Techniques de culture en eau
La méthode DWC consiste à suspendre les plantes dans des feuilles de polystyrène, leurs racines étant suspendues dans l’eau (figures 4.68 et 4.69). Cette méthode est la plus courante pour les grands aquaponiques commerciaux qui cultivent une culture spécifique (habituellement la laitue, les feuilles de salade ou le basilic, figure 4.70), et convient mieux à la mécanisation. À petite échelle, cette technique est plus compliquée que les lits médiatiques et peut ne pas convenir à certains endroits, surtout lorsque l’accès aux matériaux est limité.
Dynamique du débit d’eau
La dynamique du débit d’eau dans DWC est presque identique à celle d’un TVN. L’eau s’écoule par gravité du réservoir à poissons, à travers le filtre mécanique, et dans le biofiltre/puisard combiné. À partir du puisard, l’eau est pompée dans deux directions à travers un connecteur « Y » et des vannes. Une partie de l’eau est pompée directement dans le réservoir à poissons. L’eau restante est pompée dans le collecteur, qui distribue l’eau de façon équivalente à travers les canaux. L’eau coule, encore par gravité, à travers les canaux de croissance où les plantes sont situées et sortent de l’autre côté. À la sortie des canaux, l’eau est retournée dans le biofiltre/puisard, où elle est ensuite pompée soit dans le bassin à poissons, soit dans les canaux. L’eau qui pénètre dans le réservoir provoque le débordement du réservoir à poisson à travers le tuyau de sortie et à nouveau dans le filtre mécanique, complétant ainsi le cycle.
Cette configuration « Figure 8 » décrit le chemin de l’eau vu dans le système DWC. Comme dans le TVN, l’eau circule à travers le filtre mécanique et le biofiltre avant d’être pompée dans le réservoir à poissons et les canaux végétaux. L’un des inconvénients de cette configuration réside dans le fait que la combinaison puis/biofiltre renvoie une partie de l’eau de l’effluent des canaux de la centrale vers les usines. Cependant, contrairement au TVN où les nutriments contenus dans le petit film d’eau qui coule au niveau des racines s’épuisent rapidement, le volume important d’eau contenu dans les canaux DWC permet aux plantes d’utiliser des quantités considérables d’éléments nutritifs. Une telle disponibilité des éléments nutritifs suggérerait également des conceptions différentes du système. Une distribution en série de l’eau le long des canaux DWC peut être réalisée en utilisant simplement une configuration « cascade » avec une seule entrée desservant le réservoir le plus éloigné. Dans ce cas, la sortie d’un réservoir serait l’entrée du réservoir successif, et l’augmentation du débit d’eau aiderait les racines à accéder à un flux plus élevé de nutriments.
Dans le système DWC illustré à la figure 4.68, l’eau est pompée à partir du réservoir de biofiltre dans des canaux dont les feuilles de polystyrène flottent sur le dessus supportant la plante. Le débit de l’eau entrant dans chaque canal est relativement faible. Généralement, chaque canal a 1 à 4 heures de temps de rétention. Le temps de rétention est un concept similaire au taux de rotation, et fait référence au temps qu’il faut pour remplacer toute l’eau dans un récipient. Par exemple, si le volume d’eau d’un canal est de 600 litres et que le débit d’eau entrant dans le contenant est de 300 litres/h, le temps de rétention est de 2 heures (600 litres ÷ 300 litres/h).
Filtration mécanique et biologique
La filtration mécanique et biologique dans les unités DWC est la même que dans les unités NFT décrites à la section 4.4.2.
DWC cultiver des canaux, la construction et la plantation
Les canaux peuvent être de longueur variable, de un à des dizaines de mètres (figure 4.71). En général, leur longueur n’est pas un problème, comme on le voit dans le TVN, parce que le grand volume d’eau permet un approvisionnement suffisant en nutriments. Une nutrition optimale des plantes dans les canaux très longs devrait toujours permettre un apport d’eau suffisant et une réoxygénation suffisante pour s’assurer que les nutriments ne sont pas épuisés et que les racines peuvent respirer. En ce qui concerne la largeur, il est généralement recommandé d’être la largeur standard d’une feuille de polystyrène, mais il peut s’agir de multiples de cela. Cependant, les canaux plus étroits et plus longs permettent une vitesse d’eau plus élevée qui peut toucher les racines avec des flux plus importants de nutriments. Le choix de la largeur devrait également
tenir compte de l’accessibilité par l’opérateur. La profondeur recommandée est de 30 cm pour permettre un espace suffisant pour les racines de la plante. Comme dans les bassins à poissons, les canaux peuvent être fabriqués à partir de n’importe quel matériau inerte puissant qui peut contenir de l’eau. Pour les petites unités, les matériaux les plus populaires incluent les contenants en plastique IBC fabriqués ou la fibre de verre. Des canaux beaucoup plus grands peuvent être construits en utilisant des longueurs de bois ou des blocs de béton recouverts de feuilles imperméables de qualité alimentaire. Si vous utilisez du béton, assurez-vous qu’il est scellé à l’aide d’un scellant étanche non toxique pour éviter que des minéraux toxiques potentiels ne soient lessivés du béton dans l’eau du système.
Comme mentionné ci-dessus, le temps de rétention pour chaque canal d’une unité est de 1 à 4 heures, quelle que soit la taille réelle du canal. Cela permet une reconstitution adéquate des nutriments dans chaque canal, bien que le volume d’eau et la quantité de nutriments dans les canaux profonds soient suffisants pour nourrir les plantes sur de plus longues périodes. La croissance des plantes bénéficiera certainement d’un débit plus rapide et d’une eau turbulente parce que les racines seront touchées par beaucoup plus d’ions, tandis que des débits plus lents et une eau presque stagnante auraient un impact négatif sur la croissance des plantes.
L’aération des unités DWC est essentielle. Dans un canal densément planté, la demande en oxygène pour les plantes peut faire chuter les niveaux d’OD en dessous du minimum. Toute décomposition des déchets solides présents dans le canal exacerberait ce problème et diminuerait encore davantage l’OD. Ainsi, l’aération est nécessaire. La méthode la plus simple consiste à placer plusieurs petites pierres d’air dans les canaux (Figure 4.72).
Les pierres d’air devraient libérer environ 4 litres d’air par minute, et être disposées tous les 2-4 m2 de la zone du canal. De plus, des siphons Venturi (voir section 4.2.5) peuvent être ajoutés aux conduites d’entrée d’eau pour aérer l’eau lorsqu’elle pénètre dans le canal. Enfin, la méthode Kratky de DWC peut être utilisée (Figure 4.73). Dans cette méthode, un espace de 3-4 cm est laissé entre le polystyrène et le plan d’eau à l’intérieur du canal. Cela permet à l’air de circuler autour de la partie supérieure des racines de la plante. Cette approche élimine le besoin de calculs d’air dans le canal car des quantités suffisantes d’oxygène dans l’air sont fournies aux racines. Un autre avantage de cette méthode est l’évitement du contact direct des tiges de la plante avec de l’eau, ce qui réduit les risques de maladies des plantes dans la zone du col. De plus, l’augmentation de la ventilation due à l’augmentation de l’espace aérien favorise la dissipation de la chaleur par l’eau, ce qui est idéal dans les climats chauds
Ne pas ajouter dans les canaux de poissons qui pourraient manger les racines des plantes, par exemple les poissons herbivores tels que le tilapia et la carpe. Cependant, certaines petites espèces de poissons carnivores, comme les guppies, les mollies ou les moustiques, peuvent être utilisées avec succès pour gérer les larves de moustiques, ce qui peut devenir une énorme nuisance pour les travailleurs et les voisins dans certaines régions.
Les feuilles de polystyrène doivent avoir un certain nombre de trous percés pour s’adapter aux gobelets (ou cubes d’éponge) utilisés pour soutenir chaque plante (figure 4.74). La quantité et l’emplacement des trous sont dictés par le type de légume et la distance désirée entre les plantes, où les plantes plus petites peuvent être espacées plus étroitement. L’annexe 8 contient des détails précis et des conseils utiles sur la façon de percer les trous.
Les semis peuvent être initiés dans une pépinière spécialisée (voir section 8.3) dans des blocs de sol ou dans un milieu sans sol. Une fois que ces semis sont assez grands pour être manipulés, ils peuvent être transférés dans des gobelets en filet et plantés dans l’unité DWC (Figure 4.75). L’espace restant dans la coupe de filet doit être rempli de milieux hydroponiques, tels que du gravier volcanique, de la laine de roche ou du LECA, pour soutenir le semis. Il est également possible de planter une graine directement dans les gobelets en filet sur le support. Cette méthode est parfois recommandée si les graines de légumes sont accessibles car elle évite le choc de la greffe pendant la replantation. Lors de la récolte, assurez-vous d’enlever la plante entière, y compris les racines et les feuilles mortes, du canal. Après la récolte, les radeaux doivent être nettoyés mais pas laissés sécher afin d’éviter de tuer les bactéries nitrifiantes sur la surface submergée du radeau. Les unités à grande échelle devraient nettoyer les radeaux avec de l’eau pour éliminer la saleté et les résidus végétaux et immédiatement repositionner dans les canaux pour éviter tout stress pour les bactéries nitrifiantes.
Cas spécial DWC : faible densité de poissons, pas de filtres
Les unités DWC aquaponic peuvent être conçues qui ne nécessitent pas de filtration externe supplémentaire (Figure 4.76). Ces unités ont une très faible densité d’ensemencement de poissons (c.-à-d. 1 à 1,5 kg de poisson par m3 de réservoir à poissons), puis dépendent principalement de l’espace racinaire de la plante et de la zone intérieure des canaux comme surface pour abriter les bactéries nitrifiantes. Des grilles simples capturent les gros déchets solides, et les canaux servent de réservoirs de décantation pour les déchets fins. L’avantage de cette méthode est la réduction des investissements économiques initiaux et des coûts en capital, tout en éliminant le besoin de contenants et de matériaux filtrants supplémentaires, qui peuvent être difficiles et coûteux à trouver dans certains endroits. Toutefois, des densités d’ensemencement réduiront la production de poissons. Dans le même temps, de nombreuses entreprises aquaponiques réalisent la grande majorité de leurs profits sur le rendement des plantes plutôt que sur la production de poissons, essentiellement en utilisant le poisson comme source de nutriments. Souvent, cette méthode nécessite une supplémentation en nutriments pour assurer la croissance des plantes. Si l’on considère cette méthode, il vaut la peine d’évaluer la production de poissons et de plantes désirées et de tenir compte des coûts et des gains relatifs.
Dynamique du débit d’eau
La principale différence entre les deux modèles (stockage élevé de poissons par rapport à faible densité) est que la conception à faible densité n’utilise aucun des contenants de filtration externes, mécaniques ou biologiques. L’eau s’écoule par gravité de l’aquarium directement dans les canaux DWC, en passant par un treillis très simple. L’eau est ensuite retournée dans un puisard et pompée dans les bassins à poissons, ou directement dans les bassins à poissons sans puisard. L’eau des bassins à poissons et des canaux est aérée à l’aide d’une pompe à air. Les déchets de poisson sont décomposés par des bactéries nitrifiantes et minéralisantes vivant à la surface des racines de la plante et sur les parois du canal.
La densité d’ensemencement des poissons est un continuum, allant de très faibles densités qui n’ont pas besoin de filtres jusqu’à des densités très élevées nécessitant des filtres externes dédiés. Une solution simple pour obtenir une minéralisation et une biofiltration supplémentaires et éviter l’accumulation de déchets solides au fond des canaux consiste à combiner le simple grillage avec un panier de petits pois gravier ou de boules d’argile positionnées juste au-dessus du niveau de l’eau où l’eau sort de l’aquarium. Le panier agirait comme un filtre filtrant avec son milieu piégeant et minéralisant les solides. L’eau qui tombe du panier ajouterait également de l’oxygène grâce à son effet d’éclaboussures. En outre, l’utilisation de gravier de pois aurait une action tampon contre l’acidification de l’eau après la nitrification. Une autre option peut inclure un biofiltre interne dans le réservoir à poisson, composé d’un simple sac en maille de matériau biofiltre près d’une pierre à air. Cela peut aider à assurer une biofiltration adéquate sans augmenter le coût des biofiltres externes. Enfin, l’augmentation du volume global d’eau sans augmenter la densité d’ensemencement des poissons, en utilisant essentiellement de grands bassins à poissons pour peu de poissons, peut aider à atténuer les problèmes de qualité de l’eau en diluant les déchets et en veillant à ce que l’agriculteur ait suffisamment de temps pour réagir aux changements avant que les poissons ne deviennent stressés, bien que cela puisse diluer les nutriments disponibles et entraver la croissance des légumes.
La plus faible densité des poissons signifie également que le débit d’eau peut être plus faible. Une pompe plus petite peut être utilisée, ce qui réduit le coût, mais s’assure qu’au moins la moitié du volume total du réservoir de poisson est échangée par heure. En fait, certains chercheurs ont réussi à retirer la pompe électrique ensemble et à s’appuyer sur le travail manuel pour faire circuler l’eau deux fois par jour. Cependant, ces systèmes dépendent entièrement d’une aération adéquate. Outre ces différences, les recommandations pour la construction de bassins à poissons et de canaux DWC s’appliquent à cette méthode de faible densité d’ensemencement.
Gestion des unités à faible densité de stockage
La principale différence par rapport à la gestion des autres unités, discutée plus en détail au chapitre 8, est la densité d’ensemencement plus faible. La densité de stockage suggérée pour ces types de systèmes est de 1 à 5 kg/m3 (comparativement à 10 à 20 kg/m3 pour les autres systèmes dans le présent manuel). Auparavant, il a été suggéré que l’équilibre entre le poisson et les plantes suit le taux d’alimentation, ce qui aide à calculer la quantité d’aliments pour poissons entrant dans le système compte tenu d’une superficie de culture définie pour les plantes. Ces unités à faible densité d’ensemencement suivent toujours le rapport de débit journalier suggéré de 40-50 g/m2, mais devraient se situer vers l’extrémité inférieure. Une technique utile est de permettre aux poissons de se nourrir pendant 30 minutes, 2-3 fois par jour, puis d’enlever tous les aliments non consommés. La suralimentation entraînera une accumulation de déchets dans les bassins à poissons et les canaux, ce qui entraînera des zones anoxiques, de mauvaises conditions de croissance, des maladies et un stress chez les poissons et les plantes. Toujours, mais surtout lorsque vous utilisez cette méthode sans filtre, assurez-vous de surveiller de près les conditions de qualité de l’eau et de réduire l’alimentation si des niveaux élevés d’ammoniac ou de nitrite sont détectés.
Avantages et inconvénients de la faible densité de stockage
Le principal avantage est une unité plus simple. Ce système est plus facile à construire et moins cher à commencer, ayant des coûts d’investissement plus faibles. Les poissons sont moins stressés parce qu’ils sont cultivés dans des conditions plus spacieuses. Dans l’ensemble, cette technique peut être très utile pour les projets initiaux à faible capital. Ces systèmes peuvent être très utiles pour cultiver des poissons de grande valeur, comme des poissons d’ornement, ou des cultures spécialisées, comme des herbes médicinales, où la production inférieure est compensée par une valeur plus élevée.
Cependant, un grave inconvénient est que ces unités sont difficiles à augmenter. Moins de plantes et de poissons sont cultivés dans une zone donnée, de sorte qu’ils sont moins intensifs que certains des systèmes décrits précédemment. Pour produire une grande quantité de nourriture, ces systèmes deviendraient prohibitifs. Essentiellement, les filtres mécaniques et biofiltres externes permettent à l’aquaponie d’être très intensif dans une petite zone.
De plus, la production de poissons ne peut pas fonctionner indépendamment de la composante hydroponique ; les plantes doivent se trouver dans les canaux en tout temps. Les racines des plantes fournissent la zone de croissance des bactéries, et sans ces racines, la biofiltration ne serait pas suffisante pour garder l’eau propre pour les poissons. S’il était nécessaire de récolter toutes les plantes en même temps, ce qui peut survenir lors d’éclosions de maladies, de changements de saison ou d’événements climatiques majeurs, la réduction de la biofiltration entraînerait un stress élevé en ammoniac et en poisson. D’autre part, avec des filtres mécaniques et biofiltres externes, la production de poissons peut se poursuivre sans l’hydroponique comme RAS standard.
*Source : Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus et Alessandro Lovatelli, production alimentaire aquaponique à petite échelle, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproduit avec permission. *