La vie en boucles

Cuivre, truites et aquaponie

La géothermie par échange direct, sans recours à une pompe à chaleur, est une solution peu onéreuse pour contenir la température de l’eau des bassins à  truites dans une fourchette 8 °C – 20 °C. Il suffit de faire circuler dans un tuyau de cuivre, une eau à température constante, voisine de 13 °C- 15°C, lorsque les conditions météorologiques l’exigent.  Avec un serpentin   correctement dimensionné au regard des calories à échanger, il est possible de maintenir un élevage de truites toute l’année avec des croissances correctes pour les poissons, y compris en été.  Exite t-il une toxicité du cuivre lors de cet usage ?

Ajout du 26/03/2020 : le système « truites aquaponiques » tourne depuis trois ans avec 12 m de tuyau de cuivre immergés dans les bassins, à demeure. Le renouvellement d’eau neuve est très faible voisin de 0.7% par jour. Aucun problème sur les truites. La qualité de l’eau permet même de conduire l’incubation d’oeufs de truites et le démarrage des jeunes alevins. L’expérience confirme donc les propos ci-dessous.

Le cuivre est  indispensable aux organismes vivants

C’ est un oligo-élément qui est indispensable à la vie  des animaux, des plantes et des micro-organismes :

  • Pour les humains, l’apport nutritionnel conseillé par  l’AFSSA est de  1 mg/jour chez l’enfant jusqu’à 9 ans, 1,5 mg/jour chez l’adolescent jusqu’à 19 ans, et 2 mg/jour chez l’adulte.  La dose journalière admissible est de 9mg pour une personne de 60 kg.
  • Les besoins des cultures se situent, quant à eux,  entre 25 et 150  g par hectare.
  • Les besoins des poissons   varient entre 1,5 et 10,0 mg par kg d’aliment, dépendant de l‘espèce de poisson, des conditions d’élevage et du stade de production (National Research Council, 2011).

En deça de ces valeurs, des troubles de croissance ou de santé apparaissent, pour cause de carence.

Le cuivre est toxique selon la dose et selon la forme

Si le cuivre est indispensable à la vie, certaines formes chimiques,  ou bien des doses élevées, sont toxiques :

  • Ainsi une dose de 35 mg par jour devient toxique pour un homme adulte. L’ANSES a étudié  en 2013 l’effet  sur la maladie d’Alzheimer (https://www.anses.fr/fr/system/files/PHYTO2013sa0211.pdf) sans pouvoir conclure formellement.
  • Les Sels de Cuivre hydrosolubles sont toxiques, persistants, accumulables et inhibiteurs de croissance. Ils se forment par attaque du Cu métallique par un Acide fort  (André Picot Jean-François Narbonne, 2016).  Ainsi, le sulfate de cuivre, largement utilisé en agriculture, est toxique pour les truites à faible dose. Les formes cupriques oxydées, qui donnent une couleur verte (vert de gris) sont également toxiques. (http://www.sirtin.fr/2016/07/02/le-cuivre-est-il-toxique/)

Le cuivre métal est très stable sous certaines conditions

Donc il faut éviter toute corrosion du métal  pour supprimer toute toxicité :

  • Eviter des jonctions entre différents métaux, cuivre-fer par exemple. La corrosion galvanique a lieu en présence de trois conditions différentes :
    – Deux métaux de natures différentes, au potentiel d’oxydoréduction différent.
    – La mise en contact électrique de ces deux métaux.
    – La présence d’eau agissant en tant qu’électrolyte, recouvrant les deux métaux
  • L’immersion  protège le cuivre  de l’exposition  à l’air. Sinon il réagit  avec le CO2 contenu dans l’air et produit une couche protectrice  dite « vert de gris », toxique.
  • Lorsque le  pH de l’eau est  compris entre 6 et 8, le risque de réactions chimiques, fréquentes en contexte acide ou sodique, est supprimé. Et ceci d’autant plus que l’eau n’est pas chauffée.

Conclusion : le cuivre immergé dans les bassins aquaponiques est totalement neutre

Dans le dispositif « truites aquaponiques »,  le serpentin est créé d’une seule pièce avec un tuyau de cuivre recuit avec à chaque extrémité des raccords en laiton. Le tuyau est complètement immergé dans une eau à pH 7.8, ce qui évite la corrosion en réaction avec le gaz carbonique de l’air. Les rares parties émergées sont protégées par un manchon évitant le ruissellement des pluies sur la partie oxydée.

Serpentin en cuivre, reconfiguré pour un positionnement vertical dans les bassins. Avant décapage du vert de gris accumulé lors de la période de stockage hors d'eau.
Serpentin en cuivre, reconfiguré pour un positionnement vertical dans les bassins. Avant décapage du vert de gris accumulé lors de la période de stockage hors d’eau.
Vue du serpentin en place parmi les truites
Vue du serpentin en place parmi les truites

L’observation directe montre des tuyaux  non oxydés, bien brillants.  Les truites sont saines avec une bonne croissance, et les algues en bordure de bassin se développent normalement. Les tuyaux de cuivre utilisés dans les conditions aquaponiques sont donc neutres pour la santé des truites et du consommateur.

12 Comments

  1. Julien Saint-Sevin

    Pour info, on utilise l’inox très couramment comme échangeur thermique. Le titane aussi. Par contre personne ne travail avec du cuivre.

  2. yoann

    genial merci !

  3. Yoann

    Bonjour !
    Juste pour comprendre un des calculs :
    r =1/0,004125=242w•C
    Pour l’inox Et
    r=1/0,0004005=2496w•Pour le cuivre et non 249 comme vous l’avez marqué.. ai je sauté une étape ?
    Cela remet en cause l’efficacité de l’inox dans ce cas Non ?
    Merci pour vos lumières !

    • Erwann ROLLAND

      J’ai fais une erreur de frappe c’est 0.004005

  4. yoann

    Merci à Erwann pour ce complément précis. Cela veut dire que l’inox est à envisager si je comprends bien ?
    Merci d’avance.
    yoann

    • jcgoudeau

      Oui. Je n’avais pas poussé l’analyse assez loin par manque de compétences. Merci à Erwann.

  5. Yoann

    Bonjour !
    Très bel article ! Mais controversé en effet !!
    Avez vous des infos sur l’inox ? Utiliser en brasserie et j’ai vu récemment un serpentin sur un site aquariophile..
    Ça peut faire le JOB je pense .. même si plus cher c’est certain ..

    • jcgoudeau

      L’inox a une conductivité thermique de 16 W/m/K tandis que celle du cuivre est de 386 W/m/K (pour plus d’info voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Liste_de_conductivit%C3%A9s_thermiques ).

      • yoann

        En effet vous avez raison ! merci de votre expertise 😉

      • Erwann rolland

        Attention tout de même, la conductivité thermique est donnée pour un matériau de 1m² et de 1 m épaisseur. La résistance thermique est inversement proportionnelle à l’épaisseur. Un tube de cuivre d’une épaisseur de 2 mm a un flux de (1000/2)*386 soit 193000w pour un degré et 8000w par °C pour l’inox. Ce sont les échanges convectifs qui limitent le plus pour un serpentin donné, en moyenne 500w par m² de chaque coté du serpentin.
        L’équation de résistance thermique équivalente est donné par cette équation:
        1/r= 1/r1+1/r2 +1/r3
        r1=500w
        r2=8000w pour inox et 193000w pour le cuivre
        r3 =500w
        1/r=0.004125 pour inox et 0.004005 pour le cuivre
        r=1/004125
        r=242w.°C pour inox et 249w.°C pour le cuivre
        j’ai choisi arbitrairement l’échange convectif car il varie beaucoup en fonction de la géométrie de échangeur.
        en tout cas bravo pour votre installation j’ai aussi l’intention élevé des truites en aquaponie.

        • jcgoudeau

          Merci beaucoup pour ce correctif.
          Pour profiter de votre expertise : votre calcul de résistance équivalente exprimée en W.°C est elle équivalente au coefficient K de l’équation Q(h) = k * s * EcartT° utilisée pour le calcul du tranfert d’énergie?

          • Erwann rolland

            pour cet exemple c’est équivalent vu que j’ai pris 1 m² de surface pour une autre surface ce n’est pas le cas
            ici W.°C est vue comme une puissance avec une différence de température de 1 °C sans prendre en compte la surface
            par contre r1 r2 et r3 sont bien de la même unité que k [w/m².°c]
            q(h)=k*s*delta T°
            q(h)=en watt
            k en w/m².°c ( Dans le cas d’un transfert surfacique, il est appelé coefficient de transmission thermique surfacique. C’est dans ce cas un flux thermique au travers d’une surface d’échange. Il permet de calculer l’intensité de l’énergie échangée par unité de surface et unité de temps en fonction de la différence de température de part et d’autre de la surface d’échange.
            explication trouver sur Wikipédia.)
            s en m²

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