Aqu @teach : Thèmes de recherche actuels en aquaponie

Tendances de la technologie

Comme nous l’avons vu ci-dessus, la conception de systèmes aquaponiques réussis dépend du groupe d’utilisateurs. La production à haut rendement et sans sol nécessite un apport élevé de technologie (pompes, aérateurs, bûcherons) et de connaissances, et est donc surtout adaptée aux opérations commerciales. Cependant, il est tout à fait possible de concevoir et d’exploiter des systèmes aquaponiques de faible technologie qui nécessitent moins de compétences pour fonctionner, tout en produisant des résultats respectables. Ce compromis implicite (high-tech/low-tech) et le large éventail d’applications de l’aquaponie ont des conséquences sur les voies de développement futures pour la technologie, la conception des systèmes et les aspects socio-économiques. La technologie aquaponique pourrait se développer dans au moins deux directions : d’une part vers des solutions de faible technologie (probablement pour la plupart dans les pays en développement et pour des applications non professionnelles) et, d’autre part, vers des installations de haute technologie hautement efficaces (principalement dans les pays développés et avec partenaires professionnels/commerciaux) (Junge et al. 2017).

Bien que la technologie elle-même ne pose pas de limites à une zone de la ferme (parce qu’elle peut être modulaire), la taille des exploitations urbaines est déterminée par (i) les caractéristiques de la zone disponible, qui est nécessairement fragmentée dans une ville (sites contaminés, bâtiments sous-utilisés ou vacants, toits) ; et (ii) la contraintes posées par l’économie de la production végétale. En règle générale, la zone nécessaire à l’équilibre pour les opérations commerciales est d’environ 1000 m². Les installations de loisirs et d’arrière-cour peuvent bien sûr être beaucoup plus petites. Les fermes aquaponiques peuvent croître ou se développer en augmentant le nombre de systèmes d’exploitation (ou de modules), ou en allant verticalement, bien qu’elles ne puissent pas être trop développées sans augmenter considérablement les coûts de construction et d’énergie. La taille des fermes aquaponiques urbaines variera probablement entre 150 m^{2 et 3000 m2} , en raison des limites de l’espace, de l’économie et de la gestion, mais cela pourrait suffire à couvrir les besoins de base d’un assortiment de légumes frais pour une partie de la population urbaine. Les fermes aquaponiques périurbaines pourraient être plus grandes et modifiées pour inclure les systèmes d’aquaculture intérieure ou pour réutiliser les effluents riches en nutriments ou les boues de poisson compostées dans les zones rurales.

La technologie aquaponique elle-même peut être considérée comme immature, car il y a encore des problèmes à résoudre. Le simple fait de relier un système aquacole ultramoderne à un système hydroponique de pointe ne tient pas compte d’autres facteurs, tels que les problèmes liés aux filtres à tambour obstrués, les colons inefficaces, les défaillances d’oxygène, les colons mal conçus et les conduites d’eau obstruées. Même si l’influence des lits de culture (TNT, irrigation goutte à goutte, culture en eau profonde) est déjà bien connue dans les systèmes hydroponiques, le choix de ces lits dans les systèmes aquaponiques doit être étudié plus avant car il aura des conséquences sur la productivité et le fonctionnement. D’autres recherches sont également nécessaires dans d’autres domaines. Comme les micro-organismes sont omniprésents, ils jouent un rôle important dans toutes les étapes de la production aquaponique. L’influence des conditions environnementales sur leur abondance, leur diversité et leurs rôles pourrait être étudiée, par exemple en utilisant davantage les méthodes de nouvelle génération de séquençage (Schmautz et al. 2016a). L’une des questions centrales est la lutte appropriée contre les ravageurs et les maladies pour les systèmes aquaponiques. Les problèmes liés à la protection des végétaux en aquaponie ont été discutés par Bittsanszky et al. (2016b). Ils ont conclu que puisque très peu d’outils sont disponibles pour la protection des végétaux en aquaponie, l’accent devrait être mis sur les mesures de précaution visant à réduire au minimum l’infiltration d’organismes nuisibles et d’agents pathogènes. D’autre part, les méthodes biologiques de lutte antiparasitaire actuellement disponibles pour l’agriculture biologique doivent être adaptées à l’aquaponie (voir chapitre 8).

Si l’on veut développer l’aquaponie en tant que méthode performante de production alimentaire de haute technologie, il faudra mettre l’accent sur la réduction des besoins en main-d’œuvre. Bien qu’une certaine automatisation soit déjà bien développée (pour l’arrosage et l’alimentation, la surveillance en ligne et les alarmes pour de nombreux paramètres, en particulier l’oxygène), elle doit être affinée afin de permettre des opérations plus précises et plus efficaces, ce qui nécessitera la mise au point de capteurs appropriés. Une option pour réduire la main-d’oeuvre pourrait consister à utiliser des robots. Des systèmes polyvalents, semblables à FarmBot, devraient être développés pour une utilisation spécifique en aquaponie.

Tendances dans la conception des systèmes

Alors que l’aquaponie a le potentiel d’être durable, les études d’analyse complète du cycle de vie (ACV) des opérations et des produits aquaponiques sont rares (Forchino et al. 2017 ; Maucieri et al. 2018). Cependant, il est clair que l’impact écologique de l’aquaponie pourrait être encore amélioré en puisant dans les sources d’énergie renouvelables, en développant des méthodes de récolte diurne pour éviter l’utilisation de l’énergie électrique, en utilisant de l’eau prétraitée ou recyclée ou de l’eau de pluie, et en améliorant le contrôle climatique des serres. Dans un environnement urbain, l’aquaponie devrait être davantage intégrée dans les bâtiments, permettant l’échange de gaz, d’eau et d’énergie entre les serres et les bâtiments. Des améliorations sont également nécessaires en ce qui concerne les cycles des matières organiques. Les aliments pour poissons constituent le principal apport nutritif et définissent, dans une large mesure, la durabilité de l’exploitation. L’aquaponie (tout comme la RAS) exige une nutrition optimale pour les poissons, et les aliments pour poissons doivent être constitués de matériaux durables d’origine locale (biologiques, végétariens, insectes). La boucle aquaponique devrait être encore fermée en digérant les boues de poisson afin de réutiliser les éléments nutritifs du système aquaponique, ou en élevant des vers rouges et/ou des insectes sur les résidus végétaux et en les utilisant pour l’alimentation des poissons, les boues de poisson résiduelles et les déchets végétaux étant compostés. L’objectif est de parvenir à un concept zéro déchet sur la ferme afin de réduire l’empreinte carbone. Des études sur les émissions de gaz à effet de serre pourraient compléter ce tableau. Enfin, la possibilité d’utiliser de nouveaux organismes en aquaponie (par exemple, les plantes aquatiques, les poissons marins, les algues et les algues, les crustacés, etc.) devrait être étudiée plus avant afin d’élargir le cycle écologique. Les nouveaux produits aquacoles et végétaux pourraient également avoir des répercussions sur la viabilité économique de la technologie, comme le montre la section suivante.

Recherche socio-économique

À l’heure actuelle, l’aquaponie est un secteur commercial de petite taille mais émergent. Bien que la production alimentaire soit l’objectif fondamental de l’opération, elle est souvent associée au tourisme et à l’éducation afin d’améliorer la rentabilité. En raison de son approche transversale technologique relativement nouvelle, l’aquaponie n’a pas de statut juridique clair dans les réglementations en vigueur en Europe (Joly et al. 2015). Alors qu’aux États-Unis, les produits aquaponiques peuvent être certifiés biologiques, cela n’est actuellement pas possible en Europe parce que l’aquaponie implique une production végétale sans sol et des RAS, qui ne sont pas autorisés par la réglementation biologique de l’UE.

Malgré le potentiel de l’aquaponie en tant que technologie de production alimentaire, il reste encore des questions en suspens. Comme nous l’avons montré plus haut, l’aquaponie est un sujet important dans les médias sociaux, mais on en sait peu sur la connaissance et l’acceptation des consommateurs, qui doivent être comprises dans différents contextes culturels et commerciaux. En général, nous ne savons pas assez comment les avantages en matière de durabilité de l’aquaponie devraient être communiqués aux consommateurs par rapport à la qualité des produits tels que le goût, la fraîcheur, la santé et le prix (Newman et al. 2014).

Jusqu’à présent, la plupart des recherches sur l’aquaponie se sont concentrées sur le développement d’installations fonctionnelles. Une façon d’améliorer la rentabilité pourrait être d’améliorer l’efficacité. L’utilisation efficace des sources d’énergie alternatives, de l’eau et du recyclage des effluents organiques permettra d’économiser sur les coûts de production, mais il faut les évaluer en fonction des coûts d’investissement plus élevés. Pour accroître la production commerciale, de nouveaux modèles commerciaux doivent également être développés en fonction des idées émergentes des économies circulaires et locales, mais la gestion des interfaces accroît la complexité. Ici, les questions relatives aux conditions-cadres des coûts d’exploitation, à la logistique locale et aux déterminants du comportement d’achat de légumes et de poissons devront être abordées. Outre l’amélioration de l’efficacité technologique, il y a aussi des problèmes de gestion opérationnelle, et il pourrait être intéressant d’explorer de nouvelles variétés de cultures sensibles aux transports afin d’obtenir un prix de marché suffisamment élevé en évitant la concurrence avec l’horticulture spécialisée. Cependant, la combinaison d’une nouvelle technologie avec de nouveaux produits accroît également l’incertitude entrepreneuriale.

L’aquaponie est particulièrement utile pour les éducateurs : même un petit système de classe offre un large éventail de possibilités d’enseignement à différents niveaux, de l’école primaire à l’université (voir chapitre 15). L’aquaponie peut facilement être intégrée à toutes les disciplines des STIM (sciences, technologie, ingénierie et mathématiques), non seulement pour démontrer les principes biologiques et écologiques de base, mais aussi la chimie, la physique et les mathématiques. Une variété de compétences et de compétences peuvent être acquises en exploitant des systèmes aquaponiques, comme les compétences de base en laboratoire, le travail d’équipe, l’éthique environnementale, pour n’en nommer que quelques-unes. L’ampleur des aspects socio-économiques décrits ici montre que l’aquaponie ne pourra s’épanouir qu’avec une large collaboration entre plusieurs acteurs clés supplémentaires, au-delà des scientifiques et des ingénieurs en sciences naturelles. Il pourrait s’agir, par exemple, (i) de concepteurs et d’architectes pour fournir des conceptions esthétiquement agréables ; (ii) de spécialistes des sciences sociales pour aider à comprendre les perceptions et l’acceptation de l’aquaponie auprès d’un public plus large ; et (iii) de scientifiques de la santé et de la nutrition à explorer comment les produits aquaponiques pourraient être incorporés dans les régimes alimentaires en tant que nourriture saine et produite de manière durable. Des boucles de rétroaction destinées aux concepteurs de systèmes et aux physiologistes des plantes et des poissons doivent également être développées afin d’améliorer les systèmes en ce qui concerne la demande des consommateurs, la durabilité et la valeur nutritive des produits.

*Copyright © Partenaires du projet Aqu @teach. Aqu @teach est un partenariat stratégique Erasmus+ dans l’enseignement supérieur (2017-2020) dirigé par l’Université de Greenwich, en collaboration avec l’Université des sciences appliquées de Zurich (Suisse), l’Université technique de Madrid (Espagne), l’Université de Ljubljana et le Centre biotechnique Naklo (Slovénie) . *