Truites aquaponiques

La vie en boucles

Catégorie : Oxygène

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.

Mesurer l’oxygène de l’eau avec l’aide d’un smartphone

le smartphone pour compléter les tests d'analyse d'oxygène dissous dans l'eauChoisir d’élever des truites en aquaponie nécessite une eau fraîche et oxygénée.  La surveillance de la température de l’eau avec un  thermomètre est facile et peu onéreuse. Mesurer l’oxygène  de l’eau est une autre affaire. Il existe des sondes permettant des relevés en continu mais elles sont chères (>300 €). Les tests chimiques permettant une cinquantaine de mesures  sont beaucoup moins chers (environ 15 €), mais imprécis. Or, l’appréciation sur une échelle colorimétrique peut être améliorée en utilisant un smartphone et un applicatif d’analyse des couleurs. Poursuivre la lecture

Oxygénation de l’eau pour les truites en aquaponie

Débit de 20 litres par minute pour contribuer à l'oxygénation de l'eauLa disponibilité en oxygène pour un élevage de truites en aquaponie est un indicateur majeur à surveiller à l’aide de tests chimiques affinés avec un smartphone. C’est donc par les mesures et par l’observation du comportement des truites qu’il va falloir mettre au point le dispositif  pour conserver  une bonne qualité de l’eau. Voici l’histoire des échecs et des réussites dans la maîtrise de l’oxygénation de l’eau pour le projet « truites aquaponiques ». Poursuivre la lecture

Airlift pour nettoyer et oxygéner l’eau

Les truites élevées en aquaponie sont très exigeantes sur la qualité de l’eau des bassins. Un airlift peut, à moindre coût de construction et de fonctionnement, améliorer le taux d’oxygène  et la turbidité. Poursuivre la lecture

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