5.4 Sources d'eau
L’eau est le milieu clé utilisé dans les systèmes aquaponiques parce qu’elle est partagée entre les deux principaux composants du système (poissons et végétaux), qu’elle est le principal porteur des ressources nutritives du système et qu’elle définit l’environnement chimique global dans lequel se trouvent les poissons et les plantes. Par conséquent, il s’agit d’un ingrédient vital qui peut avoir une influence considérable sur le système.
Dans un système aquaponique, le contexte de l’environnement à base d’eau, la source d’eau et ce que cette source d’eau contient chimiquement, physiquement et biologiquement ont une influence majeure sur le système, car il établit une base de référence pour ce qui doit être ajouté au système par les diverses entrées du système. Ces intrants, à leur tour, influencent et établissent l’environnement dans lequel les poissons et les plantes sont cultivés. Par exemple, certains des principaux intrants nutritifs dans tout système aquaponique comprennent, sans s’y limiter, les aliments pour poissons (une ressource nutritive primaire pour le système), les tampons appliqués (qui aident à contrôler et à fixer les valeurs de pH associées aux composantes du poisson et de la plante) et tout autre élément externe les ajouts nutritifs ou les suppléments nécessaires pour répondre aux besoins en nutriments des poissons et des plantes (Lennard, 2017).
Les aliments pour poissons sont conçus pour fournir la nutrition nécessaire à la croissance et à la santé des poissons et contiennent donc des mélanges et des quantités d’éléments nutritifs principalement pour aider les poissons en culture (Timmons et al., 2002 ; Rakocy et al., 2006). Par contre, les plantes ont des besoins en nutriments différents pour les poissons, et les aliments pour poissons répondent rarement, voire jamais, aux besoins nutritionnels totaux des plantes (Rakocy et al., 2006). Pour cette raison, les systèmes aquaponiques qui cultivent des poissons et des plantes uniquement en utilisant des ressources nutritives dérivées des aliments du poisson peuvent produire efficacement et de façon optimale du poisson, mais ils le font rarement pour les plantes. Les meilleures conceptions de systèmes aquaponiques reconnaissent que le résultat final est de produire des poissons et des plantes à des taux de croissance optimaux et efficaces et, par conséquent, reconnaissent également qu’une certaine forme de nutrition supplémentaire est nécessaire pour répondre aux besoins totaux en nutriments des plantes (Rakocy et al., 2006 ; Suhl et al., 2016).
Les systèmes aquaponiques classiques entièrement recirculants reposent généralement sur les aliments pour poissons (après que les poissons ont consommé ces aliments, les ont métabolisés et utilisés les nutriments qui y sont contenus) comme principale source de nutriments pour les plantes et complètent tout élément nutritif manquant requis par les plantes au moyen d’une forme quelconque de régime tampon ( Rakocy et al. 2006) ou par supplémentation supplémentaire en éléments nutritifs (p. ex. ajout de formes nutritives chélatées directement dans l’eau de culture ou ajout de nutriments par pulvérisation foliaire) (Roosta et Hamidpour, 2011).
Le meilleur exemple de cette approche aquaponique recirculant classique est le système aquaponique UVI (Université des îles Vierges) mis au point par le Dr James Rakocy et son équipe UVI (Rakocy et Hargreaves 1993 ; Rakocy et al. 2006). La conception des UVI ajoute principalement des éléments nutritifs pour la culture des poissons et des plantes par l’ajout d’aliments pour poissons. Cependant, les aliments pour poissons ne contiennent pas suffisamment de calcium (Casup+/SUP) et de potassium (KSUP+/SUP) pour une culture végétale optimale. La conversion par les bactéries de l’ammoniac dissous des déchets de poisson en nitrate provoque la production à l’échelle du système d’ions hydrogène dans la colonne d’eau, et la prolifération de ces ions hydrogène entraîne une chute constante du pH de l’eau du système vers l’acide. Le régime de tampons utilisé ajoute le calcium et le potassium manquants en ajoutant au système des sels de base (souvent des sels à base d’ions carbonate, bicarbonate ou hydroxyle associés au calcium ou au potassium) qui aident à contrôler le pH de l’eau du système à un niveau qui répond à la fois aux exigences environnementales du pH commun de les poissons et les plantes, tout en fournissant le calcium et le potassium supplémentaires dont les plantes ont besoin (Rakocy et al., 2006). De plus, le système UVI ajoute un autre élément nutritif important pour la croissance des plantes qui n’est pas disponible dans les aliments standard pour poissons, le fer (Fe), par l’ajout régulier et contrôlé de chélate de fer. Par conséquent, le potassium, le calcium et le fer dont les plantes ont besoin et qui ne se trouvent pas dans les aliments pour poissons sont disponibles grâce à ces deux mécanismes supplémentaires d’approvisionnement en nutriments (Rakocy et al., 2006).
Les conceptions aquaponiques découplées adoptent une approche pour cultiver les poissons et les plantes de manière à ce que l’eau soit utilisée par les poissons et que les déchets de poisson soient fournis aux plantes, sans recirculation de l’eau vers les poissons (Karimanzira et al., 2016). Les conceptions découplées permettent donc une plus grande souplesse dans la personnalisation de la chimie de l’eau, après utilisation du poisson, pour une production végétale optimisée, car la supplémentation des nutriments qui ne sont pas présents dans les aliments pour poissons (et les déchets de poisson) peut être réalisée sans que l’eau ne soit retrouvée dans le poisson (Goddek et al., 2016). Cela signifie que les conceptions découplées peuvent éventuellement appliquer des mélanges et des forces plus exigeants à l’eau de culture, après l’utilisation du poisson, pour la culture végétale, et cela peut être obtenu avec une supplémentation plus exigeante et plus intense en nutriments.
Dans les deux cas (systèmes aquaponiques recirculants et découplés), il est essentiel de comprendre la qualité chimique de l’eau de source afin d’atteindre des concentrations aussi proches des concentrations optimales en nutriments pour les plantes. Si, par exemple, la source d’eau contient du calcium (cas souvent observé lorsque les ressources en eau souterraine sont utilisées), cela affectera et modifiera le régime tampon appliqué aux plans aquaponiques en recirculation et l’étendue de la supplémentation en éléments nutritifs appliquée à un plan découplé parce que le calcium présent dans la source d’eau compensera toute supplémentation nécessaire pour répondre aux besoins en calcium des plantes (Lennard, 2017). Ou, si la source d’eau contient des concentrations élevées de sodium (Nasup+/SUP) (encore une fois, souvent observée avec les ressources en eau souterraine et que les plantes nutritives n’utilisent pas et qui peuvent s’accumuler dans les eaux du système), il est important de savoir quelle quantité est présente afin d’appliquer des méthodes de gestion afin d’éviter les plantes potentielles. toxicité des nutriments (Rakocy et al., 2006). La nature chimique de l’eau de source est donc essentielle à la santé et à la gestion globales du système aquaponique.
En fin de compte, comme la chimie de l’eau de source peut affecter la gestion des éléments nutritifs du système aquaponique et parce que les opérateurs aquaponiques aiment avoir la capacité de manipuler l’eau aquaponique et la chimie des nutriments à un degré élevé, une source d’eau avec peu ou pas de chimie associée à l’eau est hautement souhaitable (Lennard 2017). En ce sens, l’eau de pluie ou l’eau traitée pour élimination chimique (par exemple osmose inverse) est la meilleure source d’eau pour l’aquaponie dans un contexte de chimie de l’eau (Rakocy et al. 2004a, b ; Lennard, 2017). Les eaux souterraines conviennent également, mais il faut s’assurer qu’elles ne contiennent pas de produits chimiques ou de sels à des concentrations trop élevées pour être pratiques (p. ex., des concentrations élevées de magnésium ou de fer) ou qu’elles contiennent des espèces chimiques qui ne sont pas utilisées par les poissons ou les plantes (p. ex. des concentrations élevées de sodium) (Lennard, 2017). Les eaux fluviales peuvent également servir d’eau de source aquaponique, mais comme pour les autres sources d’eau, elles doivent être soumises à des essais de présence chimique et de concentration. Les sources d’eau des villes (c.-à-d. l’eau réticulée et fournie à des fins domestiques et de consommation) sont largement utilisées en aquaponie (Love et al., 2015a, b) et sont également acceptables si elles contiennent des concentrations acceptables d’éléments nutritifs, de sel ou de produits chimiques. Dans le cas des ressources en eau fournies par les municipalités, il convient de noter que de nombreux approvisionnements sont soumis à une forme quelconque de stérilisation pour rendre l’eau potable pour les humains. Si cette source d’eau doit être utilisée pour l’aquaponie, il est important de s’assurer que les substances chimiques qui pourraient être appliquées pour obtenir la stérilisation (p. ex. chlore, chloramine, etc.) ne sont pas présentes dans des concentrations qui pourraient nuire aux poissons, aux plantes ou aux micro-organismes du système aquaponique (Lennard 2017).
La chimie associée à l’eau de source n’est pas le seul facteur à prendre en considération lors de l’approvisionnement en eau de source à des fins aquaponiques. De nombreuses eaux naturelles peuvent aussi contenir des microorganismes et d’autres microorganismes qui peuvent affecter la santé écologique globale du système aquaponique ou présenter un risque évident pour la santé humaine. Les eaux pluviales contiennent rarement des microbes elles-mêmes ; toutefois, les récipients ou réservoirs dans lesquels l’eau de pluie peut être stockée peuvent contenir ou permettre la prolifération microbienne. Les eaux souterraines sont généralement bonnes en termes de présence microbienne, mais peuvent également contenir des charges microbiennes élevées, surtout si elles proviennent de zones associées à l’élevage ou au traitement des déchets humains. Les eaux fluviales peuvent également contenir des charges microbiennes élevées dues aux débits de déchets agricoles ou de traitement des déchets humains et doivent encore être vérifiées au moyen d’une analyse microbienne détaillée (Lennard, 2017).
Étant donné que la nature chimique et microbienne de l’eau de source utilisée dans les systèmes aquaponiques peut avoir des effets potentiels sur la chimie et la microbiologie de l’eau du système, il est recommandé que toute source d’eau appliquée soit stérilisée et traitée à des fins d’élimination chimique (p. ex. osmose inverse, distillation, etc.) avant d’être utilisée dans un système aquaponique (Lennard 2017). Si la stérilisation est universellement appliquée, les chances d’introduire des microbes étrangers et indésirables dans le système sont considérablement réduites. Si le traitement et la filtration de l’eau sont appliqués, les produits chimiques, les sels, les nutriments indésirables, les pesticides, les herbicides, etc. seront éliminés et ne pourront donc pas contribuer négativement au système.
Une source d’eau propre, exempte de microbes, de sels, de nutriments et d’autres produits chimiques, permet à l’opérateur aquaponique de manipuler l’eau du système pour contenir le mélange d’éléments nutritifs et la force dont il a besoin sans craindre que des influences externes puissent affecter le fonctionnement du système ou la santé et la force du les poissons et les plantes et est une exigence essentielle pour toute exploitation aquaponique commerciale.