La suppression de la pompe à eau réduit les coûts de construction et les coûts de fonctionnement en aquaponie. C’est la pompe à air qui assure à la fois la circulation de l’eau et son aération. Ce qui nécessite l’emploi d’un airlift optimisé pour le transport de l’eau et le transfert d’oxygène.
Un airlift construit pour réaliser quelques tests
Un outil de calcul permet d’estimer le dimensionnement de l’airlift afin d’obtenir un débit d’eau donné. La profondeur d’injection de l’air, la hauteur de relèvement au dessus de la surface, le diamètre intérieur du tuyau et le débit d’air déterminent le débit d’eau. Pour maximiser le débit, il convient de faire travailler l’airlift sous la surface de l’eau. Mais cette configuration n’est pas adaptée pour mesurer facilement le débit de l’eau en sortie d’airlift. C’est pourquoi les tests qui suivent sont conçus avec une élévation de l’eau.
L’airlift de test est donc composé d’un support posé sur le fond du bassin. Cela permet d’injecter l’air à 77 cm sous la surface. Un tuyau de 40 mm (34 mm intérieur) se termine par un coude en sortie. Le sommet se situe à 14 cm au dessus de la surface de l’eau. La pompe à air est réglée à 10 Watts pendant toute la durée des mesures. Elle débite à vide (en sortie de pompe) 1350 litres d’air/heure.
Tester la taille des bulles injectées dans l’airlift
L’impact de la taille des bulles sur le transfert de l’oxygène de l’air vers l’eau est connu (cf. étude Suez sur aération de l’eau claire). Un m3 d’air à 20°C pèse environ 1180 g avec 23% en poids d’oxygène : soit 271 g d’O2/m3. Le % de transfert pour une eau saturée à 40%, varie de 1 à 4% selon la taille des bulles.

En revanche, quelles sont les conséquences sur le transport de l’eau? Pour répondre à cette question, un dispositif mesure l’effet de la taille des bulles sur le débit d’eau avec :
– les très grosses bulles par injection d’air en sortie de tuyau 9mm intérieur,
– les grosses bulles en sortie de tuyau 4 mm intérieur
– les moyennes bulles avec une grille trouée en 1 mm
– les petites bulles issues d’un bulleur plat de 10 cm de diamètre.
Un cône a été réalisé à l’imprimante 3D pour pouvoir tester les différentes tailles de bulles sans modification de la profondeur d’injection.

Débits d’eau mesurés avec un airlift optimisé
- Dans la configuration de test (injection à -77 cm, relevage 14 cm, pompe à air 10 W ), les deux mètres de tuyau 9 mm intérieur (64 mm2) ne génèrent pas de pertes de charges. Le débit de l’airlift est mesuré à 1500 litres par heure.
- Si on remplace le tuyau de 9 mm par 2 m de tuyau 4 mm intérieur (13 mm2), le débit d’air baisse de 5% . Ce qui entraine une légère baisse du débit d’eau à 1460 litres par heure.
- Si l’on injecte l’air, via le tuyau de 9 mm, au travers d’une grille comportant 100 trous de 1 mm (78 mm2), le débit ne varie pas et reste autour de 1500 litres par heure. Cette configuration correspond aux airlifts construits avec une chambre de distribution annulaire percée de trous de 1 mm. Dans cette configuration d’airlift, l’air sort préférentiellement par les trous du haut, ce qui diminue sensiblement la profondeur d’injection. Pour éviter ce biais, l’air à été injectée sous un couvercle plat troué en 1 mm, pour ne pas modifier la profondeur d’injection.
- L’injection d’air via un bulleur neuf, plat, de 10 cm de diamètre, entraine une baisse du débit d’air de 17%. Contre toute attente, le débit d’eau reste inchangé autour de 1500 litres, avec un débit beaucoup plus régulier, tel que le montre la vidéo. Le pouvoir de transport des petites bulles est donc plus important que celui des grosses bulles.
- Une dernière amélioration consiste à agir sur la forme de la sortie . En comparant une sortie à 90°, une sortie avec un T à 90° et une sortie avec deux coudes à 45°. La hauteur de relevage a été modifiée pour que les trois configurations se situent à 18.5 cm de la surface de l’eau. L’adoucissement de la courbure de sortie ou l’utilisation d’un T procure un gain de débit d’environ 10% .




Impact sur le transfert d’oxygène vers l’eau
Considérons les trois situations offrant le même débit d’eau d’ environ 1500 litres/heure:
– injection directe avec tuyau de 9 mm (très grosses bulles)
– injection via trous de 1 mm (moyennes bulles)
– injection via bulleur de 10 cm (petites bulles)
Si le transport d’eau est inchangé, le transfert d’oxygène est très différent, variant de 1 à 2.5.

Conclusions sur l’airlift optimisé
la suppression de la pompe à eau nécessite l’emploi d’un airlift. Cet airlift sera:
– dimensionné selon la profondeur d’injection, le diamètre de l’airlift et la quantité d’air injectée, pour obtenir le débit d’eau souhaité.
– la sortie sera positionnée sous le miroir d’eau.
– la sortie sera adoucie avec deux coudes à 45°.
– les bulles seront créées par un bulleur générant de petites bulles.
Cette configuration maximise le transport de l’eau et le transfert d’oxygène.
Possesseur d’un système T’air eau en auto-construction je me posais effectivement la question. Voici la réponse. Merci de l’analyse.
Merci Jean Claude pour ce nouvel éclairage, qui va nous permettre d’améliorer sensiblement la performance de nos système et aider les débutants dans les choix et arbitrages nécessaires et préalables à toute construction d’un système aquaponique opérationnel.👍
Merci pour cette nouvelle expérience cher Jean Claude, il me semblait que le débit serait bien supérieur avec des bulles d’air plus petites, merci de mettre en lumière cette tendance. Et pour l’oxygénation, il me semblait logique que le fait d’avoir plus de surface d’échange entre l’eau et l’air permettrait d’avoir une oxygénation du milieu accrue, une nouvelle fois tu permet de le mettre en lumière, merci !
À très vite cher jean Claude, j’espère pouvoir renouveler ma demande de visite en cas de chantier pas trop loin de chez toi ! 🤗😉
Merci Timothée, A très vite si l’occasion se présente.