Brevet FR3101638A1 — publié le 20210409

DISPOSITIF DE FILTRATION D’UNE CULTURE CELLULAIRE EN VUE D’OBTENIR DE LA BIOMASSE CONCENTRÉE. L’invention concerne un dispositif de filtration d’une culture cellulaire en vue d’obtenir de la biomasse concentrée, qui comporte : - un réservoir, - un filtre positionné dans le réservoir et qui délimite le réservoir entre un premier compartiment et un deuxième compartiment, - une source d’alimentation en culture cellulaire se déversant dans le premier compartiment, - une évacuation du filtrat raccordée au deuxième compartiment, - un moyen de décolmatage comportant au moins une sortie de gaz ou au moins une sortie d’eau expulsant respectivement du gaz ou de l’eau vers le filtre, et - un collecteur configuré pour récupérer la biomasse concentrée dans le premier compartiment. L’invention concerne également un procédé de filtration d’une culture cellulaire en vue d’obtenir de la biomasse concentrée. Figure pour l’abrégé : figure 6 DISPOSITIF DE FILTRATION D’UNE CULTURE CELLULAIRE EN VUE D’OBTENIR DE LA BIOMASSE CONCENTRÉE. La présente invention vise un dispositif pour la production de biomasse de culture cellulaire de microalgues ou de cyanobactéries. La présente invention vise également un dispositif de filtration d’une culture cellulaire en vue d’obtenir de la biomasse concentrée. La présentation vise en outre un procédé de transformation d’une biomasse concentrée en vue d’obtenir une préparation alimentaire. La présente invention s’inscrit notamment dans le domaine de la production de microalgues pour la consommation alimentaire. La production de biomasse de culture cellulaire de microalgues ou de cyanobactéries se développe dans le monde pour répondre à une demande accrue de produits de cette culture qui trouvent des applications notamment dans les biocarburants, comme alternatives protéinées, comme pigments, comme antioxydants et dans des applications médicales et paramédicales. Le moyen de culture privilégié de la culture cellulaire de microalgues est une culture en bassin dit « champs de courses » (ou «  raceway ponds  », selon la dénomination en anglais). Ces bassins occupent une très grande surface au sol. De plus, ils ne peuvent fonctionner que si le climat est favorable. En outre, ils présentent une très grande surface de contact avec l’air ambiant, ce qui expose la culture cellulaire à des contaminations. La biomasse exposée à des contaminations tend ensuite à présenter une durée de conservation moindre et des propriétés nutritives appauvries. La surface d’exposition à l’air empêche également l’optimisation de l’apport en nutriments, qui sont trop facilement évaporés à cause de la faible profondeur d’eau. La culture en bassin limite également l’apport de CO 2 par bullage, car le temps laissé pour la diffusion dans l’eau est trop faible en raison de la faible profondeur d’eau. La biomasse produite à partir des cultures cellulaires de microalgues ou de cyanobactéries produit une croissance exponentielle appelée efflorescence (ou «  bloom  » en anglais) et doit être récoltée périodiquement. La méthode de filtration mise en œuvre actuellement pour récolter cette efflorescence est une filtration mécanique sur tamis horizontal. Elle consiste à filtrer le milieu de culture sur une maille suffisamment petite pour retenir la biomasse algale cultivée, et laisser passer à travers le filtre le milieu de culture et les autres microorganismes plus petits que l’espèce cultivée. Cette filtration se fait aujourd’hui sur tamis horizontal, et repose sur la gravité pour faire passer le milieu de culture d’un côté à l’autre du tamis. Cette méthode de filtration présente l’inconvénient de nécessiter une main d’œuvre importante, car la biomasse concentrée sur le tamis doit être récoltée périodiquement. Cette méthode de filtration pose également le problème d’une éventuelle contamination au contact de l’air et d’une variation non contrôlée du pH de la biomasse concentrée en raison du séchage partiel de la biomasse concentrée sur le filtre. Pour prévenir le développement bactérien sur la biomasse obtenue et assurer une durée de conservation satisfaisante, la biomasse est commercialisée sèche. Pour ce faire, la biomasse est pressée par pression mécanique ou par dépression à vide jusqu’à atteindre une activité de l’eau (souvent désignée par l’acronyme « Aw » de l’anglais « Activity of Water ») inférieure à 40 %. Ce mode de conservation stabilise le produit sur un plan microbiologique. Cependant, ce processus dégrade les caractéristiques nutritionnelles et organoleptiques de la biomasse et amoindrit ses caractéristiques antioxydantes. La biomasse peut être utilisée fraîche, à une Aw de l’ordre de 95 %. Elle garde alors des caractéristiques nutritionnelles et organoleptiques avantageuses, mais souffre d’une durée de conservation de deux à trois jours qui rend difficile la valorisation de la biomasse fraîche. La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. À cet effet, selon un premier aspect, l’invention concerne un dispositif de filtration d’une culture cellulaire en vue d’obtenir de la biomasse concentrée, qui comporte : - un réservoir, - un filtre positionné dans le réservoir et qui délimite le réservoir entre un premier compartiment et un deuxième compartiment, - une source d’alimentation en culture cellulaire se déversant dans le premier compartiment, - une évacuation du filtrat raccordée au deuxième compartiment, - un moyen de décolmatage comportant au moins une sortie de gaz ou au moins une sortie d’eau expulsant respectivement du gaz ou de l’eau vers le filtre, et - un collecteur configuré pour récupérer la biomasse concentrée dans le premier compartiment. Grâce à ces dispositions, le risque de colmatage du filtre par la biomasse contenue dans la culture cellulaire est amoindri, en empêchant qu’elle adhère à la maille de filtration du filtre. D’une part, le moyen de décolmatage crée un brassage de la culture cellulaire, la biomasse reste ainsi en suspension plutôt que de se coller au filtre par l’effet de la gravité. D’autre part, la projection de gaz ou de liquide en direction du filtre a une action mécanique qui décroche les amas susceptibles de boucher le filtre. Le filtre est au moins en partie vertical ou inclinée par rapport à un plan horizontal, et la filtration est réalisée en milieu liquide lorsque le filtre est immergé par le liquide de culture cellulaire, de sorte que la biomasse concentrée filtrée à partir de la culture cellulaire n’est pas susceptible de sécher ou de s’accumuler par gravité sur le filtre. Dans des modes de réalisation, le dispositif de filtration comporte une surface positionnée au contact du filtre et le filtre est mobile en frottement contre ladite surface. Grâce à ces dispositions, les frottements du filtre contre la surface contribuent à le décolmater. Le filtre est placé en contact avec une surface fixe, montée dans le réservoir. Le filtre n’est pas fixé, mais laissé libre de bouger au gré des mouvements de liquide dans le réservoir et sous l’action des moyens de décolmatage (sorties de gaz, sorties d’eau). Le filtre en mouvement contre ladite surface opère une action mécanique de frottement qui contribue à décolmater le filtre. Dans des modes de réalisation, le dispositif de filtration comporte une paroi perforée encerclant au moins partiellement le filtre et la surface positionnée au contact du filtre est une surface de ladite paroi. Dans des modes de réalisation, le moyen de décolmatage comporte une pluralité de sorties de gaz ou une pluralité de sorties d’eau positionnées pour expulser du gaz ou positionnée pour expulser de l’eau sur au moins une partie du pourtour du filtre. Grâce à ces dispositions, l’action de décolmatage du moyen de décolmatage est rendue plus efficace. Dans des modes de réalisation, le réservoir est étanche à l’air et la source d’alimentation en culture cellulaire est raccordée de manière étanche avec le réservoir, de sorte que la culture cellulaire évite toute contamination émanant de l’air ambiant. Grâce à ces dispositions, le risque de contamination de la culture cellulaire à filtrer et de la biomasse concentrée est amoindri. Dans des modes de réalisation, le dispositif de filtration comporte un détecteur de niveau de liquide dans le réservoir et un déclencheur qui contrôle une vanne contrôlant le débit d’alimentation du réservoir en culture cellulaire ou contrôlant le débit d’évacuation de filtrat, en fonction du niveau détecté. Grâce à ces dispositions, un certain niveau de liquide de culture cellulaire à filtrer est maintenu dans le premier compartiment du dispositif de filtration. Ces dispositions présentent l’avantage d’éviter que la biomasse concentrée ne sèche, de sorte que la biomasse concentrée ne subit pas de variation de pH susceptible de l’endommager et de manière que les contaminations par des contaminants de l’air sont moins fréquentes. De plus, ces dispositions permettent d’automatiser le processus de filtration qui peut être mis en œuvre pour un grand volume de culture cellulaire qui alimente le dispositif de filtration au fur et à mesure. Dans des modes de réalisation, le dispositif de filtration comporte un moyen d’injection, configuré pour pomper puis injecter du filtrat ou de la culture cellulaire sur le filtre, de sorte à le décolmater. Grâce à ces dispositions, le risque de colmatage du filtre est réduit. Dans des modes de réalisation, le filtre est en maille de polyéthylène ou en maille de polyane, de taille de maille comprise entre un et cent micromètres. Dans des modes de réalisation, le dispositif de filtration comporte un premier dispositif de filtration tel que décrit précédemment et le réservoir du premier dispositif de filtration comporte un trop-plein et le trop-plein de culture cellulaire se déverse dans un deuxième dispositif de filtration du même type que le dispositif de filtration décrit précédemment. Grâce à ces dispositions, plusieurs dispositifs de filtration objet de l’invention peuvent être mis en série de sorte à traiter un plus grand volume de culture cellulaire à filtrer. De plus, un deuxième dispositif de filtration est une sécurité en cas de débordement du premier pour quelque raison que ce soit. Dans des modes de réalisation, le dispositif de filtration comporte un moyen de refroidissement du liquide contenu dans le dispositif. Grâce à ces dispositions, la température de la culture cellulaire à l’intérieur du dispositif de filtration peut être abaissée afin de limiter le développement microbien. Dans des modes de réalisation, le dispositif de filtration comporte au moins un vibrateur. Grâce à ces dispositions, une vibration appliquée sur le filtre décolle des amas de matière et contribue à le décolmater. Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un procédé de filtration d’une culture cellulaire en vue d’obtenir de la biomasse concentrée, qui met en œuvre les étapes suivantes : - un déversement de culture cellulaire dans un premier compartiment d’un dispositif de filtration, - une filtration en milieu liquide au travers d’un filtre délimitant le premier compartiment d’un deuxième compartiment, - un décolmatage du filtre par expulsion de gaz ou de liquide en direction du filtre, - une évacuation d’au moins une partie du filtrat contenu dans le deuxième compartiment, et - une collecte d’au moins une partie de la biomasse concentrée contenue dans le premier compartiment. Dans des modes de réalisation, le pH de la culture cellulaire est maintenu entre 8,5 et 11 et le pH de la biomasse concentrée est maintenu entre 8,5 et 11. Grâce à ces dispositions, le pH de la biomasse est maintenu durant l’ensemble du processus dans une gamme de pH qui n’est pas favorable aux contaminations microbiennes. Cette précaution n’est pas respectée dans les procédés de l’art antérieur qui exposent souvent la biomasse à un pH entre 7 et 8 lors d’une exposition à l’air extérieur. Les buts, avantages et caractéristiques particulières du procédé objet de la présente invention étant similaires à ceux du dispositif objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici. D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier du dispositif et du procédé objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif pour la production de biomasse de culture cellulaire objet de la présente invention, représente, schématiquement, le circuit de circulation de milieu de culture d’un deuxième de mode de réalisation particulier du dispositif pour la production de biomasse de culture cellulaire objet de la présente invention, représente, schématiquement, le réseau de distribution de nutriment du deuxième de mode de réalisation particulier du dispositif pour la production de biomasse de culture cellulaire objet de la présente invention, représente, schématiquement, trois photobioréacteurs du deuxième mode de réalisation particulier du dispositif pour la production de biomasse de culture cellulaire objet de la présente invention, des flèches illustrant l’agitation et la circulation au sein des photobioréacteurs figurent également sur ce schéma, représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une succession d’étapes particulière du procédé de production de biomasse d’une culture cellulaire, objet de la présente invention, représente, schématiquement, un mode de réalisation particulier d’un dispositif de filtration d’une culture cellulaire en vue d’obtenir de la biomasse concentrée, objet de la présente invention, représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une succession d’étapes particulières du procédé de filtration d’une culture cellulaire en vue d’obtenir de la biomasse concentrée objet de la présente invention, représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une succession d’étapes particulières du procédé de transformation de la biomasse, en vue d’obtenir une préparation alimentaire, représente, schématiquement, un mode de réalisation particulier d’une centrifugeuse d’essorage, représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une succession d’étapes particulières du procédé global incluant le procédé pour la production de biomasse de culture cellulaire, suivi du procédé de filtration de la culture cellulaire, suivie du procédé de transformation de la biomasse filtrée, en vue d’obtenir une préparation alimentaire, représente, schématiquement, un mode de réalisation un mode de réalisation particulier d’une installation comportant un dispositif pour la production de biomasse de culture cellulaire, un dispositif de filtration d’une culture cellulaire en vue d’obtenir de la biomasse concentrée, une centrifugeuse d’essorage de la biomasse concentrée, une cellule de refroidissement et une chambre froide, et représente, sous forme de graphique, l’évolution de la valeur de pH mesurée dans un photobioréacteur objet de l’invention et l’évolution de la valeur de pH mesurée dans un dispositif de culture de biomasse cellulaire de l’art antérieur. Dispositif de filtration d’une culture cellulaire en vue d’obtenir de la biomasse concentrée, caractérisé en ce qu’il comporte : - un réservoir (510), - un filtre (515) positionné dans le réservoir et qui délimite le réservoir entre un premier compartiment (530) et un deuxième compartiment (540), - une source d’alimentation en culture cellulaire se déversant dans le premier compartiment, - une évacuation (560) du filtrat raccordée au deuxième compartiment, - un moyen de décolmatage comportant au moins une sortie de gaz ou au moins une sortie d’eau expulsant respectivement du gaz ou de l’eau vers le filtre, et - un collecteur (570) configuré pour récupérer la biomasse concentrée dans le premier compartiment. Dispositif de filtration selon la revendication 1, qui comporte une surface positionnée au contact du filtre et dans lequel le filtre est monté mobile en frottement contre ladite surface. Dispositif de filtration selon la revendication 2, qui comporte une paroi perforée encerclant au moins partiellement le filtre et dans lequel la surface positionnée au contact du filtre est une surface de ladite paroi. Dispositif de filtration selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le moyen de décolmatage comporte une pluralité de sorties de gaz ou une pluralité de sorties d’eau positionnées pour expulser du gaz ou positionnée pour expulser de l’eau sur au moins une partie du filtre. Dispositif de filtration selon l’une des revendications 1 à 4 dans lequel le réservoir est étanche à l’air et dans lequel la source d’alimentation en culture cellulaire est raccordée de manière étanche avec le réservoir, de sorte que la culture cellulaire évite toute contamination émanant de l’air ambiant. Dispositif de filtration selon l’une des revendications 1 à 5, qui comporte un détecteur de niveau (595) de liquide dans le réservoir et un déclencheur (597) qui contrôle une vanne contrôlant l’alimentation du réservoir en culture cellulaire ou contrôlant l’évacuation de filtrat, en fonction du niveau détecté. Dispositif de filtration selon l’une des revendications 1 à 6, qui comporte un moyen d’injection, configuré pour pomper puis injecter du filtrat ou de la culture cellulaire sur le filtre, de sorte à le décolmater. Dispositif de filtration selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le filtre est en maille de polyéthylène ou de polyane de taille de maille comprise entre un et cent micromètres. Dispositif de filtration selon l’une des revendications 1 à 8, qui comporte un premier dispositif de filtration selon l’une des revendications 1 à 8 dans lequel le réservoir du premier dispositif de filtration comporte un trop-plein (545) et dans lequel le trop-plein de culture cellulaire se déverse dans un deuxième dispositif de filtration (500) selon l’une des revendications 1 à 8. Procédé (60) de filtration d’une culture cellulaire en vue d’obtenir de la biomasse concentrée, caractérisé en ce qu’il met en œuvre les étapes suivantes : - un déversement (605) de culture cellulaire dans un premier compartiment d’un dispositif de filtration, - une filtration (610) en milieu liquide au travers d’un filtre délimitant le premier compartiment d’un deuxième compartiment, - un décolmatage (615) du filtre par expulsion de gaz ou de liquide en direction du filtre, - une évacuation (620) d’au moins une partie du filtrat contenu dans le deuxième compartiment, et - une collecte (625) d’au moins une partie de la biomasse concentrée contenue dans le premier compartiment. Procédé de filtration selon la revendication 10, dans lequel le pH de la culture cellulaire est maintenu entre 8,5 et 11 et dans lequel le pH de la biomasse concentrée est maintenu entre 8,5 et 11.