annexe 1
Contents
1. orogramme SPIRPACF ylar uapgascan de jours cons cutifs do simulation RESULTATS DU CAS TULEAR 600 00 Date et heure du calcul 14 04 2003 11 15 59 Productmt moyenne sur p node de marche inter jours gym 4 08 f Production totale kg m 2 47 r Prix de revient actualis apr s r colte finale C kg 8 95 Consommation de bicarbonate purges comprises kg kg 0 01 Consommaty 1 de carbonate kg kg 0 00 Consommatrn de CO2 kg kg 0 00 Consommal on de sucre kg kg 0 00 Consomma son d eau mihou evaporation ltres kg 1189 84 Effacer les r sultats avant nouveau calcul avec de nouveaux param tres ou sur un nouveau cas B Description du fonctionnement du logiciel Les r sultats se lisent soit sur les graphiques attention aux chelles soit sur le tableau journalier Les concentrations en spiruline sont mesur es juste avant la r colte et les pH sont mesur s 19 heures C Comment cr er de nouveaux cas Plut t que de changer les valeurs de param tres par la m thode ci dessus A il est possible d crire un fichier texte qui est une s rie de 179 valeurs de param tres ou caract res d limiteurs s par s par des virgules Pour faciliter le rep rage des param tres un d limiteur une lettre majuscule entre guillemets est plac apr s chaque s rie de 12 valeurs En voici un exemple SO Page 3 19 NNA NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPACF 32 7 33 8 33 3 32. des fonctions de la temp rature de l clairement de la salinit du pH et du degr d agitation Vitesse de photosynth se k x f T x f klux x f salinit x f pH x f agitation SO Page 16 19 ANTENNA NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPACF TECHNOLOGIES Cette hypoth se n a pas de vraie base scientifique mais elle facilite les calculs et elle ne donne pas de si mauvais r sultats Voici quelques exemples de ces fonctions qui sont largement inspir es de la th se de Zarrouk en tenant aussi compte de r sultats exp rimentaux L20 pH 10 4 20 Salinit 15 g l Agitation 25 cm s Basicit 1 mol l F Photosynth se E g 12hr n2 15 Temperature 30 C 15 Eclairement klux 10 20 30 40 50 Vitesse photosynth se de la spiruline en fonction de l clairement d apr s la th se de Zarrouk Fig 3 Zarrouk C Contribution l tude d une cyanophyc e influence de divers facteurs physiques et chimiques sur la croissance et la photosynth se de Spirulina maxima Setch et Gardner Geitler Th se de doctorat Facult des Sciences de l Universit de Paris 06 12 1966 SO Page 17 19 ANTENNA NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPACF z0 Salinit 15 g 1 29 L Eclairenent 15 klux gitation 20 cn s F Temperature 35 C Basicit 1 mol 1 Photosynth se g 12hr nm 15 10 5 ja LA H 1 L L 1 L 9 5 10 10 5 11 pH Vitesse de photosynth se de la spiruline en fonct
3. b n ficiant d un chauffage par eau chaude gratuite g othermique ou r siduelle d une centrale lectrique par exemple Pour cela fixer la temp rature de chauffage du bassin pendant le jour et donner la temp rature de nuit une valeur sup rieure ce qui revient couper le chauffage au coucher du soleil Pour conna tre la chaleur de chauffage moyenne utilis e en kWh kg multiplier par 10 la consommation lectrique de la pompe chaleur La consommation de chaleur journali re est accessible en demandant l option r sultats journaliers et en multipliant par 10 la consommation lectrique de la pompe chaleur en kWh n pour le jour en question Le prix de revient obtenu comporte le co t de l lectricit de la pompe chaleur qui est indiqu e part le d duire Ajouter ventuellement le co t de la chaleur gratuite ANNEXE 2 Influence de la temp rature de la lumi re de l alcalinit de la salinit et du pH sur la photosynth se de la spiruline On peut admettre que la vitesse maximum de photosynth se dans un bassin bien agit et dans les meilleures conditions de temp rature lumi re alcalinit salinit et pH est voisine de 1 8 g heure m de bassin Cette vitesse peut d ailleurs varier en fonction de la souche de spiruline et de la pr sence de catalyseurs Dans le programmes de simulation on fait l hypoth se que la fonction photosynth se est directement proportionnelle
4. ce recyclage ne change ni la basicit ni la salinit fixe sels non carbonat s du milieu ni le niveau de liquide dans le bassin ni la temp rature Le pH du recyclat est fix librement mais en g n ral proche de 10 Si l on fixe un pH lt 8 la valeur utilis e sera automatiquement celle correspondant l quilibre avec l air ext rieur Une option permet de d cider si les purges l appoint d eau l alimentation carbon e CO2 pur sucre bicarbonate et le recyclage sont possibles ou non les jours d arr t hebdomadaire s ils sont possibles ces jours l le volume de milieu purger ou purer est filtr et la biomasse r cup r e est remise dans le bassin La nuit la culture peut tre compl tement isol e la fois thermiquement et de l atmosph re avec chauffage coup ou partiellement seuls les changes convectifs et radiatifs pouvant tre supprim s ou r duits avec a ration et chauffage maintenus La culture peut tre ombr e et ou chauff e et ou isol e thermiquement En cas d isolation nocturne compl te les options clairage artificiel et la combustion sont impossibles et une a ration minime est maintenue pour permettre la respiration r duite 20 de la normale de la culture mais elle est n glig e du point de vue effet thermique et vaporation Le degr d isolation thermique partiel de la serre est r glable Les options double vitrage isolation thermique et ombrage sont compatibles L omb
5. changes thermiques par convexion On tient compte aussi de l nergie solaire consomm e par la photosynth se en prenant comme valeur calorifique de la spiruline 20 9 kJ g Cornet J F 1992 Etude cin tique et nerg tique d un photobior acteur Th se de doctorat Universit de Paris Sud Centre d Orsay 27 02 1992 page 263 Les pertes thermiques par convexion vers l atmosph re et par rayonnement vers le ciel sont calcul es comme pour un capteur solaire selon les quations classiques par exemple celles rappel es par R Gilles 1976 Gilles R 1976 Promoclim A N sp cial Les piscines de plein air page 269 SEDIT Paris et Chouard Michel et Simon 1977 Chouard Ph Michel H et Simon M F 1977 Bilan thermique d une maison solaire On n glige l influence de l inclinaison ventuelle comme il est justifi d apr s P I Cooper Cooper P I 1981 The effect of inclination on the heat loss from flat plate solar collectors Solar Energy Vol 27 N 5 pages 413 420 Consommation Production d lectricit Pour le calcul de la consommation d lectricit pour l agitation ou le pompage en cas de culture sur plan inclin une quation tr s simple et plus ou moins arbitraire a t adopt e En cas d utilisation de combustible on peut en option produire de l lectricit par un groupe lectrog ne supercog n ration de chaleur d lectricit et de CO2 permettant d implanter l installation m me sur s
6. d appoint quelconque si sa basicit est nulle pH minimum autorisant la r colte pH qu on cherche obtenir par ajout de carbone consigne de r gulation Pourcent de CO2 en volume dans le biogaz quelconque si pas de biogaz Pourcent d ombrage fixe actif nuit et jour Pourcent d ombrage nocturne cran thermique Pourcent de la chaleur de combustion transform en lectricit Variable supprim e mettre une valeur quelconque Pourcent de la pluie tombant sur la surface du bassin admis dans le bassin cas sans serre e K L Pourcent de purge quotidienne maximum autoris Variable supprim e mettre une valeur quelconque Pourcent de la puissance des lampes contribuant au chauffage de la serre gt 32 Prix bicarbonate de sodium kg Prix carbonate de sodium kg Prix carburant kg quelconque si pas de carburant si biogaz prix du CH4 contenu Prix CO2 kg Prix de l eau m3 Prix de l lectricit 220 V achet e ou vendue kWh Prix du phosphate monoammonique kg Prix du sel de cuisine kg Prix du sucre kg e L M Prix du sulfate dipotassique kg Prix du sulfate de magn sium heptahydrat sel d Epsom kg Prix de l ur e kg Profondeur initiale de la culture cm SO Page 5 19 NNA NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPACF Profondeur maximum de la culture cm gt profondeur initiale Purge ajouts carbone eau recyclage supprim s les jours d arr t de we
7. dans le milieu de culture de bicarbonate ou de sucre ou de gaz CO2 pur soit par enrichissement en CO2 de l air de la serre par une fraction des gaz de combustion un bilan mati res sur le CO2 entre l entr e de l air dans la serre et sa sortie permet de calculer la teneur en CO2 de cet air suppos homog ne Le calcul tient compte du CO2 apport par l ur e par l air frais d a ration et par le recyclage Rien n emp che de panacher les diverses sources de carbone La photoinhibition de la photosynth se basse temp rature est prise en compte par l interdiction d op rer temp rature inf rieure 10 C quand l clairement d passe l intensit limite choisie 30 Klux par exemple la photosynth se est suppos e s annuler temp rature inf rieure 10 C R sum des r gles de r gulation thermique adopt es en serres La modulation de l a ration et l ombrage automatique ne s appliquent pas dans l option d isolation themique nuit et jour valeur 3 ni si les bassins sont thermostat s la m me temp rature nuit et jour e Nuitet jour A ration d bit normal si bassin lt 30 C d bit normal 50 x coefficient si bassin entre 30 et 35 C d bit normal 75 x coeff si entre 35 et 38 C d bit normal 100 x coeff si gt 38 C Ombrage fixe Jamais de chauffage si bassin gt 30 C e o Nuit Ombrage cran thermique nocturne e Jour Ombrage automatique 0 si bassin lt 30 C 50 x
8. du milieu de culture apr s puration et changement du pH Enfin il est possible de r chauffer ou refroidir artificiellement le bassin par une pompe chaleur Ces options sont d taill es ci dessous Principes du calcul Le programme simule le fonctionnement du bassin depuis son ensemencement jusqu son arr t au bout d un nombre de jours fix pouvant atteindre 18 mois A partir d un milieu de culture pH donn ensemenc au temps z ro on calcule la croissance des spirulines heure par heure un bilan thermique et un bilan carbone absorption de CO2 de l air injection consommation permettent de calculer galement heure par heure la temp rature et le pH qui eux m mes d terminent la vitesse de croissance Page 7 19 ANTENNA NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPACF CHNOLOGI La r colte a lieu chaque jour une heure au choix sauf les jours d arr t hebdomadaire et elle ram ne la concentration en spiruline une valeur au choix sauf que la capacit de r colte journali re ne peut d passer une limite fixer Mais il n y a pas de r colte si le pH est inf rieur un seuil ni pendant les week ends 0 3 jours d arr t cons cutifs par semaine En fin de campagne on fait une r colte totale jusqu la concentration d ensemencement et un certain nombre de jours sont consacr s aux op rations d inter campagnes La productivit moyenne et le prix de revient prennent en compte ces jours d inter campagne
9. minimum au lever du soleil et son maximum 14 heures solaires On calcule le rayonnement solaire absorb par la culture comme on le fait pour un capteur solaire avec ou sans vitrage partir des quations astronomiques et thermiques classiques rappel es par exemple dans Chouard Michel et Simon Chouard Ph Michel H et Simon M F 1977 Bilan thermique d une maison solaire Bilan thermique SO Page 13 19 NNA NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPACF La temp rature de la culture est calcul e par bilan thermique entre les apports de chaleur dont rayonnement solaire et chaleur de combustion et les diverses pertes thermiques on n glige les pertes vers le sol et les c t s du r acteur mais on prend en compte une valeur en eau quivalente du fond et des c t s en l ajoutant la hauteur de liquide On admet que la culture et l air interne de la serre sont homog nes en temp rature et la m me temp rature et que l inertie thermique de l air est n gligeable mais on tient compte de la capacit thermique du flux d air traversant la serre qui extrait de la chaleur par chaleur sensible et en se saturant d eau Les ajouts eau nutriments sont suppos s faits la temp rature de la culture On tient videmment compte des apports de chaleur par le chauffage et les lampes On admet que l ombrage r duit d un m me pourcentage le rayonnement solaire incident et les pertes thermiques par rayonnement sans affecter les
10. on peut en attendre de ce type de gestion des temp ratures de bassin Par hypoth se la source de chaleur ou de froid de la pompe chaleur est infinie et la pompe travaille avec un COP coefficient de performance de 10 Si l on sp cifie une temp rature de refroidissement par la PAC sup rieure la temp rature de r chauffage par la PAC on supprime le refroidissement par PAC le bassin se refroidit alors seulement par refroidissement nocturne naturel Si l on sp cifie la m me temp rature de r chauffage et de refroidissement le bassin est thermostat cette temp rature Page 14 19 SO Page 15 19 NNA NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPACF Le r chauffage matinal est suppos se faire d s la premi re heure du jour alors qu en r alit il s talerait sur au moins deux heures mais la diff rence est tr s faible sur la productivit cause de la faible lumi re au lever du soleil Un usage fr quent de ce logiciel est la simulation des bassins chauff s par une source de chaleur gratuite Dans ce cas on fixe la temp rature de refroidissement au dessus de la temp rature de chauffage pour supprimer le refroidissement par PAC la consommation lectrique de la PAC doit tre d duite du prix de revient la consommation de chaleur de chauffage est gale dix fois la consommation lectrique de la PAC cf suivant SIMULATION AVEC CHAUFFAGE GRATUIT Il est possible de simuler une culture de spiruline
11. 2 7 31 6 31 1 30 30 30 5 30 5 31 6 31 6 A 19 4 20 21 1 21 6 21 1 20 5 20 5 21 1 20 20 20 19 4 B 19 4 20 21 1 21 6 21 1 20 5 20 5 21 1 20 20 20 19 4 C 5 8 14 3 25 8 26 7 29 2 30 35 5 38 7 36 7 38 7 23 2 8 4 D 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 E 0 26 0 26 0 2 6 0 26 0 26 0 26 0 26 0 26 0 26 0 26 0 26 0 26 F 20 45 135 140 180 142 190 250 200 200 105 35 G 0 0 0 366 1 0 0 0 2 0 1 20 0 20 H 1 0 1 1 0 340 5 0 3 0 15 1 8 10 0 1 15 7 0 0 1 30 0 0 6 13 1 0 365 J 5 5 0 0 9 6 10 0 0 0 0 0 100 K 10 0 0 1 1 0 5 1 1 0 1 1 0 2 1 L 0 6 0 4 0 2 10 30 0 0 67 0 95 0 50 1 M 1 0 42 0 46 10 30 BANGUI 1 0 N B Les d cimales doivent tre marqu es par des points quelle que soit la version Voici la cl de compr hension des valeurs ci dessus la m me cl vaut pour les donn es imprim es dans les r sultats a Donn es M t orologiques e s rie avant A moyennes des temp ratures maxi C journali res pour les 12 mois e entre A et B id pour temp ratures mini C e B C temp ratures de ros e C e C D de temps nuageux 1 fraction solaire x 100 N B Pour calculer la fraction solaire partir des heures de soleil par jour il faut disposer de la dur e du jour th orique laquelle est facile calculer avec le petit logiciel durjour exe e D E vitesses du vents m s e E F coefficients de trouble de l atmosph re normal 0 26 pollu 0 5 e F G quantit s de pluie litres m2 b A
12. F TECHNOLOGIES Pour quantifier la respiration normale nous utilisons les r sultats de J F Cornet Cornet J F 1992 Etude cin tique et nerg tique d un photobior acteur Th se de doctorat Universit de Paris Sud Centre d Orsay 27 02 1992 p 115 pour la variation avec la temp rature mais pour la valeur de base 20 C nous prenons une moyenne entre les indications de Cornet et celles de L Tomaselli et al Tomaselli L Giovanetti L Pushparaj B et Torzillo G 1987 Biotecnologie per la produzione di spirulina IPRA Monografia 17 page 21 Ceci est bien s r une approximation car la respiration d pend aussi de la teneur en hydrates de carbone dans la spiruline Ces hypoth ses servent de base pour la simulation et elles sont repr sent es par le graphique ci dessous L10 z de la biomasse perfu par RESPIRATION 10 pendant la nuit 12H us TEMPERATURE i z perte nuit 10 20 30 40 Temp rature C Respiration en fonction de la temp rature N B Il est possible de modifier cette courbe pour l ajuster ventuellement la r alit gr ce au param tre appel coefficient d ajustement de la fonction respiration variable N 177 l avant derni re dans la liste Croissance par photosynth se a Concentrations en biomasse sup rieures 0 1 g l cas g n ral Nous admettons que la croissance de la spiruline par photosynth se est le produit d un coefficient d ajustement et de 5 facteurs suppos s in
13. SO Page 1 19 NNA NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPACF R vision du 17 03 2005 Avertissement Ce logiciel ne fonctionne que sous Windows XP et condition d avoir install dans Program Files Microsoft NET Framework Version 1 1 Redistributable Si vous n avez pas ce dernier sur votre disque deux possibilit s e o le t l charger directement par internet 23 Mo assez lourd il n existe pas toujours en version fran aise de sorte que lors de l utilisation du logiciel SPIRPACF les virgules d cimales sont parfois transform es en points se conformer la version disponible sinon l utilisation de points la place de virgules d cimales ou inversement provoquera une erreur e o si vous disposez de la pr sente notice sur CD Rom installer dotnetredistr exe qui est en version fran aise Le logiciel peut tre envoy par e mail sur demande Sommaire A Mode d emploi B Description du fonctionnement C Comment cr er de nouveaux cas ANNEXE 1 Description d taill e du mod le de simulation ANNEXE 2 Les facteurs influen ant la photosynth se A Mode d emploi du logiciel SPIRPACF Page 2 19 NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPACF La r solution d cran recommand e est de 1024 x768 pixels Un cran 15 pouces au moins est pr f rable 1 Choisir un cas dans la liste pr sent e Choisir un param tre Lire sa valeur SIMJLATION DE LA MARCHE D UNE CULTURE DE SPIRULINE
14. assin La chaleur de combustion est automatiquement d branch e du chauffage si la temp rature du bassin d passe 30 C La combustion se fait avec de l air ext rieur avec 10 d exc s Les bassins ouverts ne peuvent pas tre chauff s par combustion de carburant mais ils peuvent l tre par pompe chaleur L option pompe chaleur est d crite dans le chapitre suivant CULTURE DE SPIRULINE AVEC RECHAUFFAGE MATINAL ET REFROIDISSEMENT NOCTURNE PAR POMPE A CHALEUR L option clairage artificiel majore l clairement des bassins sous serre entre 4 et 21 heures dur e maximum 16 heures quand l clairement naturel mesur sous ombrage ventuel est inf rieur un seuil La consommation lectrique des lampes est de 13 mW lumen soit 13 Watt klux m performance des tubes luminescents ou moyenne entre lampes halog ne et lampes horticoles HPS ces derni res pouvant atteindre 6 5 mW lu lorsqu elles sont neuves Dans l option isolation compl te les lampes sont allum es de 4 heures 21 heures La portion de la chaleur d gag e par les lampes admise dans la serre pour contribuer au chauffage est r glable de 32 100 Dans le cas des bassins l air libre ces options ne sont videmment pas toutes disponibles l ombrage fixe et l cran thermique nocturne sont possibles La vitesse de photosynth se peut varier selon les souches utilis es ou les circonstances mortalit pr dateurs elle est donc ajustable au moyen d
15. c dent Nous admettons aussi que la croissance de la spiruline est uniquement autotrophe Si une croissance mixotrophe ou m me ventuellement h t rotrophe se produit elle sera fortement concurrenc e par les organismes h t rotrophes cohabitant avec la spiruline dans le milieu bact ries zooplancton L erreur commise sur la croissance ne peut de toutes fa ons tre que par d faut Nous admettons donc qu en cas d apport de carbone par le sucre celui ci est oxyd en CO2 par un m canisme quelconque b Pour des concentrations en biomasse inf rieures 0 1 g l la croissance est exponentielle ce que le mod le traduit en multipliant la vitesse calcul e en a par dix fois la concentration en g l Remarque sur la r partition spectrale de l nergie lumineuse utilis e et le rendement des lampes La spiruline tant capable d utiliser un spectre tr s large gr ce sa richesse en divers pigments photosynth tiques les diff rences de r partition spectrale entre lumi res solaires sous diff rents angles latitudes et altitude et lumi res artificielles sont n glig es Les klux de lumi re visible tels que mesur s au luxm tre sont suppos s avoir l quivalence suivante avec la puissance totale dissip e 10 Watt m2 klux pour le soleil 13 Watt m2 klux pour les lampes modernes type iodure ou sodium Donn es de temp ratures et rayonnement solaire On admet que la temp rature ambiante varie lin airement entre son
16. coefficient si bassin entre 30 et 35 C 75 x coefficient si gt 35 C ou si lt 15 C lorsque la lumi re d passe la valeur de l clairement maximum autoris e R sum des r gles de r gulation thermique adopt es sans serre La modulation de l ombrage automatique ne s applique pas si les bassins sont thermostat s la m me temp rature nuit et jour e Nuitetjour Ombrage fixe e o Nuit NNA NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPACF Ombrage cran thermique nocturne e Jour Ombrage automatique 0 si bassin lt 30 C 50 x coefficient si bassin entre 30 et 35 C 75 x coefficient si gt 35 C N B Pour un bassin sans aucun dispositif d ombrage les coefficients doivent tre fix s une valeur nulle Absorption de CO2 atmosph rique La vitesse d absorption est proportionnelle au coefficient d absorption et la diff rence des pressions de vapeur de CO2 dans l air et sur le liquide La pression de vapeur du CO2 sur une solution de carbonate bicarbonate de sodium est donn e dans la litt rature Kohl et Riesenfield 1960 donnent dans Gas Purification Kohl A L et Riesenfeld F C 1960 Gas Purification McGraw Hill Book Co la page 117 une formule ayant comme variables la temp rature la basicit et le rapport c moles de CO2 mole de base en mmHg pCO2 68 5 x b x 2c 1 2 1 c x 333 1 8 x t x 0 0487 0 0006 x t o b basicit du milieu absorbant gmoles
17. d pendants et d taill s en Annexe 2 facteur fonction de la salinit facteur fonction de la temp rature SO Page 12 19 NNA NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPACF facteur fonction du pH facteur fonction de l clairement facteur fonction du degr d agitation du milieu de culture Ce postulat qui est au c ur du programme n est pas tr s tay scientifiquement La comparaison des figures 4 et 19 de la th se de Zarrouk autorise admettre que la fonction de la temp rature est ind pendante de l clairement les mesures de productivit s sur nos bassins montrent que l influence du pH de la temp rature et de la lumi re sont en assez bon accord avec les hypoth ses contenues dans ce postulat Par ailleurs ce postulat implique que la vitesse de photosynth se ne d pend ni de la hauteur de liquide ni de la concentration en spiruline ni de la concentration en nutriments min raux autres que le bicarbonate donc que la photosynth se est proportionnelle la surface clair e Autrement dit nous faisons les hypoth ses largement v rifi es dans la pratique aux concentrations consid r es que la croissance est dans la phase lin aire non limit e par les nutriments min raux avec absorption totale de la lumi re p n trant dans le bassin A noter que la quantit de spiruline par m hauteur de liquide x concentration a cependant une influence sur la productivit par le biais de la respiration cf pr
18. de base forte litre c rapport molaire CO2 base correspondant au pH du milieu t temp rature du milieu C L absorption du CO2 exprim en g de spiruline jour m2 en admettant 1 8 kg de CO2 par kg de spiruline est alors gale 0 772 x ka x 0 00076 x vpm x 1 alt 10000 pCO2 formule o ka coefficient d absorption gmoles de CO2 absorb s heure m atmosph re vpm teneur de l air en CO2 ppm volumiques alt altitude m tres 0 772 44 x 24 1 8 x 760 Le coefficient d absorption du CO2 travers la surface du bassin est r glable mais g n ralement il est pris gal la valeur exp rimentale de 20 gmoles heure m atmosph re Le mod le combine ces deux formules pour calculer les changes de CO2 entre l atmosph re et le bassin Respiration La spiruline ne respire qu en l absence de lumi re De jour nous admettons qu elle ne voit la lumi re que dans la couche superficielle de hauteur gale au Secchi nous avons adopt la courbe du Secchi correspondant la souche dite spiral e avec milieu de culture non trouble et qu il n y a pas respiration dans cette couche mais qu au dessous il y a respiration ceci suppose que le milieu est agit homog ne On admet que la respiration est r duite 20 de sa valeur normale en cas d isolation compl te nocturne conform ment plusieurs exp riences allant dans ce sens Page 10 19 SO Page 11 19 ANTENNA NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPAC
19. ek end 1 sinon 0 Rapport molaire CO2 base du milieu de culture initial 1 si Na2HCO3 0 67 si natron Recyclage de milieu de culture purifi litres m2 jour Rendement de r colte 100 de pertes la r colte au s chage et emballage Salinit totale de l eau d appoint tds glitre Salinit maximum autoris e dans le milieu de culture g litre Serre 1 si le bassin est sous serre 0 sinon e Apr s M Serre double paroi gonfl e 0 si simple paroi 1 si double paroi Taux d actualisation des co ts jour Temp rature bassin maximum autoris e C Temp rature de r chauffage par pompe chaleur PAC C si pas de PAC 0 Temp rature de refroidissement par pompe chaleur C si pas de PAC gt 42 si temp r r chauffage le bassin est thermostat cette temp r Valeur en eau quivalente des fonds et du bord du bassin cm Vitesse moyenne d agitation cm s 30 vitesse maxi normale gt 30 gt productivit s exceptionnelles XYZ R f rence du cas mettre entre guillemets Z Coefficient d ajustement de la fonction respiration normal 1 ZZ Option sur l utilisation du carburant si seulement pour r gulation du pH 0 si aussi pour lectricit et ou chauffage 1 Une fois crit ce fichier enregistrer sous un nom de votre choix Au moment de l utiliser enregistrez le sous C PERSO 1 txt ou l un quelconque des cinq PERSO pour l utiliser Dans la pratique on part
20. g n ralement d un exemple existant on le modifie l cran et on l enregistre ANNEXE 1 LE MODELE DE SIMULATION DE CULTURE DE SPIRULINE Utilisation SO Page 6 19 NNA NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPACF Un int r t du logiciel est de pouvoir optimiser rapidement la marche d une culture de spiruline fonctionnant sur un site donn dans des conditions climatiques donn es Il peut servir aussi comme aide la conception d un projet correspondant un objectif donn ou comme didacticiel simulateur de culture R sultats Ils se lisent soit sur les graphiques attention aux chelles soit sur le tableau journalier Les concentrations en spiruline sont mesur es juste avant la r colte et les pH sont mesur s 19 heures Application Le mod le s applique au cas d un bassin l air libre ou ferm par une couverture translucide avec ventilation contr l e Un mode de r alisation particulier de ce dernier cas est de tendre un film de serre par dessus les bords du bassin Jourdan J P 1993 Solarium spirulina farm in the Atacama desert North Chile Bulletin de l Institut oc anographique Monaco N sp cial 12 page 191 un autre est constitu par le bassin respirant a ration naturelle par chemin e Fox R D 1996 Spirulina production amp potential Edisud Aix en Provence une gaine en film de serre plac e horizontalement et remplie partiellement de milieu de culture constitue aussi
21. g l gt 0 15 Conc en spiruline juste apr s ensemencement et apr s r colte finale g l gt ou 0 15 Consommation de CO2 kg kg de spiruline normale 1 8 D bit d a ration de la serre Nm8 hr m2 quelconque si pas de serre D bit de carburant vers br leurs et ou groupe lectrog ne g hr m quelconque si pas de carburant e l J Frais fixes actualis s amortissements M O entretien m p riode de marche Heure moyenne de la r colte Inclinaison du plan de la culture en degr s d angle par rapport l horizontale Isolation pas isol 0 totale la nuit 1 thermique de nuit 2 thermique nuit et jour 3 Jour initial quanti me dans le mois Lumi re maxi autoris e en Klux quand le bassin est 10 C par ex 30 Lampes seuil d allumage Klux dans serre mesur s sous ombrage ventuel Lampes puissance en Klux si non nul isolation totale impossible Latitude du lieu degr s d angle entre 65 et 65 lt 0 dans l h misph re Sud Mois initial quanti me dans l ann e Nombre de jours d arr t de r colte cons cutifs en fin de semaine 0 1 2 ou 3 Nombre de jours cons cutifs de simulation 600 maxi e J K Nombre de jours d arr t inter campagnes nettoyage entretien red marrage Nombre de jours sans ajout de bicarbonate sucre ou CO2 en fin de campagne pH du milieu de culture pur recycl quelconque si pas de recyclage si lt 8 pH en quilibre avec air ext rieur pH de l eau
22. ion du pH d apr s la th se de Zarrouk Fig 20 L20 Salinit 15 g 1 20 le Eclairement 20 klux pH 10 5 Agitation 30 cm s F Basicit 1 mol l F Photosynth se g 12hr n2 15 15 10 9 10 11 2 10 A5 5 10 20 30 40 Temp rature C Vitesse de photosynth se de la spiruline en fonction de la temp rature de la culture d apr s la th se de Zarrouk Fig 19 Page 18 19 NNA NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPACF L20 pH 10 20 L Temp rature 30 C Eclairement 30 klux F Basicit 1 mol l F Agitation 20 cm s Photosynth se g 12hr n2 10 20 30 40 Salinit g 1 Vitesse de photosynth se de la spiruline en fonction de la salinit du milieu d apr s la th se de Zarrouk Tableau IV L20 pH 10 5 20 la Temp rature 30 C Eclairement 25 klux f Salinit 20 g 1 F Photosynth se L g 12hr n2 5 10 15 20 Agitation cm s Vitesse de photosynth se en fonction de l agitation fonction plus ou moins imaginaire dans laquelle intervient aussi le pH valable pour syst mes d agitation habituels jusqu la vitesse de 30 cm s il est possible qu avec des syst mes perfectionn s l on puisse majorer nettement la vitesse de photosynth se mais nous n en avons pas encore l exp rience au SO Page 19 19 ANTENNA NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPACF TECHNOLOGIES del de 30 cm s la fonction est pr vue pour tenir compte de cet effet mais sans aucune base exp rimen
23. ite non raccord au r seau lectrique un exc dent d lectricit est g n ralement disponible pour la vente ou d autres usages D excellentes turbines gaz miniaturis es sont disponibles Il faut se m fier des impuret s des gaz d chappement Un simple br leur peut donner des gaz plus purs Le groupe lectrog ne pourrait dans un futur que nous esp rons proche tre une pile combustible propre La puissance lectrique pour l a ration a t n glig e a ration naturelle probablement suffisante mais celle consomm e par les lampes ventuelles tr s importante est videmment prise en compte L lectricit est suppos e achet e et vendue au m me prix avec raccordement un r seau les besoins et la production d lectricit n tant pas forc ment en phase surtout si des lampes ou une pompe chaleur sont utilis es Calcul du prix de revient NNA NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPACF Le mod le comporte un volet conomique permettant de calculer un prix de revient en tenant compte d un syst me de co ts fournis par l utilisateur et actualis s au temps 0 Le calcul du prix de revient est bas sur les consommations sp cifiques correspondant aux formules suivantes formule de milieu de culture sans nitrate contenant en plus du sel et du carbonate et ou du bicarbonate par litre de milieu 1 g de K2SO4 0 02 g d ur e 0 08 g de NH4HPO4 0 16 g de sulfate de Mg 0 001 g de Fer fo
24. pr s les donn es m t o du site viennent les 79 param tres d exploitation des bassins class s par ordre alphab tique le m me ordre que dans la liste d roulante permettant de visualiser les param tres sur l cran et galement par s ries de 12 e G H Ajout maxi bicarbonate g jour m Ajout maxi CO2 g jour m Ajout maxi sucre g jour m Altitude m Appoint d eau 1 possible 0 impossible Azimuth du plan de la culture degr s d angle 0 Sud 90 Est Basicit de l eau d appoint gmoles l Basicit maxi autoris e dans le milieu gmoles l Basicit du milieu neuf gt ou basicit de l eau gmoles l Capacit de r colte maxi g jour m Carburant aucun 0 CH4 1 C3H6 2 C4H8 3 MeOH 4 EtOH 5 CH4 dans biogaz 6 Coefficient d absorption du CO2 gmoles hr m2 atm normal 20 e H I Coefficient d ajustement de la fonction photosynth se normal 1 Coefficient de modulation de la r gulation de l ombrage entre 0 et 1 Coefficient de modulation de la r gulation d a ration entre 0 et 10 Coefficient de modulation de la vitesse du vent entre 0 et 10 Coeffi de transfert thermique de l isolant 0 10 W m C ex 2 cm de PS expans 1 Concentration en CO2 dans l air externe vpm normal 340 SO Page 4 19 NNA NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPACF Concentration minimum en sels fixes chlorures sulfates nitrates g l gt 1 Concentration en spiruline apr s r colte
25. rage est suppos arr ter les changes thermiques radiatifs mais non convectifs Deux types d ombrage de jour sont pr vus et se cumulent l ombrage dit automatique modulable est automatiquement install si les conditions de temp rature et de lumi re le demandent l ombrage dit fixe est permanent nuit et jour Un cran thermique ou ombrage nocturne peut tre install la nuit pour r duire le refroidissement nocturne il se cumule avec l ombrage fixe ventuel mais il est sans effet avec l option isolation SO Page 8 19 NNA NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPACF N B Quand deux ombrages A et B sont cumul s cela signifie que la lumi re p n trant la culture est multipli e par 1 ombrage A 100 x 1 ombrage B 100 L a ration de la serre comporte un l ment fixe lt 35 Nm3 hr m2 et un l ment automatique modulable mis en uvre selon la temp rature du bassin Le chauffage de la serre se fait par combustion d un choix de combustibles propres dont biogaz de CO2 fixer au choix pouvant servir simultan ment d apport de CO2 par injection de tout ou partie des gaz de combustion dans la serre Mais il est aussi possible de n utiliser qu une fraction pouvant tre nulle de la chaleur de combustion La combustion se fait nuit et jour Dans l option chauffe 0 la combustion ne sert qu apporter du CO2 dans l option chauffe 1 elle sert la fois apporter du CO2 et chauffer le b
26. rmule de nourriture comprenant en g kg de spiruline 300 g d ur e 50 NH4HPO4 40 K2S04 30 sulfate de Mg 0 5 Fer co t du fer et des oligo l ments n glig La semence est compt e au prix forfaitaire de 10 ou euros le cas ch ant le kilo compt en sec Le calcul impute les frais fixes au prorata des jours d utilisation nombre de jours de marche jours intercampagne Si l installation n est pas utilis e toute l ann e il faut en tenir compte correctement par exemple en incluant l arr t annuel dans les jours intercampagne Pr sentation des r sultats En cours de calcul un graphique appara t sur l cran donnant la r colte quotidienne et diff rentes autres r sultats en fonction des jours Ce graphique peut tre copi et imprim en passant par la copie d cran et le presse papier Les r sultats complets sont dit s en fin de programme en m me temps que les donn es correspondantes et peuvent tre imprim s CULTURE DE SPIRULINE AVEC RECHAUFFAGE MATINAL ET REFROIDISSEMENT NOCTURNE PAR POMPE A CHALEUR Le logiciel comporte une pompe chaleur PAC fonctionnant faible diff rence de temp rature et permettant de r chauffer la culture d s le lever du soleil une temp rature choisie par exemple 30 C et de la refroidir une temp rature choisie par exemple 15 C le soir Ce syst me n est g n ralement pas rentable mais le logiciel permet de calculer le gain de productivit que l
27. s La temp rature s che de l air ambiant et le rayonnement absorb par la culture sont calcul s heure par heure partir des donn es m t o charg es valeurs moyennes mensuelles La temp rature de ros e de l air le facteur de trouble et la vitesse du vent sont suppos s constants en cours de journ e Le pourcentage de n bulosit est concentr sur des jours gris r partis uniform ment sur trois p riodes de dix jours l int rieur de chaque mois sans correction pour la temp rature de l air ambiant ces jours l Un au choix de la pluie p n tre dans le bassin l air libre Une purge de filtrat est pratiqu e pour maintenir le niveau en cas de pluie excessive ou pour maintenir la basicit et si possible la salinit en dessous du maximum fix Les sels et ventuellement l eau voulus sont ajout s pour maintenir la qualit du milieu de culture De l eau est aussi ajout e pour compenser l vaporation et maintenir le niveau entre le niveau normal initial et un minimum 1 cm en dessous du niveau normal Mais une option permet de supprimer cet appoint ce qui permet de simuler le cas des lacs naturels ne recevant pas d autre eau que la pluie ou bien de simuler le cas de p nurie d eau Ind pendamment de la purge il est pr vu de pouvoir envoyer du filtrat vers un syst me d puration liminant les mati res organiques et modifiant le pH Un m me volume est recycl simultan ment au bassin il est admis que
28. tale quantifi e ee 24e 2e E ke ee K 3e ke ke K K K K K K K K K K ke K K K K K KK K K K K K K K K K K K K K K K K
29. un coefficient Le programme de calcul ne tient pas compte de la disparition de spirulines par mortalit ou du fait de pr dateurs on admet pour ces deux cas qu il y a recyclage du carbone l int rieur de la culture Pour tenir compte de la production des exopolysaccharides non inclus dans la r colte pouvant varier selon les souches ou les conditions et pour tenir compte aussi des variations possibles de composition de la spiruline suivant les souches la consommation de CO2 par kg de spiruline n est pas consid r e comme fixe mais comme une variable ajustable On doit aussi fixer le rendement de r colte qui tient compte de la perte de spiruline entre la filtration et le stockage du produit fini Le programme n glige l influence de la vitesse de circulation de l air interne sur l vaporation l effet de l ombrage du aux bords du bassin par soleil non vertical les variations de teneur en oxyg ne dans l atmosph re interne l acidification ou l alcalinisation ventuelles du milieu sous l effet des nutriments nitrates et ur e la duret ventuelle de l eau d appoint SO Page 9 19 NNA NOTICE D UTILISATION DU LOGICIEL SPIRPACF Salinit alcalinit et pH de l eau d appoint sont pris en compte ce qui autorise l utilisation d eau saum tre et ou alcaline On admet que l eau apporte le calcium n cessaire L alimentation en carbone command e par la r gulation de pH peut se faire soit par ajout direct
30. un mode de r alisation possible photobior acteur Pour que la simulation s applique il faut et il suffit que la surface de la culture en contact avec l atmosph re soit gale la surface clair e Le mode d introduction de l air est quelconque Il n y a pas de limitation l inclinaison et l orientation de la surface active de la culture le milieu de culture peut ainsi tre en coulement sur un plan inclin comme dans les photobior acteurs de type Setlik La latitude du site d installation doit tre comprise entre les cercles polaires Pour les climats froids un chauffage et ou un double vitrage et ou un cran thermique nocturne facultatifs ont t pr vus le chauffage est par combustion de carburant propre et dans ce cas il est pr vu en option la co g n ration d lectricit et le CO2 de combustion peut servir alimenter la culture m me si le chauffage par combustion s av re trop on reux dans la majorit des cas on peut souvent utiliser valablement la combustion pour apporter du CO2 Une autre option facultative est l isolation de la culture avec plusieurs modes r serv s aux serres soit isolation compl te adiabatique sans a ration ni chauffage la nuit soit permettant l a ration et le chauffage la nuit seulement ou jour et nuit On a ajout une option un peu th orique car bien inadapt e aux productions artisanales permettant un clairage lectrique sur les bassins Une autre option permet de recycler
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