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Aquaponie et technologies de l'aquaculture et de la culture hydroponique

Aquaponie et technologies de l'aquaculture et de la culture hydroponique

L 'aquaponie c'est un système de production qui combine la pisciculture (aquaculture) avec la culture de plantes hors sol (hydroponie). La combinaison des deux systèmes présente des avantages mutuels pour les deux et peut être réalisée à plusieurs échelles de production, de l'extensif à l'intensif, mais aussi aux loisirs et aux plantes ornementales.

La coutume deaquaponie il était déjà pratiqué par les Aztèques entre 1150 et 1350 après JC. et prévoyait la formation d'îles de terre, dans lesquelles les plantes étaient placées, entrecoupées de bassins d'eau peu profonds dans lesquels les poissons et les anguilles proliféraient. Avec un calendrier périodique, les boues étaient retirées manuellement du fond des lacs artificiels, ce qui impliquait la purification de l'eau des substances potentiellement toxiques et la création d'un engrais naturel qui pouvait être administré aux plantes, augmentant leur croissance (Espinal & Matulić , 2019).

La tradition du jardin flottant "Jardins flottants«Elle n'a pas disparu et est toujours présente dans des contextes territoriaux également très différents de ceux de l'Amérique centrale. Dans l'image ci-dessous, vous pouvez voir un jardin flottant typique en Birmanie sur une photo prise en 2010.

Malgré l'histoire ancienne, les premiers systèmes aquaponiques modernes ont été conçus dans les années 1970 aux États-Unis pour rechercher un modèle de production plus durable pour les fermes, et depuis lors, de plus en plus de modèles ont été développés qui combinaient les technologies aquacoles et la culture hydroponique de plus en plus développées et diversifiées, donc à tel point qu'aujourd'hui la variété des systèmes de production de ce type est très large.

Technologies de l'aquaculture et de la culture hydroponique

Quand on parle d'aquaponie, dans la grande majorité des cas on se réfère à un système de production dans lequel l'intervention humaine est absolument essentielle, à la fois dans l'étude de tous les processus du début à la fin, et pour la bonne exécution de ceux-ci: plus simplement, tout comme un aquarium a besoin d'une ventilation et d'un nettoyage appropriés, ou d'une installation d'irrigation adéquate, de la bonne luminosité et de la bonne température, cela est encore plus vrai dans un système aquaponique qui doit répondre à des normes de production spécifiques pour garantir un rendement économique qui justifie le investissement initial.

Voyons plus en détail les technologies des deux systèmes sans prétendre à l'exhaustivité:

Pisciculture ou aquaculture

L'élevage de poissons ou l'aquaculture (voir photo d'ouverture de cet article) se déroule dans un environnement artificiel protégé, où il est nécessaire de choisir les bonnes technologies et paramètres en relation surtout avec la densité de poissons élevés par mètre cube d'eau, qui peut varier de 50 à 150 poissons / m3 (Palm et. al, 2019).

Précisément par rapport à la densité des poissons d'élevage, on peut distinguer différents types d'aquaculture:

  • Aquaculture extensive: ce type d'élevage peut être réalisé dans des bassins d'eau naturels délimités par des remblais, dans lesquels l'intervention humaine est cependant très limitée et majoritairement reléguée à la tâche de préparation optimale du bassin lui-même, pour le bon développement du poisson., ainsi que bien sûr pour la collecte en fin de cycle.

Il est assez courant que plusieurs espèces aux habitudes alimentaires différentes soient introduites dans l'aquaculture extensive, afin de tirer le meilleur parti des ressources de l'habitat.

  • Aquaculture semi-intensive / intensive / hyper-intensive: dans ces types d'élevage, l'intervention humaine est toujours plus importante et à mesure que la densité augmente, il devient de plus en plus indispensable d'introduire des aliments artificiels, de faire des changements d'eau, d'augmenter l'oxygène dissous.
  • Aquaculture avec système de recirculation (RAS): ce système peut être retracé à la densité de semi-intensif à hyper-intensif et prévoit que la recirculation de l'eau est effectuée non pas à intervalles périodiques mais au contraire en continu. Ce système est parmi les plus intéressants et les plus avancés technologiquement, ainsi que d'un intérêt croissant pour l'entrepreneur agricole.

Les technologies les plus importantes en aquaculture, largement attribuables au système de recirculation (RAS), sont celles responsables de élimination des substances solides (fèces, aliments non prélevés, flocs bactériens), potentiellement polluants s'ils s'accumulent en grande quantité, biofiltres nitrifiants de convertir l'ammoniac libéré par les poissons dans l'urine (extrêmement toxique) en nitrates, puis de les éliminer du système, et dispositifs d'échange de gaz, qui permettent de retenir le dioxyde de carbone présent dans l'excès d'eau (issu de la respiration du poisson) et de libérer du nouvel oxygène.

À ce jour, la variété de poissons pouvant être élevés en aquaculture est très large, plus de 10 espèces différentes, dont le poisson-chat, l'anguille et la truite africaine sont les principaux représentants dans les fermes d'eau douce, et le turbot, le bar et la sole comme principales espèces marines. .

Hydroponique

  • La culture hydroponique est une technique qui implique la culture de plantes sans l'aide du sol, parfois même sans l'aide d'un substrat solide.

Ce système est particulièrement intéressant pour plusieurs raisons, dont la éloigner les cultures des agents atmosphériques, étant que typiquement les plantes sont stockées dans une serre ou au moins dans des environnements partiellement abrités (filets anti-grêle, rideaux occultants), réduire considérablement les problèmes attribuables à maladies et insectes dont l'habitat de prédilection est le sol agricole, et surtout un contrôle total de l'irrigation et de la fertilisation.

Ce dernier aspect est particulièrement important car il permet d'optimiser la réception de l'eau et des engrais par la plante, se traduisant par une plus grande croissance de la même production et parfois même beaucoup plus élevée que dans la culture du sol.

Tomate cultivée en culture hydroponique

Les plantes peuvent être cultivées dans des pots, des sacs, des palettes sur des substrats de nature chimique et de porosité différentes, tels que des mélanges de sable et de perlite, de fibre de coco, de tourbe et plus, dans lesquels de l'eau et des nutriments devraient être introduits dans l'environnement radical. par l'irrigation traditionnelle, attribuable à des systèmes également utilisés en plein champ, c'est-à-dire avec des arroseurs localisés ou surélevés.

Les systèmes les plus intéressants et les plus récents nécessitent que la culture soit réalisée sans l'aide d'un substrat solide et dans ce cas les racines des plantes sont en contact direct avec la solution aqueuse et riche en nutriments. Cela peut se faire soit à travers une fine feuille d'eau courante à l'intérieur de canaux spéciaux creux et cylindriques (image ci-dessous, côté A), où sont logées les racines, soit avec une solution qui couvre un volume beaucoup plus important, à l'intérieur d'un vrai réservoir dont le dessus est fermée par des panneaux de polystyrène sur lesquels les plantes sont insérées (image ci-dessous, face B).

Comme déjà annoncé, les systèmes aquaponiques combinent l'aquaculture et la culture hydroponique avec un bénéfice mutuel pour les deux systèmes (et pour l'entrepreneur agricole), mais comment?

L'eau est le véhicule à partir duquel la synergie entre les systèmes commence

La caractéristique la plus évidente qui unit à la fois l'aquaculture et les systèmes hydroponiques est certainement l'eau, qui est également le support dans lequel se déroulent toutes les étapes bénéfiques pour les poissons et les plantes.

Dans un système aquaponique standard, l'eau est introduite dans le réservoir dédié à la reproduction des poissons, avec l'alimentation, et est surveillée en permanence pour s'assurer que les paramètres de qualité sont adéquats.

La croissance rapide de la concentration des substances solides en suspension dans le milieu aqueux (fèces, aliments non ingérés, flocs bactériens), associée à l'ammoniac et à l'ammonium dans l'urine, ainsi qu'au dioxyde de carbone rendent l'environnement potentiellement toxique, à partir duquel un et recyclage de l'eau assez fréquent, également en ligne avec l'augmentation de la densité de poissons par mètre cube d'eau.

Alors que de l'eau nouvelle est réintroduite dans le réservoir, l'eau «polluée» est évacuée, traitée et acheminée vers les systèmes hydroponiques, dédiés à la croissance des plantes.

Le traitement est effectué par des bactéries spécifiques, notamment nitrifiantes, qui effectuent la conversion de l'ammoniac en nitrates et la dégradation de composés solides en éléments chimiques uniques, plus facilement absorbables par les racines des plantes, comme source d'azote, de phosphore, potassium et autres éléments.

L'eau ainsi obtenue, riche en azote sous forme de nitrate et d'autres éléments chimiques importants, est introduite dans l'environnement de production des plantes, à partir de canaux ou d'arroseurs, et dans de nombreux systèmes aquaponiques, aucun ajout d'engrais n'est nécessaire, mais pour au contraire, il est déjà abondant en soi.

L'eau qui résulte de la «fin de course» des canaux ou du substrat est dite drainée, naturellement dépourvue d'ammonium, d'ammoniac, de nitrates et d'autres éléments toxiques pour les poissons et donc réintroduite dans le bassin d'aquaculture, concluant le cycle, comme indiqué dans le diagramme ci-dessous.

Schéma synthétique du cycle aquaponique dans lequel chaque étape de production est étroitement liée aux autres avec un bénéfice mutuel (Palm, H. W. et. Al, 2019).

Un intérêt croissant pour l'aquaponie

L'intérêt pour l'aquaponie peut être vu dans un graphique dressé par Goddek, et. à en 2019, qui met en évidence le nombre croissant de publications, soumises à l'expérimentation scientifique des universités et des centres de recherche, des systèmes aquaponiques, des technologies hydroponiques et aquaponiques ou RAS (technologies d'aquaculture en recirculation), dans le monde (voir graphique ci-dessous).

Bien que le nombre de publications ne soit toujours pas au niveau des deux systèmes qui le composent, la tendance est certainement croissante et vouée à augmenter dans le futur et à évoluer avec le développement des technologies ad hoc.

Nombre d'articles scientifiques publiés sur l'aquaponie, la culture hydroponique et l'aquaculture (RAS); notez que pour l'aquaculture, l'échelle est divisée en milliers d'articles, plutôt qu'en centaines comme pour les deux autres systèmes (Goddek, et. al, 2019).

En entrant dans une perspective plus corporative, nous voyons que leaquaponie c'est un système de production qui valorise les sous-produits de l'élevage et de la culture, ce qui se traduit par des économies d'eau, d'engrais et de surface agricole utilisable.

Cependant, il existe différents types, le résultat de la combinaison des options de choix des espèces d'élevage et de leur densité (ex: élevage intensif de truites africaines, élevage extensif d'anguilles), combiné au choix de la culture (ex: production de laitue en tubes de drainage, production de basilic en polystyrène flottant), mais aussi à la gestion technologique différente des plantes, qui peut inclure des étapes intermédiaires qui compliquent la chaîne d'approvisionnement mais peuvent la valoriser (figure ci-dessous). Ces étapes peuvent inclure la filtration des solides issus de l'aquaculture et leur prétraitement visant à abaisser leur PH avant de les introduire dans la solution des cultures agricoles, le transport de la vapeur d'eau libérée par les plantes lors de la culture pour l'accumulation d'eau déminéralisée pour les poissons. réservoir, mais aussi l'utilisation de la biomasse résiduelle (par exemple la partie verte de la tomate) dans des bioréacteurs spéciaux afin de générer de l'énergie et d'alimenter les pompes pour l'oxygénation de la ferme.

Schéma représentatif des différentes étapes intermédiaires pouvant être présentes dans le cycle aquaponique.

Ces différents types, en vue de sauver l'entreprise, ainsi que les productions supérieures pouvant être obtenues des deux systèmes, l'hydroponie et l'aquaculture, permettent à l'entrepreneur un retour sur investissement plus rapide que certains des systèmes plus traditionnels, ainsi qu'une meilleure gestion des ressources environnementales.

L'auteur de cet article: l'agronome Marco Giuliani

Marco Giuliani est un agronome spécialisé dans la conception de systèmes hydroponiques et aquaponiques pour serres et fermes verticales.

L'agronome Marco Giuliani du Studio Zanotti

Article de Marco Giuliani surStudio Zanotti d'Imola (BO)