3.6 RAS et Aquaponie
Les systèmes aquaponiques sont une branche de la technologie de recirculation de l’aquaculture dans laquelle les cultures végétales sont incluses soit pour diversifier la production d’une entreprise, fournir une capacité supplémentaire de filtration de l’eau, soit une combinaison des deux.
En tant que branche du RAS, les systèmes aquaponiques sont liés aux mêmes phénomènes physiques, chimiques et biologiques qui se produisent dans le RAS. Par conséquent, les mêmes principes fondamentaux de l’écologie de l’eau, de la mécanique des fluides, du transfert de gaz, de la dépuration de l’eau, etc. s’appliquent en termes plus ou moins égaux à l’aquaponie, à l’exception du contrôle de la qualité de l’eau, car les plantes et les poissons peuvent avoir des exigences spécifiques et différentes.
Les réalités économiques fondamentales du RAS et de l’aquaponie sont également liées. Ces deux technologies sont à forte intensité de capital et très techniques et sont affectées par les économies d’échelle, la conception appropriée des composants, la dépendance aux conditions du marché et l’expertise des opérateurs.
3.6.1 Bien-être
Dans les systèmes aquaponiques, l’absorption des nutriments devrait être maximisée pour une production saine de biomasse végétale, mais sans négliger les meilleures conditions de bien-être des poissons en termes de qualité de l’eau (Yildiz et al., 2017). Des mesures visant à réduire les risques d’introduction ou de propagation de maladies ou d’infections et à accroître la biosécurité en aquaponie sont également importantes. Les impacts possibles des substances allélochimiques, c’est-à-dire des substances chimiques rejetées par les plantes, devraient également être pris en compte. En outre, l’effet de la digestibilité du régime alimentaire, de la taille des particules de matières fécales et du taux de décantation sur la qualité de l’eau doit être soigneusement pris en considération Il existe encore un manque de connaissances sur la relation entre les niveaux appropriés de minéraux dont les plantes ont besoin et le métabolisme, la santé et le bien-être des poissons (Yildiz et al., 2017), ce qui nécessite des recherches plus poussées.
3.6.2 Diversité microbienne et contrôle
Comme mentionné précédemment dans le chapitre, l’aquaponie combine un système d’aquaculture en recirculation avec une unité hydroponique. L’une de ses caractéristiques les plus importantes est la dépendance à l’égard des bactéries et de leurs produits métaboliques. De plus, [Sect. 3.2.6](/community/articles/3-2-review-of-water-quality-control-in-ras #326 -Nitrate) .a discuté de l’importance des communautés microbiennes et de leur contrôle dans le SAR. Les bactéries servent de pont qui relie les excréments de poissons, à forte concentration d’ammonium, à l’engrais végétal, qui devrait être une combinaison de faible teneur en ammonium et de nitrate élevé (Somerville et al., 2014). Comme les systèmes aquaponiques peuvent avoir des sous-unités différentes, c’est-à-dire des réservoirs à poissons, des biofiltres, des filtres à tambour, des réservoirs de colons et des unités hydroponiques, chacune ayant des conceptions possibles différentes et des conditions optimales différentes, les communautés microbiennes de ces composants peuvent différer considérablement. Il s’agit là d’un sujet de recherche intéressant dans le but ultime d’améliorer les processus de gestion du système. Schmautz et al. (2017) ont tenté de caractériser la communauté microbienne dans différentes zones des systèmes aquaponiques. Ils ont conclu que les excréments de poissons contenaient une communauté distincte dominée par des bactéries du genre Cetobacterium, alors que les échantillons provenant de racines végétales, de biofiltre et de périphyton étaient plus semblables les uns aux autres, avec des communautés bactériennes plus diversifiées. Les échantillons de biofiltres contenaient un grand nombre de Nitrospira (3,9 % de la communauté totale) qui n’ont été trouvés qu’en faible nombre dans le périphyton ou les racines des plantes. Par contre, seuls de faibles pourcentages de Nitrosomonadales (0,64 %) et Nitrobacter (0,11 %) ont été trouvés dans les mêmes échantillons. Ce deuxième groupe d’organismes est couramment testé pour leur présence dans les systèmes aquaponiques, car ils sont principalement responsables de la nitrification (Rurangwa et Verdegem 2015 ; Zou et al. 2016) ; Nitrospira n’a été décrit que récemment comme un nitrifiant total (Daims et al. 2015), capable de convertir directement ammonium en nitrate dans le système. La domination de Nitrospira est donc une nouveauté dans de tels systèmes et pourrait être corrélée à une différence dans la configuration de base (Graber et al., 2014).
Schmautz et coll. (2017) ont également souligné que la présence accrue de Nitrospira ne correspond pas nécessairement à une activité plus importante de ces organismes dans le système, car ses activités métaboliques n’ont pas été mesurées. De plus, de nombreuses espèces de bactéries et de coliformes sont intrinsèquement présentes dans les biofiltres recirculants aquaponiques effectuant des transformations de matières organiques et de déchets de poisson. Cela implique la présence de nombreux micro-organismes qui peuvent être des agents pathogènes pour les plantes et les poissons, ainsi que pour les personnes. À cette fin, certains micro-organismes ont été considérés comme des indicateurs de sécurité pour les produits et la qualité de l’eau dans le système (Fox et al., 2012). Certains de ces indicateurs de sécurité sont Escherichia coli et Salmonella spp. Des recherches très nécessaires ont donc été menées récemment afin de déterminer l’innocuité microbienne des produits aquaponiques (Fox et al., 2012 ; Sirsat et Neal, 2013). Munguia-Fragozo et al. (2015) ont défini une orientation future pour l’analyse de l’activité microbienne en aquaponie, qui ont examiné les technologies Omic pour l’analyse de la communauté microbienne. Ils ont conclu que l’analyse de la métagénomique et de la métatranscriptomique sera cruciale dans les futures études de la diversité microbienne dans les biosystèmes aquaponiques.
D’une période de consolidation technologique à une nouvelle ère de mise en œuvre industrielle, la technologie RAS s’est considérablement développée au cours des deux dernières décennies. Au cours des dernières années, le nombre et l’ampleur des exploitations aquacoles en recirculation ont augmenté. Avec l’acceptation croissante de la technologie, des améliorations par rapport aux approches techniques traditionnelles, aux innovations et aux nouveaux défis techniques ne cessent d’émerger.
Aquaponics combine un système d’aquaculture en recirculation avec une unité hydroponique. Les RAS sont des systèmes de production aquatique complexes qui impliquent une gamme d’interactions physiques, chimiques et biologiques.
L’oxygène dissous (OD) est généralement le paramètre de qualité de l’eau le plus important dans les systèmes aquatiques intensifs. Cependant, l’ajout d’oxygène suffisant à l’eau d’élevage peut être obtenu relativement simplement et, par conséquent, le contrôle d’autres paramètres de l’eau devient plus difficile.
Des concentrations élevées de dioxyde de carbone dissous (COSub2/sub) ont un effet négatif sur la croissance des poissons. L’élimination du COsub2/sub de l’eau à des concentrations inférieures à 15 mg/L est difficile en raison de sa haute solubilité et de l’efficacité limitée de l’équipement de dégazage.
L’ammoniac a été traditionnellement traité dans les systèmes de recirculation avec des biofiltres nitrifiants. Certaines technologies émergentes sont à l’étude comme solutions de rechange à l’élimination de l’ammoniac.
Les biosolides présents dans les RAS proviennent d’aliments pour poissons, de matières fécales et de biofilms et constituent l’un des paramètres de qualité de l’eau les plus critiques et les plus difficiles à contrôler. Un système de traitement en plusieurs étapes où les solides de différentes tailles et éliminés par différents mécanismes, est l’approche la plus courante.
L’ozone, en tant qu’oxydant puissant, peut être utilisé dans le RAS pour éliminer les micro-organismes, les nitrites et les substances humiques. L’ozonation améliore la performance du filtre microécran et minimise l’accumulation de matière dissoute affectant la couleur de l’eau.
Les réacteurs de dénitrification sont des réacteurs biologiques fonctionnant généralement dans des conditions anaérobies et généralement dosés avec un certain type de source de carbone comme l’éthanol, le méthanol, le glucose et la mélasse. L’une des applications les plus notables des systèmes de dénitrification en aquaculture est le RAS « zéro échange ».
Dans les systèmes de production aquacole, les communautés microbiennes jouent un rôle important dans le recyclage des éléments nutritifs, la dégradation de la matière organique et le traitement et la lutte contre les maladies. L’idée d’utiliser de l’eau mature microbienne pour lutter contre les agents pathogènes opportunistes remet en question le rôle de la désinfection de l’eau dans les RAS.
Dans le RAS intensif, le bien-être animal est étroitement lié à la performance des systèmes. Le principal objectif de la recherche sur le bien-être des animaux dans le RAS était de construire et d’exploiter des systèmes qui maximisent la productivité et minimisent le stress et la mortalité.