Truites aquaponiques

La vie en boucles

Economie d’énergie en aquaponie

Energie : Pompe à air, un des éléments consommateurUn système aquaponique peut fonctionner à la perfection du point de vue de la production des poissons et des légumes  tout en étant défaillant sur la consommation d’énergie.  Le système “Truites aquaponiques” en est l’illustration avec une consommation initiale de 33 kWh par kg de truite produit,  pour atteindre  10 kWh après optimisation.

Un système initial énergivore

Lors de la création du système, le choix de la pompe  a surtout répondu à une préoccupation économique de court terme : une pompe à gros débit  et pas chère . Un vide cave premier prix correspondait à ce cahier des charges : 5500 l/h de débit , 7 m de relevage , 250 W de puissance ,  pour seulement 25 €. La circulation de l’eau a été organisée autour des caractéristiques de cette pompe pour créer une marée par heure à l’aide d’un programmateur avec déclenchement de la pompe toutes les heures et écoulement permanent du bac de culture via un tuyau d’évacuation calibré. Pour satisfaire les exigences des truites en oxygène, des airlifts brassent l’eau et saturent l’eau en oxygène grâce à l’agitation de la surface et la production de bulles dans la colonne de l’airlift. Enfin,  une circulation d’eau fraîche dans un serpentin de cuivre selon le principe de la géothermie permet de maintenir la température de l’eau entre 18° et 20° en été. Cet équipement en aquaponie fonctionne parfaitement avec une croissance soutenue des truites et des légumes. Mais à quel coût énergétique?

  • La circulation de l’eau nécessite un fonctionnement de la pompe de 250 W, 1/2 heure toutes les heures,soit 1095 kWh par an.
  • L’aération de l’eau est assurée par deux pompes de 32 W chacune fonctionnant 1/4 heure toutes les demi-heures, soit 280 kWh/an.
  • Le refroidissement sollicite une pompe de forage de 750 W qui fonctionne 10 mn/heure, 2000 h/an  par an, soit 250 kWh/an.
Système "Truites aquaponiques" très énergivore, avant modification : 33 kWh/kg de truite produit

Système “Truites aquaponiques” très énergivore, avant modification : 33 kWh/kg de truite produit

Soit 1625 kWh par an pour 50 kg de truites produits  et donc 33 kWh par kg de truites, ce qui représente environ 5€ !!  Voilà pour le constat peu glorieux : un système en aquaponie qui fonctionne bien en apparence mais qui n’est pas soutenable au regard du développement durable. Afin de définir un  projet d’amélioration, quel doit être l’objectif à atteindre pour la consommation d’énergie?

Ce qui suit bénéficie d’échanges avec Pierre Garsi, spécialiste aquaculture et aquaponie au Lycée professionnel de Guérande, que je remercie pour son aide.

Quelle consommation d’énergie dans les systèmes piscicoles recirculés?

La consommation d’énergie est exprimée en kWh par kg de truites. Selon les experts, la norme est  comprise entre 3 et 6 kWh par kg de poisson selon l’espèce concernée. On retrouve ces valeurs dans  une publication de l’INRA  (LABBE L. et al, INRA, Prod. Anim.,2014, 27 (2), 135-146) . Notons que cette norme est  exprimée pour des piscicultures recirculées intensives  dont le chargement en poissons est compris entre 50 et 100 kg par m3. Les systèmes aquaponiques familiaux ont très souvent  un chargement compris entre 10 et 20 kg par m3 . Or la consommation énergétique n’est pas proportionnelle au chargement. Ou dit autrement, les systèmes extensifs en aquaponie pourraient produire davantage avec la même quantité d’énergie. Mais dans un objectif de préserver le bien-être des poissons, de conserver un système résilient et de s’aligner sur les normes bio (le chargement maximal  en salmoniculture bio pour la truite arc en ciel se situe à 25 kg /m3 ; production biologique d’animaux en aquaculture, annexe XIII bis), un objectif de 10 kWh/kg de truite semble raisonnable . D’autant plus que le système devra être thermorégulé  en été et en hiver avec cette consommation.

10 kWh/ kg  pour 50 kg de truites produits par an avec un chargement maximal de 20 kg par m3 correspondent  à une consommation annuelle de  500 kWh , soit  une puissance correspondante moyenne  de 57 watts, bien inférieure  à la puissance actuelle en moyenne journalière de 186 watts. Comment s’équiper pour atteindre cet objectif?

Des pompes basse consommation d’énergie

Pour la circulation de l’eau, le choix se porte sur une pompe à faible consommation d’énergie  : 4500 l/heure, 4 m de relevage maxi pour 30 watts de puissance, 56 €, qui fonctionne 30 mn par heure, soit l’équivalent de 15 watts en permanence . Pour l’aération, les deux pompes de 32 watts vont fonctionner 30 mn / heure en moyenne sur l’année soit l’équivalent d’une puissance de 32  watts en permanence. Enfin la thermorégulation sera déclenchée à partir de 21.5° et non plus 19.5 , entraînant de facto un temps de fonctionnement plus court : 750 watts avec  10 mn par heure pendant environ  300 heures par an , soit l’équivalent de  4 watts de puissance en permanence.

Ces choix et aménagements correspondent à 51 watts, ce qui  est conforme à l’objectif visé. Est-il possible de faire fonctionner le système avec cet équipement?

Concevoir un système compatible avec une pompe basse consommation

La circulation de l’eau  demande quelques aménagements:

  • supprimer la chute d’eau de 80 cm au dessus du bac de légumes. L’aération du bassin via les airlifts est suffisante pour les poissons, les bactéries et et les légumes. Ce faisant, la hauteur manométrique totale (HMT) diminue de 0.80 m.
  • le tuyau d’amenée d’eau du bassin tampon au bac de culture, d’un diamètre de 24 mm intérieur , est long de 5 m, et légèrement annelé en  intérieur. Avec deux coudes au départ dont le premier en diamètre 22. Les pertes de charges pour cet équipement  sont évaluées à 1.8 m de HMT . Il sera remplacé par un tuyau de 4.5 m rigide, lisse, de 35 mm de diamètre intérieur, avec 3 coudes, pour une perte de charge estimée à 0.35 m . Avec un dénivelé moyen de 1 m, la HMT  obtenue avec ces modifications est voisine de  1.35 m, contre 3.6 m auparavant.
  • le débit théorique de la pompe pour 1.35 m de HMT est de 3000 l/h.
  • Installation d’un flotteur interrupteur pour protéger la pompe contre le manque d’eau.
  • La vidange du bac est assurée par un tuyau d’évacuation à débit permanent  calibré (remplace et supprime le  siphon cloche, trop hasardeux pour des truites).
  • Le fort débit pendant la vidange flirte avec les limites du filtre à gravier. Les bordures sont suffisantes pour contenir la hausse des niveaux pendant la durée de la vidange et éviter le débordement des bassins et des filtres.
  • La sécurité sur la circulation de l’eau repose sur un trop plein évitant le débordement du bac de culture en cas de blocage du tuyau d’évacuation calibré.
  • Le système de refroidissement est inchangé au détail près de la taille du serpentin de cuivre permettant de diminuer le temps de mise en service de la géothermie.
Système "Truites aquaponiques" optimisé pour l'énergie, après modification : 10 kWh/kg de truite produit

Système “Truites aquaponiques” optimisé pour l’énergie, après modification : 10 kWh/kg de truite produit

Résultats mesurés après travaux

  • Débit total  de la pompe :  50 l/mn
  • Débit dérivé dans la bac des légumes : 42 l/mn
  • Durée de remplissage avant arrêt de la pompe : 13 mn
  • Nombre de marées par heure : 2 (déclenchées par un programmateur basique)
  • Taux de renouvellement de l’eau des bassins par heure : 55 %
  • Température de l’eau  pendant  la période caniculaire de août 2018  avec des nuits à 22° C et des maxima à  35° C, pendant 5 jours : matin 19° C; soir 20° C. Idem pendant les canicules de 2019 avec des maxima à 40° et des minima à 25 : matin 19° C, soir 20.5° C.

Le solaire pour une aquaponie autonome en énergie

Sébastien Ladrange, sur l’île de La Réunion démontre avec brio qu’il est possible de concevoir des systèmes aquaponiques autonomes en énergie grâce au solaire. La Vendée est un département très ensoleillé,  mais il est possible d’avoir 30 jours sans soleil lors de mois très pluvieux en automne ou en hiver. L’investissement en batteries est élevé  pour tenir sur cette durée. Et le retour sur investissement supérieur à 20 ans. Cette voie n’a donc pas été explorée davantage.

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4 Comments

  1. allix thierry

    31/10/2018 at 18:08

    bonjour. je voudrais revenir sur le petit paragraphe concernant le solaire. bien sur, une installation solaire avec batteries pour rendre son installation aquaponique autonome serait formidable…mais cela coûte. pour rendre les coûts acceptables, il faut que cette installation soit d’abord dédiée à la consommation de sa maison. les batteries sont formidables en cas de coupure de courant réseau, mais leur capacité n’est pas illimité… bref, voir cela comme une sécurité et un moyen de faire quelques économies sur 12 mois. j’ai actuellement en cour d’installation un système avec batteries pour la maison. il me servira aussi pour l’installation aquaponique en cours d’installation aussi. mon système est composé de: 6 PNX monocristallin double face de 280 What chacun, posé sur un toit blanc, pour un effet albédo. de 4 batteries à décharge lente (4*150 A). d’un chargeur onduleur hybride qui régule les flux( 5KVA). un total de 7 KW disponibles dans les batteries à utiliser 1/3 par jour maximum. je peu brancher en cas de besoin un petit groupe électrogène pour alimenter la maison et recharger les batteries (le chargeur est un 60 A). le coût total et de 3872 euros. bien sur, je me charge de la pose de toute l’installation. voila, j’espère avoir apporté ma petite pierre…bonne continution

    • Salut
      J’ai globalement la meme puissance solaire que toi, 8 panneaux 300w, 2 batteries 220A et une consommation journaliére de 1500w.
      en hiver c’est trés limite, en été on a beaucoup trop.

      Je m’interoge, une pompe qui s’arrete et se relance toutes les 30 minutes s’use autant qu’une pompe continue ?
      La premiére source de consommation devient donc l’aérateur, comment calculer le nombre et besoin ?
      cdt

  2. Utiliser un ancien moteur des voitures sans permis type kubota diesel et le transformer en co-generateur (electricité-chaleur) à l’huile de friture est déjà été étudié?
    L’hiver sera sera surmonté sans problèmes et la serre pourra profiter du chauffage à l’huile.

    • jcgoudeau

      13/10/2019 at 20:54

      Je n’ai pas étudié cette piste. Ce serait cohérent avec mon approche de l’aquaponie. Du “fait par soi-même”, de la récupération, de la valorisation d’un déchet de cuisine.

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