Aqu @teach : Introduction à la surveillance

Paramètres scientifiques

Un paramètre scientifique est une caractéristique définissable ou mesurable ou une valeur, sélectionnée à partir d’un ensemble de données. Une variable est tout facteur, trait ou condition qui peut exister dans des quantités ou des types différents. En science expérimentale, il existe habituellement trois types de variables : 1) indépendantes, 2) dépendantes et 3) contrôlées. La variable indépendante** est celle que l’expérimentateur modifie afin de mesurer ou d’observer une réponse ou un effet. La variable dépendante** est la réponse mesurée aux modifications apportées à la variable indépendante. Les variables contrôlées sont les variables qui sont maintenues constantes dans une expérience.

Illustrons ces variables avec une expérience imaginaire utilisant un système aquaponique. Nous nous intéressons à la façon dont la masse totale de poissons affecte la production d’ammoniac dans la cuve reliée à l’unité hydroponique. La concentration d’ammoniac sera mesurée en g/L dans l’aquarium ainsi que dans l’unité hydroponique. La quantité et le taux d’alimentation resteront constants, tandis que la masse totale des poissons variera en fonction de l’ajout de poissons dans l’aquarium. Dans cette expérience imaginaire, la masse totale des poissons est la variable indépendante (c’est ce que nous changeons), et la concentration d’ammoniac est la variable dépendante (c’est ce qui nous intéresse — c’est ce que nous mesurons en réponse à la variation de la masse des poissons). Les variables, telles que la quantité d’aliments, le taux d’alimentation, les intervalles de temps entre l’alimentation et la variation de la masse totale des poissons, la température de l’eau dans le bassin et dans l’unité hydroponique, la surface du biofiltre, le nombre de plantes dans l’unité hydroponique, etc., doivent être maintenues constantes afin de ne mesurent que l’effet de la variation de la masse totale des poissons sur la production d’ammoniac, et ce sont donc les variables contrôlées.

Il est important de noter que les expériences scientifiques (ou les mesures du même paramètre dans la surveillance) sont effectuées en multiples, généralement en trois exemplaires, afin de valider les données empiriques ou les résultats observés. Trois réplications suffisent généralement pour exclure les valeurs aberrantes potentielles (si les deux autres mesures sont d’accord). Une moyenne (en statistique appelée moyenne arithmétique) de ces mesures est ensuite prise afin d’améliorer la précision du résultat. L’écart type (ÉD) des trois répétitions devrait également être calculé afin de rendre compte de la variabilité entre les données. Un écart type faible est préférable. N’oubliez pas d’inclure des unités dans vos mesures. Les équations pour le calcul de la moyenne arithmétique et de l’écart-type sont présentées ci-dessous :

Où : $ \ bar {x} $ = moyenne arithmétique

$_1, _2, _3, _n$ = valeurs individuelles dans l’ensemble de données = le nombre de points de données dans l’ensemble (le nombre de valeurs ‘x’)

Où :

= écart-type

σ = symbole de sommation

= chaque valeur individuelle dans l’ensemble de données

= la moyenne arithmétique

= le nombre de points de données dans l’ensemble (le nombre de valeurs ‘x’)

Pourquoi surveiller ?

La nécessité d’un suivi en aquaponie découle de deux points de vue : législation et gestion. Le caractère holistique de l’aquaponie signifie qu’elle relève de plusieurs catégories législatives différentes en ce qui concerne la politique au niveau de l’UE. La politique commune de la pêche (PCP) et la politique agricole commune politique (PAC), ainsi que les politiques relatives à la sécurité alimentaire, à la santé et au bien-être des animaux, à la protection des végétaux et à la législation environnementale, entre autres, peuvent tous s’appliquer, en fonction des caractéristiques opérationnelles du système. Les lois et règlements qui doivent être respectés lors de la production aquaponique comprennent, sans s’y limiter :

• Directive-cadre sur l’eau (2000/60/CE) (DCE) — Entre autres choses, la DCE fixe les règles de surveillance, d’échantillonnage et d’analyse des rejets d’effluents dans les cours d’eau. Elle oblige également les États membres à mettre en place des régimes de surveillance dans leur pays, qui comprennent souvent des inspections sur les sites de rejet pour analyser les effluents

• Directive sur les nitrates (91/676/CEE) précise les limites des paramètres des effluents pouvant être rejetés

• Réglementation en matière de sécurité alimentaire, qui sera traitée plus en détail dans Chapitre 10 de ce manuel

• Réglementation du bien-être des animaux et de la santé des poissons, telle que Directive 91/496/CEE, qui fixe les principes régissant l’organisation des contrôles vétérinaires pour les animaux entrant dans l’UE en provenance de pays tiers

Dans la plupart des pays, une aide sera disponible auprès des organismes gouvernementaux pour maintenir les agriculteurs aquaponiques en conformité avec la loi, et ils devraient donc demander aux autorités compétentes des informations complètes sur leur situation particulière (Joly 2018).

La surveillance régulière des paramètres est un élément indispensable de la gestion, du fonctionnement et de l’entretien du système aquaponique. La surveillance de la qualité de l’eau et de la santé des poissons et des plantes indiquera dans quelle mesure le système fonctionne et présente d’importants avantages en termes de coûts. La tenue de bons registres de vos mesures peut grandement aider à observer les tendances et à diagnostiquer les problèmes futurs. Il est important d’enregistrer toutes vos lectures. Des paramètres tels que l’ammoniac, le nitrite, l’oxygène dissous et le pH peuvent indiquer si le système est sous-performant.

L’identification du paramètre problématique (c’est-à-dire en dehors de la plage désirée) aide l’opérateur à résoudre le problème rapidement et à rétablir le fonctionnement du système aquaponique à des niveaux optimaux, ce qui entraînera le rendement le plus élevé de poissons et de plantes.

Différentes approches de surveillance

Les méthodes de surveillance pour tester la qualité de l’eau aquaponique vont de très simples et peu coûteuses à complexes et impliquant un équipement analytique coûteux. L’approche la plus simple et la moins chère consiste à utiliser des bandelettes de test, que vous immergez dans l’eau. Ceux-ci contiennent un réactif qui change de couleur lorsqu’il entre en contact avec l’eau. L’intensité de cette réaction peut être comparée à la palette de couleurs fournie avec la trousse, qui donnera ensuite une mesure relativement précise de ce qui est testé. Ces kits sont souvent bon marché et simples à utiliser, bien qu’ils soient un matériau consommable, les stocks devront être constamment réapprovisionnés. Cependant, ceux-ci ne peuvent généralement être utilisés que pour une gamme limitée. Par exemple, certaines bandelettes d’essai pour le pH ne fonctionnent que dans une plage de pH comprise entre 5 et 8. Si le pH dans le système aquaponique tombe en dehors de cette plage (au-dessous de 5 ou plus de 8), les bandelettes d’essai peuvent donner de faux résultats.

Le niveau suivant en termes de complexité et de coût est celui des essais à l’aide de réactifs chimiques et d’un diagramme de couleurs. Ici, l’échantillon est mis dans un petit tube à essai et des gouttes de réactifs sont ajoutées selon les instructions. Une réaction se produit et la couleur de la solution dans le tube à essai est comparée au nuancier fourni avec le kit. Le prix de ces tests varie. Une version plus précise et avancée de ces tests mesure la couleur à l’aide de spectrophotomètres.

La spectrométrie est une méthode d’analyse quantitative qui utilise l’absorption de la lumière. Habituellement, un échantillon d’eau est centrifugé pour enlever les solides en suspension et un réactif spécifique à l’essai désiré est ajouté. Celle-ci est ensuite placée à l’intérieur d’un spectrophotomètre pour analyse. La lecture donnée par le spectrophotomètre peut alors être reliée à des courbes standard connues pour ce paramètre chimique particulier pour donner une concentration. Certains fabricants fournissent également des kits d’essai pour une analyse plus rapide, sans avoir besoin d’utiliser des courbes d’étalonnage, et ceux-ci sont disponibles pour un large éventail de paramètres de qualité de l’eau.

L’approche la plus avancée et la plus coûteuse en matière de surveillance consiste à utiliser des sondes et des compteurs électroniques. Celles-ci existent dans des configurations à un seul paramètre ou dans des configurations à sonde monomètre multisonde. Les sondes sont connectées à un compteur électronique numérique et immergées dans l’eau. Des moniteurs en ligne continus peuvent également être installés à l’intérieur de l’aquarium, avec une sonde constamment en contact avec l’eau. Ils coûtent plus cher que les tests décrits précédemment, mais ils sont les instruments les plus précis pour la surveillance et ont la plus grande plage de mesure (Klinger-Bowen et al. 2011).

L’approche de surveillance choisie est généralement associée à la taille du système aquaponique et au niveau de productivité. Les systèmes commerciaux professionnels utilisent généralement des moniteurs en ligne continus pour l’oxygène dissous (OD), le niveau d’eau et l’alimentation électrique. D’autre part, les systèmes d’arrière-cour de loisirs reposent souvent sur les approches les plus simples et les moins chères, telles que les bandelettes d’essai, ou même simplement des inspections visuelles de la turbidité de l’eau, de l’oxygénation dans les biofiltres, de la santé des plantes et des poissons.

Classification des paramètres de surveillance

Les paramètres qui doivent être surveillés dans un système aquaponique sont la qualité de l’eau, la santé du poisson et la santé des plantes, et peuvent être classés dans les types suivants : 1) chimique, 2) physique et 3) biologique. Les paramètres chimiques ont trait à la qualité de l’eau et comprennent le pH, l’OD, l’ammoniac, le nitrite, le nitrate, la teneur en phosphore et la dureté de l’eau. Les paramètres physiques comprennent la température de l’eau et de l’air, l’humidité relative et l’intensité de la lumière UV. Les paramètres biologiques fournissent un aperçu direct de la performance du système et comprennent tout, de la masse et de la santé des poissons et des plantes, des carences en nutriments dans les plantes, de la contamination par les algues et d’autres paramètres microbiologiques. Chaque organisme d’une unité aquaponique — le poisson, les plantes et les bactéries du biofiltre — a une plage de tolérance spécifique pour chaque paramètre physico-chimique (tableau 1). Les fourchettes de tolérance sont relativement semblables pour les trois organismes, mais il y a un besoin de compromis et, par conséquent, certains organismes pourraient ne pas fonctionner à leur niveau optimal (Somerville et al. 2014a).

Tableau 1 : Gammes optimales de paramètres physio-chimiques pour les poissons (eau chaude et froide), les plantes et les bactéries nitrifiantes

L’objectif est de maintenir un écosystème sain avec des paramètres physico-chimiques ainsi que d’autres paramètres qui satisfont aux exigences de culture simultanée du poisson, des légumes et des bactéries. Dans certains cas, la qualité de l’eau devra être manipulée activement afin de répondre à ces critères et de maintenir le bon fonctionnement du système.

Fréquence de la surveillance

La fréquence de la surveillance varie en fonction du paramètre surveillé. En règle générale, les systèmes de démarrage (lors de l’ensemencement initial des plantes et des animaux) doivent être testés quotidiennement afin que les ajustements puissent être effectués rapidement en cas de besoin. Par exemple, les niveaux d’alimentation peuvent être réduits, l’aération peut être augmentée ou l’eau peut être diluée en réponse à des niveaux élevés d’ammoniac. Une fois que les cycles nutritifs sont équilibrés (après un minimum de 4 semaines sans fluctuations significatives des paramètres), la surveillance hebdomadaire est généralement suffisante pour maintenir une bonne qualité de l’eau. Toutefois, en cas de suspicion d’un problème (modification de l’apparence ou du comportement du poisson, indicateurs de carence chez les plantes), une surveillance plus fréquente de la qualité de l’eau devrait être reprise. Par conséquent, un suivi quotidien de la santé des poissons et des plantes est essentiel pour découvrir rapidement les problèmes potentiels. Il est également très important de tenir un bon registre des paramètres de surveillance, par exemple l’apparence et le comportement du poisson (normal/hors de l’ordinaire), l’apparence des plantes (aspect normal/malsain) et les paramètres chimiques de l’eau (pH, DO, ammoniac, nitrites, nitrates). De cette façon, la cause d’un problème potentiel peut être identifiée plus facilement et, au cas où le problème se reproduirait, l’amendement qui fonctionnait auparavant bien peut être rapidement mis en œuvre (Sallenave 2016 ; Somerville et al. 2014a). Un exemple de journal de données est illustré à la figure 1.

Figure 1 : Exemple de tableau du journal des données de surveillance. SS dans le tableau signifie « site d’échantillonnage »

*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) . *