Calculs et ratios des composantes

Les systèmes aquaponiques doivent être équilibrés. Les poissons (et donc les aliments pour poissons) doivent fournir des nutriments suffisants pour les plantes ; les plantes doivent filtrer l’eau pour les poissons. Le biofiltre doit être suffisamment grand pour traiter tous les déchets de poisson, et un volume d’eau suffisant est nécessaire pour faire circuler ce système. Cet équilibre peut être difficile à atteindre dans un nouveau système, mais cette section fournit des calculs utiles pour estimer la taille de chacun des composants.

Superficie de la plante, quantité de nourriture pour poissons et quantité de poisson

Le moyen le plus efficace d’équilibrer un système aquaponique consiste à utiliser le rapport de débit d’alimentation décrit à la section 2.1.4. Ce ratio est le calcul le plus important pour l’aquaponie afin que les poissons et les plantes puissent prospérer de façon symbiotique au sein de l’écosystème aquaponique.

Le ratio estime la quantité d’aliments pour poissons à ajouter chaque jour au système, et il est calculé en fonction de la superficie disponible pour la croissance des plantes. Ce ratio dépend du type de plante cultivée ; les légumes à fructification nécessitent environ un tiers plus de nutriments que les légumes à feuilles pour soutenir le développement des fleurs et des fruits. Le type d’aliment influe également sur le taux d’alimentation, et tous les calculs fournis ici supposent un aliment de poisson standard de l’industrie contenant 32 % de protéines.

| Plantes vertes feuillues | Légumes à fruitier | | — | — | | 40-50 g d’aliments pour poissons par mètre carré et par jour | 50-80 g d’aliments pour poissons par mètre carré et par jour |

La première étape recommandée dans le calcul consiste à déterminer le nombre de plantes souhaitées. En moyenne, les plants peuvent être cultivés à la densité de plantation indiquée ci-dessous (figure 8.1). Ces chiffres ne sont que des moyennes, et de nombreuses variables existent selon le type de plante et la taille de la récolte, et ne devraient donc être utilisées qu’à titre indicatif.

| Plantes vertes feuillues | Légumes à fruitier | | — | — | | 20-25 plantes par mètre carré | 4-8 plantes par mètre carré |

Une fois que le nombre souhaité de plantes a été choisi, il est alors possible de déterminer la superficie de culture nécessaire et, par conséquent, la quantité d’aliments pour poissons à ajouter chaque jour au système peut être déterminée.

Une fois que les quantités de surface de culture et de nourriture pour poissons ont été calculées, il est possible de déterminer la biomasse du poisson nécessaire pour manger cet aliment pour poissons. Les poissons de taille différente ont des exigences et des régimes d’alimentation différents, ce qui signifie que beaucoup de petits poissons mangent autant que quelques gros poissons. En termes d’équilibrage d’une unité aquaponique, le nombre réel de poissons n’est pas aussi important que la biomasse totale de poissons dans le bassin. En moyenne, pour les espèces dont il est question à la section 7.4, les poissons consomment 1 à 2 pour cent de leur poids corporel par jour au stade de grossissement. Cela suppose que les poissons sont plus grands que 50 g parce que les petits poissons mangent plus que les gros, en pourcentage du poids corporel.

| Taux d’alimentation des poissons | | — | | 1-2% du poids corporel total par jour |

L’exemple ci-dessous montre comment effectuer cette série de calculs, en déterminant que, pour produire 25 têtes de laitue par semaine, un système aquaponique devrait avoir 10 à 20 kg de poisson, nourrir 200 grammes d’aliment par jour et avoir une surface de croissance de 4 m². Les calculs sont les suivants :

La laitue nécessite 4 semaines pour pousser une fois les semis transplantés dans le système, et 25 têtes par semaine sont récoltées, donc :

 

Chaque 25 têtes de laitue nécessite 1 m2 d’espace de culture, donc :

 

Chaque mètre carré d’espace de culture nécessite 50 g de nourriture pour poissons par jour, donc :

 

Le poisson (biomasse) dans un système mange de 1 à 2 pour cent de son poids corporel par jour,

donc :

 

Bien qu’extrêmement utile, ce ratio d’alimentation n’est vraiment qu’un guide, en particulier pour les petites unités. Ce rapport comporte de nombreuses variables, notamment la taille et le type de poisson, la température de l’eau, la teneur en protéines des aliments pour animaux et la demande en nutriments des plantes, qui peuvent changer considérablement au cours d’une saison de croissance. Ces changements peuvent obliger l’agriculteur à ajuster le taux d’alimentation.

La recherche d’azote dans l’eau permet de déterminer si le système reste en équilibre. Si les concentrations de nitrates sont trop faibles (moins de 5 mg/litre), augmenter lentement le taux d’alimentation par jour sans suralimenter le poisson. Si les concentrations de nitrates sont stables, il peut y avoir des carences dans d’autres nutriments et une supplémentation peut être nécessaire en particulier pour le calcium, le potassium et le fer. Si les concentrations de nitrates augmentent, des échanges d’eau occasionnels seront nécessaires à mesure que le nitrate dépasse 150 mg/litre. L’augmentation des concentrations de nitrates suggère que la concentration d’autres nutriments essentiels est adéquate.

Volume d’eau

Le volume d’eau est le plus important pour l’aspect aquaponique de l’aquaculture. Différentes densités d’ensemencement influent sur la croissance et la santé des poissons et constituent l’une des causes profondes les plus courantes du stress des poissons. Cependant, le volume total d’eau n’affecte pas la composante hydroponique, sauf qu’avec de grands volumes d’eau, il faut plus de temps pour que l’eau accumule une concentration importante d’éléments nutritifs au cours du cycle initial. Ainsi, si une unité a un volume d’eau relativement important, le seul effet est qu’il faudrait plus de temps pour atteindre les concentrations optimales en nutriments pour les plantes. Les grands volumes d’eau aident à atténuer les changements dans la qualité de l’eau, mais peuvent masquer les problèmes plus longtemps. La méthode DWC a toujours un volume total d’eau plus élevé que le NFT ou les lits médiatiques.

La densité maximale recommandée est de 20 kg de poisson pour 1 000 litres d’eau (aquarium). Les petites unités décrites dans cette publication contiennent environ 1 000 litres d’eau et devraient contenir 10 à 20 kg de poisson. Les densités d’ensemencement plus élevées nécessitent des techniques d’aération plus sophistiquées pour maintenir les niveaux d’OD stables pour les poissons, ainsi qu’un système de filtration plus complexe pour traiter les déchets solides. Il est fortement recommandé aux nouveaux agriculteurs aquaponiques de ne pas dépasser la densité d’ensemencement de 20 kg pour 1 000 litres. C’est particulièrement le cas lorsqu’une alimentation en électricité constante n’est pas garantie, car une brève interruption peut tuer tous les poissons en moins d’une heure à des densités de stockage élevées. Cette même densité de stockage s’applique à tout réservoir de taille supérieure à 500 litres ; il suffit d’utiliser ce rapport pour calculer la densité maximale de stockage pour le volume d’eau donné. Si le réservoir est inférieur à 500 litres, réduire la densité de stockage à la moitié, ou à 1 kg par 100 litres, mais il n’est pas recommandé de cultiver du poisson pour la consommation dans un réservoir inférieur à 500 litres. À titre de référence, un tilapia moyen pèse 500 g à la taille de la récolte et 50 g à la taille de l’ensemencement.

| Densité d’ensemencement des poissons | | — | | 10-20 kg de poisson par 1 000 litres d’eau |

Exigences de filtration - biofiltre et séparateur mécanique

La quantité de biofiltration nécessaire en aquaponie est déterminée par la quantité d’aliments entrant quotidiennement dans le système. La principale considération est le type de matériau biofiltrant et la surface de ce milieu. Plus la surface est grande, plus la colonie bactérienne peut être hébergée est grande et plus l’ammoniac est converti rapidement en nitrate. Deux rapports sont fournis, l’un pour le gravier volcanique trouvé dans les lits médiatiques et l’autre pour les Bioballs® trouvés dans les unités NFT et DWC. Ce calcul devrait être considéré comme un minimum, et l’excès de biofiltration ne nuit pas au système mais rend plutôt le système plus résistant contre les pics d’ammoniac et de nitrite. Les biofiltres devraient être surdimensionnés si l’on soupçonne que des températures basses pourraient affecter l’activité bactérienne. L’annexe 4 contient de plus amples renseignements sur le dimensionnement des biofiltres et le calcul du volume requis.

| Matériel de biofiltre | **Surface spécifique (m²/m³) ** | **Volume requis (litres/g d’alimentation) ** | | — | — | — | | Gravier volcanique | 300 | 1 | | Bioballs® | 600 | 0.5 |

Le séparateur mécanique doit être dimensionné en fonction du volume d’eau. Généralement, le séparateur mécanique devrait avoir un volume de 10 à 30 % de la taille du réservoir à poisson. Des filtres mécaniques sont nécessaires pour les systèmes NFT et DWC, ainsi que pour les systèmes de lit à densité élevée ( \ > 20 kg/1 000 litres).

Résumé des calculs des composants

• Le rapport de vitesse d’alimentation permet d’équilibrer les composantes d’un système aquaponique et de calculer la superficie de plantation, la nourriture pour poissons et la biomasse des poissons.

• Rapport de débit d’alimentation pour l’aquaponie :

• 40-50 grammes d’alimentation quotidienne par mètre carré (feuilles vertes) ;

• 50-80 grammes d’aliment journalier par mètre carré (légumes fruitiers).

• Taux d’alimentation des poissons : 1-2 pour cent de leur poids corporel par jour.

• Densité d’ensemencement des poissons : 10-20 kg/1 000 litres.

• Volume de biofiltration :

• 1 litre par gramme d’aliment journalier (cinders dans les lits médiatiques)

• ½ litre par gramme d’aliment journalier (Bioballs® en TNT et DWC)

Le tableau 8.1 résume les chiffres et les ratios clés pour la conception d’unités de lit médiatique à petite échelle, de TVN et de DWC. Il est important de savoir que les chiffres ne sont que des guides car d’autres facteurs externes (par exemple les conditions climatiques, l’accès à un approvisionnement constant en électricité) peuvent modifier la conception sur le terrain. Veuillez noter les notes de bas de page ci-dessous le tableau expliquant les chiffres et l’applicabilité de chaque colonne par méthode aquaponique.

TABLE ##### 8.1

Guide pratique de conception du système pour les petites unités aquaponiques

Notes :

^1. La densité recommandée des poissons est basée sur une densité maximale de stockage de 20 kg/1 000 litres. Des densités plus élevées sont possibles avec une aération supplémentaire et une filtration mécanique, mais cela n’est pas recommandé pour les débutants.

^2. Le taux d’alimentation recommandé est de 1 pour cent du poids corporel par jour pour les poissons de plus de 100 g de masse corporelle. Le taux d’alimentation est de 40 à 50 g/m² pour les légumes verts à feuilles et de 50 à 80 g/m² pour les légumes à fructification.

^3. Les volumes pour le séparateur mécanique et le biofiltre devraient être de 10 à 30 % du volume total des bassins à poissons. En réalité, le choix des conteneurs dépend de leur taille, de leur coût et de leur disponibilité. Les biofiltres ne sont nécessaires que pour les unités NFT et DWC ; les séparateurs mécaniques sont applicables pour les unités NFT, DWC et les unités de lit médiatique ayant une densité de poisson supérieure à 20 kg/1 000 litres.

^4. Ces chiffres supposent que les bactéries sont dans des conditions optimales tout le temps. Si ce n’est pas le cas, pendant une certaine période (hiver), il peut être nécessaire d’ajouter des milieux de filtration supplémentaires comme tampon. Des valeurs différentes sont fournies pour les deux milieux biofiltrants les plus courants en fonction de leur surface spécifique respective.

^5. Les chiffres pour l’espace de croissance des plantes comprennent uniquement les verts feuillus. Les légumes fruitiers auraient une surface légèrement inférieure.

*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. *