Aqu @teach : Connexions, mouvement de l'eau et aération

Plomberie

Les tuyaux en PVC sont le plus couramment utilisés pour la plomberie. Ils sont disponibles dans de nombreuses tailles standard, sont rentables, faciles à couper et à adapter à une large gamme d’adaptateurs et de connecteurs, et ils durent généralement longtemps. D’autres matériaux pourraient également être utilisés, mais ils doivent être sans danger pour le poisson et les plantes, ainsi que pour la production alimentaire. Quelques conseils généraux sur les tuyaux :

• les tuyaux doivent être « juste » - si les tuyaux sont trop petits, il y aura un problème avec les fuites, et s’ils sont trop gros, les solides ne seront pas évacués parce que la pression de l’eau sera trop basse

• les tuyaux flexibles doivent être évités afin de réduire les risques d’écoulement de l’eau et les risques de biosalissure. La salissure biologique ou l’encrassement biologique est l’accumulation de micro-organismes, de plantes, d’algues ou d’animaux sur des surfaces humides (< https://en.wikipedia.org/wiki/Biofouling >).

• les connexions entre les différents composants du système doivent être aussi courtes et aussi droites que possible. Cela permet un mouvement plus fluide de l’eau. Chaque courbe ou boucle représente un obstacle à la fluidité de l’eau.

Débit d’eau et pompes

Une fois que les composants aquaponiques sont connectés et remplis d’eau, l’eau doit maintenir un niveau constant et égal dans tous les composants. Cependant, comme elle doit circuler, l’eau doit être déplacée par gravité ou par pompage. La conception des systèmes hydrauliques suit l’exemple du chapitre 2. Après avoir dessiné un diagramme de processus, chaque tuyau doit être dimensionné au stade de la conception détaillée, le diamètre choisi en fonction du débit volumique et de la vitesse d’écoulement (calculé précédemment), et défini par la longueur, les raccords et les coudes/coudes. Les pertes de frottement doivent alors être calculées. Ces pertes de frottement doivent être compensées par une différence de pression d’eau entre les différentes hauteurs du niveau d’eau. Le pompage ne doit être effectué qu’en un seul point de l’ensemble du flux de recirculation (avec deux pompes découplées en parallèle) pour garantir des conditions d’écoulement stables.

La pompe est un composant extrêmement important du système aquaponique car elle assure une circulation fiable de l’eau dans tout le système. L’eau doit être recyclée pour fournir aux micro-organismes et aux plantes les nutriments nécessaires et pour fournir aux poissons un environnement exempt de composants nocifs. Une pompe inadéquate ou peu fiable peut entraîner un apport insuffisant ou excessif en nutriments, ce qui peut nuire aux bactéries, aux poissons et aux plantes. Le manque de recirculation, ou la recirculation trop rapide ou trop lente, affectera rapidement toute vie dans le système aquaponique.

Il existe une large gamme de pompes sur le marché, mais elles peuvent être divisées en deux catégories principales : les pompes submersibles ou les pompes en ligne (centrifuges). Les pompes submersibles sont immergées dans l’eau du réservoir, ce qui aide à les garder au frais. Ils sont généralement moins efficaces que les pompes en ligne et conviennent mieux aux systèmes plus petits. Les pompes en ligne ou centrifuges sont des pompes à refroidissement par air et sont situées à l’extérieur du réservoir. Ils peuvent avoir des moteurs plus puissants capables de pomper de grandes quantités d’eau.

Lors du dimensionnement de la pompe pour le système aquaponique, il faut d’abord déterminer le débit, c’est-à-dire la quantité d’eau que la pompe peut déplacer sur une période donnée. Il est généralement mesuré en litres par minute ou en litres par heure. La pompe doit être capable de recirculer tout le volume d’eau dans le système. Cela peut varier de 3 fois par heure dans les systèmes très intensifs à seulement quelques fois par jour dans les systèmes étendus. Il n’y a pas de règle empirique. La seule façon de calculer le taux de recirculation de l’eau requis est de calculer correctement le débit massique (voir l’exercice 7). Généralement, il est préférable d’acheter une pompe plus puissante car elle permettra des ajustements de débit. Cependant, de telles pompes sont coûteuses.

Afin de dimensionner votre pompe, il est également important de calculer la hauteur de la tête en calculant toutes les pertes de tête décrites dans l’exercice 7. Cette perte de tête doit être compensée par la différence de niveau d’eau, qui sera égale à la hauteur des deux niveaux d’eau que la pompe doit soulever l’eau entre les deux. Normalement, le réservoir de poissons et le lit de croissance seront à différents niveaux. Plus la distance est grande ou plus la tête est grande, plus il faut d’énergie pour pomper l’eau. Tout ce qui peut être fait pour minimiser la tête rendra l’ensemble du système plus efficace.

La dernière étape pour déterminer la bonne taille de la pompe consiste à combiner le débit et la hauteur de la tête. Généralement, la plupart des pompes sont accompagnées d’un tableau qui combine le débit et la hauteur de la tête. Si ce n’est pas le cas, le débit maximal (Qmax) et la hauteur de pompage maximale (Hmax) sont généralement indiqués. Si vous n’avez pas de schéma de pompe, vous avez supposé que la pompe a son efficacité de pompage optimale autour de Hmax/2, qui normalement autour de Qmax/2.

Exemple de conception : Si vous devez recirculer 10 m³/h pendant 2 m, puis décidez d’abord si vous voulez utiliser une ou deux pompes. Si vous voulez utiliser deux pompes en parallèle, chaque pompe doit pomper 5 m³/h pendant 2 m, y compris les pertes de frottement dans le tuyau de pompage. Vous avez donc besoin de deux pompes, chacune avec Hmax = 4 m et Qmax = 10 m³.

Le coût de l’énergie utilisée pour faire fonctionner la pompe est une partie importante de la structure de coût pour l’exécution d’un système aquaponique. Il est donc important de connaître la consommation électrique de la pompe que vous prévoyez d’acheter, ce qui signifie connaître le nombre de watts que la pompe utilise. La pompe idéale fera le travail tout en utilisant la plus petite quantité d’énergie possible. Lors de l’achat d’une pompe, n’oubliez pas d’acheter également une pompe de secours au cas où la première tombe en panne, ou de faire fonctionner le système avec deux pompes en parallèle (fortement recommandé) et d’avoir une pompe de secours.

Régulation du débit d’eau et du niveau d’eau

La vitesse d’écoulement cible dans les tuyaux est d’environ 0,7 à 1 m/s. Si elle est inférieure à 0,7 m/s, il y a un risque de dépôt de boues, alors qu’à plus de 1 m/s, il y a une perte inutile d’énergie par frottement. Le débit d’eau dans le système peut être ajusté en installant :

• une pompe où le débit peut être régulé

• une vanne de régulation

• une minuterie électrique connectée à la pompe

• un régulateur de niveau d’eau avec ou sans capteur de niveau d’eau

Dans les systèmes aquaponiques, en particulier dans les systèmes de lit de culture médiatique, un siphon cloche est largement utilisé pour la régulation du débit d’eau et du niveau. Les siphons cloches permettent à l’eau du lit de croissance d’être automatiquement drainée dans le réservoir à poissons et la pompe prend ensuite l’eau du réservoir à poissons dans le lit de croissance. En plus de la régulation automatique de l’eau qui permet d’économiser beaucoup de temps et d’efforts, les siphons cloches présentent plusieurs autres avantages lorsqu’ils sont utilisés avec des systèmes aquaponiques :

• plus d’aération pour les racines des plantes

• mouvement constant et constant de l’eau

• le processus est automatique

• assure une efficacité maximale

• simple et fiable

Il existe d’autres façons simples de réguler le niveau d’eau en utilisant des cloisons, des bornes ou des siphons en boucle (Castelo 2018).

Problèmes avec le mouvement de l’eau

Si l’eau ne circule pas ou si le débit est réduit, il peut y avoir plusieurs raisons, par exemple :

• la pompe ne fonctionne pas

• les hélices de la pompe sont abrasées/endommagées par le sable/les milieux de culture

• il n’y a pas assez d’eau dans le système

• les bulles d’air ont perturbé le flux d’eau

• les tuyaux sont bouchés

• il y a des poissons morts dans les tuyaux

Pertes d’eau et réserves d’eau

Une certaine quantité d’eau sera inévitablement perdue du système à cause de l’évapotranspiration. Les principaux problèmes sont les pertes d’eau dues à des fuites (qui sont causées par le colmatage) ou les pannes de la pompe. Il faut être conscient que chaque trou, chaque joint, chaque raccord de tuyau et chaque dommage mécanique est un danger potentiel qui peut causer une fuite. Cependant, si la tuyauterie est conçue correctement et correctement scellée/collée, cela ne devrait pas être un problème. Il est impératif de tester le débit d’eau lors du démarrage du système pour s’assurer qu’il n’y a pas de fuites.

Considérez également ce qui se passera si la pompe cesse de fonctionner ou s’il y a une panne de courant. Où va couler l’eau ? La conception appropriée des systèmes comprend un volume tampon au niveau le plus bas du système (habituellement le puisard de la pompe) pour stocker toute l’eau débordant à partir des points plus élevés du système. S’ils sont bien conçus, les bassins à poissons perdront entre 5 et 10 cm de profondeur qui peut être stockée par le volume de rechange du puisard de la pompe et du biofiltre. C’est la raison pour laquelle le biofiltre et le puisard de la pompe semblent généralement assez vides dans un système bien conçu. Il faut installer des alarmes appropriées et, mieux encore, des méthodes pour allumer automatiquement les pompes de secours, connectées à un générateur électrique. L’eau perdue doit être rechargée tous les jours (1,5 % pendant le fonctionnement normal, les défaillances ne sont pas incluses). Un réservoir de puisard d’un volume suffisant est donc nécessaire, ou un raccordement très fiable à une autre source d’eau.

*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) . *