Brevet FR3149326A1 — publié le 20241206

La présente invention concerne alors un équipement d’amenée, à une installation de culture de micro-algues et notamment de culture de la spiruline, d’une eau dans laquelle a été dissoute une teneur donnée en CO 2 , se caractérisant en ce que l’équipement permet que le CO 2 soit dissout (1, 8, 4…) dans des conditions d’opacité à la lumière , équipement qui est localisé en position extérieure, adjacente, à l’installation de culture. Figure 1 Procédé d’injection de CO 2 en l’absence de lumière, dans la culture de la spiruline La présente invention concerne la culture de micro-algues et s’intéresse tout particulièrement à la culture de la spiruline. Si l’on considère le cas de la spiruline, celle-ci est une micro-algue cultivée pour son intérêt nutritionnel. Elle est riche en protéines, et caroténoïdes, en fer, en acides gras insaturés, elle est également riche en phycocyanine. Elle est vendue sur le marché des compléments alimentaires essentiellement à l’état sec, sous forme de gélules ou encore sous forme de poudre. Ainsi à titre illustratif, 40 à 50 tonnes sont produites et consommées en France annuellement, et l’on considère qu’environ 3000 tonnes sont consommées par an dans le monde. On doit également mentionner le fait que outre ses qualités alimentaires qui offrent une solution extrêmement précieuse pour certaines populations au niveau mondial, la culture de la spiruline (et au-delà plus généralement des micro-algues) représente une contribution majeure pour la résolution de la problématique de la réduction des gaz à effet de serre puisqu’elle permet précisément de séquestrer le CO 2 . En effet il a été démontré qu’en moyenne, chaque année, la spiruline absorbe 50 tonnes de CO 2 par hectare, contre 4 tonnes en comparaison pour la forêt, c’est donc une captation de dioxyde de carbone 10 fois plus élevée que ce qu’atteint la solution traditionnelle des forets d’arbres. On le voit donc tout ce qui peut être proposé pour améliorer les conditions de culture et de rendement des cultures de micro-algues, et notamment de la spiruline, est d’un énorme intérêt pour la population. La spiruline se présente sous forme de filaments constitués de cellules juxtaposées. La reproduction de la spiruline, asexuée, se fait par division des filaments. Pour cultiver la spiruline, il faut alors reproduire artificiellement son milieu de vie, et créer les conditions nécessaires à son développement : bassins sous serre pour la chaleur, eau à 37°C, systèmes d’agitation par roues à aubes ou par pompes, alcalinité, pH entre 8 et 10 etc… On considère généralement que sa culture requiert dix fois moins d’eau que n’importe quelle autre culture. Très riche en protéines, elle offre un rendement protéique à l’hectare (30 à 50 tonnes) quinze fois supérieur au Soja (2,5 tonnes). Son rendement à l’hectare est très élevé. Grande productrice d’oxygène la culture n’émet pas de gaz à effet de serre. On sait qu’il existe différents systèmes de culture actuellement pratiqués, qui sont adaptés à l’espèce de micro-algue cultivée et aux molécules d’intérêt cibles : Les bassins ouverts : la méthode sans doute la plus simple et la moins coûteuse. Elle consiste à cultiver la spiruline dans des bassins ouverts, exposés directement à la lumière solaire. Cette méthode est en particulier couramment utilisée dans les régions chaudes et ensoleillées où la spiruline pousse naturellement. Cependant, cette méthode n’est pas sans présenter des inconvénients, liés à la contamination par d'autres micro-organismes, ou encore à des phénomènes de pollution par des métaux lourds ou autres polluants. et Les photo-bioréacteurs fermés : cette méthode suppose de cultiver la spiruline dans des systèmes fermés, « sous serre », contrôlant ainsi beaucoup mieux toutes les conditions de culture, notamment la température, la lumière, la qualité de l'eau et la densité de la culture. Cette méthode est bien évidemment plus coûteuse mais elle présente plusieurs avantages, liés notamment à la pureté de la spiruline produite, et à la possibilité de cultiver toute l'année. En France, la spiruline se cultive principalement dans des bassins d’eau douce sous serre. La qualité de l’eau utilisée dans ces fermes est très importante et donc très contrôlée. Pour se rapprocher au maximum du milieu de vie naturel de la spiruline, les fermes aquacoles françaises ajoutent à l’eau utilisée différents éléments tels que du sel marin, du bicarbonate de sodium et différents sels minéraux (azote, phosphore, potassium, magnésium, fer, oligo-éléments….). Ces éléments constituent la nourriture de la spiruline. Chaque élément est apporté en quantité proportionnelle à ce que consomme la spiruline et donc à sa productivité. Tous les éléments sont consommés par la spiruline et transformés en protéines, glucides et autres éléments. Aucun produit phytosanitaire n’est nécessaire à la culture de spiruline, pas de pesticide, d’herbicide, de fongicides, d’OGMs ou autres ne sont utilisés pour la culture de la spiruline en France. L'aliment principal de la spiruline est cependant le carbone, dont la source normale est le gaz carbonique. La méthode de culture la plus simple, où la nourriture carbonée vient de l’air, qui contient du gaz carbonique, mais en proportion extrêmement diluée, présente une productivité modeste, mais qui, exprimée en protéines, reste très supérieure à celle des meilleures cultures agricoles ou horticoles, et qui, exprimée en calories alimentaires, leur est équivalente, et ceci sans consommer plus d'eau, ou même nettement moins. L'absorption du CO 2 atmosphérique se fait nuit et jour, indépendamment des variations quotidiennes du temps, lequel n'influe donc pas sur la productivité moyenne de ces cultures ; cette dernière n'est pas non plus affectée par une température exagérée la nuit (le pH baisse à cause de la respiration nocturne, mais sans perte de CO 2 , qui sera utilisé plus tard). Dans ces cultures on maintient traditionnellement le pH vers10,6 ou moins en jouant sur l’ombrage, et l’intensité de l’agitation n’est pas critique. On considère généralement que les facteurs pouvant favoriser la production de lipides sont : L’augmentation de l’intensité lumineuse ; La baisse de la température de l’eau du bassin; L’augmentation de la teneur en CO 2 injecté dans l’eau du/des bassin(s) ; Une carence en azote ou en phosphore. On notera par ailleurs que la composition des lipides (notamment la composition en acides gras) dépend également des conditions de culture. Une fois à maturité, la spiruline est récoltée, séchée et conditionnée, suivant le plus souvent les étapes suivantes : Grâce à une pompe dans le bassin, l’eau est aspirée vers une récolteuse qui a la forme d’un cylindre rotatif muni d’un filtre alimentaire de 35 µm. Le filtrat est recyclé et repart au bassin. La récolte se fait au petit matin car c’est le moment de la journée où les algues sont les plus riches en protéines. La spiruline ressemble alors à du fromage frais, la couleur chlorophylle en plus. Un pressage permet d’enlever le milieu de culture contenu dans la biomasse récoltée, composée à 90 % d’eau. L’opération s’effectue avec une presse munie d’une pompe à dépression d’air. À ce stade, la spiruline ressemble à de la pâte à modeler. Fraîche, elle peut être consommée sur un toast avec du fromage frais par exemple ou bien appliquée sur le visage en masque de beauté. À l’aide d’un poussoir de type poussoir à saucisses en inox, la spiruline est déposée en spaghettis sur des claies de séchage. Il est important de former des spaghettis réguliers pour éviter de faire des paquets, ce qui ralentit le séchage. Les algues sont ensuite séchées environ dix heures dans une chambre noire ventilée à 35 °C. Cette technique permet à la spiruline de conserver toutes ses propriétés nutritives (protéines, vitamines, oligo-éléments…). Après séchage, la spiruline est réduite en paillettes. Elle est généralement analysée et conditionnée dans des sachets alimentaires. Ces sachets permettent de protéger la spiruline de la lumière et de l’oxydation. La spiruline sèche peut être conservée ainsi en paillettes pendant deux ans environ ou être réduite en poudre ou en comprimés selon les modes de consommation. Il est aussi possible d'augmenter la productivité de la spiruline par beau temps, de la faire passer par exemple à 12 ou 15, voire 20 g/jour/m², si l’agitation est suffisante, en injectant du gaz carbonique pur directement dans la culture pour baisser son pH à 10 ou moins. La consommation de CO 2 est de l'ordre de 2 kg CO 2 /kg de spiruline. Une des façons envisageables d’injecter le gaz est de l'introduire dans un venturi à la sortie d'une pompe et de faire parcourir à l’émulsion plusieurs mètres de canalisation. Le problème de ces procédés antérieurs réside dans la compétition entre la photosynthèse et l’injection de CO 2 dans l’eau des bassins pour réguler le pH . Il est d’ailleurs connu que l’on obtient un meilleur rendement d'absorption du CO 2 la nuit en raison de l'absence de dégagement d'oxygène dans le milieu de culture. La présente invention s’attache alors à proposer des conditions permettant d’améliorer les résultats obtenus dans une telle culture de micro-algues et notamment de spiruline. Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, la présente invention propose des conditions reposant sur une injection de CO 2 en absence de lumière, permettant une utilisation 24h/24 y compris pour les installations équipées d’un éclairage industriel. La présente invention permet également d'améliorer les transferts gaz / liquide en agissant sur les paramètres suivants : le temps de contact pour la dissolution sans lumière. la vitesse des gaz. la vitesse des liquides : on privilégie selon l’invention, pour dissoudre un gaz dans un liquide, le fait de réaliser cette opération dans un circuit qui mélange le gaz et le liquide avec une vitesse d’au moins 2m/s. la pression et dépression du gaz (CO 2 ) : pour disposer d'une vitesse adéquate le circuit monte en pression, par l'utilisation d'une pompe, la mise en pression et la baisse de pression générant des échanges de gaz, propice à permettre d’enlever les gaz dissous présents dans l'eau qui ne sont pas du CO 2 . la pression du circuit au refoulement (liquide) : cette pression est directement liée aux caractéristiques de la pompe utilisée et du circuit de mélange qui génère une différence de pression. le volume à traiter : ce volume est dépendant des besoins du site producteur de micro-algues. le volume à by-passer : le volume à by-passer est préférentiellement compris entre 5 et 25 %, et plus préférentiellement voisin de 10%. le dégazage : le dégazage est l'opération qui permet d'enlever les gaz dissous dans l’eau traitée non souhaités et d'améliorer le transfert de CO 2 dans le liquide. Sachant qu’environ 90 % de l'eau tourne « en canard », l'eau monte en pression puis en dépression pour opérer ce dégazage. le pH la température (que l’on peut notamment réguler en injectant le CO 2 sous sa forme gazeuse ou bien sous sa forme liquide) Le fait que le CO 2 soit dissout en l'absence de lumière favorise le rendement d'absorption, proche de 100 %, en raison de l'absence de dégagement d'oxygène. Et ainsi, pour ne pas être limité à une injection du CO 2 la nuit, afin de réaliser la dissolution en absence de lumière , la présente invention propose de procéder à la dissolution du CO 2 dans des conditions d’opacité à la lumière, mettant en oeuvre notamment un équipement de dissolution, extérieur, adjacent, à l’installation de culture, comportant un bac et un contacteur gaz/liquide qui sont opaques à la lumière. La dissolution a donc lieu sans entrer en aucune façon en compétition avec la photosynthèse, favorisant on l’a vu un rendement d’absorption extrêmement élevé, que ce soit de jour ou de nuit. Selon un mode avantageux de mise en œuvre de l’invention, l’équipement de dissolution comprend : une pompe, qui permet d'atteindre une vitesse de fluide préférentiellement supérieure à 2m/s ; un contacteur gaz/liquide, par exemple , un serpentin, qui permet d'atteindre un temps de contact entre le CO 2 et le liquide préférentiellement d’au moins 10 secondes, et encore plus préférentiellement d’au moins 20 secondes ; un bac à pression atmosphérique permettant notamment de dégazer l'oxygène et l'azote présent naturellement dans le milieu de culture. La annexée présente une vue schématique partielle d’une installation de dissolution de CO 2 dans une eau prélevée d’un bassin de culture et retournée à ce bassin une fois la dissolution effectuée, permettant la mise en œuvre de l’invention. On peut noter la présence sur cette figure des éléments suivants : un injecteur 1, par exemple de type Venturi, permettant d’injecter un gaz dans de l’eau ; sur cet injecteur parviennent une ligne d’arrivée d’eau et une ligne d’arrivée de gaz (« GAZ »), ligne de gaz ici reliée en sa partie amont à un stockage de CO 2 (représenté par une bouteille) , ou d’un mélange de gaz comportant du CO 2 ; un détendeur 2 ; une vanne de réglage 3 (vanne de réglage gaz permettant, du fait de sa calibration, d’injecter une quantité de gaz choisie dans l’injecteur); un contacteur 4, par exemple comme ici un serpentin (dispositif de réalisation du contact entre l’eau et le CO 2 ), la longueur du serpentin permet un temps de contact gaz / eau choisi, préférentiellement supérieur ou égal à 10 secondes ; une pompe de circulation d’eau 5 , la pompe à eau permet d’atteindre des vitesses d’eau élevées dans le serpentin , par exemple une vitesse supérieure à 2 m/s ; un déverseur 6 ; une vanne flotteur 7 ; un bac d’eau à la pression atmosphérique (8) ; la ligne 9 est la ligne amenant l’eau du bassin à traiter ; la ligne 10 est la ligne qui ramène vers le bassin de l’eau de culture dans laquelle du CO 2 a été dissous. Le bac (opaque tout comme le contacteur) permet de disposer d’un volume tampon de recyclage, et c'est le déverseur qui permet d'envoyer une partie de l'eau vers la culture et une autre partie selon les besoins en recyclage . Si la présente un exemple d’installation permettant de mettre en œuvre l’invention, on pourrait également envisager de mettre en œuvre l’invention avec ce que l’industrie nomme un « laveur de fumées », en remplaçant l’air par du CO 2 . La présente invention concerne alors un équipement d’amenée, à une installation de culture de micro-algues et notamment de culture de la spiruline, d’une eau dans laquelle a été dissoute une teneur donnée en CO 2 , se caractérisant en ce que l’équipement permet que le CO 2 soit dissout dans des conditions d’opacité à la lumière , équipement qui est localisé en position extérieure, adjacente, à l’installation de culture. Selon un mode de réalisation, de l’invention, l’équipement comporte : un bac à la pression atmosphérique, apte à constituer un volume tampon de recyclage, apte à recevoir de l’eau à traiter en provenance de ladite culture de micro-algues ; une pompe, apte à alimenter le bac en eau en provenance de ladite culture, pompe qui permet d'atteindre une vitesse de fluide préférentiellement supérieure à 2m/s ; un injecteur de gaz dans un liquide, par exemple de type Venturi, injecteur sur lequel parviennent une ligne d’arrivée d’eau en provenance du bac et une ligne d’arrivée de gaz reliée en sa partie amont à un stockage de CO 2 ou d’un mélange de gaz comportant du CO 2 ; un contacteur gaz/liquide, par exemple un serpentin, qui permet d'atteindre un temps de contact entre le CO 2 et l’eau à traiter, préférentiellement d’au moins 10 secondes, et encore plus préférentiellement d’au moins 20 secondes ; une canalisation d’amenée d’eau en provenance de ladite culture, dans le bac ; une canalisation de retour d’eau, du bac vers ladite culture, eau dans laquelle a été dissoute ladite teneur donnée en CO 2 ; un déverseur recevant de l’eau traitée en provenance du contacteur et apte à envoyer, selon les besoins du site de culture, tout ou partie de l’eau reçue vers la culture et/ou vers le bac ; le bac et le contacteur étant opaques à la lumière. Un équipement d’amenée, à une installation de culture de micro-algues et notamment de culture de la spiruline, d’une eau dans laquelle a été dissoute une teneur donnée en CO 2 , se caractérisant en ce que : l’équipement est localisé en position extérieure, adjacente, à l’installation de culture ; et en ce que l’équipement permet que le CO 2 soit dissout dans des conditions d’opacité à la lumière , par le fait qu’il comporte : un bac (8) à la pression atmosphérique, apte à constituer un volume tampon de recyclage, apte à recevoir de l’eau (9) à traiter en provenance de ladite culture de micro-algues ; une pompe (5), apte à alimenter le bac en eau en provenance de ladite culture, pompe qui permet d'atteindre une vitesse de fluide préférentiellement supérieure à 2m/s ; un injecteur (1) de gaz dans un liquide, par exemple de type Venturi, injecteur sur lequel parviennent une ligne d’arrivée d’eau en provenance du bac et une ligne d’arrivée de gaz (2, 3) reliée en sa partie amont à un stockage de CO 2 ou d’un mélange de gaz comportant du CO 2 ; un contacteur gaz/liquide (4), par exemple un serpentin, qui permet d'atteindre un temps de contact entre le CO 2 et l’eau à traiter, préférentiellement d’au moins 10 secondes, et encore plus préférentiellement d’au moins 20 secondes ; une canalisation (9) d’amenée d’eau en provenance de ladite culture, dans le bac ; une canalisation (10) de retour d’eau, du bac vers ladite culture, eau dans laquelle a été dissoute ladite teneur donnée en CO 2 ; un déverseur (6) recevant de l’eau traitée en provenance du contacteur et apte à envoyer, selon les besoins du site de culture, tout ou partie de l’eau qu’il reçoit vers la culture et/ou vers le bac ; où le bac et le contacteur sont opaques à la lumière.