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11.7 Outils de modélisation
En aquaponie, des diagrammes de flux ou des diagrammes de stock et de flux (SFD) et des diagrammes de boucle causale (CLD) sont couramment utilisés pour illustrer la fonctionnalité du système aquaponique. Dans ce qui suit, l’organigramme et les CLD seront décrits. 11.7.1 Organigrammes Pour obtenir une compréhension systémique de l’aquaponie, les organigrammes avec les composants les plus importants de l’aquaponie sont un bon outil pour montrer comment les matériaux circulent dans le système.
· Aquaponics Food Production Systems11.6 Modélisation aquaponique multi-boucles
Les conceptions aquaponiques traditionnelles comprennent des unités aquacoles et hydroponiques impliquant la recirculation de l’eau entre les deux sous-systèmes (Körner et al., 2017 ; Graber et Junge, 2009). Dans de tels systèmes aquaponiques à boucle unique, il est nécessaire de faire des compromis entre les conditions des deux sous-systèmes en termes de pH, de température et de concentration en nutriments, car les poissons et les plantes partagent un écosystème (Goddek et al.
· Aquaponics Food Production Systems11.4 Modélisation de la digestion anaérobie
Fig. 11.10 Simulation du TAN (XsubNHX-N,1/sub) en [mg/l] sur 2 jours = 2880 min avec Q = 300 l/min (bleu) et Q = 200 l/min (orange) Fig. 11.11 Simulation du nitrate N (xsubNO3-N,1/sub) en [mg/l] sur 50 jours = 72 000 min avec Qsubexc/sub = 300 l/jour (jaune), Qsubexc/sub = 480 l/jour (orange) et Qsubexc/sub = 600 l/jour (bleu) La digestion anaérobie (MA) de matière organique est un processus qui implique les étapes séquentielles de l’hydrolyse, de l’acidogenèse, de l’acétogenèse et de la méthanogenèse (Batstone et al.
· Aquaponics Food Production Systems11.3 Modélisation RAS
La pisciculture mondiale a atteint 50 millions de tonnes en 2014 (FAO 2016). Compte tenu de la croissance de la population humaine, il y a une demande croissante de protéines de poisson. La croissance durable de l’aquaculture nécessite de nouvelles technologies (bio) telles que les systèmes aquacoles de recirculation (RAS). Les RAS ont une faible consommation d’eau (Orellana 2014) et permettent le recyclage des produits excréteurs (Waller et al. 2015). Le RAS offre des conditions de vie adéquates aux poissons grâce à un traitement de l’eau en plusieurs étapes, comme la séparation des particules, la nitrification (biofiltration), l’échange de gaz et le contrôle de la température.
· Aquaponics Food Production Systems11.2 Contexte
De nombreuses définitions d’un système sont disponibles, allant de descriptions vagues à des formulations mathématiques strictes. Dans ce qui suit, un système est considéré comme un objet dans lequel différentes variables interagissent à toutes sortes d’échelles temporelles et spatiales et qui produit des signaux observables. Ces types de systèmes sont également appelés systèmes ouverts. Une représentation graphique d’un système ouvert général (S) avec des signaux d’entrée et de sortie à valeur vectorielle est représentée à la figure 11.
· Aquaponics Food Production Systems11.1 Introduction
En général, les modèles mathématiques peuvent prendre des formes très différentes selon le système étudié, qui peuvent aller des systèmes sociaux, économiques et environnementaux aux systèmes mécaniques et électriques. Typiquement, les mécanismes internes des systèmes sociaux, économiques ou environnementaux ne sont pas très bien connus ou compris et souvent seuls de petits ensembles de données sont disponibles, tandis que la connaissance préalable des systèmes mécaniques et électriques est à un niveau élevé, et des expériences peuvent facilement être réalisées.
· Aquaponics Food Production Systems11,5 HP Modélisation des serres
L’utilisation de l’eau des cultures et l’absorption des éléments nutritifs sont un sous-système central de l’aquaponie. La partie HP est complexe, car l’absorption pure de l’eau et des nutriments dissous ne suit pas simplement une relation linéaire plutôt simple comme, par exemple, la croissance des poissons. Pour créer un modèle complet, un simulateur de serre complet est nécessaire. Il s’agit de systèmes sous-modèles de la physique des serres, y compris les contrôleurs climatiques et la biologie des cultures, couvrant les processus interactifs avec des facteurs de stress biologiques et physiques.
· Aquaponics Food Production Systems10.6 Conclusions
Le traitement des boues de poisson aux fins de réduction et de récupération des éléments nutritifs en est à un stade précoce de la mise en œuvre. D’autres recherches et améliorations sont nécessaires et verront le jour avec la préoccupation croissante de l’économie circulaire. En effet, les boues de poisson doivent être considérées plus comme une source précieuse que comme un déchet jetable.
· Aquaponics Food Production Systems10.5 Méthodologie pour quantifier la performance de réduction et de minéralisation des boues
Pour déterminer la digestion du traitement des boues aquaponiques dans les bioréacteurs aérobies et anaérobies, une méthodologie spécifique doit être suivie. Une méthodologie adaptée pour le traitement des boues aquaponiques est présentée dans ce chapitre. Des équations spécifiques ont été développées pour quantifier précisément leur performance (Delaide et al. 2018), et elles devraient être utilisées pour évaluer la performance du traitement appliqué dans une plante aquaponique spécifique. Afin d’évaluer la performance du traitement, il faut adopter une approche de bilan massique.
· Aquaponics Food Production Systems10.4 Traitements anaérobies
La digestion anaérobie (AD) a longtemps été utilisée pour la stabilisation et la réduction du processus de masse des boues, principalement en raison de la simplicité de fonctionnement, des coûts relativement faibles et de la production de biogaz comme source d’énergie potentielle. La représentation stoechiométrique générale de la digestion anaérobie peut être décrite comme suit : $CNHaOB+ (n-a/4-b/2) \ cdot H_2O \ rarr (n/2-a/8+b/4) \ cdot CO_2+ (n/2+a/8-b/4) \ cdot CH4$ (10.
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