Chapitre 11 Modélisation des systèmes aquaponiques
11.8 Discussion et conclusions
L’aquaponie est des systèmes techniques et biologiques complexes. Par exemple, les explications possibles pour les poissons qui ne poussent pas correctement peuvent être de petites rations alimentaires, une mauvaise qualité de l’eau, des problèmes techniques causant le stress, etc. En raison de la lenteur intrinsèquement de la biologie, les recherches scientifiques sur la validité de ces explications seraient fastidieuses et nécessiteraient plusieurs essais expérimentaux pour obtenir tous les facteurs importants et leurs interactions, exigeant beaucoup d’installations, d’expertise, de temps de recherche et d’actifs financiers.
· Aquaponics Food Production Systems11.7 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.
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