21.4 Évaluation des typologies des enceintes et des applications possibles

La performance réelle des fermes aquaponiques dépend de nombreux facteurs spécifiques au cas. On peut tirer quelques conclusions préliminaires sur les avantages, les défis et les applications possibles des typologies d’enceinte à partir de la comparaison d’un ensemble relativement restreint d’études de cas. Une étude empirique d’un nombre plus important d’études de cas existantes sera nécessaire pour établir une corrélation entre le type d’enceinte, l’emplacement géographique et le succès commercial.

Les serres de technologie moyenne offrent une option commercialement réalisable pour les opérations aquaponiques uniquement dans les climats tempérés avec des hivers doux et des étés modérés, en raison de leur capacité limitée de contrôle de l’environnement. Dans les endroits qui ne nécessitent pas beaucoup de chauffage et de refroidissement, les fermes utilisant cette typologie de serre peuvent fonctionner de manière économe en ressources, avec des investissements initiaux moins élevés pour leur enceinte. Ces fermes fonctionnent généralement avec un budget inférieur et comprennent les bassins à poissons dans la même serre, ce qui limite leur sélection d’espèces de poissons à celles qui ont une grande tolérance à la température et attire leur attention commerciale sur la production de laitue, de feuilles vertes feuillées et d’herbes.

Les serres solaires passives reposent sur des systèmes passifs, en particulier l’utilisation de la masse thermique, pour contrôler le climat intérieur. L’utilisation de cette typologie pour les systèmes aquaponiques est avantageuse puisque le volume important d’eau dans les bassins à poissons fournit une masse thermique supplémentaire. En raison de leur efficacité énergétique, ils sont souvent utilisés dans les latitudes septentrionales où les serres classiques nécessiteraient un niveau élevé de chauffage supplémentaire. Toutefois, l’exploitation d’une serre dans ces régions repose sur l’utilisation d’un éclairage supplémentaire en raison de faibles niveaux de lumière et de courtes heures de lumière du jour pendant la saison hivernale. Bien que les serres solaires passives en Europe et en Amérique du Nord soient actuellement utilisées à petite échelle expérimentale, l’application plus générale de ces serres à pente unique et économes en énergie sur 1,83 million d’acres (0,74 million d’hectares) de terres agricoles en Chine montre que cette typologie peut être mis en œuvre avec succès à grande échelle (Gao et al. 2010).

Les serres de haute technologie, en particulier les grands systèmes à gouttière de style Venlo, sont la norme de l’industrie pour la production hydroponique commerciale. Les plus grandes fermes aquaponiques commerciales bien financées utilisent cette typologie pour leurs systèmes de culture hydroponique en conjonction avec une enceinte séparée pour leur infrastructure aquacole. Cette installation garantit le plus haut niveau de contrôle environnemental ainsi que la productivité des cultures et des poissons. Techniquement, ce type de serre peut être utilisé n’importe où, à condition que le revenu produit paie les coûts élevés d’énergie et d’exploitation dans les climats extrêmes. Toutefois, ce type d’exploitation peut ne pas être sensible à l’environnement sous certaines latitudes septentrionales en raison du besoin important de chauffage et d’éclairage supplémentaire. L’empreinte environnementale exacte d’une serre de haute technologie ne peut être évaluée que par projet et dépend principalement de la qualité des sources d’énergie utilisées pour la chaleur et la lumière supplémentaires.

La plupart des serres sur les toits sont des serres high-tech de style venlo construites sur des toits. Bien que des avantages et des défis similaires s’appliquent, la construction de serres sur le toit est encore plus coûteuse que celle des serres classiques de haute technologie, principalement en raison des codes de construction et des exigences architecturales. Le système structurel des serres sur le toit est souvent surdimensionné pour se conformer aux codes de construction des immeubles de bureaux commerciaux, qui sont plus stricts que les exigences du code du bâtiment pour les structures agricoles. En outre, les opérations aquaponiques sur les toits ont besoin d’infrastructures supplémentaires pour accéder au toit et se conformer aux réglementations en matière d’incendie et de sortie, ce qui a permis de générer une serre équipée d’un gicleur dans un exemple récent (Proksch 2017). L’application la plus prometteuse des serres sur le toit est au-dessus des bâtiments hôtes dans les centres urbains. Les toits urbains offrent souvent un accès suffisant à la lumière du soleil, dont les serres ont besoin pour fonctionner efficacement — une ressource qui manque habituellement, ou du moins n’est pas uniforme en raison de l’ombrage, au niveau du sol dans les zones urbaines denses (Ackerman, 2012). S’ils sont conçus de façon ciblée, les bâtiments hôtes peuvent offrir d’autres ressources telles que la chaleur d’échappement et le COSub2/Sub qui peuvent rendre l’exploitation d’une ferme aquaponique sur le toit plus faisable. Ce type d’intégration avec le bâtiment hôte peut générer des synergies énergétiques et environnementales qui améliorent les performances de la serre et du bâtiment hôte.

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Fig. 21.10 INAPRO enclos aquaponiques avec deux sections, opaque pour les poissons et serre pour les plantes (Murcie, Espagne)

Les espaces de culture intérieur dépendent entièrement de l’éclairage artificiel et des systèmes de contrôle actif pour le chauffage, le refroidissement et la ventilation, ce qui entraîne un niveau élevé de consommation d’énergie, d’empreinte environnementale et de coûts d’exploitation. Cette typologie s’applique surtout dans les régions où les hivers sont froids et où la saison de croissance est courte, où l’exposition naturelle à la lumière du soleil et au gain de chaleur est faible et où une supplémentation importante est nécessaire pour exploiter une serre aquaponique commerciale. L’utilisation d’un boîtier opaque permet des niveaux élevés d’isolation, ce qui réduit les pertes de chaleur pendant les mois d’hiver et assure une autonomie contre les variations de température externes. Outre sa dépendance à l’égard de l’éclairage électrique, la culture intérieure dépasse la productivité des serres telle que mesurée dans d’autres ressources, comme l’eau, le COSub2/sub et la superficie terrestre (Graamans et al. 2018). De plus, la production par unité de surface peut être beaucoup plus élevée grâce à l’utilisation de systèmes de culture empilés. En ce qui concerne l’intégration urbaine de l’aquaponie dans les villes, les espaces de culture intérieurs permettent la réutilisation adaptative des bâtiments industriels et des entrepôts, ce qui peut réduire le coût initial de la construction de l’enceinte et soutenir l’intégration des fermes aquaponiques dans les quartiers mal desservis.

Le projet Innovative Aquaponics for Professional Applications (INAPRO, 2018) a inclus la comparaison du même système aquaponique et de la même technologie de serre, sur plusieurs sites en Allemagne, en Belgique et en Espagne. Le système aquaponique situé en Chine était logé dans une serre solaire passive. Les installations aquaponiques de l’INAPRO en Europe ont utilisé un type de serre revêtu de verre pour la production végétale et un élément de remise de type industriel pour les réservoirs de poisson et les unités de filtration (figure 21.10). Le projet INAPRO démontre que les technologies de serre doivent être adaptées et choisies en fonction des conditions climatiques locales. L’équipe espagnole de l’INAPRO a constaté, que l’enceinte sélectionnée était bien adapté pour les régions plus fraîches du nord de l’Europe, mais pas les régions méditerranéennes plus chaudes dans le sud de l’Europe. Cette observation souligne l’importance d’approfondir la recherche sur la performance des typologies de serres pour faire progresser le domaine des opérations aquaponiques commerciales.

Bien que la comparaison des différentes typologies révèle certains modèles de performance entre typologie, emplacement et investissement (tableau 21.3), pour une compréhension complète du rendement agricole et de l’impact environnemental, un système plus robuste d’analyse et de conception des enclos agricoles est nécessaire.