Brevet FR3151337A1 — publié le 20250124

L’invention concerne une structure de photobioréacteur comprenant : - une enceinte transparente (E) ; - une pièce d’extrémité inférieure (I) et/ou une pièce d’extrémité supérieure (S) configurée pour être raccordée à ladite enceinte (E) ; et - au moins une pièce de raccord (RI, RS), caractérisée en ce que ladite pièce d’extrémité inférieure (I) et/ou supérieure (S) comprend : - une portion proximale (PP) ayant une partie de raccord coopérant avec ladite pièce de raccord (RI, RS) et l’enceinte transparente (E) ; et - une portion distale (PD) comprenant une extrémité distale (AP), et en ce que la portion proximale (PP) comprend au moins un orifice de dérivation (D1, D2, D3, D4) équipé d’une structure de dérivation, et l’extrémité distale (AP) comprend au moins un orifice d’embouchure (E1, S1) équipée d’une structure d’embouchure. L’invention concerne également un meuble (M) et un procédé sur la base d’une telle structure. Figure de l’abrégé : Fig. 2 Structure de photobioréacteur à extrémités de type conique, et procédé de fabrication d’un tel photobioréacteur L’invention se rapporte au domaine des structures de photobioréacteurs. Ce type de bioréacteur est utilisé pour la culture de micro-organismes de type photosynthétiques tels que des algues vertes ou des algues rouges. Ainsi, il est nécessaire de prévoir soit un éclairage interne au bioréacteur, soit un éclairage externe avec une enceinte généralement transparente. Dans l’art antérieur, il a été prévu des structures de photobioréacteur avec une enceinte cylindrique transparente en une pièce avec un fond arrondi, et un plafond arrondi En utilisation, il est requis de pouvoir ouvrir facilement l’enceinte, notamment pour la remplir de milieu de culture, ou pour la nettoyer. Ainsi, plusieurs structures de bioréacteurs proposent un couvercle amovible refermant l’extrémité supérieure. Par ailleurs, en utilisation, il est avantageux de prévoir, dans certains cas, des dérivations pour mettre en œuvre une recirculation du milieu, réaliser des prélèvements dans l’enceinte du bioréacteur, ou injecter des fluides sans ouvrir complètement le bioréacteur. Ceci oblige à réaliser des orifices par des perçages dans l’enceinte transparente, ce qui implique un procédé de fabrication complexe. En outre, ces dérivations sont généralement figées, et difficiles à adapter aux besoins différents de plusieurs utilisateurs. De plus, la forme de cuves de bioréacteurs nécessite des améliorations. En effet, les formes complexes et circonvolutions dans un milieu en agitation peuvent aboutir à des baisses de rendements, car les cellules sont coincées dans les coins et circonvolutions. Un premier objectif de la présente invention est de proposer une structure de photobioréateur facile et rapide à fabriquer et à assembler. Un deuxième objectif est de proposer une structure permettant plusieurs configurations de dérivations possibles. Un troisième objectif est de proposer une forme de cuve limitant les baisses de rendements et les pertes de cellules. Pour atteindre ces objectifs, l’invention propose une structure de photobioréacteur comprenant : - une enceinte transparente de forme prismatique, en particulier cylindrique, dont la base inférieure et/ou la base supérieure sont ouvertes ; - une pièce d’extrémité inférieure et/ou une pièce d’extrémité supérieure configurée pour être raccordée à ladite base inférieure et/ou supérieure ; et - au moins une pièce de raccord pour raccorder ladite pièce d’extrémité inférieure et/ou supérieure à ladite base inférieure et/ou supérieure, de manière étanche, caractérisée en ce que ladite pièce d’extrémité inférieure et/ou supérieure comprend : - une portion proximale de forme prismatique, en particulier cylindrique, ayant une partie de raccord coopérant avec ladite pièce de raccord et l’enceinte transparente ; et - une portion distale de forme pyramidale ou de préférence conique, dont la base est en continuité avec la portion proximale, et comprenant une extrémité distale, et en ce que la portion proximale comprend au moins un orifice de dérivation équipé d’une structure de dérivation, et l’extrémité distale comprend au moins un orifice d’embouchure équipée d’une structure d’embouchure. Avantageusement, l’enceinte sous forme cylindrique raccordée à une à deux pièces extrémités, permet de faciliter l’assemblage par un simple raccord au moyen de la pièce de raccord. En outre, la majeure partie de la cuve est réalisée dans une forme cylindrique facile à fabriquer. Par ailleurs, une forme cylindrique facilite l’observation de la culture cellulaire dans plusieurs directions dans l’espace, en comparaison à une forme parallélépipédique ou cubique par exemple. De plus, les structures de dérivation et d’embouchures peuvent être sélectionnées ou refermées pour avoir une configuration de dérivation spécifique à chaque utilisateur. En outre, la forme prismatique ou conique de l’extrémité permet de limiter les pertes de cellules dans des fonds ou recoins. Ces cellules peuvent être entrainées vers l’apex et repoussées vers le milieu du corps par exemple pour l’extrémité supérieure, ou entrainées dans le tirage par exemple pour l’extrémité inférieure. Selon une variante, la structure de dérivation est configurée pour recevoir au moins l’un parmi : - des injecteurs de gaz insérés dans la pièce d’extrémité ; - au moins une sonde insérée dans la pièce d’extrémité ; et - au moins un injecteur de liquide raccordé à la structure de dérivation Les injecteurs de gaz permettent de réaliser une agitation du milieu par un système de bullage très spécifique. La sonde permet de détecter des caractéristiques ou propriétés physico-chimiques du milieu de culture. L’injecteur de liquide permet de prévoir un circuit stérile pour injecter du liquide dans le milieu sans ouvrir le réacteur en limitant le risque de contaminations. Selon une variante, la structure de photobioréacteur comprend : - l’enceinte transparente qui a une forme cylindrique, dont les bases inférieure et supérieure sont ouvertes ; - la pièce d’extrémité inférieure configurée pour être raccordée à ladite base inférieure ; et - la pièce d’extrémité supérieure configurée pour être raccordée à ladite base supérieure ; et - deux pièces de raccord pour raccorder les pièces d’extrémité auxdites bases de manière étanche. Cela permet d’avoir un réacteur facile à réaliser en plusieurs séries. Selon une variante, la pièce d’extrémité inférieure et/ou la pièce d’extrémité supérieure est de type métallique, en particulier en acier inoxydable. Cela permet de mettre en place les orifices et structures de dérivation par perçage et soudage. L’invention porte en outre sur une pièce d’extrémité inférieure pour une structure de photobioréacteur selon l’invention. Un autre objet de l’invention concerne une pièce d’extrémité supérieure pour une structure de photobioréacteur selon l’invention. L’invention a en outre trait à un kit de montage d’une structure de photobioréacteur selon l’invention, comprenant : - l’enceinte transparente ; - la pièce d’extrémité inférieure et/ou la pièce d’extrémité supérieure ; et - ladite pièce de raccord. Cela permet de faciliter le transport du photobioréacteur. L’invention porte également sur un meuble pour une structure de photobioréacteur selon l’invention, comprenant : - un support d’enceinte ayant une première structure de réception circulaire, recevant l’enceinte ; et - un support d’extrémité ayant une deuxième structure de réception circulaire, recevant la pièce d’extrémité inférieure et/ou la pièce d’extrémité supérieure. Cela permet de proposer un système de maintien simplifié laissant la majeure partie du photobiorécteur visible pour les contrôles visuels. Selon une variante, le meuble comprend la structure de photobioréacteur selon l’invention, et des moyens d’éclairage. Un autre objet de l’invention concerne un procédé d’assemblage d’une structure de photobioréacteur selon l’invention, comprenant les étapes suivantes : - mettre en place l’enceinte transparente ; - raccorder la pièce d’extrémité inférieure et/ou la pièce d’extrémité supérieure à ladite base inférieure et/ou supérieure de l’enceinte, au moyen de ladite pièce de raccord. L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des modes de réalisation préférés de l’invention, dans lesquelles : - illustre schématiquement une vue dans l’espace d’une structure de photobioréacteur selon un mode de réalisation préféré de l’invention ; - illustre schématiquement une vue de face d’un meuble selon l’invention comprenant la structure de photobioréacteur de la ; - illustre schématiquement une vue de face d’une pièce d’extrémité inférieure de la structure de photobioréacteur de la ; - illustre schématiquement une vue de dessus de la pièce d’extrémité inférieure de la . L’invention concerne premièrement la structure générale du photobioréacteur. La structure comprend une enceinte E cylindrique, dont la base inférieure et/ou la base supérieure sont ouvertes. L’enceinte E est utilisée en position verticale de sorte que l’axe principal du cylindre soit vertical. La structure comprend en outre une pièce d’extrémité inférieure I configurée pour être raccordée à ladite base inférieure au moyen d’une pièce de raccord inférieur RI. La structure comprend en outre de même une pièce d’extrémité supérieure S configurée pour être raccordée à ladite base supérieure au moyen d’une pièce de raccord supérieur RS. Le raccordement se fait avec une pièce d'extrémité I/S pouvant être légèrement plus grande ou plus petite, ou de la même taille (ici diamètre) que la partie correspondante de l’enceinte E. La pièce de raccord RI, RS est configurée selon le cas pour un raccordement étanche. Selon l’invention, la pièce d’extrémité inférieure I comprend une portion proximale PP et une portion distale PD mieux visibles en . La portion proximale PP est de forme cylindrique. Elle comprend une partie de raccord coopérant avec ladite pièce de raccord RI/RS et l’enceinte transparente E pour fermer l’ouverture correspondante de l’enceinte E de manière étanche. La portion distale PD est de forme conique. La base de ce cône est en continuité avec la portion proximale PP cylindrique. Ce cône présente une extrémité distale AP, en forme d’apex (mieux visible en ). La pièce d’extrémité inférieure I peut être de type métallique, par exemple en acier inoxydable. On peut bien entendu envisager d’autres matériaux dans le cadre de l’invention, tels que notamment des matériaux plastiques ou des structures réalisées en impression 3D. De même, la pièce d’extrémité supérieure S comprend une portion proximale PP et une portion distale PD, de préférence avec les mêmes caractéristiques que celles détaillées ci-dessus. En outre, selon l’invention, ladite extrémité distale AP comprend au moins un orifice d’embouchure E1, S1 au niveau de l’apex. L’orifice d’embouchure peut être équipé d’une structure d’embouchure. Il s’agit en particulier des extrémités distales AP supérieure et inférieure. Par ailleurs, la portion proximale PP comprend au moins un orifice de dérivation D1, D2, D3, D4 en position latérale, voire plusieurs orifices de dérivation angulairement espacés. Les orifices de dérivation D1, D2, D3, D4 sont équipés de structures de dérivation, mieux visibles en figures 3 et 4. Des pompes P1, P2 peuvent être en outre prévues. En particulier, la pièce d’extrémité inférieure I comprend un premier jeu de plusieurs orifices de dérivation angulairement espacés, configurés pour recevoir des injecteurs de gaz G insérés dans la pièce d’extrémité. Dans la variante illustrée, il y a 4 injecteurs de gaz agencés autour de la structure de photobioréacteur. Par ailleurs, la pièce d’extrémité inférieure I comprend au moins un orifice de dérivation configuré pour recevoir une sonde, par exemple une sonde de pH, insérée dans la pièce d’extrémité I. De plus, on peut prévoir une dérivation D2, raccordée à un injecteur de liquide, par un circuit stérile permettant d’injecter du liquide dans le milieu sans ouvrir le réacteur en limitant le risque de contaminations. L’injecteur de liquide peut être raccordé par l’intermédiaire d’une électrovanne EV. L’invention porte également sur une pièce d’extrémité inférieure I, et une pièce d’extrémité supérieure S telles que décrites précédemment, ainsi qu’un kit de montage correspondant. En utilisation, la structure de photobioréacteur est disposée dans un meuble M spécifique, par exemple une armoire, équipé de moyens lumineux L, tels que des rampes lumineuses comportant des LEDs. Le meuble M peut comprendre des panneaux et de préférence une porte. Ainsi, l’éclairage en continu du photobioréacteur peut se faire dans le meuble M sans gêner à l’extérieur du meuble M. Le meuble M comprend un support d’enceinte SE permettant de maintenir facilement l’enceinte E dans le meuble M ; et un support d’extrémité SI permettant de maintenir la pièce d’extrémité, ici inférieure I, dans le meuble M. A cet effet, le support d’enceinte SE comprend une première structure de réception circulaire, recevant l’enceinte E. La première structure de réception peut être démontable, en deux demi-cercles par exemple, avec une fixation des pièces en demi-cercle par une charnière. Ainsi, cette première structure de réception est ouverte pour disposer l’enceinte E en son sein avant de la refermer. Par ailleurs, le support d’extrémité SI comprend une deuxième structure de réception circulaire, recevant la pièce d’extrémité inférieure I. La pièce d’extrémité inférieure I peut y être insérée par la pointe, et y être maintenue par le poids de la structure de photobioréacteur et la résistance de la deuxième structure de réception. Ce type de meuble M sert de support à des dispositifs de commande, des dispositifs de contrôle ou autres, pour participer au fonctionnement du photobioréacteur. On peut aussi envisager un meuble sous forme de supports en brins sans panneaux ni porte. L’assemblage de la structure de photobioréacteur se fait en deux étapes principales. Dans une première étape, il faut raccorder la pièce d’extrémité inférieure I à ladite base inférieure de l’enceinte E, au moyen de ladite pièce de raccord inférieure RI. Dans une deuxième étape, il faut raccorder la pièce d’extrémité supérieure S à la base supérieure de l’enceinte E, au moyen de ladite pièce de raccord supérieure RS. Une fois la structure de photobioréacteur assemblée, il n’y a plus qu’à l’insérer dans le meuble M. A cet effet, le support d’enceinte SE peut être ouvert pour y disposer l’enceinte E. Ensuite, l’apex de la pièce d’extrémité inférieure I peut être disposé dans le support d’extrémité SI. Concernant maintenant l’agencement, il peut être adapté pour un photobioréacteur décrit précédemment, ou pour un bioréacteur au sens large. Ainsi, le bioréacteur comprend l’enceinte E, un circuit de recirculation RC, et une pompe de recirculation P1. L’enceinte E comprend l’extrémité inférieure I ayant au moins une sortie S1 pour liquides (à savoir ici l’embouchure S1) ; et une extrémité supérieure S ayant au moins une entrée D1 pour liquides (à savoir ici à l’orifice de dérivation D1). En particulier, ladite sortie S1 a une position centrale au centre de l’apex de l’extrémité inférieure I, par rapport aux injecteurs de gaz G qui ont une position périphérique. Les injecteurs de gaz G sont de préférence des diffuseurs de gaz, diffusant par exemple des bulles de moins de 500µm. On pourra parler de microbullage dans le cadre de cette partie de l’invention. Dans la variante illustrée, l’orifice d’embouchure E1 sert à évacuer le gaz injecté dans l’enceinte E, ainsi que l’écume créé par le microbullage. L’orifice d’embouchure E1 permet aussi de récolter par débordement grâce à l’injection de milieu via l’orifice de dérivation D2 (récolte en continu). L’orifice d’embouchure E1 déborde dans un bidon stérilisable, le gaz s’évacue de ce bidon par un filtre. L’enceinte E ayant ici une forme cylindrique, les injecteurs de gaz G sont angulairement espacés dans l’enceinte E autour de l’axe central de la forme cylindrique. Il y a au moins quatre injecteurs de gaz G. Cela permet d’avoir une diffusion sur l’ensemble d’un bioréacteur de par exemple de 200mm de diamètre. Chaque diffuseur diffuse sur un quart de la surface de révolution de l’enceinte. On peut envisager un dispositif d’injecteur individuel pouvant être inséré dans le contenant de l’enceinte. L’injecteur et/ou l’arrivée de gaz de l’injecteur peut passer ou pas par une paroi de l’enceinte. Un tel dispositif d’injecteur peut avoir une forme d’anneau ou d’arc de cercle. Le circuit de recirculation RC est connecté à ladite entrée D1 et à ladite sortie S1. Il permet de faire une recirculation de liquide dans une canalisation de petit diamètre par rapport à l’enceinte E. Cette canalisation mesure par exemple 20mm de diamètre. La pompe de recirculation P1 est raccordée à la sortie S1 et à la partie basse du circuit de recirculation RC. La partie haute du circuit de recirculation RC est raccordée à l’entrée D1 en haut de l’enceinte E. Selon l’invention, la pompe de recirculation P1 est configurée pour réaliser un flux de liquide FL de ladite sortie S1 vers ladite entrée D1 de sorte que le flux de liquide FL dans l’enceinte E a une direction essentiellement verticale du haut vers le bas. En outre, les injecteurs de gaz G sont agencés à plusieurs points de l’extrémité inférieure I. Ainsi, ils permettent de réaliser un flux de gaz FG vertical du bas vers le haut. La combinaison du flux de liquide FL vers le bas, et du flux de gaz FG vers le haut permet de réaliser une circulation inversée de gaz et du milieu, homogénéisant la culture et la répartition des cellules dans l’enceinte E. Dans la variante préférée, le circuit de recirculation RC comprend une fenêtre contrôle F transparente. A cet endroit, la paroi est de préférence entièrement transparente sur quelques centimètres. Cette fenêtre est de préférence disposée à hauteur d’homme pour pouvoir être contrôlée sans se baisser. Elle est par exemple dans une plage comprise entre 1,60m et 1,75m du sol. L’invention porte également sur le procédé de fabrication d’un bioréacteur tel que décrit précédemment. Dans ce procédé, la pompe de recirculation P1 est connectée à la sortie S1 de l’enceinte E, ainsi qu’au circuit de recirculation RC. Ensuite, le circuit de recirculation RC est connecté à l’entrée D1 de l’enceinte E. La pompe P2 est une pompe servant à vidanger complètement ou partiellement le photobioréacteur. Concernant spécifiquement l’agencement des injecteurs de gaz G (diffuseurs), il peut être adapté pour un photobioréacteur décrit précédemment, ou pour un bioréacteur au sens large. Ainsi, le bioréacteur comprend l’enceinte E qui comprend une paroi d’enceinte, et une extrémité inférieure I (ici sous forme de pièce d’extrémité séparée). L’extrémité inférieure I comprend une paroi latérale (ici la portion proximale PP) et un fond d’une forme donnée (ici la portion distale PD de forme cônique). Le bioréacteur comprend en outre les injecteurs de gaz G agencés dans la paroi latérale PP de l’extrémité inférieure I. Selon l’invention, les injecteurs de gaz y sont disposés de sorte que leurs bulles de gaz montent dans le milieu en étant en contact avec la paroi d’enceinte de l’enceinte E. Afin de couvrir l’ensemble de la paroi d’enceinte, les injecteurs de gaz G sont disposés à plusieurs points de la paroi latérale PP, ici à des points angulairement espacés autour de l’axe central de la paroi d’enceinte cylindrique. Dans la variante illustrée, la paroi d’enceinte est agencée verticalement. Les bulles de gaz y sont donc de préférence projetées. L’invention porte également sur le procédé de fabrication d’un bioréacteur tel que décrit précédemment. Dans ce procédé, les injecteurs de gaz G sont mis en place dans la paroi latérale PP de l’extrémité inférieure I, de sorte que leurs bulles de gaz montent dans le milieu en étant en contact avec la paroi d’enceinte de l’enceinte E. Structure de photobioréacteur comprenant : - une enceinte transparente (E) de forme prismatique, en particulier cylindrique, dont la base inférieure et/ou la base supérieure sont ouvertes ; - une pièce d’extrémité inférieure (I) et/ou une pièce d’extrémité supérieure (S) configurée pour être raccordée à ladite base inférieure et/ou supérieure ; et - au moins une pièce de raccord (RI, RS) pour raccorder ladite pièce d’extrémité inférieure (I) et/ou supérieure (S) à ladite base inférieure et/ou supérieure, de manière étanche, caractérisée en ce que ladite pièce d’extrémité inférieure (I) et/ou supérieure (S) comprend : - une portion proximale (PP) de forme prismatique, en particulier cylindrique, ayant une partie de raccord coopérant avec ladite pièce de raccord (RI, RS) et l’enceinte transparente (E) ; et - une portion distale (PD) de forme pyramidale ou de préférence conique, dont la base est en continuité avec la portion proximale (PP), et comprenant une extrémité distale (AP), et en ce que la portion proximale (PP) comprend au moins un orifice de dérivation (D1, D2, D3, D4) équipé d’une structure de dérivation, et l’extrémité distale (AP) comprend au moins un orifice d’embouchure (E1, S1) équipée d’une structure d’embouchure. Structure de photobioréacteur selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la structure de dérivation est configurée pour recevoir au moins l’un parmi : - des injecteurs de gaz (G) insérés dans la pièce d’extrémité ; - au moins une sonde (S) insérée dans la pièce d’extrémité (I) ; et - au moins un injecteur de liquide (R1) raccordé à la structure de dérivation. Structure de photobioréacteur selon l’une des revendications précédentes, comprenant : - l’enceinte transparente (E) qui a une forme cylindrique, dont les bases inférieure et supérieure sont ouvertes ; - la pièce d’extrémité inférieure (I) configurée pour être raccordée à ladite base inférieure ; et - la pièce d’extrémité supérieure (S) configurée pour être raccordée à ladite base supérieure ; et - deux pièces de raccord (RI, RS) pour raccorder les pièces d’extrémité (I, S) auxdites bases de manière étanche. Structure de photobioréacteur selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pièce d’extrémité inférieure (I) et/ou la pièce d’extrémité supérieure (S) est de type métallique, en particulier en acier inoxydable. Pièce d’extrémité inférieure (I) pour une structure de photobioréacteur selon l’une des revendications précédentes. Pièce d’extrémité supérieure (S) pour une structure de photobioréacteur selon l’une des revendications 1 à 4. Kit de montage d’une structure de photobioréacteur selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant : - l’enceinte transparente (E) ; - la pièce d’extrémité inférieure (I) et/ou la pièce d’extrémité supérieure (S) ; et - ladite pièce de raccord. Meuble (M) pour une structure de photobioréacteur selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant : - un support d’enceinte (SE) ayant une première structure de réception circulaire, recevant l’enceinte (E) ; et - un support d’extrémité (SI) ayant une deuxième structure de réception circulaire, recevant la pièce d’extrémité inférieure (I) et/ou la pièce d’extrémité supérieure. Meuble (M) selon la revendication précédente, comprenant la structure de photobioréacteur selon l’une des revendications 1 à 4, et des moyens d’éclairage (L). Procédé d’assemblage d’une structure de photobioréacteur selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant les étapes suivantes : - mettre en place l’enceinte transparente (E) ; - raccorder la pièce d’extrémité inférieure (I) et/ou la pièce d’extrémité supérieure (S) à ladite base inférieure et/ou supérieure de l’enceinte (E), au moyen de ladite pièce de raccord (RI, RS).