Pour réduire au minimum le risque de propagation d’agents pathogènes transmis par le sol, la désinfection de la solution nutritive en circulation est nécessaire (Postma et al., 2008). Le traitement thermique (Runia et al., 1988) a été la première méthode utilisée. Van Os (2009) a donné un aperçu des méthodes les plus importantes et un résumé est présenté ci-dessous. La recirculation de la solution nutritive ouvre des possibilités d’économiser de l’eau et des engrais (Van Os 1999). Le grand inconvénient de la recirculation de la solution nutritive est le risque croissant de propagation d’agents pathogènes racinaires dans tout le système de production. Pour minimiser ces risques, la solution doit être traitée avant la réutilisation. L’utilisation de pesticides pour un tel traitement est limitée, étant donné que des pesticides efficaces ne sont pas disponibles pour tous ces agents pathogènes et que, le cas échéant, une résistance peut apparaître, et que la législation environnementale limite les rejets d’eau contenant des pesticides (et des nutriments) dans l’environnement (Parlement européen et Conseil européen) 2000). En outre, dans les systèmes AP, l’utilisation de pesticides a des effets négatifs sur la santé des poissons et ne peut pas être réalisée, même si des parties hydroponiques et AP du système se trouvent dans des locaux différents, car la pulvérisation de produits chimiques peut pénétrer dans la solution nutritive par l’eau de condensation ou par pulvérisation directe sur le substrat des dalles. Dans ce contexte, une approche de lutte biologique peut être adoptée pour lutter contre les maladies nuisibles, et on peut y accéder via la fiche d’information du Hub Aquaponics de l’UE (Hub Aquaponics de l’UE). Dans le même temps, des problèmes similaires peuvent être observés pour le traitement du poisson à l’aide de médicaments vétérinaires qui ne sont pas compatibles avec le cycle de la plante.

4.5.1 Description des méthodes de désinfection

La désinfection de la solution nutritive circulante doit avoir lieu en continu. Pour une serre de 1000 msup2/sup dans une culture de substrat (laine de pierre, coco, perlite), une capacité de désinfection d’environ 1 à 3 msup3/sup par jour est nécessaire pour désinfecter un excédent estimé à 30 % de l’eau fournie avec goutte-à-goutte irrigation aux plants de tomate pendant une période de 24 h en été. En raison du taux de retour variable de l’eau de vidange, il faut disposer d’un réservoir de captage suffisamment grand pour l’eau de vidange dans lequel l’eau est stockée avant d’être pompée dans l’unité de désinfection. Après la désinfection, un autre réservoir est nécessaire pour stocker l’eau propre avant d’ajuster la CE et le pH et de mélanger avec de l’eau nouvelle pour alimenter les plantes. Les deux réservoirs ont une taille moyenne de 5 msup3/sup par 1000 msup2/sup. Dans un système de film nutritif (NFT), environ 10 msup3/sup par jour devraient être désinfectés quotidiennement. On considère généralement qu’une telle capacité n’est pas rentable à désinfecter (Ruijs, 1994). DFT nécessite un traitement similaire. C’est la principale raison pour laquelle les unités de production NFT et DFT ne désinfectent normalement pas la solution nutritive. La désinfection est réalisée soit par des méthodes non chimiques ou chimiques comme suit :

4.5.1.1 Méthodes non chimiques

En général, ces méthodes ne modifient pas la composition chimique de la solution, et il n’y a pas d’accumulation de résidus :

1. Traitement thermique. Chauffer l’eau de vidange à des températures suffisamment élevées pour éradiquer les bactéries et les agents pathogènes est la méthode la plus fiable de désinfection. Chaque type d’organisme a sa propre température létale. Les bactéries qui ne forment pas de spores ont des températures létales comprises entre 40 et 60 °C, des champignons entre 40 et 85 °C, des nématodes entre 45 et 55 °C et des virus entre 80 et 95 °C (Runia et al., 1988) à un temps d’exposition de 10 s. Si cela peut sembler très gourmand en énergie, il convient de noter que l’énergie est récupérée et réutilisée avec des échangeurs de chaleur. La disponibilité d’une source d’énergie bon marché est d’une plus grande importance pour une application pratique.

2. _Rayonnement UV. Le rayonnement UV est un rayonnement électromagnétique avec une longueur d’onde comprise entre 200 et 400 nm. Les longueurs d’onde comprises entre 200 et 280 nm (UV-C), avec un optimum à 254 nm, ont un fort effet de destruction sur les micro-organismes, car elles minimisent la multiplication des chaînes d’ADN. Différents niveaux de rayonnement sont nécessaires pour différents organismes afin d’atteindre le même niveau d’efficacité. Runia (1995) recommande une dose qui varie de 100 mJ cmsup-2/sup pour éliminer les bactéries et les champignons à 250 mJ cmsup-2/sup pour éliminer les virus. Ces doses relativement élevées sont nécessaires pour compenser les variations de turbidité de l’eau et les variations de pénétration de l’énergie dans la solution dues à une faible turbulence autour de la lampe UV ou à des variations de sortie de la lampe UV. Zoschke et al. (2014) ont examiné que l’irradiation UV à 185 et 254 nm permet de contrôler et de désinfecter les contaminants organiques de l’eau. De plus, Moriarty et coll. (2018) ont signalé que le rayonnement UV inactivait efficacement les coliformes dans les systèmes AP.

3. Filtration. La filtration peut être utilisée pour enlever tout matériau non dissous de la solution nutritive. Différents types de filtres sont disponibles par rapport à la gamme de tailles de particules. Les filtres à sable rapides sont souvent utilisés pour éliminer les grosses particules de l’eau de vidange avant d’ajouter, de mesurer et de contrôler la CE, le pH et l’application de nouveaux engrais. Après avoir passé l’unité d’engrais, un filtre synthétique fin (50—80 um) est souvent construit dans le débit d’eau pour éliminer les sels d’engrais non dissous ou les précipités afin d’éviter le colmatage des goutteurs d’irrigation. Ces filtres synthétiques sont également utilisés comme prétraitement pour les méthodes de désinfection avec traitement thermique, traitement à l’ozone ou rayonnement UV. Avec la réduction de la taille des pores de filtration, le débit est inhibé, de sorte que l’élimination des très petites particules nécessite une combinaison de filtres adéquats et une pression élevée suivie d’un nettoyage fréquent du ou des filtres. L’élimination des agents pathogènes nécessite des tailles de pores relativement petites ( \ 10 μm ; soi-disant micro-, ultra- ou nanofiltration).

4.5.1.2 Méthodes chimiques

1. _Ozone (O<sub3/sub) _. L’ozone est produit à partir de l’air sec et de l’électricité à l’aide d’un générateur d’ozone (conversion 3OSub2/Sub → 2OSub3/Sub). L’air enrichi en ozone est injecté dans l’eau qui est désinfectée et stockée pendant une heure. Runia (1995) a conclu qu’un apport d’ozone de 10 g par heure par msup3/sup d’eau de vidange avec une durée d’exposition de 1 h suffit à éliminer tous les agents pathogènes, y compris les virus. Nicoletto et al. (2017) ont également observé la réduction des populations microbiennes dans la production de légumes dans les systèmes sans sol gérés à l’ozone. L’exposition humaine à l’ozone qui s’échappe du système ou des réservoirs de stockage doit être évitée car même une courte durée d’exposition d’une concentration de 0,1 mg de LSUP-1/SUP d’ozone peut provoquer une irritation des muqueuses. Un inconvénient de l’utilisation de l’ozone est qu’il réagit avec le chélate de fer, comme le fait les UV. Par conséquent, des doses plus élevées de fer sont nécessaires et des mesures doivent être prises pour traiter les dépôts de fer dans le système. Des recherches récentes (Van Os 2017) portant sur des installations contemporaines d’ozone semblent prometteuses, où l’élimination complète des agents pathogènes et la dégradation des pesticides restants est réalisée, sans problème de sécurité.

2. _Peroxyde d’hydrogène (Hsub2/Subosub2/sub) _. Le peroxyde d’hydrogène est un agent oxydant puissant et instable qui réagit pour former du HSub2/subO et un radical O. Commercialement, des activateurs sont ajoutés à la solution pour stabiliser la solution originale et augmenter l’efficacité. Les activateurs sont principalement de l’acide formique ou de l’acide acétique, qui diminuent le pH de la solution nutritive. Différentes doses sont recommandées (Runia 1995) contre Pythium spp. (0,005%), d’autres champignons (0,01%), tels que Fusarium et les virus (0,05%). La concentration de 0,05% est également nocive pour les racines des plantes. Le peroxyde d’hydrogène est particulièrement utile pour nettoyer le système d’arrosage, tandis que l’utilisation pour la désinfection a été reprise par d’autres méthodes. La méthode est considérée comme peu coûteuse, mais pas efficace.

3. _Hypochlorite de sodium (NaOCl) _. L’hypochlorite de sodium est un composé dont les noms commerciaux sont différents (p. ex., eau de Javel domestique) et dont les concentrations sont différentes, mais dont la structure chimique est identique (NaOCl). Il est largement utilisé pour le traitement de l’eau, en particulier dans les piscines. Le produit est relativement peu coûteux. Lorsqu’il est ajouté à l’eau, l’hypochlorite de sodium se décompose en Hocl et en NaOH et, selon le pH, en OCLSU-/SUP ; ce dernier se décompose en Cl et en Osup. /sup pour une forte oxydation. Il réagit directement avec n’importe quelle substance organique, et s’il y a suffisamment d’hypochlorite, il réagit également avec des agents pathogènes. Le Quillec et al. (2003) ont montré que la tenabilité de l’hypochlorite dépend des conditions climatiques et des réactions de décomposition connexes. Les températures élevées et le contact avec l’air provoquent une décomposition rapide, à laquelle NacloSub3/Sub se forme avec des propriétés phytotoxiques. Runia (1995) a montré que l’hypochlorite n’est pas efficace pour éliminer les virus. La chloration avec une concentration de 1—5 mg de Cl LSUP-1/SUP et un temps d’exposition de 2 h a permis une réduction de 90—99,9% de Fusarium oxysporum, mais certaines spores ont survécu à toutes les concentrations. Des mesures de sécurité doivent être prises pour assurer la sécurité de l’entreposage et de la manutention. L’hypochlorite peut agir contre un certain nombre d’agents pathogènes, mais pas tous, mais en même temps, la concentration de NaSUP+/SUP et de CLSUP-/SUP est augmentée dans un système de culture fermé, ce qui conduira également à des niveaux qui diminuent la productivité de la culture et, à ce moment, la solution nutritive doit être lessivée. Malgré les inconvénients susmentionnés, le produit est utilisé et recommandé par les opérateurs commerciaux comme méthode bon marché et utile.

4.5.2 Méthodes chimiques par rapport aux méthodes non chimiques

Les producteurs préfèrent les méthodes de désinfection avec d’excellentes performances en combinaison avec de faibles coûts. Un bon rendement peut être décrit en éliminant les agents pathogènes avec une réduction de 99,9 % (ou une réduction log 3) combinée à un processus clair, compréhensible et contrôlable. De préférence, les faibles coûts sont associés à de faibles investissements, à de faibles coûts d’entretien et à l’absence de besoin pour le producteur de travailler comme spécialiste de laboratoire. Le traitement thermique, le rayonnement UV et le traitement à l’ozone montrent une bonne performance. Toutefois, les investissements dans le traitement de l’ozone sont très élevés, ce qui entraîne des coûts annuels élevés. Le traitement thermique et le rayonnement UV ont également des coûts annuels élevés, mais les investissements sont inférieurs, tandis que le processus d’élimination est facile à contrôler. Ces deux dernières méthodes sont les plus populaires parmi les cultivateurs, en particulier dans les pépinières de plus de 1 ou 2 ha. La filtration lente sur sable est moins parfaite en termes de performance, mais a des coûts annuels considérablement plus faibles. Cette méthode pourrait être recommandée pour les producteurs de moins de 1 ha et pour les producteurs ayant un capital d’investissement inférieur, car les filtres à sable peuvent être construits par le producteur lui-même. L’hypochlorite de sodium et le peroxyde d’hydrogène sont également des méthodes bon marché, mais la performance est insuffisante pour éliminer tous les agents pathogènes. En outre, il s’agit d’un biocide et non d’un pesticide, ce qui signifie que par la loi, au moins dans l’UE, il est légalement interdit de l’utiliser pour éliminer les agents pathogènes.

4.5.3 Biofsalissure et prétraitement

Les méthodes de désinfection ne sont pas très sélectives entre les agents pathogènes et les autres matières organiques présentes dans la solution. Par conséquent, un prétraitement (filtres à sable rapides ou filtres mécaniques de 50 à 80 um) de la solution avant la désinfection est recommandé au traitement thermique, au rayonnement UV et à l’ozone. Si, après désinfection, des résidus des méthodes chimiques restent dans l’eau, ils peuvent réagir avec les biofilms qui se sont formés dans les conduites des systèmes d’arrosage. Si le biofilm est libéré des parois des tuyaux, ils seront transportés vers les goutteurs et provoquent un colmatage. Plusieurs méthodes d’oxydation (hypochlorite de sodium, peroxyde d’hydrogène avec activateurs, dioxyde de chlore) sont principalement utilisées pour nettoyer les conduites et l’équipement, ce qui crée un risque particulier de colmatage des goutteurs avec le temps.