Développement technologique du réacteur pilote

Comme précisé en introduction de ce chapitre, cette thèse a débuté avec un démonstrateur tout juste terminé (dans le cadre du projet ANR Biosolis notamment) mais non éprouvé ni testé en fonctionnement biologique réel. L’architecture globale (cuve, condenseur, automate) était en place au début des travaux présentés ici, mais rendre l’installation entièrement fonctionnelle a nécessité un travail de développement technologique considérable dans cette thèse.

L’étanchéité des gaines est assurée par une thermosoudure réalisée en bas de la gaine. Un certain nombre des gaines en place en 2012 étaient mal fermées, ce qui, combiné à la surpression dans le réacteur (jusqu’à 0,1 bar) provoquait des fuites. Un protocole de thermosoudure et de remplacement des gaines défectueuses a été mis au point. Une pièce en aluminium dans laquelle est percé un trou conique et borgne est chauffée grâce à un fer à souder. L’insertion de la gaine dans cette cavité permet de réaliser la thermosoudure. Les soudures sont réalisées avant de mettre en place les gaines. La gaine défectueuse est retirée grâce à un foret de 2,5 mm puis la résine époxy qui entoure le trou ainsi obtenu est retirée à l’aide d’une fraise. La nouvelle gaine, correctement soudée, est insérée et de la nouvelle résine est injectée autour pour assurer l’étanchéité.

Initialement il avait été prévu de maintenir les gaines en place grâce à quatre paniers répartis sur la hauteur. Chaque panier assurant alors le guidage des gaines dans une seule direction (voir figure 24). Ces paniers étaient de diamètre trop important, ce qui provoquait, lors de l’extraction ou de l’insertion du faisceau de fibre dans la cuve du réacteur, de grandes difficultés et des frottements qui ont endommagé les câbles alors en place. La difficulté à organiser ce réseau (chaque gaine doit passer au bon endroit dans chacun des paniers successifs) avait été contournée lors de la réalisation. Le passage des gaines dans les paniers (au bon endroit dans chaque panier) avait alors été réalisé avant de sceller les gaines au couvercle en acier inoxydable (avec de la résine époxy). Ce système a été modifié afin de réduire le nombre de paniers (voir les motivations au paragraphe II.6.3) et de permettre une maintenance plus facile. Nous avons réalisé un seul panier qui contient les trois directions guides. La réalisation du maillage est alors réalisée avec les fibres en place. Pour s’assurer du bon positionnement des câbles, ceux-ci sont passés entre les fibres, juste sous le couvercle en acier inoxydable. En effet, ce couvercle ayant été réalisé grâce à une machine à commande numérique, la maille est parfaitement respectée immédiatement sous le couvercle. Lors du remplacement de gaines (voir paragraphe précédent) le panier est alors remonté au sommet des gaines pour que lors de l’introduction des nouvelles gaines il soit plus facile de les faire passer au bon endroit.

Figure 24 : Système de maintient des gaines tel qu’originalement conçu (à gauche) et panier modifié, utilisé lors de ces travaux (à droite). À l’origine (à gauche), cinq paniers répartis sur la hauteur du faisceau maintenaient les fibres en position, chaque panier ne portait qu’une seule nappe de câbles, orientés selon une seule direction. Le nombre de paniers a été réduit à un seul, positionné en bas des fibres. L’unique panier possède alors trois nappes de câbles, qui permettent de maintenir les fibres dans leur position de maille hexagonale.

Au début de cette thèse, le système de chauffe de la double enveloppe était hors service, suite à une surchauffe. Nous avons donc refait les pièces endommagées et ajouté des sécurités (un capteur de température près du thermoplongeur et des purgeurs automatiques) afin de s’assurer de la présence d’eau et de sa température. De plus, l’alimentation électrique du thermoplongeur a été reliée, via un relai fortes puissances, à l’automate de l’installation.

La sortie gazeuse du réacteur contient beaucoup de vapeur d’eau. Afin de limiter au maximum les pertes par évaporation le gaz sortant du réacteur est donc dirigé vers un décanteur puis vers un condenseur à effet Peltier. Ce condenseur est un prototype dont il a fallu refaire l’étanchéité. Dans sa version originale il fonctionnait à eau perdue (du réseau), un circuit de refroidissement fermé a donc été mis en place. Pour cela un réservoir, un circulateur et un radiateur ventilé ont été installés. Des capteurs mesurent la température du réservoir, la température de l’eau de refroidissement à la sortie du condenseur ainsi que la température et l’humidité de l’air à la sortie de l’air. L’ensemble de ces capteurs et actionneurs ainsi que des alimentations électriques pilotables ont été installés et reliés à l’automate.

Le bulleur central (évoqué à la partie II.1.3) a également été ajouté à la version initiale suite à la première culture menée dans le réacteur (voir II.6.3). Pour cela un raccord fileté a été soudé sur une tubulure du retour liquide. Un débitmètre permet le réglage de la distribution du débit entre le bulleur et le fritté situé au fond de la cuve.

Il est important de pouvoir contrôler le niveau dans le réacteur. Pour cela le couvercle en inox initialement présent a été remplacé par une version en PVC translucide. Un volume de

dégagement a également été ajouté (voir II.6.2). Ce couvercle permet un contrôle visuel, mais le contrôle automatisé du niveau se fait par la régulation du poids du réacteur et de son contenu. Pour cela une balance pèse le réacteur et la suspension de microalgues. La précision nécessaire à une régulation efficace est assez fine (on tolère un écart de 0,5kg pour un poids total du réacteur d’environ 120kg). Pour assurer cette précision il a fallu rigidifier les supports de la balance, pour cela de la tôle d’acier inoxydable de 10 mm d’épaisseur a été utilisée.