sortie gaz, lesdites sorties étant telles que : - les sorties liquide des moyens A et B alimentent le système de culture en première et deuxième compositions aqueuses, respectivement ; - la sortie gaz du moyen A est reliée au moyen B ; - la sortie gaz du moyen B est reliée au système de culture. 10 12. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel la source de CO2 est discontinue, et l'automate agit sur les différentes vannes reliant entres eux ledit système de culture, la première composition aqueuse ayant un pH supérieur à pHH et la deuxième composition ayant un pH inférieur à pEIB de telle manière que : 15 - lorsque la source de CO2 produit du CO2 : o du CO2 est dirigé dans le moyen A pour obtenir une première composition aqueuse ayant un pH supérieur à pHH, et dans le moyen B pour obtenir une deuxième composition aqueuse ayant un pH inférieur à pHs ; o (si désiré) du CO2 est dirigé directement dans le système de culture si le pH est 20 tel que pHs