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Chapitre 23 L'alimentation, la durabilité et la littératie scientifique en un seul paquet ? Opportunités et défis liés à l'utilisation de l'aquaponie chez les jeunes à l'école, une perspective danoise

1. 23.1 Introduction

   Original publication 2019 · Publié pour la première fois sur FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   La production et la consommation alimentaires durables sont des défis sociétaux importants. La croissance démographique, la rareté des terres arables et l'urbanisation sont autant de facteurs importants dans ce domaine, ce qui conduit à un intérêt croissant pour les nouvelles technologies de production alimentaire durable, qui ne se limitent pas nécessairement aux milieux maritimes ou ruraux. L'aquaponie est l'une de ces technologies qui a reçu une attention accrue, en particulier, car elle peut facilement être appliquée aussi dans les environnements urbains. Ces nouvelles technologies, y compris l'aquaponie, offrent également de nouvelles opportunités en tant qu'outils d'apprentissage pour les personnes de tous âges, mais elles sont particulièrement attrayantes pour les jeunes à l'école. Ce chapitre rend compte des résultats du programme éducatif Growing Blue & Green (GBG) qui a été développé et testé dans les milieux éducatifs de la région du Grand Copenhague. D'autres études suggèrent également qu'il semble y avoir un potentiel d'utilisation de l'aquaponie comme moyen clé d'apprendre sur la production alimentaire durable dans un large éventail de disciplines universitaires à l'école, puisqu'elle peut facilement être intégrée dans le programme éducatif existant. Quelques études ont examiné l'application de l'aquaponie dans un contexte éducatif. Graber et coll. (2014) ont étudié le potentiel de l'aquaponie en tant que méthode de production alimentaire dans les zones urbaines pour enseigner les questions de durabilité des élèves de la septième année dans les classes de sciences. L'idée derrière ce concept était de présenter et de former les étudiants à la « pensée systémique » en combinant la culture du poisson et de la plante. Junge et coll. (2014) ont montré que la capacité des élèves à penser de façon systématique s'est améliorée de façon significative. L'étude suggérait également que, s'appuyant sur l'apprentissage social en groupes, les élèves ont développé de meilleures compétences en travail d'équipe. Cependant, en dehors de ces exemples, la littérature aquaponique est relativement limitée et la plupart des articles disponibles ont porté sur les aspects technologiques des systèmes. Ce chapitre tente de combler cette lacune de connaissances en explorant les possibilités d'intégration de la technologie aquaponique dans l'apprentissage scolaire et en découvrant certaines contraintes ainsi que les opportunités.

   Le chapitre s'appuie sur trois cas empiriques où l'aquaponie a été appliquée dans les écoles primaires de la région du Grand Copenhague. Cela comprend une étude exploratoire sur les possibilités éducatives à l'école (Bosire et al. 2016), une étude de faisabilité réalisée auprès des enseignants (Bosire et Sikora 2017), ainsi que les enseignements tirés de la première partie d'une étude éducative Growing Blue & Green (Toth et Mikkelsen 2018).

   L'objectif de ce chapitre est donc d'introduire et de discuter des interventions aquaponiques éducatives dans lesquelles l'aquaponie est utilisée dans une école primaire au Danemark et de discuter de la façon dont la théorie peut être mise en pratique. Le chapitre aborde le potentiel de l'aquaponie pour contribuer à la promotion d'un apprentissage plus approfondi de la production alimentaire urbaine et durable chez les jeunes écoliers en milieu scolaire, ainsi que les possibilités de créer une culture numérique grâce à l'ajout d'une détection numérique autorégulatrice et l'outil de maintenance, c'est-à-dire l'outil eGBG.

2. 23.2 Fondement conceptuel

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   Soutenir le développement durable (DD) du système alimentaire au moyen d'efforts éducatifs devrait être un bon investissement, car les écoliers sont les futurs décideurs et producteurs.

   Selon Shephard (2008), les éducateurs et, en particulier, les éducateurs supérieurs se sont traditionnellement concentrés sur le domaine cognitif de l'apprentissage, sans que l'accent soit mis sur l'enseignement primaire. Nous estimons que l'utilisation d'outils d'apprentissage appropriés au niveau de l'école primaire peut être un pilier essentiel pour provoquer des changements positifs à long terme dans les sociétés. On peut les réaliser au moyen d'approches alternatives d'apprentissage et d'enseignement, différentes des approches déductives traditionnelles telles que « l'apprentissage par la pratique » et « l'apprentissage expérientiel » mises en œuvre par Dewey (1997) dans son expérience de travail et ses études. Dans nos travaux de recherche, nous présentons un type de perspective dimensionnelle extrascolaire, où nous ajoutons aux résultats d'apprentissage des élèves en puisant dans le domaine affectif, qui met l'accent sur les intérêts, les attitudes, les appréciations, les valeurs, les comportements changeants et les ensembles ou préjugés émotionnels (Shephard et coll. 2015). L'aquaponie pratique promet de fournir un outil pratique d'apprentissage inductif basé sur des problèmes pour l'éducation.

   Les cas d'étude s'appuient tous sur l'idée de Service Learning (SL), où les étudiants utilisent les connaissances académiques pour répondre aux besoins de la communauté, et sur le triangle de la connaissance (éducation, recherche et innovation), qui font partie de l'enseignement du programme Integrated Food Studies (IFS) de l'Université d'Aalborg (Mikkelsen et Justesen 2015). L'IFS utilise également l'apprentissage basé sur les problèmes (PBL), où l'apprentissage est abordé avec des problèmes ouverts sans réponse absolue, ainsi que des approches SL. SL est une approche pédagogique ancrée dans la PBL ainsi que dans l'approche de l'apprentissage expérientiel (McKay-Nesbitt et al., 2012). En utilisant l'approche de la LS, les étudiants sont censés participer à des projets fondés sur les besoins, les souhaits et les demandes des communautés locales. L'intérêt récent porté à la réforme des pratiques et des stratégies éducatives fait de l'utilisation de l'aquaponie un élément important dans le contexte éducatif opportun et pertinent. En outre, l'utilisation de méthodes inductives telles que la PBL et l'apprentissage par discipline (Wood 2003 : Armstrong 2008) ainsi que l'apprentissage par l'expérience (Beard 2010 ; McKay-Nesbitt et al. 2012), où les problèmes et les questions de la vie quotidienne sont utilisés pour éclairer le processus d'apprentissage, se répandent. Ces concepts sont tous favorables à l'enseignement aquaponique. En outre, l'idée de SL est compatible avec le concept d'enseignement aquaponique et avec la récente réforme scolaire danoise (Ministère danois de l'éducation 2014) qui présente des lignes directrices sur la façon d'intégrer les aspects pratiques et théoriques du programme.

   Bien qu'il existe plusieurs systèmes aquaponiques qui peuvent être fournis par des fabricants et/ou des systèmes sur mesure conçus par des consultants, la technologie aquaponique en principe est plutôt simple. Les principes de base peuvent donc être bien compris par les élèves, et les systèmes peuvent être conçus, construits et surveillés par les élèves à l'aide d'une gamme de matériaux et de méthodes allant du basique au sophistiqué. En partant de ce principe, l'aquaponie est donc une technologie qui convient parfaitement à l'approche du triangle de la connaissance. L'éducation peut être améliorée par la création de liens entre les trois côtés du triangle de la connaissance, c'est-à-dire l'éducation, la recherche et l'innovation. Une réflexion novatrice sur la façon dont l'éducation à la durabilité pourrait être mise en œuvre à l'aide d'outils éducatifs pratiques conduit l'éducateur vers l'aquaponie : une méthode de production alimentaire qui est essentiellement une intégration symbiotique de deux disciplines matures — la recirculation de l'aquaculture et de l'hydroponie dans un seul système de production, où les poissons vivants génèrent des nutriments pour la production végétale. Une unité de système aquaponique simple, comme celle illustrée sur la figure 23.1, a été mise en place dans une école élémentaire de Copenhague. La figure illustre certains des composants de base utilisés avec un bref détail sur son principe de fonctionnement : un aquarium simple où l'eau dans le réservoir est maintenue à une hauteur constante grâce à une conception appropriée pour le confort du poisson. Grâce à une action de pompage à partir d'un réservoir de puisard situé sous le lit de culture, l'excès d'eau contenant des déchets de poisson est acheminé dans des lits de plantes, où sont hébergés des bactéries et d'autres microbes.

    

   Fig. 23.1 L'apprentissage aquaponique et la maquette expérimentale. L'illustration montre la configuration, y compris le réservoir de poissons d'aquarium et les dispositifs de surveillance utilisés pour mesurer l'équilibre de l'ensemble du système. La dernière partie est au cœur de l'objectif d'apprentissage pour les élèves. (Photos : gracieuseté de Lija Gunnarsdottir)

   Le puisard et le lit de culture agissent ensemble comme filtres mécaniques et biofiltres, respectivement, en éliminant les solides et les déchets dissous.

   La configuration de la figure 23.1 illustre un exemple pédagogique pratique, mettant l'accent sur la durabilité, car elle fournit un exemple pratique de la manière dont les objectifs énoncés dans les Objectifs de développement durable (ODD) dans l'Agenda 2030 des Nations Unies pour le développement durable (ONU 2015b) peuvent être atteints. L'objectif no 2, qui vise à mettre fin à la faim, à assurer la sécurité alimentaire et à améliorer la nutrition, et à promouvoir une agriculture durable, et l'objectif no 4, qui vise à assurer une éducation de qualité inclusive et équitable et à promouvoir des possibilités d'apprentissage tout au long de la vie pour tous (Nations Unies 2015b). Ces questions cruciales peuvent être incluses dans l'approche d'apprentissage basé sur les problèmes (PBL) qui a été développée dans l'affaire GBG. Basée sur une ferme conviction commune de disposer de solutions technologiques aux problèmes des systèmes alimentaires contemporains, l'approche GBG contribue à démontrer la « modernisation écologique » des processus de production alimentaire. Grâce au développement de la didactique pour les thèmes de la durabilité et de la littératie alimentaire, il est apparu clairement que, pour qu'un tel système entraîne des changements, il fallait disposer d'une plate-forme adéquate permettant d'échanger des connaissances et des compétences entre les jeunes et leurs enseignants dans le cadre scolaire.

   D'autres études ont montré que le manque de connaissances en matière d'alimentation et de nutrition chez les jeunes est de plus en plus préoccupant (Vidgen et Gallagos 2014 ; Dyg et Mikkelsen 2016). Cela est particulièrement préoccupant, car les modes traditionnels de production alimentaire et les moteurs actuels de la science et de la technologie ont alimenté l'exploitation non durable des ressources terrestres à l'échelle mondiale, ce qui a entraîné de nombreux défis au sein du système alimentaire (FAO 2010 ; PNUD 2016). En outre, l'augmentation de la population mondiale et l'urbanisation rapide ont surchargé le système alimentaire. Les Nations Unies prévoient que la population mondiale augmentera de plus d'un milliard de personnes au cours des 15 prochaines années, pour atteindre 8,5 milliards en 2030. De ce nombre, la majorité (66 %) devrait vivre dans des villes d'ici 2050 (Nations Unies 2015a). Ces tendances, conjuguées à la croissance des habitudes alimentaires malsaines et des troubles liés à la nutrition, ont rendu impératif une nouvelle approche de la nutrition alimentaire et de l'agriculture à l'école.

   Les enseignements tirés du projet GBG et les résultats de nombreuses entrevues avec les enseignants et les élèves ont montré que la réussite de l'application de la technologie aquaponique dépend d'une planification et d'une maintenance minutieuses du système. La version numérique du GBG — le eGBG — a été élaborée pour relever ces défis et exploiter les possibilités qui s'y rattachent pour promouvoir la littératie numérique à l'école. L'idée de l'eGBG s'inspire de l'idée d'autorégulation dans les systèmes biologiques. Il est conceptuellement basé sur l'idée de l'autopoïèse : se référant à un système capable de se reproduire et de se maintenir. Le terme introduit pour la première fois en 1972 par les biologistes Maturana et Varela (1980) décrit l'auto-entretien chimie des [cellules,](https://en.wikipedia.org/wiki/Cells_(biology)] et depuis lors, le concept a été appliqué dans un large éventail de domaines tels que cognition, théorie des systèmes, et sociologie. Dans l'étude EgBG, illustrée par la configuration et les composants de la figure 23.2, la qualité de l'eau, la température, l'oxygène dissous, le CO2, le pH, l'ammoniac et la teneur en nitrite sont mesurées à l'aide de capteurs utilisant une configuration électronique et numérique, suivie d'une régulation automatisée appropriée et des ajustements aux niveaux requis ou définis. Ce système utilisé parallèlement à un régime d'entretien de base permet aux enfants d'apprendre les technologies de l'information et de la communication (TIC), ainsi que les sciences, la technologie, l'ingénierie et les mathématiques (STIM), en plus d'une meilleure compréhension des pratiques d'agriculture urbaine durable et de bien-être animal. L'eGBG minimise l'erreur humaine et réduit la quantité de ressources essentielles telles que le travail physique et les heures qui seraient autrement nécessaires pour le soin et l'entretien d'un système aquaponique équilibré.

    

   Fig. 23.2 La configuration expérimentale eGBG. L'illustration montre les deux parties du système. Le système aquaponique lui-même et les appareils de mesure et le mini-ordinateur utilisés pour suivre l'état biologique du système eGBG

3. 23.3 Méthodes

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   Dans le contexte de ce chapitre, trois sources de données ont été utilisées, dont (a) une étude exploratoire sur les possibilités d'éducation à l'école (Bosire et al. 2016), (b) une étude de faisabilité menée auprès des enseignants (Bosire et Sikora 2017), et (c) l'étude EGBG (Toth et Mikkelsen 2018).

   La première étude a) a été réalisée dans le but d'explorer les possibilités et les défis liés à l'utilisation de l'aquaponie comme outil éducatif. L'étude visait à déterminer dans quelle mesure il est logique d'utiliser l'aquaponie dans l'enseignement scolaire. Les données de trois entrevues qualitatives indépendantes (N = 3) ont été recueillies. Les informateurs étaient (1) un professeur de biologie engagé dans l'enseignement des sciences naturelles à l'école primaire ; (2) un entrepreneur consultant, qui est également expert en aquaponie ; et (3) un bio-agriculteur aquaponique local. La procédure d'analyse des données a été inspirée de la future approche de l'atelier (Jungk et Müllert 1987), ce qui a conduit à une catégorisation et à une évaluation selon les trois catégories de critique, de fantaisie et de stratégie.

   Dans la deuxième étude b), une étude de faisabilité a été réalisée à l'école publique Blågaard, située dans la municipalité de Copenhague, en coopération avec deux professeurs de biologie et un professeur de physique et avec l'approbation de l'administration scolaire. Le bio-agriculteur et expert aquaponique local a également été impliqué. Une installation aquaponique peu coûteuse pour l'enseignement a été développée à l'aide d'un système de production alimentaire simple à faire soi-même (DIY) et de composants prêts à l'emploi. L'idée de cette conception et de cette construction était d'illustrer que ce type de technologie peut être facilement mis en œuvre, et ce n'est pas seulement pour une croissance urbaine avancée, mais aussi pour un outil d'enseignement des sciences dans des contextes plus modestes comme une école locale. Étant donné que le budget de l'école est limité, l'objectif global était d'achever le projet à faible coût et d'adapter soigneusement le système aux exigences des programmes d'études existants.

   Dans la troisième étude (c), un composant numérique a été ajouté à une version améliorée du système aquaponique et l'eGBG a été introduit. L'eGBG est un programme d'apprentissage basé sur l'aquaponie simple, et il est conçu pour créer des connaissances d'apprentissage chez les adolescents. Le programme met tout particulièrement l'accent sur l'enseignement des principes de la production alimentaire durable dans les villes tout en facilitant l'apprentissage des TIC. La didactique du programme vise à montrer comment un système biologique comme l'aquaponie peut être contrôlé, manoeuvré et autorégulé à l'aide de capteurs et de mécanismes de rétroaction. Cela se fait en connectant des capteurs qui mesurent la température, le pH et l'équilibre nutritionnel via une interface numérique telle qu'Arduino. L'eGBG a développé un outil simple d'agriculture urbaine basé sur un module d'apprentissage pour les écoles où les élèves peuvent apprendre cette technologie dans des cours de biologie. En étudiant le fonctionnement des capteurs, ils ont la capacité d'apprendre comment les TIC peuvent être intégrées pour surveiller et contrôler un système biologique vivant.

   Le programme éducatif eGBG peut être utilisé à la fois dans un cours interdisciplinaire avec les TIC comme thème ou dans des matières de biologie, physique et chimie. Les composantes de l'eGBG sont destinées à un système aquaponique à faible coût qui a été développé pour le contexte scolaire tel que décrit précédemment. Certains des éléments clés ont été fournis par BioTeket, une entreprise ayant un mandat social et culturel mettant l'accent sur les technologies environnementales. BioTeket propose une série d'ateliers et d'événements, donnant aux citoyens de Copenhague l'occasion d'acquérir une expérience en matière de vie urbaine durable. L'assemblage a été réalisé sous la supervision technique de l'entreprise. Selon les programmes nationaux, les TIC à l'école primaire sont enseignées non pas comme une matière autonome, mais de manière transversale couvrant plusieurs matières. Il semble donc facile de combiner un système de contrôle intelligent et basé sur des capteurs et un système biologique pour répondre à cette exigence. Les technologies de l'agriculture urbaine nécessitent un système de surveillance avec une multitude de capteurs, car le maintien d'un système en équilibre nécessite une mesure continue de la température, du pH, etc. Pour répondre à cette exigence, l'eGBG a été développé en coopération entre l'Université d'Aalborg, une école municipale d'Albertslund, et le entreprise BioTeket. Le processus de développement a été configuré comme une étude de recherche-action où des données ont été recueillies en même temps que le processus de développement.

4. 23.4 Constatations et discussion

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   1. À partir de la première étude, les résultats ont montré que les visions d'une nouvelle façon d'enseigner avec inclusion de la technologie moderne pouvaient être perçues comme un avantage pour influer sur les processus de transformation à l'école. Néanmoins, ce processus nécessite des considérations critiques, pratiques et théoriques pour la mise en œuvre du système afin de le rendre efficace et durable à long terme. Certaines des questions positives du point de vue des utilisateurs comprenaient un large éventail d'applications dans les domaines de la biologie, des mathématiques, des sciences, et plus encore. Réduction de la pollution et utilisation efficace des ressources ; flexibilité de la configuration du système, p. ex. sur les toits ; et production de produits jumeaux (semblables à des produits biologiques) (poissons et aliments végétaux). Les limitations potentielles comprenaient les contraintes de temps, le manque de ressources financières, ainsi que la nécessité de soins et d'entretien fréquents ( \ * Dans l'UE, la législation actuelle prévoit que seuls les produits végétaux cultivés dans le sol peuvent être considérés comme « biologiques ». Ce n'est pas le cas, par exemple aux États-Unis, où les produits aquaponiques peuvent être cultivés de façon biologique et légalement vendus comme étant biologiques.)

   2. À partir de la deuxième étude (b), l'étude de faisabilité, les expériences de l'étude indiquaient que le concept d'apprentissage, l'idée globale et la didactique s'inscrivaient bien dans les programmes éducatifs et aussi dans les projets que l'école avait déjà prévu d'entreprendre dans le domaine de la durabilité. L'expérience a montré que cet enseignement doit être soigneusement planifié bien à l'avance. En outre, l'idée d'une approche triangulaire de la connaissance, regroupant l'apprentissage des services, la recherche universitaire, une petite entreprise et le personnel enseignant dans un réseau informel de projets et d'innovation, est une façon fructueuse d'organiser l'entreprise. De plus, l'initiative bénéficie du soutien de la municipalité qui considère l'entrepreneuriat et les approches novatrices d'apprentissage comme des objectifs importants.

   3. La troisième étude (c), l'étude EGBG, a montré que l'école était favorable et disposait déjà de capteurs nouvellement achetés pour mesurer le pH, la température, le COSub2/Sub et l'oxygène dissous (OD). Par conséquent, les données pourraient être réalisées avec un minimum de nouveaux efforts de formation, étant donné que le personnel enseignant était déjà bien préparé à recueillir des données numériquement. L'école, au moment du démarrage du projet, prévoyait déjà de mesurer le nitrate et l'ammoniac à l'aide des capteurs, puisque le concept de base de l'enseignement était d'accroître les connaissances, les compétences et les compétences en rapport avec le cycle de l'azote. L'idée de créer une technologie aquaponique et de l'appliquer dans l'enseignement a été facilement acceptée par l'école puisque l'école voisine avait déjà ce genre de système AP opérationnel.

   Remerciements Merci aux professeurs de biologie Mette et Else de l'école Blågård dans la municipalité de Copenhague, à Lilja Gunnarsdottir et aux enseignants de l'école Herstedlund, et à Inge Christensen du Centre de la nature de la municipalité d'Albertslund. Merci également à Viktor Toth, étudiant à Integrated Food Studies, Université d'Aalborg, pour avoir fourni les données de l'étude EgBG. Merci également à Tomasz Sikora et Kathrine Breidahl des études alimentaires intégrées qui ont participé au travail sur le terrain. Merci également au propriétaire et PDG Lasse Antoni Carlsen de Bioteket, Copenhague, pour avoir fourni des composants et des conseils dans le développement du programme GBG.