Truites aquaponiques

La vie en boucles

oxygène : saturer l’eau au maximum

La saturation permanente de l’eau en oxygène – ou dioxygène pour les puristes – est la clé pour un bon fonctionnement des systèmes aquaponiques avec truites. Un bilan entre les consommations et les apports, bien que très approximatif, permet de mieux apprécier les limites et le potentiel du système. Il est prudent de disposer d’une marge de 20% supplémentaires par rapport aux calculs théoriques.

Rappel des caractéristiques du système aquaponique

Le système contient au total 3500 litres qui circulent à raison de 1600 litres par heure (Débit circulant = 1600; Taux de renouvellement des bassins = 67%). L’eau se répartit entre deux bassins à truites de 1200 litres chacun, 300 litres de filtres, 500 litres dans le bassin tampon et un bac de culture de 10 m2 rempli de 25 cm de graviers avec 700 litres d’eau (temps de séjour dans le bac de culture = 26 mn) .

Schéma global du dispositif aquaponique
Schéma global du dispositif aquaponique

La pompe à eau fonctionne à mi-temps tous les 15 minutes avec un débit de 3200 litres par heure. Le bac de culture se vidange en permanence avec un débit moyen de 27 litres par minutes. Chaque bassin est équipé d’un airlift alimenté chacun par une pompe à air de 3600 litres par heure et fonctionnant à mi-temps. L’eau arrive dans les bassins à truites avec une chute de 15 cm et de 60 cm à 10 cm dans le bassin tampon. Les bactéries nitrifiantes doivent traiter l’ammoniac généré par la distribution de 250 grammes d’aliment à 45% de protéines (ration de mai à octobre).

La consommation en oxygène par les truites

Il existe plusieurs formules pour calculer les besoins en oxygène des truites. La formule la plus aboutie, élaborée par Muller-Feuga et coll. est rapportée par Belaud, 1996 et Foucard et Tocqueville, 2019. Ces formules prennent en compte la température de l’eau et le poids individuel du poisson.
MO2 =c * x Massea x 10b
MO2 en mg de O2 par Kg et par heure
Masse exprimée en grammes (poids moyen des truites)
T : température de l’eau en °C
– aux températures <= 11° C : c=75; A= -0.196; B = 0,055 x T
aux températures > 11° C : c=249; A= -0.142; B = 0,024 x T

– En janvier, à 11°C, 48 truites d’1 kg consomment 3.7 grammes d’oxygène par heure.
– En juillet, à 20°, 60 truites de 800 g consomment 14 grammes d’oxygène par heure.
– Dans les conditions les plus défavorables, en juillet-août, les 60 truites de 800 grammes pièce évoluant dans une eau à 24°, consomment environ 17 grammes d’oxygène par heure.

La consommation en oxygène par les bactéries

Les bactéries nitrosomonas et nitrobacter vont devoir transformer l’ammoniac excrété par les truites. Ces dernières reçoivent 250 grammes de granulés à 43% de protéines par jour. Les rejets en azote ammoniacal sont estimés à environ 6 grammes par jour. Selon la bibliographie, les bactéries nitrifiantes ont besoin de 4.57 grammes d’oxygène pour transformer 1 gramme d’azote ammoniacal. Soit un besoin total d’environ 27 grammes par jour.

Selon Timmons et Ebeling, 2007, rapporté par Foucard et Tocquecille, 2019, il faut rajouter la consommation d’oxygène des bactéries hétérotrophes, réparties un peu partout dans le système. La recommandation est de multiplier par 3 les besoins calculés pour les bactéries nitrifiantes. Ce qui nous donne un besoin arrondi de 81 grammes par jour ou 3.4 grammes d’oxygène par heure.

Bilan des besoins en oxygène

L’unité temporelle d’analyse du système « truites aquaponiques » est la demi-heure. En effet les pompes a eau et air fonctionnent 1/4 d’heure par 1/2 heure. Les truites et les bactéries vont consommer en moyenne, par demi-heure:
– 3.5 grammes d’oxygène dans une eau à 11°
– 8.7 grammes d’oxygène dans une eau à 20°
– 10.4 grammes d’oxygène dans une eau à 24°

La saturation de l’eau en dioxygène selon la température de l’eau

La teneur maximale de l’eau en oxygène, à saturation, varie avec la température de l’eau et aussi avec la pression atmosphérique et la salinité de l’eau. L’eau douce peut stocker (en plaine) :
– 11.0 milligrammes d’oxygène/litre d’eau à 11°
– 9.1 milligrammes d’oxygène/litre d’eau à 20°
– 8.4 milligrammes d’oxygène/litre d’eau à 24°
Toutefois, le seul recours à des méthodes d’aération ne permet pas toujours d’atteindre la teneur maximale permise. C’est un point qui manque de références.

Les apports d’oxygène par airlift

L’airlift a une longueur de 70 cm et 7 cm de diamètre. Une pompe à air débite en entrée d’airlift 3600 litres d’air par heure avec des pertes de charges négligeables. Ceci assure un débit d’eau de 3.6 m3 par heure, créant des remous affectant toute la surface du bassin. Les airlifts brassent les 2/3 du bassin en 1/4 d’heure et, outre le contact des bulles avec l’eau, favorisent l’absorption d’oxygène en surface sur 4 m2, grâce aux remous. Les effets des deux cascades sont négligés au regard de l’efficacité des airlifts.

Une thèse Etude et optimisation du fonctionnement d’une colonne airlift à dépression – Application à l’aquaculture, Bertrand Barrut, 2011, Université de Montpellier , décrit la dynamique de transfert de l’oxygène de l’air vers l’eau. L’airlift étudié a un débit d’air de 40 litres par minute et mesure 6 m de long. Tandis que l’airlift du système Truites aquaponiques a un débit d’air de 50 litres par minute, mais seulement une longueur de 70 cm. En revanche la faible longueur est compensée par l’agitation de surface, non prise en compte dans la thèse. Compte tenu de l’absence de références détaillées sur ces outils d’aération selon leur caractéristiques, et en s’appuyant sur les résultats de la thèse, nous retiendrons arbitrairement un niveau de saturation de 80% en oxygène, obtenu au bout de 30 minutes de fonctionnement. Soit pour les deux bassins de 2 x 1200 litres :
21.1 grammes d’oxygène (0.7 g/minute) à 11°
17.5 grammes d’oxygène (0.58 g/minute) à 20°
– 16.1 grammes d’oxygène/30mn (0.54 g/minute) à 24°

Le bilan entre consommation et apport d’O2

Pour analyser le bilan, le solde des apports et des consommations est calculé par minute, par période d’une demi heure.

Evolution de la teneur en oxygène de l'eau des bassins à truites pour chaque cycle de  de 30 minutes , selon température et durée de fonctionnement des airlifts
Evolution de la teneur en oxygène de l’eau des bassins à truites pour chaque cycle de de 30 minutes , selon température et durée de fonctionnement des airlifts

Pour une température de l’eau de 11°, le fonctionnement de l’airlift à mi temps assure une teneur d’oxygène élevée. A 20°, pour un fonctionnement continu de l’airlift, l’oxygénation de l’eau compense largement les prélèvements. Pour une température de 24°, l’airlift fait face aux prélèvements tout en se rapprochant de la limite des 6 mg/l.

Le maintien du fonctionnement des airlifts à mi-temps pour des températures supérieures à 15° s’accompagne de petites périodes hypoxiques. Les truites réagissent en limitant les prélèvements – moins de nourriture, moins de mouvements – pour passer en mode survie. C’est donc intéressant du point de vue économie d’énergie, mais probablement au détriment des performances zootechniques.

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4 Comments

  1. Jean-Luc BLAUWBLOMME

    06/02/2020 at 19:59

    Bonjour Monsieur,
    Merci pour votre article très intéressant et très pointu.
    Je me pose une question (purement intuitive et peut-être intéressée) êtes-vous sûr et certain de devoir prendre tout le volume d’eau pour vos calculs et non pas le volume du dernier bassin ?
    Question que je me posais avant votre article.
    Encore merci pour la qualité de vos écrits.
    Bien à vous,
    JL

    • jcgoudeau

      06/02/2020 at 21:15

      En fait, j’ai bien réalisé les calculs uniquement sur les bassins des truites (2 x 1200l = 2400l) et non pas sur les 3500 litres en circulation dans le système. Ce qui revient à considérer que la teneur en oxygène en entrée de bassin à truites est modifiée par les entrées et les sorties en oxygène constatées dans le bassin et que la teneur en sortie de bassin à truites, au bout d’un nombre de cycles de fonctionnement, sera constatée et maintenue dans tous les autres compartiments (filtre, bassin tampon, bac de culture. Cette approche est correcte pour la consommation O2 des truites et l’apport O2 des airlifts. En revanche elle est incorrecte pour la consommation O2 des bactéries nitrifiantes (bac de culture) et des bactéries hétérotrophes (partout dans le système et plus particulièrement dans les filtres). La consommation par les racines des plantes a été négligée compte tenu de l’effet marée sur une partie du système racinaire, permettant une absorption directe de l’oxygène de l’air. Donc les échanges les plus importants se déroulent dans le bassin à truites. Les approximations pour le reste du bilan restent acceptables car c’est un ordre de grandeur qui est recherché plus qu’une valeur ponctuelle précise.

  2. Merci beaucoup pour cet article et le protocole utilisé.
    Ma question est comme suite: en faisant les calcule j’arrive pas à trouver les même résultats que vous avez?
    Est ce possible de m’envoyer l’article de Belaud 1996 Ou et Foucard et Tocqueville, 2019.
    merci

    • jcgoudeau

      18/03/2020 at 17:42

      Je détaille les calculs à partir d’un exemple:
      En juillet, à 20°, 60 truites de 800 g consomment 14 grammes d’oxygène par heure.
      MO2 (pour 1 kg de truite) =c * x Masse individuelle puissance a x 10 puissance b
      MO2 cheptel = 60 * masse individuelle *(MO2 pour 1 kg de truite)
      # Masse puissance a = 800 puissance -0.142 = 0.387
      #10 puissance b = 10 puissance (0.024*20) = 3.02
      #(c * x Masse puissance a x 10 puissance b)= 249 * 0.387 * 3.02 = 291 mg O2/kg de truite
      MO2 cheptel = (60 *0.8)* 291 = 14 g

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