La vie en boucles

Pompe à air en aquaponie domestique

Le choix de la pompe à air en aquaponie domestique dépend du contexte d’utilisation et des résultats attendus. Savoir décoder les spécifications du matériel s’impose lors de la conception d’un nouveau système.

Les caractéristiques d’une pompe à air

Esquissons la carte d’identité des pompes à air utilisées dans les installations aquaponiques domestiques. Cinq points sont particulièrement importants:

  • la puissance de la pompe pour apprécier la consommation électrique annuelle. Les moins puissantes font 2 watts. Les plus puissantes utilisées en aquaponie domestique peuvent approcher les 75 watts.
  • le débit d’air maximal délivré par la pompe, lorsque l’injection est à la surface de l’eau, exprimé en litres par minute ou litres par heure. Les plus faibles débit font moins de 100 litres/heure. Les plus forts en aquaponie domestique peuvent dépasser les 8 000 litres/heure.
  • la pression maximale exprimée en Kilo Pascals (kPa) ou en bar (1 bar=100 kPa). C’est un critère important qui permet de connaitre la profondeur d’eau où le débit de la pompe à air devient nul. Et donc d’estimer le débit à une profondeur donnée. Chaque cm d’eau correspond à environ 0.1 kPa. Soit 10 kPa ou 0.1 bar par mètre. La pression délivrée par les pompes à air utilisées en aquaponie domestique varie entre 7 kPa et 35 kPa
  • Le nombre de sorties d’air indépendantes. De 1 jusqu’à 4 . A ne pas confondre avec un répartiteur qui peut permettre de diviser le flux d’air d’une sortie ou bien à l’inverse, regrouper plusieurs sorties.
  • La possibilité de faire varier le débit d’air, qui permet de s’ajuster au contexte d’utilisation de la pompe à air.

A ces points cruciaux se rajoutent d’autres aspects : le niveau de bruit (important si le système est en intérieur), les pièces jointes (valves anti retour, tuyaux, pièces de rechanges, …).

Connaître le débit réel d’une pompe à air à une profondeur d’injection donnée

Le débit de la pompe à air varie d’un maximum à pression 0, jusqu’à un débit nul à une pression donnée. Le débit d’une pompe est indiqué de deux façons, qu’il faut savoir décrypter. Parfois le débit est donné à une pression correspondant à la profondeur d’injection de l’air. Mais le plus souvent on trouve le débit maximum à pression 0, ainsi que la pression maximale (sous entendu pour un débit nul). Il est alors possible de tracer une droite entre les deux points, ce qui donne approximativement le débit à différentes profondeurs. Dans le meilleur des cas la vraie courbe de débit est fournie dans la documentation technique.

Pompe à air : exemples de courbes de débit
Exemples de courbes de débit pour pompes à air

En cas de doute, il est toujours possible de mesurer le débit réel. Pour cela on peut utiliser une poche de congélateur de 6 litres fixée vide sur un tuyau d’air branché sur la pompe. Puis on mesure le temps nécessaire pour le remplissage de la poche. On en déduit le débit maximal. Pour mesurer le débit à une profondeur donnée, on fixe la poche sur un gros tuyau, lequel capture les bulles jusqu’en surface. Le diamètre du tuyau doit être choisi pour éviter un débordement de l’eau dans la poche.

Les pertes de charges dans le circuit d’aération des installations d’aquaponie domestiques

Lorsque les débits et la vitesse de l’air sont faibles, les pertes de charges liées au petit diamètre du tuyau, à sa longueur et aux différents coudes , sont négligeables. Il en va autrement sur les gros débit, pour lesquels il convient d’adapter la tuyauterie en conséquence. La mesure des débits réels in situ permet de lever les doutes.

Les besoins en débit d’air

Les besoins en débit d’air vont dépendre de l’utilisation de l’air injecté: bulleur, airlift de brassage ou airlift de relevage.

L’injection via un bulleur produit des bulles qui remontent vers la surface en agitant légèrement la surface. La recommandation courante est de 1000 litres d’air par heure et par m3. Par exemple, pour un bassin d’1,5 m3 et 1.2 m de profondeur, il faut une pompe avec un débit maximal de 3000 , délivrant une pression de 30 kPa (ou 0.3 bar)

L’air peut être injecté dans un airlift avec une sortie d’eau au niveau du miroir. Cette solution permet d’homogénéiser l’eau en remontant l’eau du fond vers la surface. Cela permet également d’agiter vigoureusement la surface et donc d’enrichir l’eau en oxygène.

L’air peut également être utilisé pour faire circuler l’eau grâce à un airlift élévateur. La hauteur de relevage, le débit d’eau attendu et les caractéristiques de l’airlift définissent les besoins en débit d’air.

Les besoins en pression d’air

Au moins deux fois la pression de l’eau au point d’injection. Ce qui permet de disposer d’au moins 50% du débit maximal de la pompe. Travailler avec une moindre pression est possible mais le rendement est très mauvais. En conséquence, un bassin d’un mètre de profondeur pourra s’accommoder d’une pompe à 20 kPa tandis q’un bassin de 1.5 mètre de profondeur nécessitera plutôt une pompe de 30 kPa.

La protection de la pompe à air contre l’eau

Penser d’abord à la protection contre la pluie tout en garantissant le refroidissement naturel de la pompe, par une bonne circulation de l’air autour de la pompe. Penser également à la protection interne contre l’eau du bassin, lorsque la pompe se situe sous le niveau de l’eau. Des valves anti-retour évitent ce problème.

Pompe à air avec valves anti-retour
Pompe à air avec valves anti-retour

Exemples de pompes à air dans trois installations différentes

Le module pédagogique

Le module pédagogique n’utilise qu’une seule pompe à air avec deux sorties. L’une d’entre elles alimente un airlift « élévateur ». L’autre fonctionne sur un airlift traditionnel de brassage et aération de l’eau. La pompe est annoncée pour 2 Watts et 60 litres d’air au maximum par sortie. Selon les mesures, à 30 cm de profondeur elle délivre 50 litres d’air, et moins de 5 litres à 70 cm. Sa puissance maximale calculée est donc voisine de 7 kPa. Elle alimente un airlift de 1 cm de diamètre, 39 cm de longueur, 80% d’immersion (relevage de 7 cm), qui débite 72 litres par heure pour 50 lites d’air injectés. Le second airlift diamètre 1 cm, longueur 32 cm, débite 220 litres à 1 cm du miroir, pour également 50 litres d’air injectés.

La partie élevage de « truites aquaponiques »

Chaque bassin de 1.20 m3 dispose d’un airlift en tuyaux de 66 mm pour le corps et de 80 mm pour la chambre de répartition d’air. La pompe à air est une Haila ACO-318 de 32 watt avec un débit d’air annoncé de 60 litres par minute à une pression  maximale  de 20 kPa.  Le tuyau d’amenée d’air est un tuyau PVC de 12 mm intérieur pour diminuer les pertes en charges. Avec un bassin de 75 cm de profondeur et 3 m de tuyau , la pompe expulse 2500 l/h et l’airlift 2.5 m3/h.

Le projet pour la zone reproduction

Le nouveau projet pour la zone de reproduction et de croissance des jeunes truitelles s’organise autour d’un bassin de 500 litres. L’eau circule via un airlift élévateur qui devra débiter 500 l/h, avec une injection d’air à 80 cm sous la surface. L’efficacité de l’airlift (rapport eau/air) devrait se situer entre 50% et 100% . L’achat se fera sur l’hypothèse la plus pessimiste de 50%. Un second airlift réglé au ras du miroir aère et brasse l’eau.

Le choix de la pompe à air devra satisfaire aux exigences suivantes:
– une pression de sortie maximale de 30 kPa
– un débit d’air maximal 1800 l/h soit environ 1400 l/h à 80 cm.
– un répartiteur avec réglage de débit d’air (sortie 1 : 1000 l/h; sortie 2 : 400 l/h).
– Une puissance voisine de 15 W.

Par exemple, la pompe Sunsun CQ 3000, 16 W, 49 € répond à ce cahier des charges.


10 Comments

  1. Emilie

    Bonjour,

    Merci pour toutes ces informations, elles sont bien utiles !
    J’ai une petite question : est-ce qu’il est possible de démarrer un système sans électricité ? J’aimerais faire un système dans mon jardin mais je n’ai pas accès à l’électricité ou alors il faudrait une longue rallonge et ce n’est pas pratique…

    Merci !

    • jcgoudeau

      Bonjour, voilà une question inhabituelle…
      1 – l’aquaponie sans aucune technologie est possible mais elle sera peu productive et contraignante pour le choix des poissons. Je n’ai pas testé cette approche mais j’y pense, pour le fun!. Il faut s’inspirer des chinampas aztèques ou des hortillonnages d’Amiens. Des poissons évoluent dans un bassin contenant des plantes aquatiques pour l’oxygénation. Les légumes sont produits sur des supports flottants avec une protection des racines par cage grillagée pour éviter leur détérioration par les poissons. Des petites éoliennes peuvent contribuer à filtrer l’eau et à l’oxygéner ponctuellement. Dans ce type de système, la truite est très difficile voire impossible. Il faut donc s’orienter vers les cyprinidés (gardons et carpes locales).

      2 – les systèmes aquaponiques, même avec la technologie la plus simple, ont besoin d’énergie. Les pompes à air et à eau ont besoin d’électricité. Le plus simple et le moins coûteux est d’utiliser le réseau. Sinon il est possible d’utiliser l’énergie photovoltaïque avec les batteries nécessaires pour passer les périodes sans soleil, car le système doit tourner 24h/24. Le retour sur investissement de ce type d’équipement est compris entre 10 ans et 20 ans selon les choix techniques retenus.

  2. Emilie

    BonjourJean-Claude,

    Merci pour votre réponse !

    J’aime beaucoup votre idée de s’inspirer des chinampas. Je pense que je vais le tenter pour voir ce que ça donne !
    Donc on peut partir sur du raft directement en surface du bassin des poissons (pas toute la surface), en protégeant les racines des cultures et coupler avec des plantes filtrantes et oxygénantes ?
    Mettre un petit coup de peps avec des pompes à eau et air solaire pour les conditions ensoleillées ?

    Concernant le choix des poissons, je me pencherai donc vers les cyprinidés et je vais voir les espèces qui sont élevées dans les piscicultures locales pour me décider.

    Je suppose qu’il faut également procéder au cycle de l’azote avant d’accueillir les poissons ?

    Merci encore pour vos conseils.

    • jcgoudeau

      Bonjour Emilie,
      Tous les éléments sont en place dans votre réponse. Le point le plus important est dans la dernière question: l’installation des bactéries nitrobacter et nitrosomonas. Pour réussir il faut considérer le bassin comme une mare. Les poissons doivent pouvoir y vivre sans circulation d’eau, sans aérateur et sans filtre. Cela veut dire que les déjections des poissons vont s’accumuler au fond du bassin. Il faudra donc prévoir de le curer tous les ans et d’exporter ces boues sur un jardin conventionnel. Si possible bassin enterré. Sinon isoler comme si on devait élever de la truite.

      La population de poissons devra être faible 1 à 2 kg au m3 d’eau pour commencer. C’est pourquoi la production de légumes sera nécessairement modérée. Vous trouverez très facilement des gardons chez les fournisseurs de vifs pour la pêche. Sinon profiter de la pêche d’étang. Voir aussi auprès des fédération de pêche pour profiter de leur réseau.

      Le raft de couleur blanche couvrira au moins 80% de la surface du bassin pour limiter la prolifération des algues. Les 20 % restants seront suffisants pour la lumière donnée aux poissons. Les plantes seront cultivées dans des petits pots remplis de graviers ou billes d’argile. Des cages grillagées (maille 1cm) seront attachées sous le raft. Cette précaution vis à vis des racines est peut-être inutile avec cyprinidés. A voir à l’usage.

      Les plantes de bassin devront être choisies peu exigeantes en lumière du fait de la couverture du raft et le plus oxygénantes possible. C’est un peu contradictoire et je ne sais pas si la perle rare existe. Des recherches à faire! les plantes seront installées dans des grands pots remplis de graviers pour servir de support aux bactéries et pour faciliter le nettoyage annuel du fond du bassin. La pompe à air solaire est un plus à tester (choisir un modèle assez puissant avec deux sorties dont une sera montée en airlift. Pas besoin de batterie, uniquement sous soleil). Une pompe à eau solaire me semble inutile.

      Je ne peux pas garantir que cet arrangement fonctionne, ne l’ayant pas testé. Mais cela peut être tenté avec quelques chances de succès. Bon projet!

  3. Emilie

    Super, je vous remercie pour tous les éléments que vous venez de m’apporter.
    Je vais faire l’expérience et suivre vos conseils.

    Je vous ferai un retour si c’est productif ! On va peut-être sortir quelque chose !

    Bonne continuation à vous aussi.

  4. Damien

    Bonjour

    Merci beaucoup pour vos articles.
    C’est une vrai mine d’or !
    Concernant la partie élevage de « truites aquaponiques », pouvez vous me préciser si vous utilisez une unique pompe ACO-318 pour vos deux airlifts (ou si vous utilisez une pompe pour chaque airlift)?

    Bonne continuation

    • jcgoudeau

      Bonjour,
      Pour le TA_2400, j’utilise une pompe par airlift. Je suis déçu des ACO318, trop bruyants et gourmands en énergie au regard des performances. J’utilise depuis 1 an, un compresseur à membrane SUNSUN CQ-3000 qui délivre 1200 litres à 80 cm de profondeur pour 16 watts. Fonctionnent en permanence.
      Pour le TA_500, un seul SUNSUN CQ-3000 alimente l’airlift de relevage et l’airlift de brassage.

  5. Damien

    Merci 👍

  6. magali

    bonjour
    je découvre votre site, merci de partager votre expérience et de nous aider a démarrer !
    J aime beaucoup l idée de réduire la consommation électrique et d utiliser l airlift comme système de relevage . mon projet initial prévoit un relevage de 1 m environ au moyen d une pompe a eau en superposant partiellement le 1er bac de culture au dessus du bac a poisson et le passage au 2eme bac de culture se ferait par gravite jusqu au retour au bac a poisson . j essaie d imaginer comment relever a un débit convenable l eau au moyen d une seule pompe a air . mais je ne comprend pas trop vos calculs permettant de dimensionner correctement la pompe a air, sa puissance, le diamètre du tuyau en fonction de la profondeur et de la hauteur a relever …. pourriez vous essayer de me réexpliquer ? Merci en tout cas de ce site très riche

    • jcgoudeau

      Bonjour Magali,
      Pour dimensionner l’airlift élévateur, j’ai abandonné l’idée d’obtenir des résultats par calculs. L’interaction entre les longueurs, diamètres, %immersion, débit air, taille des bulles, régime des bulles, pression d’injection, vitesse de l’air et de l’eau, est extrêmement complexe. J’ai acheté plusieurs tuyaux de diamètres différent puis réalisé des mesures de débit en fonction de la profondeur et de la puissance de la pompe. Par exemple, un airlift de 95 cm de long, diamètre intérieur 35mm (ratio 28:1), avec 78 cm immergés et une élévation de 17cm (% immersion 82%), avec un débit d’air de 750 litres par heure, fournit un débit d’eau de 800 litres par heure (débit eau/ débit air 107 %). Mais pas question de tirer des règles générales de ce test. Un système aquaponique basé sur une circulation d’eau par airlift, avec une consommation d’énergie limitée, doit être construit « à plat ». Remonter l’eau sur un 1m est possible avec une succession de plusieurs airlifts installés chacun dans une fosse profonde mais avec, au final, une consommation d’énergie bien supérieure à une pompe à eau classique!

      Ajout : après avoir vu votre schéma sur papier millimétré, votre relevage n’est pas d’1 m, mais de 0.5 m (on ne compte pas la colonne d’eau au dessus de la pompe). C’est encore trop pour un airlift, d’autant plus que votre colonne d’eau sera faible (0.60 m).Un test avec un airlift de 27 mm intérieur, long de 102 cm, avec une injection d’air à -57 cm, avec une pompe à air délivrant 1028 litres/heure, donne un débit de 420 litres/heure avec un relevage de 45 cm. Votre bassin contient 600 litres. Un renouvellement de l’eau du bassin de 0.7 (420/600) est un peu faible (minimum 1). Il faudrait tester un relevage de 35 cm avec un airlift de 27 mmm de 95 cm de long pour vérifier que l’on obtient un débit de 600 litres/heure avec un débit d’air réel d’au moins 1000 l/h.

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