FR3144159A1

FR3144159A1 - Reacteur a diodes electroluminescentes organiques

Info

Publication number: FR3144159A1
Application number: FR2214403A
Authority: FR
Inventors: Philippe Boudier
Original assignee: CarbonWorks SAS
Current assignee: CarbonWorks SAS
Priority date: 2022-12-23
Filing date: 2022-12-23
Publication date: 2024-06-28
Also published as: WO2024133896A1

Abstract

La présente invention concerne un réacteur incluant une cuve (1) et un dispositif d’éclairage (2a-2g) flexible disposé dans la cuve (1), ledit dispositif d’éclairage flexible incluant au moins une diode électroluminescente organique.

Description

REACTEUR A DIODES ELECTROLUMINESCENTES ORGANIQUES

DOMAINE DE L'INVENTION.

La présente invention concerne le domaine technique général des réacteurs à éclairage intégré, notamment pour la culture de micro-organismes photosynthétiques.

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION.

La notion de bioréacteur désigne ici un réacteur au sein duquel se développent des phénomènes biologiques, tels qu'une croissance de cultures de micro-organismes pures ou d'un consortium de micro-organismes (notamment des microalgues), dans des domaines très variés tels que le traitement d'effluents, la production de biomasse contenant des biomolécules d'intérêt (c'est-à-dire des biomolécules que l'on sait valoriser) et/ou de produits métabolites.

Un bioréacteur comporte typiquement une cuve (cylindrique ou parallélépipédique) contenant un milieu de culture d’espèces biologiques (levures, bactéries, champignons microscopiques, algues, cellules animales et végétales) pour :

la production de biomasse, ou pour
la production d'un métabolite, ou pour
la bioconversion d'une molécule d'intérêt.

Divers types de conditions opératoires peuvent être nécessaires pour la croissance des espèces biologiques au sein d'un tel bioréacteur ; on connaît ainsi, notamment, des régimes de croissance autotrophe (ou photoautotrophe) avec un apport de lumière (on parle aussi de photosynthèse). Il faut noter également que la lumière peut agir sur le métabolisme des cellules en induisant ou réprimant la production de certains composés, indépendamment de la croissance et de la photosynthèse. Un apport de lumière lors de la culture peut donc être utile même lorsque les micro-organismes sont hétérotrophes.

Dans la suite, on s’intéressera plus spécifiquement aux photo-bioréacteurs, c’est-à-dire aux bioréacteurs dans lesquels un apport de lumière (en continu, de manière cyclique, ou sous forme d’impulsions) est mis en œuvre.

On a déjà proposé des photo-bioréacteurs dans lesquels l’apport en lumière est réalisé par l’intérieur de la cuve. Le document US 3 986 297 propose notamment un photo-bioréacteur dans lequel l’apport de lumière est réalisé par immersion, dans le milieu de culture, de moyens d’illumination (tel que des lampes au xénon). Un inconvénient de cette solution est que l’efficacité du photo-bioréacteur est inversement proportionnelle aux dimensions de celui-ci. Ainsi, plus les dimensions du photo-bioréacteur augmente, plus son efficacité diminue.

On a également proposé des photo-bioréacteurs dans lesquels l’apport en lumière est réalisé par l’extérieur de la cuve. Notamment, une configuration bien maîtrisée consiste à munir la cuve de hublots permettant la pénétration d'une lumière générée depuis l'extérieur de la cuve (lumière naturelle ou artificielle). Un inconvénient d'une telle configuration est que les hublots limitent la surface d'illumination et absorbent ou réfléchissent une partie significative des photons émis par la source d'éclairage.

Que l’apport de lumière soit réalisé par l’intérieur ou par l’extérieur de la cuve, la productivité d’un photo-bioréacteur est directement liée à la surface spécifique de celui-ci (rapport surface éclairée sur volume de culture). Il est donc nécessaire que le photo-bioréacteur ait une grande surface spécifique éclairée.

Qu’ils soient plats ou cylindriques, un inconvénient des photo-bioréacteurs actuels est qu’ils doivent occuper une grande surface au sol pour que leur productivité soit acceptable.

Par ailleurs, quelle que soit la source de lumière choisie pour illuminer le milieu de culture (Néons, LEDs, Lumière Naturelle), son apport en énergie photonique est réalisé de manière très localisée, de sorte que :

la majeure partie des photons émis par la source de lumière ne peuvent pas être consommée biologiquement par le micro-organisme du fait d’une surcharge en énergie,
la dissipation de la chaleur générée par la source de lumière est mal maîtrisée,
il est complexe et coûteux de réaliser des photo-bioréacteurs de grandes dimensions.

Un but de la présente invention est de proposer un photo-bioréacteur économique, aussi bien au niveau des investissements que des frais d'exploitation, et dont l'emprise foncière est réduite.

Un autre but de la présente invention est de proposer un photo-bioréacteur reconfigurable permettant une culture optimisée de différentes variétés de cultures de micro-organismes.

Un autre but encore de la présente invention est de proposer un photo-bioréacteur dans lequel les opérations de maintenance sont simplifiées.

BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION.

A cet effet, l’invention propose un réacteur incluant une cuve destinée à contenir :

une masse à traiter, et
au moins un dispositif d’éclairage destiné à favoriser le traitement de cette masse,
au moins un module d’alimentation en énergie électrique connecté à chaque dispositif d’éclairage,

remarquable en ce que chaque dispositif d’éclairage est flexible et comprend :

au moins une plaque flexible transparente à un rayonnement lumineux, chaque plaque ayant des faces arrière et avant opposées, et
au moins une diode électroluminescente organique flexible pour générer le rayonnement lumineux, chaque diode électroluminescente organique étant fixée sur la face avant de ladite et au moins une plaque.

Cette solution permet d’obtenir un photo-bioréacteur ayant de meilleurs rendements (énergétique d’une part, et en production de biomasse d’autre part) que les photo-bioréacteurs existants.

L’utilisation d’une (ou plusieurs) plaque(s) à DELO (Diode Electro Luminescente Organique) flexible(s) facilite également les opérations de maintenance du photo-bioréacteur.

Des aspects préférés mais non limitatifs de l’ensemble selon l’invention sont les suivants :

ladite et au moins une diode électroluminescente organique flexible peut comprendre un empilement de structures organiques, chaque structure organique étant adaptée pour émettre un rayonnement lumineux dans une gamme de longueurs d’onde respective ;
le réacteur peut en outre comprendre au moins un contrôleur configuré pour piloter ledit et au moins un module d’alimentation en énergie électrique ;
ledit et au moins un contrôleur peut être configuré pour contrôler une variation d’énergie fournie par ledit et au moins un module d’alimentation afin de modifier au cours du temps le spectre d’émission dudit et au moins un dispositif d’éclairage ;
ledit et au moins un contrôleur peut être configuré pour :
- contrôler l’activation continue dudit et au moins un module d’alimentation en énergie électrique de sorte que ledit et au moins un dispositif d’éclairage génère un rayonnement lumineux continu,
- contrôler l’activation discontinue dudit et au moins un module d’alimentation en énergie électrique de sorte que ledit et au moins un dispositif d’éclairage génère un rayonnement lumineux discontinu sous forme de flashs composé d’une alternance de phases obscures et de phases éclairées, par exemple à une fréquence comprise entre 10 et 50 kHz ;
ledit et au moins un dispositif d’éclairage peut comprendre en outre une couche de revêtement externe recouvrant ladite et au moins une diode électroluminescente organique flexible ;
le matériau constituant ladite couche de revêtement externe peut être du verre souple ;
ledit et au moins un dispositif d’éclairage peut comprendre une pluralité de diodes électroluminescentes organiques flexibles ;
au moins deux diodes de la pluralité de diodes électroluminescentes organiques flexibles sont de tailles différentes ;
la pluralité de diodes électroluminescentes organiques peut comprendre au moins une diode électroluminescente organique flexible à émission ultraviolet ;
la pluralité de diodes électroluminescentes organiques peut comprendre au moins une diode électroluminescente organique phosphorescente ;
chaque diode de la pluralité de diodes électroluminescentes organiques peut être raccordée indépendamment au module d’alimentation en énergie électrique pour permettre de détecter un éventuel défaut de fonctionnement d’une diode électroluminescente organique flexible ;
chaque plaque flexible comprend un élément de saisie, tel qu’un trou traversant, destiné à coopérer avec un outil de préhension d’un système de maintenance,
le réacteur peut comprendre une pluralité de dispositifs d’éclairage, chaque dispositif d’éclairage étant raccordé indépendamment au module d’alimentation en énergie électrique de sorte que chaque dispositif d’éclairage peut être retiré individuellement du réacteur pendant le fonctionnement de celui-ci ;
le réacteur peut comprendre en outre une pluralité d’unités de diffusion, chaque unité de diffusion :
- s’étendant entre deux diffuseurs de lumière adjacents, et
- étant séparée des autres unités de diffusion par au moins deux diffuseurs de lumière successifs.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES.

D'autres avantages et caractéristiques du réacteur selon l’invention ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d’exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, à partir des dessins annexés sur lesquels :

est une représentation schématique en perspective d’un exemple de bioréacteur selon l’invention ;

est une représentation schématique d’un premier exemple de dispositif d’éclairage ;

est une représentation schématique en coupe transversale d’un exemple de structure de diode électroluminescente organique (OLED) flexible ;

est une représentation schématique de la répartition lumineuse de la lumière émise par une diode électroluminescente (LED) de l’art antérieur ;

est une représentation schématique de la répartition lumineuse de la lumière émise par une diode électroluminescente organique (OLED) selon l’invention ;

est une représentation schématique d’un deuxième exemple de dispositif d’éclairage ;

est une représentation d’un troisième exemple de dispositif d’éclairage ;

est une représentation schématique d’un système de maintenance du bioréacteur selon l’invention ;

est une représentation schématique d’une autre variante de réalisation du bioréacteur selon l’invention ;

est un graphique représentant la productivité d’une chlorelle dans la variante de réalisation du bioréacteur illustrée à la ;

est une courbe illustrant la concentration maximum en microalgues en fonction d’un écartement entre deux dispositifs d’éclairage adjacents ;

est un schéma de principe illustrant la différence entre un éclairage continu et un éclairage discontinu ;

représente des courbes de concentration en microalgues en fonction d’un écartement entre deux dispositifs d’éclairage adjacents dans le cas d’un éclairage continu d’une part et dans le cas d’un éclairage discontinu d’autre part.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION.

On va maintenant décrire différents exemples de photo-bioréacteurs selon l’invention en référence aux figures. Dans ces différentes figures, les éléments équivalents sont désignés par la même référence numérique.

1. Généralités

En référence à la , le bioréacteur peut comprendre :

une cuve 1 destinée à recevoir une masse à traiter,
une pluralité de dispositifs d’éclairage 2a-2g,
une pluralité d’unités de diffusion 3 de dioxyde de carbone (CO₂) sous forme de bulles de gaz ou sous forme d’un fluide constitué de CO₂dissout dans un milieu aqueux,
un module d’alimentation 5 en énergie électrique,
un contrôleur 6 permettant de piloter la pluralité de dispositifs d’éclairage 2a-2g, la pluralité d’unités de diffusion 3, et le module d’alimentation en énergie électrique 5.

Chaque dispositif d’éclairage est destiné à être intégré dans la cuve 1 pour le traitement d’un milieu de culture 4 contenu dans la cuve 1. Ces dispositifs d’éclairage 2a-2g sont destinés à être totalement immergés dans le milieu de culture 4. Les dispositifs d’éclairages 2a-2g peuvent être de hauteurs différentes. En variante, les dispositifs d’éclairage 2a-2g peuvent être tous de hauteur identique. Ceci permet de simplifier l’installation des dispositifs d’éclairage par un opérateur.

Dans la suite, le bioréacteur sera décrit en référence au traitement d'une biomasse formée de micro-organismes, par exemple des microalgues. On comprend toutefois que la description qui suit s'applique également à d'autres types de réacteurs, chimiques ou physico-chimiques.

Dans le mode de réalisation illustré à la , le bioréacteur comprend :

un premier groupe 2a, 2c, 2e, 2g de dispositifs d’éclairage disposés à une distance non nulle du fond de la cuve, et
un deuxième groupe 2b, 2d, 2f de dispositifs d’éclairage en contact avec le fond de la cuve.

Pour augmenter le brassage et l’homogénéisation de la masse à traiter, les unités de diffusion 3 peuvent être disposées tous les deux dispositifs d’éclairage de sorte que deux unités de diffusion 3 successives sont séparées par deux dispositifs d’éclairages adjacents.

Notamment et en référence à la , les unités de diffusion 3 du système d'injection peuvent être disposées périodiquement en aval de chaque dispositif d’éclairage du premier groupe 2a, 2c, 2e, 2g (le réacteur étant dépourvu d’unité de diffusion 3 en aval de dispositif d’éclairage du deuxième groupe 2b). Ainsi, après avoir circulé sous le dispositif d’éclairage du premier groupe 2a, 2c, 2e, 2g, la masse à traiter est entrainée verticalement vers le haut de la cuve 1 (i.e. direction opposée au fond) par les bulles de CO₂(ou le fluide contenant le CO₂dissout) émises (ou émis) par les unités de diffusion 3. La masse à traiter passe au-dessus du dispositif d’éclairage du deuxième groupe 2b, 2d, 2f et retombe vers le fond de la cuve 1 par gravité. On crée ainsi une circulation de la masse à traiter à travers la cuve 1, ce qui améliore le brassage et l’homogénéisation de la masse à traiter.

Le module d’alimentation 5 permet d’alimenter chaque dispositif d’éclairage 2a-2g en énergie électrique. En particulier, chaque dispositif d’éclairage 2a-2g est relié électriquement au module d’alimentation 5 par l’intermédiaire d’un (ou plusieurs) câble(s) de connexion électriquement conducteur(s). L’énergie électrique fournie par le module d’alimentation 5 est alors convertie en rayonnement lumineux par chaque dispositif d’éclairage 2a-2g pour illuminer le milieu de culture 4.

Le contrôleur 6 permet de piloter le bioréacteur. Notamment, le contrôleur 6 permet de piloter le module d’alimentation en énergie électrique pour faire varier :

le (ou les) régime(s) d'excitation de chaque dispositif d’éclairage (par exemple régime continu pour certains dispositifs d’éclairage, et régime flash à une fréquence comprise entre 1 et 150 kHz pour d’autres dispositifs d’éclairage), et/ou
le (ou les) spectre(s) d’émission de chaque dispositif d’éclairage (par exemple en lumière blanche pour certains dispositifs d’éclairage et en lumière bleu pour d’autres dispositifs d’éclairage), etc.

Le lecteur appréciera qu’au sein d’un même dispositif d’éclairage, différents régimes d’excitation et/ou spectres d’émission peuvent être mis en œuvre, comme il sera décrit plus en détails dans la suite.

1.1. Cuve

La cuve 1 est destinée à contenir le milieu de culture 4. Elle comprend un fond et au moins une paroi latérale.

Dans le mode de réalisation illustré à la , la cuve 1 est sensiblement parallélépipédique. Elle est composée d’un fond, de quatre parois latérales et d’un couvercle au moins partiellement amovible.

Dans d’autres modes de réalisation, la cuve 1 peut être cylindrique et comprendre une base inférieure formant fond, une base supérieure formant couvercle, et une paroi latérale entre les bases inférieure et supérieure.

Le matériau constituant les parois de la cuve 1 peut être en acier inox ou équivalent. Bien entendu, d'autres matériaux peuvent être choisis en fonction de l’application visée (Plexiglass®, Polypropylène, Béton, etc.). Dans tous les cas, la cuve est de préférence réalisée dans un matériau résistant aux produits de nettoyage (javel, peroxyde, etc.).

1.2. Dispositif d’éclairage

Chaque dispositif d’éclairage est flexible. Le caractère flexible de chaque dispositif d’éclairage permet de faciliter l’extraction dudit dispositif d’éclairage dans le cadre d’opération de maintenance, comme il sera décrit plus en détails dans la suite en référence à la .

Dans le cadre de la présente invention, un composant est dit« flexible »lorsqu’il est constitué dans un matériau ayant des propriétés mécaniques permettant une déformation élastique dudit composant.

Le matériau flexible peut par exemple avoir :

un module d'élasticité supérieure à 0.05 Mpa, par exemple compris entre 0.1 Mpa et 300 Gpa, et
une limite à la rupture supérieure à 100 MPa, par exemple compris entre 200 MPa et 5GPa.

La flexibilité est en outre obtenue grâce à la géométrie de dispositif d’éclairage 2a-2g, en particulier son épaisseur.

En référence aux figures 2, 6 et 7, chaque dispositif d’éclairage 2 comprend une (ou plusieurs) plaque(s) 21 flexible(s) et une (ou plusieurs) OLED 22, 22a, 22b, 22c flexible(s) montée(s) sur la (ou les) plaque(s) 21 flexible(s).

Par exemple dans le mode de réalisation illustré à la , le dispositif d’éclairage 2 comprend une unique OLED flexible 22 (par exemple d’une superficie de 6m²).

En variante et comme illustré aux figures 6 et 7, chaque dispositif d’éclairage 2 comprend une pluralité de OLED flexibles 22, 22a, 22b, 22c (ayant chacune une superficie comprise entre 0.01 m² et 6m²).

Chaque OLED flexible 22, 22a, 22b, 22c peut être collée sur la plaque flexible 21.

En variante, chaque OLED 22, 22a, 22b, 22c peut être feuilletée sur la plaque flexible 21 à l'aide d'un intercalaire de feuilletage.

1.2.1. Plaque flexible

Chaque plaque 21 flexible peut être sensiblement rectangulaire. Toutefois, chaque place 21 peut présenter une autre forme.

Le matériau constituant chaque plaque 21 peut être du poly-méthacrylate de méthyle (PMMA) ou un autre matériau transparent connu de l’homme du métier qui permet à la plaque 211 de conduire – par transmission entre ses faces avant et arrière – le flux lumineux émis par l’OLED (ou les OLED) flexible(s), comme par exemple :

une autre résine méthacrylique transparente telle que le méthacrylate de méthyle, le éthacrylate d'éthyle, le méthacrylate de butyle, le méthacrylate de propyle ou d'isopropyle, ou
une résine transparente de type polystyrène, polycarbonate, polyacrylate, ou
un verre / une silice fondue.

En variante, le matériau constituant chaque plaque 21 peut être un métal.

Dans certaines variantes de réalisation, la plaque peut comprendre une couche de matériau réfléchissant le flux lumineux généré par l’OLED (ou les OLED) flexible(s). Cette couche de matériau réfléchissant permet de réfléchir, orienter et focaliser la lumière produite par l’OLED (ou les OLED) flexible(s). La couche de matériau réfléchissant peut consister en un film de matériau réfléchissant tel qu’un film métallisé d’aluminium, ou une peinture.

1.2.2. OLED flexible

1.2. 2 .1. Structure

Chaque OLED flexible comporte une (ou plusieurs) couche(s) de matériau(x) électroluminescent(s) organique(s) encadrée(s) par deux électrodes :

l’une des électrodes – appelée anode – est agencée sous la (ou chaque) couche de matériau électroluminescent organique, et
l'autre des électrodes – appelé cathode – est agencée sur la (ou chaque) couche de matériau électroluminescent organique à l'opposé de l'anode.

Il sera entendu dans la suite que lorsqu’une couche A est mentionnée comme étant « sur » (respectivement « sous ») une couche B, celle-ci peut être directement sur (respectivement sous) la couche B, ou peut être située au-dessus (respectivement au-dessous) de la couche B et séparée de ladite couche B par une ou plusieurs couches intermédiaires. Par ailleurs, il sera entendu que lorsqu’une couche A est mentionnée comme étant « sur » (respectivement « sous ») une couche B, celle-ci peut recouvrir totalement ou partiellement la couche B (respectivement être recouverte totalement ou partiellement par la couche B).

Chaque OLED flexible émet de la lumière par électroluminescence en utilisant l'énergie de recombinaison de trous injectés depuis l'anode et d'électrons injectés depuis la cathode.

Avantageusement l'anode et la cathode peuvent être constituées dans un matériau transparent, de sorte que les photons émis traversent chaque électrode pour fournir de la lumière en dehors de l’OLED flexible par ses deux faces.

En référence à la , on a illustré un exemple de structure l’OLED flexible. Cette structure comprend :

une première électrode 221 en contact avec la plaque flexible 21,
une unité d’émission rouge 222 directement sur la première électrode 221 et recouverte d’une gamme chimique qui émet dans le rouge,
une deuxième électrode 223 directement sur l’unité d’émission rouge 222,
une unité d’émission verte 224 directement sur la deuxième électrode 223 et recouverte d’une gamme chimique qui émet dans le vert,
une troisième électrode 225 directement sur l’unité d’émission verte 224,
une unité d’émission bleue 226 directement sur la troisième électrode 225 et recouverte d’une gamme chimique qui émet dans le bleu,
une quatrième électrode 227 directement sur l’unité d’émission bleue 226.

Le fait d’empiler plusieurs unités d’émission 222, 224, 226 (i.e. structures organiques) permet de pouvoir faire varier le spectre d’émission du rayonnement lumineux émis par l’OLED flexible.

Plus précisément, avec une telle structure la couleur des rayonnements lumineux émis par l’OLED peut être modifiée pour les rendre particulièrement adaptés à une méthode de maturation ou de de croissance spécifique, comme il sera décrit plus en détails dans la suite.

1.2. 2 .2. Avantage associé à l’utilisation d’OLED

Comme illustré aux figures 4 et 5, l’utilisation d’OLED 22 flexible permet d’augmenter l’homogénéité de la lumière 228 émise par le dispositif d’éclairage selon l’invention en comparaison à la lumière 92 émise par une diode électroluminescente (LED) 91 classique.

En particulier :

l’angle incident 2α de la lumière 92 émise par une LED 91 est de 120°, comme illustré à la , tandis que
l’angle incident 2α de la lumière 228 émise par une OLED flexible est de 178°, comme illustré à la .

Ainsi, l’utilisation d’OLED assure une meilleure homogénéité de la lumière, et permet d’optimiser le volume éclairé dans le bioréacteur.

1.2.3. Couche de revêtement extérieur

En référence à la , chaque dispositif d’éclairage 2 peut optionnellement comprend une couche de revêtement 23 externe recouvrant l’OLED (ou les OLED) flexible(s) et éventuellement la (ou les) plaque(s) 21 flexible(s).

Cette couche de revêtement 23 permet de protéger l’OLED 22 (ou les OLED) flexible(s) et la (ou les) plaque(s) 21 contre d’éventuelles agressions mécaniques (rayures dues à un frottement, etc.). Elle permet en outre d’assurer l’étanchéité du dispositif d’éclairage.

Avantageusement, la couche de revêtement externe peut être une couche de transmission permettant de favoriser la transmission des rayonnements lumineux émis par l’OLED vers l’extérieur. La couche de revêtement externe peut par exemple consister en un vernis protecteur (polycarbonate) d’indice de réfraction proche de l’indice de réfraction des autres matériaux (électrodes/unité d’émission) constituant l’OLED flexible.

La couche de revêtement extérieur 23 peut être recouverte d’un matériau limitant sa salissure (notamment en empêchant le dépôt de microalgues sur sa surface). La couche de revêtement externe peut par exemple consister en un verre souple de type Corning (d’épaisseur comprise entre 0.1mm à 0.7mm). Un tel revêtement étanche en verre permet en outre un meilleur échange de la chaleur émise par l’OLED (ou les OLED) flexible(s) vers le milieu de culture (ce qui peut favoriser sa croissance de microorganismes contenus dans le milieu de culture 4). Un tel revêtement étanche en verre constitue en outre une meilleure barrière aux gaz injectés dans le bioréacteur.

1.2. 4 . Exemples de dispositif d’éclairage

En référence aux figures 6 et 7, d’autres exemples de dispositif d’éclairage sont illustrés.

Dans ces modes de réalisation, le dispositif d’éclairage 2 comprend une plaque flexible 21 et une pluralité de OLED flexibles 22, 22a, 22b, 22c montées sur la plaque flexible 21.

L’utilisation d’une pluralité de OLED flexibles 22, 22a, 22b, 22c permet d’améliorer la modularité du dispositif d’éclairage 2, et notamment de faire varier sa taille et ses dimensions afin de les adapter à la taille et aux dimensions de la cuve 1.

Dans le mode de réalisation illustré à la , les OLED flexibles sont de taille identique, et de structure identique.

En variante, les OLED flexibles peuvent être de taille et/ou de structure différentes, comme illustré à la .

Par exemple, chaque dispositif d’éclairage 2 peut comprendre :

une (ou plusieurs) OLED flexible(s) fluorescente(s) 22a,
une (ou plusieurs) OLED flexible(s) à émission ultraviolet 22b (ou « UVOLED », acronyme de l’expression anglo-saxonne « Ultra-Violet Organic Light-Emitting Diodes »), et/ou
une (ou plusieurs) OLED flexible(s) phosphorescente(s) 22c (ou « PHOLED », acronyme de l’expression anglo-saxonne « Phosphorescent Organic Light-Emitting Diodes »).

La présence d’une (ou plusieurs) OLED flexible(s) à émission ultraviolet 22b (UVOLED) permet l’émission d’un rayonnement UV-C pour stériliser le milieu de culture, et/ou éliminer une culture contaminée dans un compartiment du bioréacteur et/ou provoquer un stress métabolique du milieu de culture.

1. 3 . Module d’alimentation en énergie électrique et Contrôleur

Comme indiqué précédemment, le module d’alimentation 5 illustré aux figures 1 et 2 permet de fournir l’énergie électrique nécessaire à la génération d’un rayonnement lumineux par chaque OLED flexible 22, 22a, 22b, 22c.

Chaque dispositif d’éclairage 2 peut être raccordée indépendamment au module d’alimentation 5 en énergie électrique. Ceci permet de retirer individuellement chaque dispositif d’éclairage 2 du bioréacteur pendant le fonctionnement de celui-ci.

Lorsque le dispositif d’éclairage comprend une pluralité d’OLED flexibles, chaque OLED flexible peut être individuellement raccordée au module d’alimentation 5. Plus précisément, le module d’alimentation 5 est connecté électriquement aux électrodes de chaque OLED flexible. Ceci permet de contrôler individuellement le rayonnement lumineux émis par chaque OLED flexible.

A cet effet, le module d’alimentation 5 est en communication (avec ou sans fil) avec le contrôleur 6 qui est configuré pour émettre des signaux de commande permettant notamment :

d’activer/désactiver sélectivement chaque OLED flexible du dispositif d’éclairage, par exemple en fonction d’un taux de remplissage du bioréacteur ; il est ainsi possible d’optimiser l’efficacité du bioréacteur ainsi que sa monté en puissance électrique,
de définir individuellement le régime d'excitation (régime continu ou flash) de chaque OLED flexible.

Par ailleurs, la présence d’un contrôleur connecté aux OLED flexibles permet de détecter un éventuel défaut d’une (ou de plusieurs) OLED flexibles. Cette détection permet de localiser la (ou les) OLED flexibles défaillantes afin de les remplacer le cas échéant.

Lorsque l’OLED (ou les OLED) flexible(s) du dispositif d’éclairage présentent la structure illustrée à la , le contrôleur 6 et le module d’alimentation 5 permettent en outre de définir individuellement le spectre d’émission (lumière blanche, bleu, rouge, verte, etc.) de chaque OLED flexible.

En effet, dans ce cas, le module d’alimentation 5 est raccordé électriquement aux première, deuxième, troisième et quatrième électrodes 221, 223, 225, 227. Pour faire varier le spectre d’émission de chaque OLED flexible, le contrôleur 6 contrôle la quantité d’énergie électrique fournie par le module d’alimentation 5 à chacune des première deuxième, troisième et quatrième électrodes 221, 223, 225, 227, afin de moduler l’intensité du rayonnement émis par chaque unité d’émission 222, 224, 226 respective. En se mélangeant, les rayonnements lumineux rouge, vert et bleu émis par les unités d’émission permettent alors d’obtenir un spectre spécifique (lumière blanche, jaune, violette, etc.) adaptée à une application donnée.

Par exemple la croissance d’une microalgue de type Oscillatoria sp est plus rapide dans le cas d’un rayonnement lumineux dont les longueurs d’onde sont comprises dans un spectre bleu. De même, les pigments de chlorophylle et de caroténoïde sont eux observés à forte concentration dans des rayonnements lumineux bleus. Pour induire l’émission d’une lumière bleue par une OLED flexible, le contrôleur 6 commande au module d’alimentation 5 d’alimenter uniquement en énergie électrique que les troisième et quatrième électrodes 225, 227 entre lesquelles s’étend l’unité d’émission bleue 226.

La croissance d’une microalgue de type Ankistrodesmus est quant à elle plus rapide dans le cas d’un rayonnement lumineux vert. Pour induire l’émission d’une lumière verte par une OLED flexible, le contrôleur 6 commande au module d’alimentation 5 de n’alimenter en énergie électrique que les deuxième et troisième électrodes 223, 225 entre lesquelles s’étend l’unité d’émission verte 224.

L'accumulation de lipides est élevée dans un rayonnement lumineux de couleur jaune par rapport aux autres rayonnements lumineux chez Ankistrodesmus. Pour induire l’émission d’une lumière jaune par une OLED flexible, le contrôleur 6 commande au module d’alimentation 5 d’alimenter uniquement en énergie électrique les première deuxième et troisième électrodes 221, 223, 225 entre lesquelles s’étendent les unités d’émission rouge et verte 222, 224. Le mélange des rayonnements lumineux rouge et vert issus des unités d’émission rouge et verte 222, 224 produit alors une lumière jaune.

Il également possible de privilégier l’émission de rayonnement lumineux dans le spectre ultraviolet afin de stimuler la production de vitamine, notamment la vitamine D3.

Ainsi, la combinaison d’une OLED flexible incluant un empilement de structures organiques 222, 224, 226, d’un module d’alimentation 5 (raccordé à l’OLED flexible) et d’un contrôleur 6 (pilotant le module d’alimentation 5) permet de moduler le spectre d’émission de l’OLED flexible.

Avantageusement cette modulation du spectre d’émission de l’OLED flexible peut varier au cours du temps, pour s’adapter à des conditions de croissance de biomasse et/ou de stress et/ou de production de métabolites.

Par exemple, un utilisateur du bioréacteur selon l’invention peut :

à un stade initial, moduler le spectre d’émission des OLED flexibles de sorte à induire l’émission de rayonnements lumineux de couleur bleue afin d’augmenter la croissance de microalgues, puis
à un stade ultérieur, modifier le spectre d’émission des OLED flexibles de sorte à induire l’émission de rayonnements lumineux de couleur jaune afin d’augmenter l'accumulation de lipides par les microalgues.

1. 4 . Unité de diffusion

Les unités de diffusion 3 illustrées à la permettent d’alimenter le bioréacteur en nutriment, notamment en CO₂.

En particulier, les unités de diffusion 3 permettent :

de fournir le dioxyde de carbone nécessaire au développement du milieu de culture 4, et
de mettre en suspension les particules supports de microorganismes contenus dans le milieu de culture.

L'apport de dioxyde de carbone peut être continu ou discontinu en réponse à certains critères tels que le temps ou le pH. Le dioxyde de carbone peut être introduit :

sous forme de bulles de gaz, ou
sous forme d'une solution aqueuse pompée ou poussée dans le bioréacteur.

L’introduction de dioxyde de carbone sous forme de bulles de gaz permet une meilleure répartition du CO₂dans la cuve 1.

Les unités de diffusion 3 peuvent être de différents types connus de l’homme du métier, par exemple des diffuseurs en matériaux composites microporeux, à membrane (EPDM, silicone, etc., de préférence EPDM), en céramique ou à fente, etc. :

dans le cas de CO2 gazeux, les unités de diffusion 3 peuvent consister en des têtes de micro-bullage pour la diffusion de bulle de différents diamètres,
dans le cas de CO₂dissout dans un milieu aqueux, les unités de diffusion 3 peuvent consister en des buses d’éjection de fluide pour la diffusion du fluide contenant du CO₂dissout.

Chaque unité de diffusion 3 est de préférence disposée au voisinage immédiat du fond de la cuve 1. Par ailleurs, chaque unité de diffusion 3 est disposée entre deux dispositifs d’éclairage 2a, 2b adjacents, les différentes unités de diffusion 3 étant agencées de sorte que chaque unité de diffusion 3 est entourée de dispositifs d’éclairage distincts des dispositifs d’éclairage 2a, 2b entourant les autres unités de diffusion 3. En d’autres termes, chaque unité de diffusion 3 est séparée de l’unité de diffusion 3 la plus proche (ou des unités les plus proches) par deux dispositifs d’éclairage 2a, 2b.

Les unités de diffusion 3 sont connectées à une unité d’amenée de CO₂– tel qu’un surpresseur (dans le cas de CO₂gazeux) ou une pompe (de type turbine dans le cas de CO₂fluide) – de préférence muni d'un clapet anti-retour afin d'éviter la remontée des boues ou des effluents au niveau de l’unité d’amenée de CO₂. Une telle unité d’amenée de CO₂est connue de l’homme du métier et ne sera pas décrite plus en détails dans la suite.

2. Système de maintenance

Le caractère flexible du (ou des) dispositif(s) d’éclairage contenu(s) dans la cuve permet de faciliter la maintenance du bioréacteur selon l’invention.

En référence à la , un exemple de système de maintenance est illustré. Ce dispositif comprend :

une grue montée sur un châssis fixe ou mobile, et
un outil de préhension 100 (crochet, grappin, ou analogue) monté à l’extrémité libre de la grue,
une pluralité de rouleaux de guidage 101, 102 pour le déplacement par roulement de chaque dispositif d’éclairage 2.

Chaque dispositif d’éclairage 2 comprend un élément de saisie (telle qu’une cavité) destiné à coopérer avec l’outil de préhension 100 du système de maintenance. Le principe de fonctionnement du système de maintenance est le suivant.

Dans une première étape, l’outil de préhension 100 est fixé à l’élément de saisie du dispositif d’éclairage 2. Une fois fixé, l’outil de préhension 100 est déplacé dans une direction verticale vers l’extérieur de la cuve 1.

Dans une deuxième étape, l’outil de préhension 100 est déplacé horizontalement entre un rouleau inférieur 101 et un rouleau supérieur 103 de la pluralité de rouleaux de guidage 101, 102 disposés au-dessus de la cuve 1. Le dispositif d’éclairage 2 se courbe à 90°. Une partie supérieure du dispositif d’éclairage 2 (située entre le rouleau inférieur 101 et un bord supérieur du dispositif d’éclairage 2) se déplace alors dans une direction horizontale, tandis qu’une partie inférieure (située entre le rouleau inférieur 101 et un bord inférieur du dispositif d’éclairage 2) se déplace verticalement vers le haut.

Dans une troisième étape, lorsque la totalité du dispositif d’éclairage 2 s’étend horizontalement entre la pluralité de rouleaux de guidage 101, 102, l’outil de préhension 100 est immobilisé.

Ainsi, le caractère flexible du (ou des) dispositif(s) d’éclairage 2 permet de réduire la hauteur nécessaire pour extraire ledit (ou lesdits) dispositif(s) d’éclairage 2 de la cuve 1 pour la mise en œuvre d’une opération de maintenance.

3. Caractéristiques du photo-bioréacteur

On va maintenant décrire différents aspects relatifs à un dimensionnement du bioréacteur permettant l’utilisation optimale du flux lumineux issu des dispositifs d’éclairage.

3.1. Modèle de captation de photons

Pour comprendre si le flux de photons issu des dispositifs d’éclairage est utilisé de manière optimale par la masse à traiter, on propose d’employer un modèle sur la captation de photons par des microalgues en fonction d’une surface d’émission et d’une géométrie du réacteur.

La représentation suivante montre les paramètres modulables pour déduire des productivités dans un photo-bioréacteur. Ici il sera préférable de réduire au maximum la fraction non éclairée du réacteur et d’augmenter la surface recevant le flux de photons.

Le modèle global du rendement surfacique d’un photo-bioréacteur est le suivant :

Où :

f_dest la fraction volumique non éclairée par conception du réacteur (fd = 0 si toute la surface du réacteur est éclairée),
ρ_Mest le rendement énergétique maximum de conversion de l’énergie lumineuse en énergie physico-chimique,
φ est le rendement quantique molaire de la photosynthèse,
α est le module de diffusion linéaire,
a_lightest la surface spécifique éclairée du réacteur sur volume,
K correspond à une constante de demi-saturation de la photosynthèse (dépend du micro-organisme),
ň correspond au degré de collimation moyen du rayonnement incident,
q_nest la densité de flux moyenne de photon sur la surface du bioréacteur.

Les performances maximales d’un photo-bioréacteur peuvent être caractérisées par quelques simplifications des constantes dans un cas idéal.

Par conséquent la production dépendra des éléments suivants :

La fraction sombre« S _x », qui correspond au ratio volumique non éclairé (fd=0) : Sx = (1-fd)ln(1+q/K) en kg/m²/J
Où q est la densité de flux moyenne de photon sur la surface du bioréacteur (s’exprime en µmolphotons/s/m²⁾, et où K est la constante de demi-saturation de la photosynthèse (30000 µmol/kgx/s),
La production surfacique« P _x »dû à la captation du flux de photons surfacique capté : Px = Sx * a_Lumièreen kg/m³/J avec facteur correctif de 20%
La production volumique en fonction du flux de photons surfacique capté rapporté au volume total : a_Lumière= S_Lumière/V_r, où V_rest le volume du bioréacteur_.

En appliquant les règles de calculent précédentes pour :

une plaque d’acrylique de 0.1m de large et 0.1m de long
une lumière incidente de 350µmol/m2/s,
un volume total de réacteur de 0.008 m³,
aucune zone d’ombre (fd=0),
alors la productivité volumique théorique maximale est estimé à 139 mg/L/J, comme illustré par le tableau ci-dessous.

Cas géométrie réacteur
Longueur	0,40	m
Largeur	0,20	m
Surface éclairée	0,08	m²
Qn	350,00	µmol/m2/s
K	30000,00	µmol/kgx/s
Vr	0.008	m³
A lumiere	10	m¹
fd	0,00	nd
Sx	0,01	Kg/m²/J
Px	0,08	Kg/m³/J
Px correction	0,13918963	Kg/m³/J
Production max théorique	139	mg/L/J

Ceci est confirmé lors d’une expérience en utilisant le bioréacteur illustré à la qui comprend une cuve 1 parallélépipédique, huit dispositifs d’éclairage de 0,1 m de cotés (0.01 m²) et incluant chacun une WOLED (White OLED) mis en contact sur cinq faces de la cuve.

Une production moyenne de 172 mg/L/J sur 55 heures (minimum : 100 mg/L/J, maximum : 230 mg/L/J) est obtenue, comme illustré sur la qui représente un graphique récapitulatif de la productivité d’une chlorelle dans le bioréacteur illustré à la .

L’ajout d’air avec 2% de CO₂assure le brassage et apporte du carbone.

3. 2. Détermination de la quantité de dispositifs d’éclairage optimale

L’objectif est de déterminer la superficie optimale de diffusion du flux lumineux pour le réacteur. Bien entendu, le nombre et la disposition des dispositifs d’éclairage peut varier en fonction de la quantité de biomasse que l’on souhaite produire.

Pour produire 711 mg/L/J de biomasse par m³de culture dans un volume de 1 m³, en appliquant les formules de la modélisation globale décrite ci-dessus, 24 m² de dispositifs d’éclairage émettant 750 µmol/m²/s sont nécessaires.

Ce nombre est directement lié au rendement, volume, géométrie et intensité lumineuse souhaités.

On obtient le tableau suivant :

Cas géométrie réacteur
Surface Colonne Ext	24,00	M²
Q_n	750,00	µmol/m²/s
K	30000,00	µmol/kgx/s
V_r	1,00	m³
a_light	24	m¹
f_d	0,00	Nd
S_x	0,02	Kg/m²/J
P_xcontinu	0,59	Kg/m³/J
P_xcontinu correction rdt	0,711147243	Kg/m³/J
Production max théorique	711	mg/L/J

3 .3. Détermination d’une quantité maximale de biomasse à ne pas dépasser

L’objectif est de déterminer la concentration maximum de biomasse à ne pas dépasser afin de ne pas avoir de zone sombre dans le milieu (i.e. maintenir un f_d=0),

Dans la suite, on considère un bioréacteur ayant une cuve présentant les dimensions suivantes : 1 mètre x 1 mètre x 1 mètre (L*l*H en mètres). Le volume de la cuve est donc de 1 m³

On suppose également que chaque dispositif d’éclairage a des dimensions de 1 mètre par côté et émet sur ses deux faces. La surface émettrice de chaque dispositif d’éclairage est donc de 2 m².

Caractéristique réacteur
Longueur - m	1
Largeur - m	1
Profondeur - m	1
Volume - m3	1

L’espacement entre les différents dispositifs d’éclairage est alors donné par la formule suivante :

D = (L – E_tot) / (½ x Nb_Plaques) = (1 - 0.06)/ (½ x 12), et d_libre= D - épaisseur d’un dispositif d’éclairage

Avec :

L : Largeur d’un dispositif d’éclairage ;
E_tot: Epaisseur totale ;
Nb : nombre de dispositifs d’éclairage ;
D : Distance entre deux dispositifs d’éclairage,
d : espace libre en deux dispositifs d’éclairage.

[[Tableaux 4]

Caractéristiques des plaques
Nombre de dispositif d’éclairage simple	12
Epaisseur« ½e »d’un dispositif d’éclairage - m	0,005
Epaisseur totale - m	0,06
Ecartement« D »entre les faces arrière de deux dispositifs d’éclairage successifs - m	0,156
Espace libre« d »entre dispositifs d’éclairage - m	0,145

Dans le cas où les dispositifs d’éclairage ont des dimensions de 1*1 mètre, il faut douze dispositifs d’éclairage dans le bioréacteur.

En les disposants en sandwich, l’épaisseur totale des dispositifs d’éclairage mesure 0,06 mètres.

Les dispositifs d’éclairage sont placés tous les 0,156 m dans le milieu et avec un espace libre de 0,145 m.

Il faut déterminer la concentration maximum qu’il ne faut pas dépasser afin de ne pas avoir de zone sombre dans le milieu de culture et de maintenir un f_d=0 soit un flux de photons suffisant jusqu’à la zone mitoyenne.

Idéalement il ne faudra pas dépasser une concentration de 0.3 g/L/J, comme illustré sur la représentant une concentration maximum en microalgues en fonction de l'écartement entre dispositifs d’éclairage adjacents.

L’intensité lumineuse en fonction de la distance Z peut s’exprimer à partir de la formule suivante : I(z)=I₀∙e^-ka∙B∙z

Où :

I₀correspond à la lumière incidente,
K_aest un coefficient d’absorption,
B correspond à la concentration en biomasse,
Z correspond à la longueur de la cuve.

Si l’on considère qu’à partir de 50 µmol/m²/s, la quantité de lumière est insuffisante pour avoir des rendements suffisants, il est possible de déterminer la concentration maximale à ne pas dépasser.

Ici avec 0.03 mètres (dus aux dispositifs d’éclairage placés en sandwich) la concentration maximale à ne pas franchir est de 1.5 g/L.

3 .4. Homogénéité de la lumière issue d’un dispositif d’éclairage incluant une OLED

L’homogénéité de la lumière issue d’un dispositif d’éclairage incluant une OLED est supérieure ou égale à 99% assurant de meilleur rendement qu’un système LEDs à plaque ou à éclairage sur les côtés.

Une plaque de pmma dotées de prismes à une capacité de diffusion de 70% à 90% en fonction de l’épaisseur et de la quantité de LEDs placées sur les côtés.

La quantité d’énergie à envoyer à la surface est donc moindre dans le cas d’un dispositif d’éclairage incluant une OLED.

Pour un rendement en biomasse par unité de volume équivalent il faudra injecter entre 30 à 10% plus d’énergie électrique.

3.5. Volume utile du bioréacteur

Le volume utile du bioréacteur est plus important (avantage économique) avec un dispositif d’éclairage incluant une OLED.

Cette utilisation de dispositif d’éclairage à OLED permet d’optimiser le volume utile du réacteur de deux à seize fois, étant donné que :

l’épaisseur d’une plaque de pmma ou de polycarbonate peut mesurer 0.01 m et 0.08 m et que
l’épaisseur d’un dispositif d’éclairage incluant une OLED de 0.005 m.

3.6. Angle incident

L’homogénéité de la lumière par l’angle incident des couches d’OLEDS de 178° en opposition à des LEDs de 120°.

Cela assure une meilleure homogénéité de la lumière dans le bioréacteur.

On préféra utiliser une OLED ayant un angle le plus large possible : supérieur à 120°.

En effet il est difficile d’obtenir un angle supérieur à 120° avec des LEDs. Cela réduit d’autant le volume de culture optimisé pour la culture de microalgue.

Cet angle permet une amélioration de la couverture du volume éclairé de 20% par rapport à une plaque LED classique avec une puissance de 700 µE et 0.1 g/L de concentration algale.

Le volume éclairé est donc défini par la formule suivante : Volume éclairé = ((παr²)/360°) *L*n_Cotés)+(L*l*h)*n faces en m³.

Le tableau ci-dessous propose une comparaison des volumes éclairés avec une diode de type LED classique et diode de type OLED.

Cas LEDs
r	0,385	0,195	0,13	0,1	0,08	0,065	0,055	0,05	0,045	0,04	0,035	0,03	0,03
Angle alpha	30	30	30	30	30	30	30	30	30	30	30	30	30
Volume totale - m3	1,391	0,549	0,331	0,242	0,187	0,148	0,123	0,110	0098	0,087	0,075	0,064	0,064
Cas OLEDs
r	0,385	0,195	0,13	0,1	0,08	0,065	0,055	0,05	0,045	0,04	0,035	0,03	0,03
Angle alpha	88	88	88	88	88	88	88	88	88	88	88	88	88
Volume totale - m3	1,68	0,62	0,36	0,26	0,20	0,16	0,13	0,12	0,10	0,09	0,08	0,07	0,07
Gain % OLEDs VS LEDs	20,83	13,53	9,99	8,08	6,70	5,59	4,82	4,42	4,02	3,61	3,19	2,76	2,76

3.7. Possibilité de faire varier la distance entre les dispositifs d’éclairage en fonction du flux de lumière en continue ou flash

On va maintenant décrire différents aspects relatifs à un dimensionnement du bioréacteur en considérant un apport de lumière discontinu, c’est-à-dire en considérant que chaque dispositif d’éclairage génère un rayonnement lumineux discontinu composé d’une alternance rapprochée de phases obscures et de phases éclairées (flashs), par exemple à une fréquence comprise entre 10 et 50 kHz.

Soit un système doté d’une intensité moyenne en continue de 1000 µmol.m^- ².s^-1au niveau des dispositifs d’éclairage.

Lorsque cette intensité moyenne en continue est ensuite paramétré en flash tout en maintenant une irradiance moyenne de 1000 µmol.m^- ².s^-1il est alors possible d’obtenir des vagues de flash de 10000 µmol.m^-2.s^-1.

A titre indicatif, la illustre la différence entre un éclairage discontinu 31 et un éclairage continu 32 :

le temps de cycle est donné par la formule suivante : tcycle = tlight + tdark (s) / ou la fréquence (Hz)
la fraction lumineuse est donnée par la formule suivante : φ : (tlight / (tlight + tdark ))
l’irradiance intégrée est donnée par la formule suivante : I_m= I_f· φ

Avec :

φ = 10% ;
I_m= 1000 µmol.m^- ².s^-1,
I_m= I_f· φ µmol.m^- ².s^-1,
I_f= 10000µmol.m^- ².s^-1.

Cette vague de photons permet d’augmenter la distance d’entrée des photons dans le milieu et donc d’augmenter la distance entre les dispositifs d’éclairage avec une concentration en biomasse identique.

En effet, comme illustré à la , le passage d’un apport de lumière continu à un apport de lumière discontinu permet d’augmenter la distance entre deux dispositifs d’éclairage adjacents tout en maintenant les autres paramètres identiques.

En référence à la , la distance entre deux dispositifs d’éclairage adjacents peut être étendue à 0.055 mètres en flash avec une concentration de 1.5 g/L.

4. Conclusions

La solution décrite précédemment présente de nombreux avantages :

la maintenance du photo-bioréacteur est facilité grâce à la flexibilité des dispositifs d’éclairage,
le volume utile du photo-bioréacteur est plus important (avantage économique) en comparaison aux solutions d’éclairage à base de LED classiques,
l’homogénéité de la lumière issue de dispositifs d’éclairage à OLED est supérieure ou égale à 99% assurant de meilleur rendement que les solutions d’éclairage à base de LED classiques,
l’angle incident des couches OLEDS de 178° permet une meilleure homogénéité de la lumière dans le réacteur, en comparaison à des LED classiques de 120°,
l’utilisation de dispositifs d’éclairage flexibles à OLED permet de faire varier la couleur de la lumière émise au cours du temps pour l’adapter aux conditions de croissance, de stress et de production de métabolites,
le dégagement thermique, même minimum permet de récupérer des calories utiles pour le traitement du milieu de culture,
l’usage de flash (émission de lumière discontinue) peut être envisagé avec les OLED flexibles dans l’optique de moins consommer d’énergie en émettant plus de photon par vague d’allumage ; ceci permet d’augmenter le volume utile de réaction,
la possibilité de configurer le dispositif d’éclairage pour l’émission d’Ultraviolet (UVOLED) permet une désinfection du milieu de culture,
l’utilisation d’une plaque et d’une couche de revêtement externe en verres minces permet :
- de diminuer l’effet de collage (« fouling ») des microalgues sur les dispositifs d’éclairage,
- une meilleure insulation des composants électroniques entre eux, limitant les risques électriques,
- une meilleure transmittance optique,
- une meilleure stabilité chimique,
- une meilleure barrière aux gaz injectés dans le photo-bioréacteur,
- un meilleur échange des calories générées par les OLED des dispositifs d’éclairage,

en comparaison à une couche de revêtement extérieur de pmma ou de polycarbonate.

Le lecteur aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l’invention décrite précédemment sans sortir matériellement des nouveaux enseignements et des avantages décrits ici.

Claims

Réacteur incluant une cuve (1) destinée à contenir :
une masse à traiter, et

au moins un dispositif d’éclairage (2, 2a-2j) destiné à favoriser le traitement de cette masse,

au moins un module d’alimentation (5) en énergie électrique connecté à chaque dispositif d’éclairage (2, 2a-2j),
caractérisé en ce que chaque dispositif d’éclairage (2, 2a-2j) est flexible et comprend :
au moins une plaque (21) flexible transparente à un rayonnement lumineux (23), chaque plaque (21) ayant des faces arrière et avant opposées, et

au moins une diode électroluminescente organique (22, 22a, 22b, 22c) flexible pour générer le rayonnement lumineux (23), chaque diode électroluminescente organique étant fixée sur la face avant de ladite et au moins une plaque.
Réacteur selon la revendication 1, dans lequel ladite et au moins une diode électroluminescente organique (22, 22a, 22b, 22c) flexible comprend un empilement de structures organiques (222, 224, 226), chaque structure organique étant adaptée pour émettre un rayonnement lumineux dans une gamme de longueurs d’onde respective.
Réacteur selon la revendication 2, lequel comprend en outre au moins un contrôleur (6) configuré pour piloter ledit et au moins un module d’alimentation (5) en énergie électrique.
Réacteur selon la revendication 3, dans lequel ledit et au moins un contrôleur (6) est configuré pour contrôler une variation d’énergie fournie par ledit et au moins un module d’alimentation (5) afin de modifier au cours du temps le spectre d’émission dudit et au moins un dispositif d’éclairage (2, 2a-2j).
Réacteur selon l’une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel ledit et au moins un contrôleur est configuré pour :
contrôler l’activation continue dudit et au moins un module d’alimentation (5) en énergie électrique de sorte que ledit et au moins un dispositif d’éclairage (2a, 2b) génère un rayonnement lumineux continu,

contrôler l’activation discontinue dudit et au moins un module d’alimentation (5) en énergie électrique de sorte que ledit et au moins un dispositif d’éclairage (2a, 2b) génère un rayonnement lumineux discontinu sous forme de flashs composé d’une alternance de phases obscures et de phases éclairées, par exemple à une fréquence comprise entre 10 et 50 kHz.
Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ledit et au moins un dispositif d’éclairage (2, 2a-2j) comprend en outre une couche de revêtement (23) externe recouvrant ladite et au moins une diode électroluminescente organique (22, 22a, 22b, 22c) flexible.
Réacteur selon la revendication 6, dans lequel le matériau constituant ladite couche de revêtement (23) externe est du verre souple.
Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ledit et au moins un dispositif d’éclairage (2, 2a-2j) comprend une pluralité de diodes électroluminescentes organiques (22, 22a, 22b, 22c) flexibles.
Réacteur selon la revendication 8, dans lequel au moins deux diodes de la pluralité de diodes électroluminescentes organiques (22, 22a, 22b, 22c) flexibles sont de tailles différentes.
Réacteur selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9, dans lequel la pluralité de diodes électroluminescentes organiques (22, 22a, 22b, 22c) comprend au moins une diode électroluminescente organique flexible à émission ultraviolet (22b).
Réacteur selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel la pluralité de diodes électroluminescentes organiques (22, 22a, 22b, 22c) comprend au moins une diode électroluminescente organique phosphorescente (22c).
Réacteur selon l’une quelconque des revendications 8 à 11, dans lequel chaque diode de la pluralité de diodes électroluminescentes organiques (22, 22a, 22b, 22c) est raccordée indépendamment au module d’alimentation (5) en énergie électrique pour permettre de détecter un éventuel défaut de fonctionnement d’une diode électroluminescente organique flexible.
Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel dans lequel chaque plaque (21) flexible comprend un élément de saisie, tel qu’un trou traversant, destiné à coopérer avec un outil de préhension d’un système de maintenance.
Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, lequel comprend une pluralité de dispositifs d’éclairage (2, 2a-2j), chaque dispositif d’éclairage (2, 2a-2j) est raccordé indépendamment au module d’alimentation (5) en énergie électrique de sorte que chaque dispositif d’éclairage (2, 2a-2j) peut être retiré individuellement du réacteur pendant le fonctionnement de celui-ci.
Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, lequel comprend en outre une pluralité d’unités de diffusion (3), chaque unité de diffusion (3) :
s’étendant entre deux diffuseurs de lumière (21) adjacents, et

étant séparée des autres unités de diffusion (3) par au moins deux diffuseurs de lumière (21) successifs.