21.5 Évaluation de l'impact en tant que cadre de conception
La croissance de l’aquaponie et les affirmations généralisées selon lesquelles l’aquaponie est plus durable que les autres formes de production alimentaire ont stimulé la discussion et la recherche sur la durabilité réelle de ces systèmes. L’évaluation du cycle de vie (ACV) est une méthode de quantification clé qui peut être utilisée pour analyser la durabilité dans l’agriculture et les environnements bâtis en évaluant les impacts environnementaux des produits tout au long de leur durée de vie. Dans le cas d’un bâtiment, une ACV peut être divisée en deux types d’impact : l’impact _incarné, qui comprend l’extraction de matériaux, la fabrication, la construction, la démolition et l’élimination ou la réutilisation de ces matériaux, et l’impact _opérationnel qui fait référence à la maintenance des systèmes de construction (Simonen 2014). De même, l’évaluation d’un produit agricole peut être divisée en fonction de l’impact structurel de l’enveloppe du bâtiment et de l’infrastructure du système, de l’impact sur la production associé à la culture continue et de l’impact post-récolte de l’emballage, du stockage et de la distribution (Payen et al. 2015). La réalisation d’une ACV d’une ferme aquaponique nécessite une compréhension simultanée des impacts sur le bâtiment et sur l’agriculture, car il y a un chevauchement dans la phase opération de l’enveloppe avec la phase production d’une culture. La façon dont un bâtiment fonctionne ses systèmes de chauffage, de refroidissement et d’éclairage influe directement sur la culture de la culture ; inversement, différents types de cultures exigent des conditions environnementales différentes. Il existe de nombreuses études comparant les résultats de l’ACV pour différents types de bâtiments situés dans différents contextes (Zabalza Bribián et al., 2009). De même, l’ACV a été utilisé par le secteur agricole pour comparer les gains d’efficacité de différentes cultures et systèmes de culture (He et al., 2016 ; Payen et al., 2015). L’évaluation de la performance de l’agriculture en environnement contrôlé et de l’aquaponie en particulier nécessite une intégration habile des deux méthodologies en une seule évaluation (Sanyé-Mengual 2015).
Le cadre proposé pour l’ACV des exploitations aquaponiques (figure 21.11) est intentionnellement vaste et permet de saisir un large éventail de typologies de fermes trouvées sur le terrain. Afin d’appliquer les résultats de l’ACV aux fermes existantes, des facteurs comme les données climatiques et économiques doivent être inclus pour valider l’évaluation environnementale (Goldstein et al., 2016 ; Rothwell et al., 2016)
La section suivante traite d’une collection de stratégies de conception d’enclos de fermes aquaponiques fondées sur l’inventaire de l’ACV des fermes aquaponiques, qui synthétise la littérature existante avec des études de cas et suggère des orientations pour les travaux futurs. L’intégration unique des impacts aquaponiques et des impacts liés aux bâtiments revêt un intérêt particulier.
Tableau 21.3 Comparaison des typologies agricoles en milieu contrôlé
table thead tr class=“en-tête » TCEA type/th e Avantages /th e Défis /th e Coût et revenus/SUP /th /tr /thead tbody tr class=“impair » td rowspan=2 Serres moyenne/td td S’appuie presque entièrement sur l’énergie solaire, faible besoin d’énergie supplémentaire /td td Options limitées de contrôle de l’environnement, sensibles aux fluctuations environnementales /td td rowspan=2 Réduction des coûts de construction à l’avant/à l’avant/à la construction (environ 30—100 $/msup2/sup) /td /tr tr class=“même » td Moins de dépendance à l’égard des matériaux non renouvelables et des sources d’énergie /td td Uniquement applicable aux espèces de poissons ayant une grande tolérance à la température (si les réservoirs sont dans la serre) /td /tr tr class=“impair » td rowspan=2 Serres solaires passives/td td S’appuie sur des systèmes passifs, utilise la masse thermique (y compris les bassins à poissons) pour amortir les variations de température /td td Le contrôle avec des systèmes passifs nécessite plus d’expérience et une conception délibérée /td td rowspan=2 Réduction des coûts de construction à l’avant/à l’avant/à la construction (environ 30—100 $/msup2/sup) /td /tr tr class=“même » td Faible consommation d’énergie, potentiellement sans besoin de combustibles fossiles /td td Exiger un éclairage supplémentaire, s’il est situé aux latitudes septentrionales en raison de faibles niveaux de lumière /td /tr tr class=“impair » td rowspan=2 Serres high-tech td Les niveaux de contrôle les plus élevés /td td S’appuie sur des systèmes actifs pour la chaleur, le refroidissement, la ventilation et l’éclairage supplémentaire /td td rowspan=2 Coût élevé à l’avant/construction (env. 100—200 $/msup2/sup et plus) /td /tr tr class=“même » td Productivité élevée et potentiel de mise à l’échelle /td td Consommation d’énergie élevée et coût d’exploitation /td /tr tr class=“impair » td rowspan=5 Serres de toit/td td Les niveaux de contrôle les plus élevés /td td rowspan=2 S’appuie sur des systèmes actifs pour la chaleur, le refroidissement, la ventilation et l’éclairage supplémentaire /td td rowspan=5 Coût de construction très élevé (env. 300—500 $/msup2/sup) /td /tr tr class=“même » td Productivité élevée /td /tr tr class=“impair » td rowspan=3 Potentiel de synergies énergétiques et environnementales, si elles sont intégrées au bâtiment d’accueil /td td Consommation d’énergie élevée et coût d’exploitation /td /tr tr class=“même » td Nécessite la conformité au code au niveau des immeubles à bureaux commerciaux /td /tr tr class=“impair » td Le transport des fournitures jusqu’au toit est un défi infrastructurel /td /tr tr class=“même » td rowspan=4 Espaces de culture en intérieur/td td Réutilisation adaptative des bâtiments industriels possible /td td Dépend entièrement de l’éclairage électrique et des systèmes de contrôle actif pour le chauffage, le refroidissement et la ventilation /td td Les coûts de construction à l’avant/à l’avance peuvent être moins élevés si un bâtiment existant peut être utilisé /td /tr tr class=“impair » td Productivité élevée par unité d’encombrement grâce à des systèmes de croissance empilés /td td rowspan=3 Consommation d’énergie élevée et coût d’exploitation /td td rowspan=3 Le coût dépend également du système de croissance, empilant plusieurs niveaux /td /tr tr class=“même » td Haut niveau d’isolation possible /td /tr tr class=“impair » td Réduction de la perte de chaleur pendant les mois d’hiver /td /tr /tbody /table
supa/sup Basé sur Proksch (2017)
Fig. 21.11 Exemple d’un processus d’ACV intégré incluant la performance du bâtiment et du système aquaponique. (D’après Sanyé-Mengual et al. 2015).
21.5.1 Impacts incorporés : énergie incorporée et carbone incorporé
Matériaux de structure et construction L’énergie incorporée est le calcul de la somme de l’énergie utilisée pour extraire, affiner, traiter, transporter, produire et assembler un matériau ou un produit. Le carbone incorporé est la quantité de COSub2/sub émise pour produire le même matériau ou produit. Comparativement aux exploitations agricoles conventionnelles en plein champ, l’impact incarné d’un système de culture en milieu contrôlé est plus important en raison de l’augmentation de l’extraction et de la fabrication des matériaux au stade de la construction (Ceron-Palma et al., 2012). Par exemple, dans la serre de toit ICTA-ICP, la structure de l’enveloppe génère 75 % plus de potentiel de réchauffement planétaire (PRP) qu’une structure de serre à plusieurs tunnels à base de sol en raison de la quantité de polycarbonate utilisée dans la construction (Sanyé-Mengual et al., 2015). De même, une simulation de serre intégrée à Boston a entraîné une augmentation des impacts environnementaux au stade de la construction, en raison de l’extraction de minerais de fer pour la fabrication d’acier de construction (Goldstein, 2017). Les impacts incorporés associés aux enveloppes d’environnement contrôlé peuvent être atténués par l’utilisation intelligente de matériaux (étant donné que des ajustements du code du bâtiment sont apportés pour éviter de surdimensionner les éléments structuraux), mais ils dépasseraient néanmoins ceux de l’agriculture traditionnelle. La culture de la nourriture dans une enveloppe construite nécessitera toujours plus de ressources au début que la simple plantation de légumes en plein champ, mais augmentera aussi de façon spectaculaire la quantité de nourriture pouvant être produite par surface au cours du même laps de temps.
Pour éviter les impacts environnementaux liés à la structure, certaines exploitations aquaponiques utilisent des bâtiments existants plutôt que de construire une nouvelle enveloppe. Urban Organics à St. Paul, dans le Minnesota, aux États-Unis, a réaménagé deux bâtiments de brasserie comme espaces de culture intérieurs. Dans un autre exemple de réutilisation adaptative, The Plant, à Chicago, Illinois, États-Unis, exploite son incubateur d’aliments et son collectif agricole urbain dans une usine de 1925 utilisée auparavant par Peer Foods comme installation d’emballage de viande (figure 21.12). Les équipements d’isolation et de réfrigération existants ont été réaffectés pour contrôler les fluctuations de température dans l’installation aquaponique expérimentale.
Équipement et substrat aquaponiques Lorsqu’il est intégré dans des bâtiments, le choix du matériau pour les réservoirs aquaponiques devient un facteur important de conception, car il peut limiter l’assemblage et le transport dans le bâtiment. Par exemple, les pièces en polyéthylène peuvent être assemblées sur place à l’aide de soudage plastique, mais cela n’est pas possible avec les pièces en fibre de verre (Alsanius et al. 2017). En outre, la fabrication d’équipements de systèmes aquaponiques peut contribuer de manière significative à l’impact environnemental global — par exemple, le polyester renforcé de fibres de verre utilisé pour le réservoir d’eau de 100 msup3/sup de la serre de toit ITAICP est responsable de 10 à 25 % de l’impact environnemental de la fabrication étape (Fig. 21.13). Le choix du substrat pour les plantes dans un système aquaponique a une ramification de poids pour la structure du bâtiment hôte, mais contribue également à l’impact environnemental. Dans une étude récente réalisée sur l’aquaponie intégrée à des murs vivants, la laine minérale et la fibre de coco ont obtenu des résultats comparables, bien que l’une soit compostable et l’autre à usage unique (Khandaker et Kotzen 2018).
Fig. 21.12 The Plant (Chicago, Illinois, USA)
Entretien de la structure et de l’équipement La sélection initiale des matériaux pour l’équipement aquaponique et les composants de l’enveloppe détermine l’entretien à long terme des fermes aquaponiques. La fabrication de matériaux plus durables tels que le verre ou les plastiques rigides nécessite un investissement initial plus important en ressources environnementales que les films plastiques ; cependant, les films doivent être remplacés plus fréquemment — par exemple, le verre devrait rester fonctionnel pendant plus de 30 ans, tandis que les films revêtus plus classiques Le film de polyéthylène ne peut durer que 3 à 5 ans avant de devenir trop opaque (Proksch 2017). Selon la durée de vie prévue d’une enveloppe de système aquaponique, il peut être plus avantageux de choisir un matériau ayant une durée de vie plus courte et un impact de fabrication moindre. Le film ETFE utilisé dans la serre solaire Aquaponic est un compromis prometteur entre longévité et durabilité, bien que des recherches plus poussées soient nécessaires. L’équipement aquaponique standard se compose de réservoirs d’eau et de tuyauterie. La tuyauterie pour systèmes aquaponiques est souvent fabriquée à partir de PVC, ce qui produit un impact important sur l’environnement dans son processus de fabrication, mais ne nécessite pas de remplacement avant 75 ans. Certains fournisseurs aquaponiques proposent le bambou comme alternative organique.
Fig. 21.13 Section de construction avec serres sur le toit par Harquitectes, bâtiment ICTA-ICP (Bellaterra, Espagne)
21.5.2 Impacts opérationnels
Énergie En 2017, 39 % de la consommation totale d’énergie aux États-Unis correspondaient au secteur du bâtiment (EIE). Le secteur agricole représentait environ 1,74 % de la consommation totale d’énergie primaire aux États-Unis en 2014, en s’appuyant fortement sur les dépenses indirectes sous forme d’engrais et de pesticides (Hitaj et Suttles, 2016). L’efficacité énergétique est un domaine de recherche bien établi à la fois dans l’environnement bâti et dans l’agriculture, définissant souvent les impacts opérationnels d’un produit, d’un bâtiment ou d’une exploitation agricole dans l’ensemble de l’ACV (Mohareb et al., 2017). L’intégration de l’utilisation de l’énergie du bâtiment et de l’agriculture peut optimiser les performances des deux (SanJuandelmás et al. 2018).
Chauffage Les besoins énergétiques pour le chauffage des espaces de culture sont particulièrement intéressants dans les climats septentrionaux, où la prolongation d’une saison de croissance naturellement courte donne aux fermes aquaponiques intégrées dans les bâtiments un avantage concurrentiel sur le marché (Benis et Ferrão 2018). Cependant, dans les climats plus froids, la consommation d’énergie par les systèmes de chauffage actifs contribue de façon significative à l’impact environnemental global — dans une évaluation des espaces de culture conditionnés à Boston, au Massachusetts, les coûts de chauffage ont neutralisé les avantages de l’élimination des milles alimentaires dans la chaîne alimentaire urbaine (Benis et al. 2017b ; Goldstein 2017). Cela n’est pas vrai dans les climats méditerranéens, où les conditions climatiques sont propices à l’agriculture et où les structures de serre conventionnelles et presque toute l’année peuvent compter sur le chauffage solaire passif (Nadal et al., 2017 ; Rothwell et al., 2016).
Dans les climats froids et chauds, l’intégration de systèmes de culture à environnement contrôlé sur les toits existants peut fournir une isolation au bâtiment hôte — une ferme de Montréal, au Québec, signale qu’elle absorbe 50 % des besoins en chauffage de serre de la structure hôte existante, réduisant ainsi la charge de chauffage (Goldstein, 2017). Les systèmes d’éclairage peuvent également être partiellement responsables de la satisfaction de la demande de chauffage dans les applications intérieures verticales telles que les usines ou les conteneurs d’expédition (Benis et al. 2017b).
La capture de chaleur résiduelle est une autre stratégie de conception prometteuse qui peut optimiser les performances de la structure hôte et du système de croissance. Des études post-occupation de la serre expérimentale sur le toit de l’ICTA-ICP à Bellaterra, en Espagne, indiquent que l’intégration du bâtiment à la serre a permis de réaliser des économies équivalentes de carbone de 113,8 kg/msup2/sup/an par rapport à une serre autoportante conventionnelle chauffée à l’huile (Nadal et al. 2017). Sans intervention des systèmes actifs de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC), la masse thermique du laboratoire hôte a augmenté la température de serre de 4,1 C pendant les mois les plus froids, permettant ainsi la culture de la tomate toute l’année.
Refroidissement Dans les climats méditerranéens et tropicaux, le refroidissement artificiel est souvent nécessaire pour cultiver des produits tout au long de l’année. Dans une simulation de serre sur le toit, les charges de refroidissement représentaient jusqu’à 55 % de la demande énergétique totale des exploitations agricoles à Singapour et 30 % dans le climat plus tempéré de Paris (Benis et al., 2017b). La demande d’énergie de refroidissement est particulièrement élevée dans les climats arides, ce qui peut tirer le plus parti de la réduction des coûts de transport conventionnels des produits périssables (Graamans et al. 2018 ; Ishii et al. 2016). Le refroidissement par évaporation, le refroidissement par brouillard et l’ombrage sont des stratégies pour abaisser les températures dans les fermes aquaponiques et améliorer le rendement des exploitations agricoles en termes de rendement.
Les systèmes aquaponiques intégrés au bâtiment ont l’avantage de stocker la masse thermique dans des bassins à poissons pour alléger les charges de refroidissement et de chauffage. Dans les cas où ce mode de refroidissement passif ne satisfait pas la demande de refroidissement, le refroidissement par évaporation est le plus couramment utilisé. La serre Sustainable Harvesters produit de la laitue pour la région de Houston, au Texas, aux États-Unis, toute l’année en utilisant un système de refroidissement par ventilateur et tampon, un sous-ensemble de technologie de refroidissement par évaporation. L’air chaud de l’extérieur de l’enveloppe passe d’abord à travers un milieu de cellulose humide avant d’entrer dans l’espace de croissance. En conséquence, l’air intérieur est plus frais et plus humide. Le refroidissement par évaporation est plus efficace dans les climats secs, mais nécessite une utilisation élevée de l’eau, ce qui peut être une limite pour les exploitations agricoles dans les régions arides du monde.
Le refroidissement par brouillard est une stratégie alternative. Dans une serre refroidie par la brumée, les plantes sont périodiquement brumées avec de l’eau provenant des gicleurs aériens jusqu’à ce que l’espace atteigne la température désirée pour la culture. Le refroidissement par brouillard utilise moins d’eau que le refroidissement par évaporation, mais augmente l’humidité relative d’un espace en croissance. S’il est associé à la bonne stratégie de ventilation, le refroidissement par brouillard peut être une technologie d’économie d’eau particulièrement adaptée aux régions arides (Ishii et al., 2016). De plus, le refroidissement par brouillard diminue le taux d’évapotranspiration chez les plantes, ce qui est essentiel pour optimiser le métabolisme des plantes dans les systèmes aquaponiques (Goddek, 2017). La serre phare des fermes Superior Fresh utilise un système informatisé de refroidissement par brouillard pour maintenir les températures de culture pendant la saison chaude.
Les dispositifs d’ombrage peuvent également contribuer à abaisser les températures de serre. Traditionnellement, le blanchiment de chaux saisonnier des serres était utilisé pour réduire les niveaux de rayonnement solaire pendant les mois les plus chauds (_Environnement contrôlé Agriculture, 1973). Cependant, l’ombrage peut être intégré à d’autres fonctions de bâtiment. Une stratégie d’ombrage prometteuse consiste à utiliser des modules photovoltaïques semi-transparents pour refroidir simultanément l’espace et produire de l’énergie (Hassanien et Ming 2017). La serre solaire Aquaponic combine son réseau photovoltaïque à la fonctionnalité d’ombrage ; elle utilise des panneaux en aluminium rotatifs comme dispositifs d’ombrage qui fonctionnent comme capteurs solaires à l’aide de cellules photovoltaïques montées. Le système photovoltaïque intégré transforme alors l’excès de rayonnement solaire en énergie électrique.
Éclairage Le principal avantage des serres par rapport aux espaces de culture intérieurs est leur capacité à capitaliser sur la lumière du jour pour faciliter la photosynthèse. Cependant, les exploitations dans des climats extrêmes peuvent constater qu’il n’est pas financièrement possible de satisfaire les charges de chauffage ou de refroidissement pour une enveloppe transparente ; dans ce cas, les agriculteurs peuvent choisir de cultiver des cultures dans des espaces de culture intérieurs avec une enveloppe isolée (Graamans et al. 2018). Les fermes aquaponiques qui opèrent dans des espaces de culture intérieurs s’appuient sur un éclairage électrique efficace pour produire des cultures.
De nombreuses avancées en matière d’éclairage agricole contemporain ont été réalisées dans les usines japonaises, utilisées pour optimiser les rendements des plantes dans les systèmes hydroponiques denses en remplaçant la lumière du soleil par des longueurs d’onde de lumière artificielles (Kozai et al. 2015). Actuellement, l’éclairage LED est le choix le plus populaire pour les systèmes d’éclairage horticole électriques. Ils sont 80 % plus efficaces que les lampes à décharge haute intensité et 30 % plus efficaces que leurs homologues fluorescents (Proksch 2017). L’éclairage à DEL continue d’être étudié pour optimiser l’efficacité énergétique et le rendement des cultures (Zhang et al., 2017). Les serres à grande échelle comme Superior Fresh, Wisconsin, États-Unis, s’appuient sur des régimes d’éclairage supplémentaires informatisés pour prolonger la période de photosynthèse de sa culture aux latitudes septentrionales.
Production d’énergie Contrainte par les mêmes facteurs que tous les CEA, la gestion de l’énergie d’une ferme aquaponique dépend du climat extérieur, de la sélection des cultures, du système de production et de la conception de la structure (Graamans et al. 2018). La culture des produits par l’aquaponie n’est pas intrinsèquement durable si elle n’est pas gérée correctement — tous les facteurs ci-dessus peuvent influer sur l’efficacité énergétique pour le meilleur ou le pire (Buehler et Junge, 2016). Dans bien des cas, l’AEC consomme plus d’énergie que l’agriculture conventionnelle en plein champ ; toutefois, des dépenses énergétiques plus élevées peuvent être justifiées si la façon dont nous approvisionnons l’énergie se déplace vers des sources renouvelables et que des stratégies efficaces de chauffage, de refroidissement et d’éclairage sont intégrées à la conception de la ferme.
La production d’énergie photovoltaïque (PV) peut jouer un rôle important dans la compensation des impacts opérationnels des aquaponiques en environnement contrôlé, réduisant ainsi les contraintes environnementales. Dans un exemple de serre de haute technologie en Australie, l’utilisation de l’énergie provenant d’un réseau photovoltaïque a entraîné une réduction de 50 % des émissions de gaz à effet de serre du cycle de vie par rapport au scénario de grille classique (Rothwell et al., 2016). La production d’énergie renouvelable peut être combinée à des fermes aquaponiques, si l’espace le permet — par exemple, la serre aquaponique Lucky Clays Fresh d’une ferme rurale en Caroline du Nord fonctionne à partir d’énergie produite par des éoliennes et des panneaux photovoltaïques situés ailleurs sur la parcelle du propriétaire.
Eau L’efficacité de l’utilisation de l’eau a souvent été citée comme un avantage majeur de l’ACE et des systèmes hydroponiques (Despommier, 2013 ; Specht et al., 2014). Les systèmes aquaponiques sont encore mieux adaptés pour augmenter l’efficacité de l’eau — où 1 kg de poisson produit dans un système aquacole conventionnel nécessite entre 2500 et 375 000 L, la même quantité de poissons élevés dans un système aquaponique nécessite moins de 100 L (Goddek et al., 2015). La capture des eaux pluviales et la réutilisation des eaux grises ont été proposées comme deux stratégies visant à compenser les effets sur les bassins hydrographiques de l’exploitation d’une ferme hydroponique ou aquaponique. Dans la serre actuelle de l’ICTA-ICP, 80 à 90 % des besoins en eau pour la production de tomates dans un système hydroponique agrégé ont été couverts par la capture d’eau de pluie dans l’année suivant l’exploitation (Sanjuan-Delmás et al. 2018). Toutefois, la capacité de captage de l’eau de pluie à répondre à la demande des cultures dépend du contexte climatique. Dans une étude évaluant la viabilité de la production de serres sur les toits dans les parcs commerciaux existants dans huit villes du monde, sept ont rencontré l’autosuffisance des cultures grâce à la capture des eaux de pluie — seul Berlin ne l’a pas fait (Sanyé-Mengual et al. 2018).
Certaines installations existantes de l’ACE réutilisent déjà les eaux grises pour améliorer l’efficacité (Benke et Tomkins, 2017). Cependant, la réutilisation des eaux grises dans un contexte urbain est actuellement limitée en raison du manque de soutien réglementaire et de l’absence actuelle de recherche sur les risques pour la santé liés à l’utilisation des eaux grises en agriculture. Projet pilote de réutilisation des eaux grises, la Maison Productive de Montréal recueille des eaux grises à partir d’usages domestiques pour compléter sa collecte d’eau de pluie afin d’irriguer les jardins et une serre communautaire pour la production alimentaire que partagent neuf unités résidentielles (Thomaier et al., 2015). Avec de nouveaux progrès dans la politique de traitement des eaux grises, l’aquaponie intégrée dans les bâtiments peut puiser dans le cycle actuel de l’eau au lieu de dépendre des sources municipales.
D’un point de vue architectural, la distribution de l’eau dans un système aquaponique est susceptible de présenter un défi structurel. Les bassins aquaponiques pèsent plus que les lits de culture hydroponique et peuvent limiter les types de structures possibles pour la rénovation d’une ferme aquaponique. Le milieu de culture doit également être pris en considération — les systèmes de culture en eau profonde (DWC) nécessitent un volume important et lourd d’eau, tandis que les systèmes de technique de film nutritif (NFT) sont légers mais coûteux à fabriquer (Goddek et al., 2015).
Nutrients Comparativement à l’agriculture conventionnelle en plein champ, l’ACE réduit le besoin d’engrais et de pesticides, car l’agriculteur peut séparer physiquement la culture des conditions extérieures difficiles (Benke et Tomkins, 2017). Cependant, en raison de la densité d’un système aquaponique, les maladies des plantes ou des poissons peuvent se propager rapidement si un agent pathogène infiltre l’espace. Des options préventives telles que l’utilisation d’insectes prédateurs ou des mesures de lutte environnementale serrées, comme une entrée « tampon », peuvent éviter ce risque (Goddek et al., 2015).
L’intégration de différents besoins en éléments nutritifs des poissons et des cultures est un défi pour les systèmes aquaponiques singuliers (Alsanius et al., 2017). En général, les plantes ont besoin de concentrations d’azote plus élevées que les poissons ne peuvent supporter, et une sélection rigoureuse des cultures et des poissons peut correspondre aux besoins en nutriments pour optimiser les rendements, mais il est encore difficile d’atteindre. Des systèmes découplés (DRAS) ont été proposés pour séparer le cycle aquicole du cycle hydroponique afin d’atteindre les concentrations souhaitées en éléments nutritifs, mais ils ne sont pas encore utilisés couramment dans les fermes commerciales (Suhl et al., 2016). Urban Organics basé à St. Paul, dans le Minnesota, aux États-Unis, a choisi de mettre au point un système LISS pour leur deuxième exploitation afin d’optimiser les rendements des cultures et des poissons et d’éviter les pertes de cultures en cas de déséquilibres nutritifs dans les bassins de poissons. ECF Farm à Berlin, en Allemagne, et Superior Fresh fermes au Wisconsin, aux États-Unis, exploitent également des systèmes découplés pour optimiser la croissance des poissons et des plantes.
On peut également optimiser les cycles des nutriments aquaponiques grâce à l’introduction d’un réacteur anaérobie pour transformer les déchets solides de poisson en phosphore digestible pour les plantes (Goddek et al., 2016). À l’heure actuelle, The Plant, à Chicago, aux États-Unis, envisage d’exploiter un digesteur anaérobie qui pourrait jouer un rôle dans l’optimisation des cycles nutritionnels pour la croissance des cultures. Les exigences du système mécanique pour les DRAS et la digestion anaérobie influenceront les performances ainsi que l’aménagement spatial d’une ferme aquaponique.
21.5.3 Impacts en fin de vie
Gestion des déchets de matières Un avantage théorique de l’ACE par rapport à l’agriculture en plein air est la capacité de contrôler le ruissellement des déchets de matériaux, empêchant ainsi le lessivage (Despommier, 2013 ; Gould et Caplow, 2012). Une enveloppe serrée peut jouer un rôle dans la gestion efficace des déchets de matériaux. L’utilisation de tiges de plantes pour produire du biochar isolant, bien que cette recherche en soit à ses débuts (Llorach-Massana et al., 2017) constitue un moyen de recyclage des déchets organiques pour améliorer la performance des bâtiments. De plus, l’intégration de composants de gestion des déchets tels qu’un lit de filtration, un digesteur anaérobie ou un ventilateur de récupération de chaleur dans la conception de l’enceinte à un stade précoce peut fermer les boucles d’énergie, de nutriments et d’eau de la ferme.
Chaînes de distribution L’emballage a été un point d’intérêt dans diverses ZAL agricoles pour évaluer l’impact de la production. Elle est responsable jusqu’à 45 % de l’impact total d’une tomate à Bologne, en Italie, et elle contribue le plus aux impacts environnementaux des systèmes hydroponiques intérieurs à Stockholm, en Suède (Molin et Martin 2018b ; Orsini et al. 2017 ; Rothwell et al. 2016). L’implantation de fermes aquaponiques à proximité des consommateurs peut réduire le besoin d’emballage, d’entreposage et de transport, comme c’est le cas pour d’autres formes d’agriculture urbaine, si les détaillants et les distributeurs locaux collaborent avec les agriculteurs (Specht et al., 2014). Malheureusement, en raison de l’acceptation des consommateurs, la plupart des grands détaillants exigent actuellement des emballages en plastique standard pour les produits aquaponiques destinés à être vendus aux côtés des marques conventionnelles. Par conséquent, le choix d’un site proche d’un marché de consommation pour les aquaponiques en environnement contrôlé ne garantit pas de changements significatifs dans la performance globale de la ferme.
Le transport réduit, ou milles alimentaires, est souvent cité dans la littérature comme un avantage majeur de l’agriculture urbaine (Benke et Tomkins 2017 ; Despommier 2013 ; Sanjuan-Delmás et al. 2018). Toutefois, il est important de noter que la contribution relative des chaînes de transport raccourcies varie au cas par cas. À Singapour, où presque tous les aliments doivent être importés des pays voisins, il est logique de réduire les chaînes de transport sur le plan financier et environnemental (Astee et Kishnani 2010). On ne peut pas en dire autant pour l’Espagne, où la chaîne d’approvisionnement conventionnelle de tomates d’une ferme à l’autre est déjà courte (SanJuandelmás et al. 2018). Les villes ayant les chaînes d’approvisionnement les plus longues peuvent bénéficier d’une production alimentaire localisée, mais les avantages de la réduction des transports doivent être évalués par rapport aux impacts opérationnels et incarnés. Dans le cas de Boston, les avantages de la réduction des transports ont été entièrement annulés par l’impact du chauffage et de l’exploitation d’une serre à l’intérieur de la ville (Goldstein, 2017). Malgré de longues chaînes d’approvisionnement alimentaires conventionnelles, les répercussions sur le transport ont été tout aussi insignifiantes dans l’ensemble du rendement de l’ACE à Stockholm (Molin et Martin 2018a).
Consommation et alimentation Les fermes aquaponiques dans les villes peuvent modifier les régimes alimentaires urbains, qui jouent un rôle important dans l’impact environnemental de la consommation alimentaire (Benis et Ferrão 2017). La consommation de viande par le biais de la chaîne conventionnelle produit la plus grande part de l’empreinte environnementale actuelle et la recherche de solutions de remplacement de protéines pourrait avoir un impact plus important que la mise en œuvre généralisée de l’agriculture urbaine (Goldstein, 2017). Étant donné que l’aquaponie produit du poisson et des légumes, il ne faut pas tenir compte de cette possibilité de modifier les régimes protéiques à grande échelle dans les évaluations plus larges de la performance environnementale.