INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Une unité 24, intégrée dans l’embout 10 ou dans la partie externe 20, est configurée pour traiter (notamment : recevoir, transformer, stocker, transmettre) les données provenant de l’oxymètre 30 et du capteur de pression 27, et pour calculer, en temps réel et à partir desdites données, les caractéristiques suivantes de la fonction respiratoire de l’individu/patient et/ou les variations de ces caractéristiques lors des phases inspiratoires et expiratoires : la SpO 2 , la fréquence cardiaque FC, la fréquence respiratoire FR, les pressions inspiratoires et expiratoires. Selon un mode de réalisation, l’unité 24 peut ne calculer qu’une partie de ces caractéristiques, par exemple uniquement la fréquence respiratoire FR et les pressions inspiratoires et expiratoires.
La fréquence cardiaque FC s’accélère à l’inspiration et se ralentit à l’expiration, car le système nerveux autonome est sensible à la respiration. Le dispositif permet ainsi de mieux apprécier les conséquences des phases inspiratoires et expiratoires de la respiration sur la fonction cardiaque.
La fréquence respiratoire FR peut notamment être obtenue par le moyennage dans le temps des pics de pression générés par l’inspiration ou des pics de dépressions générés par l’expiration.
De plus, les mesures de pression permettent à l’unité 24 de calculer, sur chaque cycle respiratoire, le temps du cycle respiratoire dévolu à l’inspiration et celui dévolu à l’expiration. L’unité 24 peut alors définir un rapport Inspiration/Expiration (I/E), pour facilement apprécier des pathologies respiratoires comme l’asthme et/ou la bronchopathie chronique obstructive dans lesquelles le rapport I/E est un marqueur de la stabilité de la maladie, de la dégradation du patient et de l’efficacité des thérapeutiques administrées. Ce rapport I/E peut également être utilisé dans un cadre sportif pour apprécier la capacité de récupération d’un individu et/ou sa capacité à supporter un effort.
En outre, l’intégration dans le temps des mesures de pression, et dans des conditions connues des pressions inspiratoires et expiratoires, permet de définir les débits inspiratoires et expiratoires. Le débit inspiratoire est le reflet de la capacité musculaire inspiratoire de l’individu/patient et donc de sa fonction respiratoire. Le débit expiratoire est le reflet de la qualité des bronches de l’individu/patient. Ces mesures permettent ainsi de participer à la caractérisation de la fonction respiratoire à un instant T, et donc à indiquer ou non la nécessité d’un traitement thérapeutique, mais également d’apprécier l’efficacité des thérapeutiques administrées. Cette caractérisation peut également être analysée dans un cadre sportif pour apprécier la capacité de récupération d’un individu et/ou sa capacité à supporter un effort.
L’unité de traitement 24 peut consister en un processeur, microprocesseurs, CPU (pour Central Processing Unit), contrôleur, microcontrôleur, etc. Ce module permet de traiter les données par conversion numérique, moyennage, filtrage. Il peut également assurer une transformation, une combinaison des données afin de fournir des scores cliniques. Il peut encore stocker les données et les transmettre. Cette transmission peut se faire soit vers le module d’affichage 25 soit vers un récepteur tiers par transmission filaire ou non filaire (wifi, Bluetooth). Cette transmission peut se faire de façon ponctuelle ou continue, la transmission continue de données paramétriques définissant avantageusement la notion de monitorage.
Selon un mode de réalisation, l’embout 10 ou la partie externe 20 intègre un analyseur de gaz 28 adapté pour mesurer de la fraction d’au moins un composant gazeux inspiré et/ou expiré par l’individu/patient. Cet analyseur 28 est avantageusement installé dans le conduit central 13 de manière à effectuer les mesures au plus près de la voie respiratoire de l’individu/patient, lesquelles mesures sont alors particulièrement précises, fiables et reproductibles. L’unité de 24 est ainsi avantageusement configurée pour calculer, sur chaque cycle respiratoire, la Fraction Inspirée en ledit composant gazeux et la Fraction Expirée en ledit composant gazeux. Par exemple, l’analyseur 28 peut comporter un capteur d’oxygène permettant de mesure de la Fraction Inspirée en Oxygène (FiO 2 ) et la Fraction Expirée en oxygène (FeO 2 ). L’analyseur 28 peut également comporter un capteur de dioxyde de carbone permettant de mesure de la Fraction Inspirée en dioxyde de carbone (FiCO 2 ) et la Fraction Expirée en dioxyde de carbone (FeCO 2 ). D’autres types de composants gazeux peuvent être analysés, notamment des gaz toxiques dégagés lors des incendies (cyanures, hydrogène sulfuré et oxydes de carbone, chlore, etc) et susceptibles d’avoir été inhalés par l’individu/patient.
L’ensemble des capteurs 30, 27, 28 constituent le module de recueil de paramètres biométriques et biologiques qui peut bien entendu comprendre d’autres éléments/capteurs susceptibles d’être envisagés pour déterminer l’état de l’individu/patient (par exemple un capteur de température corporelle, un analyseur des sons émis par l’individu/patient).
Selon un mode avantageux de réalisation, grâce à l’acquisition simultanée des différentes données précitées, l’unité de traitement 24 peut en outre être configurée pour calculer un ou plusieurs indicateurs cliniques des caractéristiques mesurées de la fonction respiratoire, et notamment le score de gravité Indice Hypoxémique défini par le rapport (SpO 2 /FR) et/ou le score de gravité ROX défini par le rapport [(SpO 2 /FiO 2 )/FR]. L’inventeur a pu constater que l’analyse des variations du score de gravité Indice Hypoxémique étaient particulièrement pertinentes dans la prédictivité du besoin d’intubation orotrachéale et de ventilation artificielle lors de la prise en charge de patients en détresse respiratoire. L’inventeur a également constaté que l’analyse des variations du score de gravité ROX étaient particulièrement pertinentes quant au pronostic vital (survie des patients) lors d’insuffisances respiratoires aigües nécessitant une oxygénothérapie. Aucun des dispositifs de l’art antérieur précités n’est capable de calculer et d’analyser in situ ce type d’indicateurs cliniques. Ces indicateurs sont également utiles dans un cadre sportif pour apprécier la capacité de récupération d’un individu et/ou sa capacité à supporter un effort. Ces indicateurs peuvent être calculés de manière continue, par exemple toutes les deux secondes, ou de manière ponctuelle.
Ces boues digérées, une fois déshydratées, peuvent être utilisées pour l’épandage dans les champs. Cependant, elles doivent respecter une certaine qualité, notamment relativement aux métaux lourds et aux agents pathogènes pouvant être présents. La présence de produits chimiques de type floculants qui sont des polymères peut en outre s’avérer problématique lorsque les boues digérées sont destinées à l’agriculture. De même, la présence de micropolluants dans les boues digérées et déshydratées peut contaminer les champs lors de l’épandage ce qui peut s’avérer problématique.
Il est également connu de traiter les boues en les mettant en contact avec de la biomasse fongique qui peut décomposer et transformer la matière organique présente dans les boues.
Le traitement par de la biomasse fongique permet d’améliorer la déshydratation et la filtrabilité des boues traitées. En effet, les champignons piègent les particules solides présentes dans les boues et compriment les boues avec leurs mycéliums filamenteux (hyphes) qui modifient la porosité des biosolides (correspondant au résidu issu du traitement des eaux usées pouvant être recyclé). Les composés solubles sont ainsi adsorbés et les solides insolubles présents dans les boues sont piégés par le corps filamenteux de la biomasse fongique, formant des grains ou granules (« pellets » en anglais). Les granules fongiques peuvent augmenter leur biomasse en déplaçant leur métabolisme secondaire en utilisant les solides solubles/insolubles des boues. En conséquence, l'eau interstitielle est libérée, ce qui peut améliorer la filtrabilité et donc la déshydratation des boues traitées par les champignons.
Ainsi, le document US 7270751 décrit un procédé de traitement de boues comprenant une étape de traitement des boues par des micromycètes permettant de dégrader une fraction plus importante de matière organique et minérale des boues et de réduire d’autant le volume des boues traitées. Cette étape de traitement par des micromycètes remplace ainsi un traitement de digestion anaérobie.
Malgré l'excellente capacité du processus de digestion anaérobie à transformer la matière organique contenue dans les boues en biogaz valorisable, à réduire le volume des boues, à stabiliser les boues et à éliminer les agents pathogènes, il reste encore de nombreux polluants émergents dans les boues traitées. L'utilisation de certains champignons comme étape de traitement des boues après digestion anaérobie a démontré sa capacité à éliminer une grande variété de micropolluants. Certains champignons produisent en effet des enzymes qui peuvent dégrader des composés organiques tels que des composés pharmaceutiques, des composés filtrant les UV (provenant des crèmes solaires), les composés retardateurs de flamme. La publication C.E. Rodriguez- Rodriguez et al. Journal of Hazardous Materials 233-234 (2012) rapporte ainsi l’élimination de composés pharmaceutiques, de retardants de flamme et filtres UV présents dans des boues traitées par le champignon Trametes versicolor . Des boues digérées et stérilisées sont introduites dans un bioréacteur aéré en présence d’une solution de macronutriments, de micronutriments et de glucose avant d’être inoculées avec de la biomasse de T. versicolor , du glucose étant ajouté régulièrement pour la croissance de la biomasse. Le traitement décrit nécessite ainsi l’introduction de carbone exogène, le glucose par exemple, pour la croissance de la biomasse fongique.
L’invention vise à pallier tout ou partie des inconvénients précités. L’invention vise également à fournir un procédé permettant d’améliorer la valeur agronomique des boues, en particulier en vue de leur épandage.
Un premier objet de l’invention concerne un procédé de valorisation d’un effluent liquide contenant de la matière organique, notamment issu d’un procédé de traitement, comprenant : Une étape de fourniture d’un effluent liquide à traiter contenant de la matière organique ; Une étape de digestion anaérobie de l’effluent liquide, produisant un digestat et du biogaz, dans laquelle une partie au moins de la matière organique contenue dans l’effluent liquide à traiter est dégradée par mise en contact avec des microorganismes pendant un premier temps de séjour ; Une étape de production de biomasse fongique produisant une boue enrichie en mycéliums et/ou en molécules produites par des souches mycéliennes, dans laquelle une partie au moins du digestat est mise en contact dans un réacteur aérobie et en présence de matière organique avec des souches mycéliennes pendant un deuxième temps de séjour ; Une étape de déshydratation de la boue enrichie en mycéliums produisant un gâteau comprenant des mycéliums, et optionnellement les molécules produites par les souches mycéliennes, et un flux de liquide ; et dans lequel : lors de l’étape (c), on contrôle la teneur en matière organique et/ou le deuxième temps de séjour pour produire un gâteau comprenant une teneur cible en mycéliums et/ou une teneur cible en molécules produites par les souches mycéliennes.
Cet enchaînement d’étapes, et en particulier l’utilisation d’une étape de digestion anaérobie, d’une étape de production de biomasse fongique suivi d’une étape de déshydratation de la boue enrichie permet de déshydrater la boue et de produire un gâteau qui forme un résidu solide dont la valeur agronomique a été améliorée, et avantageusement dont la teneur en micropolluants a été réduite. En effet, le résidu solide est enrichi par les souches mycéliennes, et ses qualités en tant qu’engrais sont ainsi améliorées. En outre, le résidu peut également être enrichi en molécules produites par les souches mycéliennes, ces molécules incluant des hormones, protéines, vitamines, minéraux, antibiotiques, agents antimicrobiens, pesticides et herbicides, améliorant davantage les propriétés du résidu en tant qu’engrais. Enfin, l’étape de déshydratation du procédé selon l’invention peut être mise en œuvre avec un ajout de quantités réduites de composés d’aide à la séparation de type polymère et/ou coagulant, voire sans ajout de ce type de composés. Le résidu présente alors une quantité réduite de ces composés chimiques, voire en est dépourvu, et avantageusement, il peut présenter une teneur en micropolluants réduite par rapport à l’effluent liquide entrant dans le procédé selon l’invention.
De plus, l’enchaînement des étapes de l’invention permet de maximiser la valorisation énergétique du procédé en produisant du biogaz, de réduire le volume des boues à déshydrater du fait de la succession des étapes de digestion anaérobie et du traitement par les souches mycéliennes, d’améliorer la déshydrabilité des boues et en conséquence de réduire le volume des boues déshydratées ainsi que les coûts de transport, d’évacuation et/ou d’incinération du digestat traité et déshydraté.
Enfin, un intérêt de l’invention est également de permettre le réglage du temps de séjour de chacune des étapes pour ainsi assurer un apport en carbone suffisant à la mise en œuvre de l’étape de production d’une boue enrichie par les souches mycéliennes, la production de biogaz dans l’étape de digestion anaérobie, et une teneur suffisante en mycéliums et/ou en molécules produites par les souches mycéliennes dans le gâteau pour augmenter sa valeur agronomique. Ainsi, avantageusement, l’étape (c) de production de biomasse ne nécessite pas d’ajout de carbone exogène, notamment de type glucose.
Préférentiellement, lors de l’étape (c), la teneur en matière organique et/ou le deuxième temps de séjour peuvent être contrôlés en fonction d’au moins un paramètre indicateur de croissance mycélienne. Ce paramètre peut par exemple être choisi parmi une variation d’un paramètre représentatif d’une quantité de dioxygène transférée au réacteur aérobie, un paramètre représentatif d’une variation de la demande chimique en dioxygène de la boue au cours de l’étape (c), un paramètre représentatif d’une variation de la demande biologique en dioxygène dans la boue au cours de l’étape (c), un paramètre représentatif d’une variation de matière volatile dans la boue au cours de l’étape (c), une teneur en mycéliums de la boue enrichie sortant de l’étape (c) et/ou une teneur en molécules produites par les souches mycéliennes de la boue enrichie sortant de l’étape (c).
Les différents paramètres présentés permettent d’estimer la croissance des souches mycéliennes dans le réacteur aérobie pour ainsi adapter le contrôle du deuxième temps de séjour et/ou de la teneur en matière organique présente dans l’étape (c) de production d’une boue enrichie.
Avantageusement, afin d’améliorer davantage la qualité agronomique du résidu solide récupéré à l’étape (d), l’étape de production de biomasse fongique peut produire une boue enrichie en mycéliums et en molécules produites par des souches mycéliennes, lesdites souches mycéliennes étant sélectionnées parmi des souches produisant des molécules choisies parmi des hormones, des protéines, des vitamines, des minéraux, des antibiotiques, des agents antimicrobiens, des pesticides et des herbicides.
Avantageusement, une partie du digestat déshydraté et traité thermiquement peut être envoyée à l’étape (c) et une autre partie envoyée à l’étape (d), ou le digestat digérée déshydraté et traité thermiquement peut être séparé, optionnellement après dilution avec de l’eau, en un premier flux épaissi enrichi en matière sèche et un deuxième flux appauvri en matière sèche, et le premier flux est envoyé dans l’étape (c) et le deuxième flux est envoyé dans l’étape (b) et/ou l’étape (c).
Avantageusement, au moins une partie du flux de liquide sortant de l’étape (d) de déshydratation est envoyée dans l’étape (b) de digestion anaérobie et/ou l’étape (c) de production de biomasse fongique.
Avantageusement, la teneur en matière organique peut être contrôlée : (i) en contrôlant le premier temps de séjour de sorte que le digestat sortant de l’étape (b) présente une teneur cible en matière organique, et/ou (ii) en ajoutant lors de l'étape (c) au moins une partie d’au moins un flux choisi parmi (iia) l’effluent liquide à traiter issu de l'étape (a), (iib) l’effluent liquide ayant subi un prétraitement par hydrolyse, (iic) le digestat sortant de l’étape (b) ayant subi une déshydratation et un traitement thermique, et optionnellement épaissi et/ou appauvri en matière sèche, (iid) le flux de liquide sortant de l’étape (d) de déshydratation.
On obtient ainsi une protéine immobilisée sur le matériau carboné poreux.
Exemple 3 Cinétiques d’immobilisation 10 mg matériau carboné poreux sont mis en présence avec 1 mg d’enzyme dans un volume total de 1mL.
L'immobilisation de la transaminase B9L0N2 (w-TA, EC2 transférase) se fait en présence du cofacteur pyridoxal phosphate (PLP).
Les échantillons 0, 10, 20 et 30 min (10 µL) sont dilués au demi et les échantillons 1h et 2h (20 µL) ne sont pas dilués.
20 µL d'échantillon (Ech1 à 2) mélangé à 1 mL de réactif de Bradford, à l'obscurité pendant 15 min.
Résultats Cinétique d’immobilisation de B9L0N2 (1mg) sur un aérogel Xylose/Catéchine(10mg) préparé dans les conditions décrites ci-dessus.
Ech 1 Ech 2 Moyenne Ecart type Temps (min) Tx immobilisation/ Enzyme libre (%) 0 0 0 0 0 10 66 100 83 17 20 71 100 85 15 30 71 100 85 15 60 82 100 91 9 120 85 100 92 8
Les résultats du tableau 2 montrent qu’un taux d’immobilisation d’au moins 80% est atteint en moyenne après 10 minutes.
Ces résultats montrent que l’immobilisation d’une enzyme sur le matériau carboné poreux est simple, rapide et efficace.
Exemple 4 : Performances Les taux de conversion sont exprimés en moles de produit formé par moles de substrat initialement présent, mesurés et calculés après un temps de réaction donné.
Pour w-TA, la réaction étudiée est la transamination du pyruvate en présence de α-methylbenzylamine racémique en alanine et acétophénone en présence du cofacteur pyridoxal phosphate (PLP). La charge protéique utilisée est de 10% en masse. Le mélange réactionnel est constitué de pyruvate (25mM), d’α-methylbenzylamine racémique (25mM) de PLP (0,1mM) et de DMSO (1% wt) en solution dans du tampon Phosphate 50mM NaCI 300mM pH 7,5. Le solide constitué de 1mg de w-TA immobilisée sur un hydrogel (10mg) est ajouté au mélange réactionnel. La formation de l’acétophénone est suivie en continu en spectroscopie UV à 245nm. Les résultats sont résumés dans le Tableau 3.
B9L0N2/w-TA (N=2) TON enzyme non immobilisée (libre) 520 TON enzyme immobilisée 731 Enzyme Immobilisée/libre(%)
Tableau 3 : Performances catalytique (Turnover numbers, TON des enzymes libres ou immobilisées étudiées (B9L0N2/w-TA).
Le TON de l’enzyme immobilisée est significativement supérieur à celui de l’enzyme non immobilisée.
Ces résultats sont meilleurs que ceux décrits à ce jour dans la littérature où l’on observe que dans la plupart des cas l’activité de l’enzyme est fortement réduite après immobilisation.
La structure macroporeuse interconnectée (pores entre 50 nm et 2 microns) facilite donc bien le transfert de masse des réactifs et des produits dans tout le matériau.
A l’issue de l’étape (c), on récupère ainsi une boue enrichie en mycéliums et/ou molécules produites par les souches mycéliennes, présentant par exemple une teneur cible en mycéliums et/ou en molécules produites par les souches mycéliennes. L’étape (c) est notamment contrôlée pour que le gâteau produit lors de l’étape (d) présente une teneur cible en mycéliums et/ou en molécules produites par les souches mycéliennes. La teneur du gâteau en mycéliums et/ou molécules dépendant de la teneur des boues sortant de l’étape c) en ces composants, ce contrôle peut être effectué par contrôle des boues sortant de l’étape c) en mycéliums et/ou molécules produites par les souches mycéliennes, et/ou par contrôle du gâteau. Ces teneurs cibles peuvent être choisies en fonction de l’application souhaitée et des souches mycéliennes utilisées.
Etape (d) de déshydratation de la boue traitée
La boue enrichie en mycéliums et/ou en molécules produites par les souches mycéliennes, produite lors de l’étape (c) est ensuite envoyée dans une étape de de déshydratation produisant un résidu solide formant un gâteau et un flux liquide appelé filtrat ou centrat selon la technique de déshydratation utilisée (filtration ou centrifugation respectivement).
Au cours de l’étape (d), un premier gâteau riche en mycéliums et/ou en molécules produites par les souches mycéliennes est produit.
Lorsque l’étape optionnelle de déshydratation et de traitement thermique est mise en œuvre, cette étape (d) de déshydratation peut être opérée sans composé chimique ajouté de type floculant et/ou coagulant. Dans le cas contraire, l’étape (d) de déshydratation peut être mise en œuvre avec une quantité réduite de produit chimique.
La déshydratation permet de diminuer la teneur en eau de la boue enrichie en mycéliums et/ou en molécules pour atteindre une siccité d’environ 20% à 65%. La déshydratation peut être réalisée par filtration (un filtre presse, une presse à piston, une presse à vis) et/ou par centrifugation de manière usuelle.
Optionnellement, au moins une partie du flux de liquide sortant de l’étape (d) de déshydratation peut être envoyée dans l’étape (b) de digestion anaérobie et/ou à l’étape (c) de production de biomasse fongique. Cela permet d’augmenter le rendement de l’installation en biogaz et également de traiter un maximum de carbone compris notamment dans la matière organique présente. Cela peut également permettre de compléter l’apport en matière organique nécessaire à l’étape (c).
Contrôle du procédé
Le procédé est également contrôlé en ajustant la teneur en matière organique présente dans le réacteur de l’étape (c) et/ou le deuxième temps de séjour de l’étape (c) pour atteindre une teneur cible en mycéliums et/ou une teneur cible en molécules produites par les souches mycéliennes dans le gâteau sortant de l’étape (c). Ce contrôle peut être mis en œuvre par un système de contrôle tel que décrit plus loin.
La teneur en matière organique peut être déterminée en mesurant la DCO, la DBO ou la MV des boues entrant et sortant de l’étape (c). Ces mesures sont réalisées typiquement une fois par jour en laboratoire.
La teneur en matière organique et/ou le deuxième temps de séjour peuvent être contrôlés en fonction d’au moins un paramètre indicateur de croissance mycélienne choisi parmi une variation d’un paramètre représentatif de la quantité de dioxygène transférée au réacteur aérobie, un paramètre représentatif d’une variation de la demande chimique en dioxygène de la boue au cours de l’étape (c), un paramètre représentatif d’une variation de la demande biologique en dioxygène dans la boue au cours de l’étape (c), un paramètre représentatif d’une variation de matière volatile dans la boue au cours de l’étape (c), une teneur en mycéliums de la boue enrichie sortant de l’étape (c) et/ou une teneur en en molécules générées par les souches mycéliennes de la boue enrichie sortant l’étape (c).
Ces différents paramètres sont mesurables et calculables à partir de capteurs et/ou de mesures réalisées sur des échantillons prélevés de manière ponctuelle en entrée et en sortie du réacteur aérobie.
La DBO, la DCO et la MV, ainsi que les teneurs en mycéliums et en molécules de la boue enrichie sortant de l’étape c) sont mesurées en laboratoire sur des échantillons prélevés. Ces paramètres peuvent être déterminés une à plusieurs fois par jour ou par semaine selon les besoins. La teneur en mycéliums peut être déterminée par des techniques usuelles telle que l’analyse de la flore mycologique cultivable ou la PCR (Polymerase Chain Reaction ou réaction en chaîne par polymérase) en temps réel, aussi appelée PCR quantitative ou qPCR. La teneur en molécules produites peut être déterminée par toute méthode de dosage appropriée.