Siphon résilient pour l’aquaponie

La circulation de l’eau entre la zone « poissons » et la zone » cultures » dans un système aquaponique repose sur deux éléments majeurs : la pompe pour remonter l’eau et le siphon pour le  retour de l’eau aux poissons. Le siphon le plus souvent préconisé est un siphon cloche.  Or il n’est pas assez résilient pour un élevage de truites.

La recherche d’économies d’énergie  a entraîné le remplacement du vide cave initial  par une pompe basse consommation. Cet article a été mis à jour suite à ce changement le 07/08/2018 puis révisé le 20/01/2020.

Les faiblesses du siphon cloche

Schéma du siphon cloche
Schéma du siphon cloche

Le siphon cloche auto amorçant, une fois réglé, fonctionne correctement. Mais il reste très dépendant d’une condition primordiale : le niveau d’eau dans le bac de culture doit atteindre la cote d’amorçage du siphon. L’évaporation de l’eau, d’éventuelles fuites peuvent ne pas être compensées à temps et rompre le cycle des marées.  Dans une précédente installation fonctionnant avec des carassins, quelques arrêts  de la circulation de l’eau ont été constatés, sans conséquence vu la nature des poissons. Il en aurait été autrement avec des truites.

Un « siphon » résilient (un tuyau d’évacuation avec débit calibré)

Schéma du tuyau d'évacuation à débit continu
Schéma de l’évacuation à débit continu

La vidange du bac de culture est assurée par un  simple tuyau  percé de cinq  trous  à sa base.  Ainsi l’écoulement  est permanent. C’est la différence de débit entre la pompe d’amenée d’eau et le tuyau de vidange qui crée l’effet de marée. Ce système est très rustique, insensible aux variations de la quantité d’eau présente dans le système. Le débit moyen constaté en sortie de bac est voisin de 27 litres par minute, oscillant entre 20 et 35 L/mn. Aucun arrêt d’écoulement constaté entre août 2017 et janvier 2020. Ce système a été décrit également par Grégory Bitton.

A la recherche des équilibres

Le bac de culture, rempli de 25 cm de graviers,  comprend trois zones : une zone toujours en eau de 7cm, une zone soumise aux marées de 10 cm, une zone toujours hors d’eau de 8 cm. Le volume de graviers soumis aux marées, pour 10 mètres carrés est de 1.0 mètre cube. Avec une macro-porosité de 40%, c’est un volume de 400 litres qui est concerné par l’effet marée.

Courbes de fonctionnement pour les pompes ACO
Courbes de fonctionnement pour les pompes ACO

Compte tenu que la vidange est concomitante des périodes de remplissage, ce sont 800 litres que la pompe doit pousser dans le bac de culture en 15 minutes, soit un besoin en débit de pompe de 3.2 m3/heure.  La pompe doit relever l’eau de 1 mètre auquel il faut ajouter 0.35 m de perte de charge dans les tuyaux. Compte tenu des performances de la pompe ACO-4800, avec 3.5 m3/h pour 1.35 m de hauteur totale manométrique, il faut 14 minutes pour pomper les 800 litres nécessaires. Le démarrage de la pompe est programmé toutes les demi-heures avec une simple prise programmable mécaniquement. La durée de fonctionnement de la pompe est théoriquement possible pendant 15 minutes mais c’est le flotteur qui détermine l’arrêt de la pompe au bout d’environ 14 minutes.

Le débit de la vidange varie avec la hauteur d’eau présente dans le bac. Le débit est voisin de 35 litres par minute  lorsque le bac est plein, et proche de 20 litres par minute au bout de 15 minutes. La courbe des débits de vidange  est identique à la courbe de la hauteur d’eau dans le bac, laquelle permet de visualiser le temps ou les racines sont hors d’eau.

Formule de calcul du diamètre des trous du tuyau d’évacuation pour un débit donné
Formule de calcul du diamètre des trous du tuyau d’évacuation pour un débit donné

15 Comments

  1. David

    Hello
    pour un systeme sur cubi j’aurais aimé faire la même chose, donc 25cm d’argex en bille (30%)
    après calcul j’obtiens une surface total des trous de 5,90E-06 soit 5,9mm2….
    J’ai en effet que 30l d’eau (dans les 10cm de zone à marrée) car 10cm sur 1m2, sur argex 30% (100l divisé par 3 en gros)
    Donc je calcule et j’ai
    v = 1,4 environs
    d = 0,0000083333 m3/sec

    donc s = 5,9mm2

    cela me semble vraiment peu… aurais-je fais une bêtise quelque part? D’autant que 6 trous d’1mm2 cela sera bouché directement…?
    faire un seul trou de 6mm2 serait risqué aussi…
    merci 😉

    • jcgoudeau

      Bonjour,
      Les données de départ : 25 cm d’argex sur 1 m2, 5 cm de sec en surface, niveau d’eau fluctuant entre 20 cm et 10 cm (marée de 10 cm), une marée par demi-heure, trous d’évacuation au ras du fond.
      – Volume d’eau à extraire par demi-heure : 0.10 m3 x 33% macroporosité = 0.033 m3 (soit 33 litres)par demi-heure ou 0.000018 m3 par seconde.
      – Hauteur moyenne de chute :20 + 10 /2 = 15 cm. Donc vitesse moyenne d’écoulement : 1.56 m/s
      – Besoin en surface d’écoulement : 0.000018 /1.56 = 0.000011 (soit 11 mm2)
      Soit 3 trous de 2 mm de diamètre + 1 trou de 1.5 mm
      Reste à voir si la pratique confirme les calculs théoriques. Il y a toujours quelques menues corrections à apporter!

  2. Loïc ETIEMBRE

    Bonjour Jean Claude
    Est ce que vous auriez connaissance de l’indice de macroporosité des billes d’argile (8-16 mm)?
    merci d’avance et j’en profite pour vous souhaiter de bonnes fêtes de fin d’année
    loïc

    • jcgoudeau

      Bonjour Loïc, pour du gravier 6-10 mm, c’est 40% de macroporosité (mesurée). La bille d’argile 8-16 est donnée pour environ 30%.

      • loïc

        merci beaucoup

  3. Loïc ETIEMBRE

    Bonsoir Jean Claude
    Pour mon système (trois bacs de culture en parallèle) je vais opter pour ce système de tuyau d’évacuation à débit calibré dont l’efficacité et la fiabilité apparaissent effectivement rapidement appréciables.
    j’ai deux questions de néophyte sur la mise en œuvre: l’évacuation de sortie de bac doit elle être nécessairement coudée (comme sur le schéma) ? et le tuyau de sortie qui suit celui calibré (50 mm) aurait il un avantage à être de diamètre inférieur ou au contraire tous les tuyaux doivent il être de même diamètre (50mm dans mon cas) ?
    un grand merci par avance
    loïc

    • jcgoudeau

      Bonsoir, En premier être bien conscient que le plus simple est le niveau constant. En second, dans l’option tuyau à débit calibré, le tuyau qui suit la sortie de l’évacuation peut être droit ou coudé, peu importe. Plus sa section sera importante, plus cela sera favorable à l’écoulement gravitaire. Donc 50mm OK

      • Loïc

        Bonjour Jean-Claude
        Merci beaucoup pour tes réponses. j’optais pour une évacuation à débit calibré dans l’idée d’apporter à la fois de l’oxygène mais aussi d’éviter au maximum le phénomène de colmatage (d’encrassement des bacs de culture (bio filtre). le niveau constant est avantageux effectivement mais d’abord selon moi avec des bacs de culture en série au sein d’un système couplé. Personnellement, je suis parti initialement sur un système de bacs de culture en parallèle au sein d’un système découplé mais comme je m’inspire beaucoup de ce que vous faites, je me disais que prévoir un 2 en 1 serait idéal à la fois un système couplé avec des bacs de culture en série (hivers moins de culture moins de consommation) et un système découplé avec les bacs en parallèle (été, plus de culture, plus de poissons actifs, plus de risques en tout genre) et donc prévoir un système à flux constant pour le premier (avec débordement) et avec à une évacuation calibrée pour le second. je suis donc aujourd’hui sur la conception du 2 en 1 (sous contrainte de départ d’éviter au maximum les tuyaux et la plomberie (usine à gaz) )
        bonne journée
        loïc

  4. PALMA

    Bonjour est-ce que ce système est uniquement pour les truites ,j’ai un élevage de tilapias?

    • jcgoudeau

      Bonjour, ce système peut fonctionner pour les tilapias sous réserve de disposer d’une pompe à air pour oxygéner le milieu. Les systèmes avec siphon cloche ou U arrivent à satisfaire les faibles exigences du tilapia en oxygène, par le brassage énergique de l’eau à chaque vidange, sans avoir recours à une pompe à air. Ce qui n’est pas possible pour les truites.

  5. Palma

    Bonjour, vous auriez un schéma illustrant votre siphon?

    • jcgoudeau

      Bonjour, le terme de « siphon » est en fait inapproprié. Je devrais parler d’une évacuation permanente à débit calibré. Cela fonctionne comme un avaloir de trop plein mais par le bas.

      • Palma

        Merci , c’est simple alors. Super.

  6. Nicolas Castel

    Bonjour,

    Tout d’abord bravo pour votre projet et merci de le partager!

    Je commence également un projet (de moins grande importance), le but est faire un élevage de truite mais au démarrage je commencerai par des carpes le temps de maîtriser l’ensemble du système et de ne pas prendre de risque pour les poissons.

    J’ai construit mon bac de culture et je réfléchis à l’évacuation de ce dernier. Je voyais 2 solutions;
    –> Table à marée avec siphon cloche (technique qui a fait ses preuves mais qui peut être difficile à régler)
    –> Evacuation continue en ajoutant des aérations pour l’oxygénation de l’eau dans le bac. (Apparemment faisable selon Grégory Bitton)

    Mais en lisant votre article, je vois une 3ème possibilité avec le siphon à débit continu. Avez-vous plus d’info sur la construction de ce siphon?

    Merci et bonne continuation!

    • jcgoudeau

      Bonjour,

      J’ai utilisé le mot « siphon » de manière un peu abusive. J’aurai dû parler d’un « tuyau d’évacuation à débit calibré ». Cette solution est adaptée pour des systèmes avec substrats (graviers ou billes d’argile). La vidange du bac de culture se fait par une bonde de fond créée avec un passe paroi par exemple. On installe le tuyau d’évacuation à débit calibré verticalement sur cette bonde.
      – La longueur du tuyau détermine le niveau maximal de l’eau dans le bac de culture. Au delà, le tuyau se comporte comme un trop plein.
      – des trous sont percés à la base du tuyaux. Leur hauteur détermine le niveau le plus bas de l’eau dans le bac de cultures
      – Le nombre de trous et leur diamètre déterminent le débit moyen du tuyau (au plus fort lorsque le bac est plein, au plus faible lorsque l’on s’approche du niveau bas). J’ai produit les formules de calcul pour définir les trous en fonction du volume désiré.

      Le débit est calculé pour vider complètement le bac en 1/2 heure, incluant un fonctionnement de la pompe pendant environ 1/4 d’heure. Le débit de la pompe est nettement supérieur au débit du tuyau d’évacuation. Cela crée donc un effet de marée qui est contrôlé par un simple programateur mécanique sur prise de courant (10 €). La pompe est alimentée en électricité toutes les 1/2 heures pendant 1/4 d’heure. La pompe fonctionne tant qu’il y a de l’eau dans le bac tampon, contrôlée par un interrupteur sur flotteur.

      Ce dispositif à quatre avantages:
      – Il est peu sensible aux variations du volume d’eau présent dans l’installation, du fait de l’évapo-transpiration et des petites pertes. Ce qui n’est pas le cas des siphons cloches lorsque le niveau n’atteint pas celui du déclenchement. Cet avantage est appréciable pour des absences prolongées, lors de vacances par exemple.
      – L’arrivée d’eau dans les bassins à truites est permanente et assez régulière.
      – il permet de réduire la consommation énergétique avec une pompe qui fonctionne 50% du temps.
      – il ne coûte pratiquement rien et est fabriqué en un rien de temps

      et un inconvénient
      – c’est un équilibre entre une puissance de la pompe, un volume d’eau dans le bassin tampon, une vitesse de circulation de l’eau du bac de culture vers le bassin tampon et le débit moyen du tuyau d’évacuation à débit calibré. Si l’on change un des éléments, il faut recalculer le tuyau d’évacuation.

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