Source material

Qualité de l'eau en aquaponie

1. Manipulation du ph

   Original publication 2014 · Publié pour la première fois sur FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Il existe des méthodes simples pour manipuler le pH dans les unités aquaponiques. Dans les régions où le substrat rocheux est calcaire ou craie, l'eau naturelle est souvent dure avec un pH élevé. Par conséquent, des ajouts acides périodiques peuvent être nécessaires pour abaisser le pH. Dans les régions à substrat rocheux volcanique, l'eau naturelle est souvent mou, avec une alcalinité très faible, ce qui indique la nécessité d'ajouter périodiquement une base ou un tampon carbonaté à l'eau pour contrer l'acidification naturelle de l'unité aquaponique. Des ajouts de base et de tampon sont également nécessaires pour les systèmes pluviaux.

   Abaisser le pH avec de l'acide

   L'eau aquaponique acidifie naturellement à cause de la nitrification et de la respiration. Avec patience, les niveaux de pH diminuent souvent jusqu'à la plage cible.

   Cependant, il peut être nécessaire d'ajouter de l'acide si la source d'eau a un KH élevé et un pH élevé, et si le taux d'évaporation est élevé. Dans ces cas rares et exceptionnels, le volume d'eau pour réalimenter le système est tel qu'il augmente considérablement le pH au-dessus des plages optimales et suralimente l'acidification naturelle. L'ajout d'acide est également nécessaire si la quantité de poisson stockée n'est pas suffisante pour produire suffisamment de déchets dissous pour entraîner la nitrification et l'acidification qui en résulte. Dans ces cas, le réapprovisionnement en eau entraînera un réapprovisionnement des agents tampons, les carbonates. La production naturelle d'acide ne sera pas suffisante pour réagir avec les agents tampons et, par la suite, abaisser le pH. N'ajoutez de l'acide que si l'eau de la source est très dure et basique et s'il n'y a pas d'eau de pluie qui peut alimenter le système en eau sans KH pour aider les bactéries nitrifiantes à abaisser naturellement le pH.

    

   L'ajout d'acide à un système aquaponique est dangereux. Le danger est qu'au début l'acide réagit avec les tampons et qu'aucun changement de pH n'est remarqué. De plus en plus d'acide est ajouté sans changement de pH, jusqu'à ce que tous les tampons aient réagi et que le pH baisse radicalement, entraînant souvent un choc terrible et stressant pour le système. Il est préférable, si nécessaire, d'ajouter de l'acide, de traiter un réservoir de cette eau de réapprovisionnement avec de l'acide, puis d'ajouter l'eau traitée au système (figure 3.10). Cela supprime le risque pour le système si une trop grande quantité d'acide est utilisée. L'acide doit toujours être ajouté à un volume d'eau de réapprovisionnement, et des précautions extrêmes doivent être prises pour ne pas ajouter trop d'acide au système. Si le système est conçu avec une conduite d'alimentation automatique en eau, il peut être nécessaire d'ajouter de l'acide directement au système, mais le danger est accru.

    

   L'acide phosphorique (H3PO4) peut être utilisé pour abaisser le pH. L'acide phosphorique est un acide relativement doux. On le trouve dans la qualité alimentaire des magasins de fournitures hydroponiques ou agricoles sous divers noms commerciaux. Le phosphore est un macronutriments important pour les plantes, mais une utilisation excessive de l'acide phosphorique peut entraîner une concentration toxique de phosphore dans le système. Dans les situations où les sources d'eau sont extrêmement dures et basiques (KH élevé, pH élevé), on a utilisé de l'acide sulfurique (H2SO4). Cependant, en raison de sa forte corrosivité et de son niveau de danger encore plus élevé, son utilisation n'est pas recommandée aux débutants. L'acide nitrique (HNO3) a également été utilisé comme acide relativement neutre. L'acide citrique, tout en tentant d'utiliser, est antimicrobien et peut tuer les bactéries présentes dans le biofiltre ; l'acide citrique ne doit pas être utilisé.

   Les acides concentrés sont dangereux, tant pour le système que pour l'opérateur. Des précautions de sécurité appropriées devraient être prises, y compris des lunettes de sécurité et des gants (figure 3.11). N'ajoutez jamais d'eau à l'acide, ajoutez toujours de l'acide à l'eau.

   Augmentation du pH avec des tampons ou des bases

    

   Si le pH descend en dessous de 6,0, il est nécessaire d'ajouter une base et/ou d'augmenter la dureté carbonatée. Les bases couramment utilisées sont l'hydroxyde de potassium (KOH) et l'hydroxyde de calcium (Ca (OH)2). Ces bases sont fortes et doivent être ajoutées de la même manière que les acides ; changez toujours le pH lentement. Cependant, une solution plus sûre et plus facile consiste à ajouter du carbonate de calcium (CaCo3) ou du carbonate de potassium (K2CO3), ce qui augmentera à la fois le KH et le pH. Il existe de nombreuses sources naturelles et peu coûteuses de carbonate de calcium qui peuvent être ajoutées au système. Certains d'entre eux comprennent des coquilles d'œufs écrasées, des coquillages finement broyés, du grain de calcaire grossier et de la craie écrasée. La méthode recommandée consiste à placer le matériau dans un sac poreux suspendu dans le réservoir du puisard (figure 3.12). Continuer à tester le pH au cours des prochaines semaines afin de surveiller l'augmentation du pH. Retirez le sac si le pH augmente au-dessus de 7. Alternativement, ajouter 2-3 poignées de ces matériaux par 1 000 litres soit directement dans les lits de média ou dans le composant du biofiltre. Si vous utilisez des coquillages, assurez-vous de rincer le sel résiduel avant d'ajouter au système. Le choix des bases et des tampons peut également être déterminé par le type de plantes qui poussent dans le système, car chacun de ces composés ajoute un important macronutriments. Les légumes à feuilles peuvent être favorisés par les bases calciques pour éviter les brûlures de la pointe sur les feuilles ; tandis que le potassium est optimal chez les plantes fruitières pour favoriser la floraison, le réglage des fruits et la maturation optimale.

   Le bicarbonate de sodium (bicarbonate de soude) est souvent utilisé pour augmenter la dureté carbonatée dans les RAS, mais ne devrait jamais être utilisé en aquaponie en raison de l'augmentation de sodium qui en résulte, ce qui est préjudiciable aux plantes.

   *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 la permission. *

2. Autres composantes majeures de la qualité de l'eau : algues et parasites

   Original publication 2014 · Publié pour la première fois sur FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Activité photosynthétique des algues

   La croissance et l'activité photosynthétiques des algues dans les unités aquaponiques influent sur les paramètres de qualité de l'eau des niveaux de pH, d'OD et d'azote. Les algues sont une classe d'organismes photosynthétiques qui sont semblables aux plantes, et elles poussent facilement dans n'importe quel plan d'eau riche en nutriments et exposé à la lumière du soleil. Certaines algues sont des organismes microscopiques monocellulaires appelés phytoplancton, qui peuvent colorer l'eau en vert (figure 3.8). Les macroalgues sont beaucoup plus grandes, formant couramment des tapis filamenteux attachés au fond et aux côtés des réservoirs (figure 3.9).

    

   Pour l'aquaponie, il est important de prévenir la croissance des algues car elles sont problématiques pour plusieurs raisons. Tout d'abord, ils consommeront les nutriments contenus dans l'eau et rivaliseront avec les légumes cibles. De plus, les algues agissent à la fois comme source et comme source d'OD, produisant de l'oxygène pendant la journée par photosynthèse et consommant de l'oxygène la nuit pendant la respiration. Ils peuvent réduire considérablement les niveaux d'OD dans l'eau la nuit, causant ainsi la mort des poissons. Cette production et cette consommation d'oxygène sont liées à la production et à la consommation de dioxyde de carbone, ce qui provoque des changements quotidiens du pH, car l'acide carbonique est soit retiré (le jour - le pH de l'eau plus élevé) du système, soit retourné (la nuit - le pH de l'eau plus bas). Enfin, les algues filamenteuses peuvent obstruer les drains et bloquer les filtres à l'intérieur de l'unité, ce qui entraîne des problèmes de circulation de l'eau. Les algues filamenteuses brunes peuvent également se développer sur les racines des plantes hydroponiques, en particulier dans la culture en eau profonde, et ont un effet négatif sur la croissance des plantes. Cependant, certaines exploitations aquacoles profitent grandement de la culture d'algues destinées à l'alimentation animale, appelée culture d'eau verte, y compris la reproduction du tilapia, la culture de crevettes et la production de biodiesel, mais ces sujets ne sont pas directement liés à l'aquaponie et ne sont pas abordés ici.

   Prévenir les algues est relativement facile. Toutes les surfaces d'eau doivent être ombragées. Des toiles d'ombrage, des bâches, des palmiers tissés ou des couvercles en plastique doivent être utilisés pour recouvrir les bassins à poissons et les biofiltres de manière à ce qu'aucune eau ne soit en contact direct avec la lumière du soleil. Cela empêchera les algues de fleurir dans l'unité.

   Parasites, bactéries et autres petits organismes vivant dans l'eau

   L'aquaponie est un écosystème composé principalement de poissons, de bactéries nitrifiantes et de plantes. Cependant, au fil du temps, il peut y avoir de nombreux autres organismes qui contribuent à cet écosystème. Certains de ces organismes sont utiles, comme les vers de terre, et facilitent la décomposition des déchets de poisson. D'autres sont bénins, n'aidant ni ne nuisent au système, comme divers crustacés, vivant dans les biofiltres. D'autres sont des menaces ; les parasites, les parasites et les bactéries sont impossibles à éviter complètement parce que l'aquaponie n'est pas une entreprise stérile. La meilleure pratique de gestion pour éviter que ces petites menaces ne deviennent des infestations dangereuses consiste à cultiver des poissons et des plantes sains et sans stress en assurant des conditions hautement aérobies et un accès à tous les nutriments essentiels. De cette façon, les organismes peuvent empêcher l'infection ou la maladie en utilisant leur propre système immunitaire sain. Les chapitres 6 et 7 traitent de la gestion supplémentaire des maladies des poissons et des plantes, et le chapitre 8 traite plus en détail de la salubrité des aliments et des autres biothréats.

   *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 la permission. *

3. Sources d'eau aquaponique

   Original publication 2014 · Publié pour la première fois sur FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   En moyenne, un système aquaponique utilise 1 à 3 % de son volume total d'eau par jour, selon le type de plantes cultivées et l'emplacement. L'eau est utilisée par les plantes par évapotranspiration naturelle et est retenue dans les tissus végétaux. L'eau supplémentaire est perdue à cause de l'évaporation directe et des éclaboussures. En tant que tel, l'unité devra être réapprovisionnée périodiquement. La source d'eau utilisée aura un impact sur la chimie de l'eau de l'unité. Vous trouverez ci-dessous une description de certaines sources d'eau courantes et de la composition chimique commune de cette eau. Les nouvelles sources d'eau devraient toujours faire l'objet d'essais pour déterminer le pH, la dureté, la salinité, le chlore et les polluants éventuels afin de s'assurer que l'eau est salubre.

   Ici, il est important de considérer un paramètre supplémentaire de qualité de l'eau : la salinité. La salinité indique la concentration de sels dans l'eau, qui comprennent le sel de table (chlorure de sodium - NaCl), ainsi que les nutriments végétaux, qui sont en fait des sels. Les niveaux de salinité auront une grande incidence sur le choix de l'eau à utiliser, car une salinité élevée peut affecter négativement la production végétale, surtout si elle est d'origine chlorure de sodium, car le sodium est toxique pour les plantes. La salinité de l'eau peut être mesurée à l'aide d'un compteur de conductivité électrique (EC), d'un compteur de solides dissous totaux (TDS), d'un réfractomètre ou d'un hydromètre, ou les opérateurs peuvent consulter les rapports des gouvernements locaux sur la qualité de l'eau. La salinité est mesurée soit en conductivité, soit en quantité d'électricité qui passera dans l'eau, soit en unités de microSiemens par centimètre (µS/cm), soit en TDS en parties par millier (ppt) ou en parties par million (ppm ou mg/litre). À titre de référence, l'eau de mer a une conductivité de 50 000 µs/ cm et le TDS de 35 ppt (35 000 ppm). Bien que l'impact de la salinité sur la croissance des plantes varie considérablement d'une plante à l'autre (section 9.4.2, annexe 1), il est recommandé d'utiliser des sources d'eau à faible salinité. La salinité est généralement trop élevée si l'eau d'approvisionnement a une conductivité supérieure à 1 500 µS/cm ou une concentration de TDS supérieure à 800 ppm. Bien que les compteurs EC et TDS soient couramment utilisés pour l'hydroponie pour mesurer la quantité totale de sels nutritifs dans l'eau, ces compteurs ne fournissent pas une lecture précise des niveaux de nitrate, ce qui peut être mieux surveillé au moyen de trousses d'essai d'azote.

   Eau de pluie

   L'eau de pluie recueillie est une excellente source d'eau pour l'aquaponie. L'eau aura généralement un pH neutre et des concentrations très faibles des deux types de dureté (KH et GH) et une salinité presque nulle, ce qui est optimal pour reconstituer le système et éviter les accumulations de salinité à long terme. Toutefois, dans certaines zones touchées par les pluies acides, telles qu'elles ont été enregistrées dans un certain nombre de localités d'Europe orientale, de l'est des États-Unis d'Amérique et de régions de l'Asie du Sud-Est, l'eau de pluie aura un pH acide. En règle générale, il est recommandé de tamponner les eaux de pluie et d'augmenter le KH comme indiqué à la section 3.5.2. En outre, la collecte de l'eau de pluie réduira les frais généraux de fonctionnement de l'unité, et elle est plus durable.

   Eau de la citerne ou de l'aquifère

   La qualité de l'eau provenant des puits ou des citernes dépendra en grande partie du matériau de la citerne et du substrat rocheux de l'aquifère. Si le substrat rocheux est calcaire, l'eau aura probablement des concentrations de dureté assez élevées, ce qui peut avoir un impact sur le pH de l'eau. La dureté de l'eau n'est pas un problème majeur en aquaponique, car l'alcalinité est naturellement consommée par l'acide nitrique produit par les bactéries nitrifiantes. Cependant, si les niveaux de dureté sont très élevés et que la nitrification est minime en raison de la faible biomasse des poissons, l'eau peut rester légèrement basique (pH 7-8) et résister à la tendance naturelle des systèmes aquaponiques à devenir acide par le cycle de nitrification et la respiration des poissons. Dans ce cas, il peut être nécessaire d'utiliser de très petites quantités d'acide pour réduire l'alcalinité avant d'ajouter l'eau au système afin d'éviter les variations de pH dans le système. Les aquifères des îles coralliennes ont souvent une intrusion d'eau salée dans la lentille d'eau douce, et peuvent avoir des niveaux de salinité trop élevés pour l'aquaponie, de sorte que la surveillance est nécessaire et la collecte de l'eau de pluie ou la filtration par osmose inverse peuvent être de meilleures options.

   Eau du robinet ou municipale

   L'eau provenant des approvisionnements municipaux est souvent traitée avec différents produits chimiques pour éliminer les agents pathogènes. Les produits chimiques les plus courants utilisés pour le traitement de l'eau sont le chlore et les chloramines. Ces produits chimiques sont toxiques pour les poissons, les plantes et les bactéries ; ces produits chimiques sont utilisés pour tuer les bactéries dans l'eau et, à ce titre, nuisent à la santé de l'écosystème aquaponique en général. Des trousses d'analyse du chlore sont disponibles ; si des niveaux élevés de chlore sont détectés, l'eau doit être traitée avant d'être utilisée. La méthode la plus simple consiste à stocker l'eau avant utilisation, permettant ainsi à tout le chlore de se dissiper dans l'atmosphère. Cela peut prendre jusqu'à 48 heures, mais peut se produire plus rapidement si l'eau est fortement aérée avec des pierres d'air. Les chloramines sont plus stables et ne se dégazent pas aussi facilement. Si la municipalité utilise des chloramines, il peut être nécessaire d'utiliser des techniques de traitement chimique telles que la filtration du charbon de bois ou d'autres produits chimiques de déchloration. Malgré cela, le dégazage est généralement suffisant dans les petites unités utilisant l'eau municipale. Une bonne recommandation consiste à ne jamais remplacer plus de 10 % de l'eau sans procéder à des essais et en retirer d'abord le chlore. De plus, la qualité de l'eau dépendra du socle rocheux si l'eau initiale est fournie. Vérifiez toujours les niveaux de dureté et de pH dans les nouvelles sources d'eau, et utilisez de l'acide, s'il y a lieu et nécessaire, pour maintenir le pH dans les limites optimales indiquées ci-dessus.

   Eau filtrée

   Selon le type de filtration (c.-à-d. osmose inverse ou filtrage au carbone), l'eau filtrée aura la plupart des métaux et des ions éliminés, ce qui rend l'eau très sûre à utiliser et relativement facile à manipuler. Cependant, comme l'eau de pluie, l'eau désionisée provenant de l'osmose inverse aura de faibles niveaux de dureté et devrait être tamponnée.

   *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. *

4. Les cinq paramètres les plus importants de la qualité de l'eau

   Original publication 2014 · Publié pour la première fois sur FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Oxygène

   L'oxygène est essentiel pour les trois organismes impliqués dans l'aquaponie ; les plantes, les poissons et les bactéries nitrifiantes ont tous besoin d'oxygène pour vivre. Le niveau d'OD décrit la quantité d'oxygène moléculaire dans l'eau, et il est mesuré en milligrammes par litre. C'est le paramètre de qualité de l'eau qui a l'effet le plus immédiat et le plus radical sur l'aquaponie. En effet, les poissons peuvent mourir en quelques heures lorsqu'ils sont exposés à une faible teneur en OD dans les bassins à poissons. Il est donc essentiel d'assurer des niveaux d'OD adéquats pour l'aquaponie. Bien que la surveillance des niveaux d'OD soit très importante, elle peut s'avérer difficile car des appareils de mesure d'OD précis peuvent être très coûteux ou difficiles à trouver. Il suffit souvent que les petites unités s'appuient plutôt sur une surveillance fréquente du comportement des poissons et de la croissance des plantes, et que les pompes à eau et à air circulent et aèrent constamment l'eau.

   L'oxygène se dissout directement dans la surface de l'eau à partir de l'atmosphère. Dans des conditions naturelles, les poissons peuvent survivre dans de telles eaux, mais dans des systèmes de production intensifs avec des densités de poissons plus élevées, cette quantité de diffusion d'OD est insuffisante pour répondre aux demandes des poissons, des plantes et des bactéries. Par conséquent, l'OD doit être complétée par des stratégies de gestion. Les deux stratégies pour l'aquaponie à petite échelle consistent à utiliser des pompes à eau pour créer un flux d'eau dynamique et à utiliser des aérateurs qui produisent des bulles d'air dans l'eau. Le mouvement et l'aération de l'eau sont des aspects critiques de chaque unité aquaponique, et leur importance ne peut pas être surestimée. Ces sujets, y compris les méthodes de conception et de redondance, sont abordés plus en détail au chapitre 4. Les concentrations optimales d'OD pour que chaque organisme prospère sont de 5 à 8 mg/litre (figure 3.3). Certaines espèces de poissons, y compris la carpe et le tilapia, peuvent tolérer des concentrations d'OD aussi faibles que 2-3 mg/litre, mais il est beaucoup plus sûr d'avoir des niveaux plus élevés pour l'aquaponie, car les trois organismes exigent l'utilisation de l'OD dans l'eau.

    

   La température de l'eau et l'OD ont une relation unique qui peut affecter la production alimentaire aquaponique. À mesure que la température de l'eau augmente, la solubilité de l'oxygène diminue. Autrement dit, la capacité de l'eau à retenir l'OD diminue à mesure que la température augmente ; l'eau chaude tient

   moins d'oxygène que l'eau froide (figure 3.4). Par conséquent, il est recommandé d'augmenter l'aération à l'aide de pompes à air dans des endroits chauds ou pendant les périodes les plus chaudes de l'année, surtout si l'élevage de poissons délicats.

    

   pH

    

   Une connaissance générale du pH est utile pour la gestion des systèmes aquaponiques. Le pH d'une solution est une mesure de l'acidité ou de la base de la solution sur une échelle allant de 1 à 14. Un pH de 7 est neutre ; tout ce qui est inférieur à 7 est acide, tandis que tout ce qui est supérieur à 7 est basique. Le terme pH est défini comme la quantité d'ions hydrogène (H+) dans une solution ; plus il y a d'ions hydrogène, plus il est acide.

   Deux aspects importants de l'échelle de pH sont illustrés à la figure 3.5.

   • L'échelle de pH est négative ; un pH de 7 a moins d'ions hydrogène qu'un pH de 6.

   • L'échelle de pH est logarithmique ; un pH de 7 a 10 fois moins d'ions hydrogène qu'un pH de 6, 100 fois moins qu'un pH de 5 et 1 000 fois moins qu'un pH de 4.

   Par exemple, si le pH d'une unité aquaponique est enregistré comme 7, et plus tard la valeur est enregistrée comme 8, l'eau a maintenant dix fois moins d'ions H+ librement associés car l'échelle est négative et logarithmique. Il est important d'être conscient de la nature logarithmique de l'échelle de pH parce qu'elle n'est pas nécessairement intuitive. Pour l'exemple précédent, si une lecture ultérieure montrait que le pH était de 9, le problème serait 100 fois pire, et donc hypercritique, au lieu d'être deux fois pire.

   Importance du pH

   Le pH de l'eau a un impact majeur sur tous les aspects de l'aquaponie, en particulier sur les plantes et les bactéries. Pour les plantes, le pH contrôle l'accès des plantes aux micro- et macronutriments. À un pH de 6,0 à 6,5, tous les nutriments sont facilement disponibles, mais à l'extérieur de cette plage, les nutriments deviennent difficiles à accéder aux plantes. En fait, un pH de 7,5 peut entraîner des carences en éléments nutritifs en fer, en phosphore et en manganèse. Ce phénomène est connu sous le nom de lock-out nutritif et est discuté au chapitre 6.

   Les bactéries nitrifiantes éprouvent des difficultés en dessous d'un pH de 6, et la capacité de la bactérie à convertir l'ammoniac en nitrate diminue dans des conditions acides et à faible pH. Cela peut conduire à une biofiltration réduite et, par conséquent, les bactéries diminuent la conversion de l'ammoniac en nitrate, et les niveaux d'ammoniac peuvent commencer à augmenter, conduisant à un système déséquilibré stressant pour les autres organismes.

   Les poissons ont également des plages de tolérance spécifiques pour le pH, mais la plupart des poissons utilisés en aquaponie ont une tolérance de pH comprise entre 6,0 et 8,5. Cependant, le pH influe sur la toxicité de l'ammoniac pour les poissons, avec un pH plus élevé conduisant à une toxicité plus élevée. Ce concept est discuté plus en détail à la section 3.4. En conclusion, l'eau aquaponique idéale est légèrement acide, avec une plage de pH optimale de 6-7. Cette gamme permettra de maintenir le fonctionnement des bactéries à une capacité élevée, tout en permettant aux plantes d'avoir pleinement accès à tous les micro- et macronutriments essentiels. Les valeurs de pH comprises entre 5,5 et 7,5 nécessitent une prise en charge et une manipulation par des moyens lents et mesurés, discutés à la section 3.5 et au chapitre 6. Cependant, un pH inférieur à 5 ou supérieur à 8 peut rapidement devenir un problème critique pour l'ensemble de l'écosystème et donc une attention immédiate est requise.

   Il existe de nombreux processus biologiques et chimiques qui ont lieu dans un système aquaponique qui affectent le pH de l'eau, certains plus significatifs que d'autres, notamment : le processus de nitrification, la densité d'ensemencement des poissons et le phytoplancton.

   Le processus de nitrification

   Le processus de nitrification des bactéries abaisse naturellement le pH d'un système aquaponique. De faibles concentrations d'acide nitrique sont produites à partir du processus de nitrification, car les bactéries libèrent les ions hydrogène lors de la conversion de l'ammoniac en nitrate. Au fil du temps, le système aquaponique deviendra progressivement plus acide principalement à la suite de cette activité bactérienne.

   Densité d'ensemencement des poissons

   La respiration, ou la respiration, du poisson libère du dioxyde de carbone (CO2) dans l'eau. Ce dioxyde de carbone abaisse le pH parce que le dioxyde de carbone se transforme naturellement en acide carbonique (H2CO3) au contact de l'eau. Plus la densité d'ensemencement des poissons de l'unité est élevée, plus le dioxyde de carbone sera libéré, ce qui réduira le pH global. Cet effet est accru lorsque les poissons sont plus actifs, par exemple à des températures plus chaudes.

   Phytoplancton

   La respiration par les poissons abaisse le pH en libérant du dioxyde de carbone dans l'eau ; inversement, la photosynthèse du plancton, des algues et des plantes aquatiques élimine le dioxyde de carbone de l'eau et augmente le pH. L'effet des algues sur le pH suit une tendance quotidienne, où le pH augmente pendant la journée lorsque les plantes aquatiques se photosynthétisent et éliminent l'acide carbonique, puis diminue pendant la nuit à mesure que les plantes respirent et libèrent de l'acide carbonique. Par conséquent, le pH est au minimum au lever du soleil et au maximum au coucher du soleil. Dans les systèmes standard RAS ou aquaponiques, les niveaux de phytoplancton sont généralement faibles et, par conséquent, le cycle quotidien du pH n'est pas affecté. Cependant, certaines techniques aquacoles, comme l'aquaculture en étang et certaines techniques de reproduction des poissons, utilisent délibérément le phytoplancton, de sorte que le moment de la surveillance devrait être choisi judicieusement.

   Température

   La température de l'eau affecte tous les aspects des systèmes aquaponiques. Dans l'ensemble, une plage de compromis générale est de 18 à 30 °C. La température a un effet sur l'OD ainsi que sur la toxicité (ionisation) de l'ammoniac ; les températures élevées ont moins d'OD et plus d'ammoniac syndiqué (toxique). En outre, des températures élevées peuvent restreindre l'absorption du calcium dans les plantes. La combinaison de poissons et de plantes doit être choisie pour correspondre à la température ambiante de l'emplacement des systèmes, et changer la température de l'eau peut être très coûteux et énergivores. Les poissons d'eau chaude (p. ex. tilapia, carpe commune, poisson-chat) et les bactéries nitrifiantes prospèrent à des températures d'eau plus élevées de 22 à 29 °C, tout comme certains légumes populaires comme le okra, le choux asiatique et le basilic. Par contre, certains légumes communs comme la laitue, la bette et les concombres poussent mieux à des températures plus fraîches de 18 à 26 °C, et les poissons d'eau froide comme la truite ne tolèrent pas des températures supérieures à 18 °C. sur la production de plantes et de poissons, respectivement, et l'annexe 1 pour obtenir des informations clés sur la culture de 12 légumes populaires.

   Bien qu'il soit préférable de choisir des plantes et des poissons déjà adaptés au climat local, il existe des techniques de gestion qui peuvent minimiser les fluctuations de température et prolonger la saison de croissance. Les systèmes sont également plus productifs si les fluctuations de température quotidiennes, de jour comme de nuit, sont minimes. Par conséquent, la surface de l'eau elle-même, dans tous les bassins à poissons, unités hydroponiques et biofiltres, doit être protégée du soleil à l'aide de structures d'ombrage. De même, l'unité peut être protégée thermiquement à l'aide d'une isolation contre les températures nocturnes fraîches partout où elles se produisent. Il existe également des méthodes permettant de chauffer passivement des unités aquaponiques à l'aide de serres ou d'énergie solaire avec des tuyaux agricoles enroulés, qui sont les plus utiles lorsque les températures sont inférieures à 15 °C ; ces méthodes sont décrites plus en détail dans les chapitres 4 et 9.

   Il est également possible d'adopter une stratégie de production piscicole pour tenir compte des différences de température entre l'hiver et l'été, en particulier si la saison hivernale a des températures moyennes inférieures à 15 °C pendant plus de trois mois. Généralement, cela signifie que des poissons et des plantes adaptés au froid sont cultivés en hiver, et le système est remplacé par des poissons et des plantes d'eau chaude à mesure que les températures remontent au printemps. Si ces méthodes ne sont pas réalisables pendant les saisons froides d'hiver, il est également possible de récolter les poissons et les plantes au début de l'hiver et de fermer les systèmes jusqu'au printemps. Pendant les saisons estivales avec des températures extrêmement chaudes (plus de 35 °C), il est essentiel de sélectionner les poissons et les plantes appropriés à cultiver (voir chapitres 6 et 7) et d'ombrager tous les récipients et l'espace de culture des plantes.

   Azote total : ammoniac, nitrite, nitrate

   L'azote est le quatrième paramètre crucial de la qualité de l'eau. Il est requis par toute vie, et une partie de toutes les protéines. À l'origine, l'azote pénètre dans un système aquaponique à partir des aliments pour poissons, généralement étiqueté comme protéines brutes et mesuré en pourcentage. Une partie de cette protéine est utilisée par les poissons pour la croissance, et le reste est libéré par les poissons sous forme de déchets. Ces déchets sont principalement sous forme d'ammoniac (NH3) et sont libérés par les branchies et sous forme d'urine. Des déchets solides sont également rejetés, dont certains sont convertis en ammoniac par activité microbienne. Cet ammoniac est ensuite nitrifié par des bactéries, dont il est question à la section 2.1, et transformé en nitrite (NO2-) et en nitrate (NO3-). Les déchets azotés sont toxiques pour les poissons à certaines concentrations, bien que l'ammoniac et le nitrite soient environ 100 fois plus toxiques que le nitrate. Bien que toxiques pour les poissons, les composés azotés sont nutritifs pour les plantes et constituent en fait le composant de base des engrais végétaux. Les trois formes d'azote (NH3, NO2et NO3) peuvent être utilisées par les plantes, mais le nitrate est de loin le plus accessible. Dans une unité aquaponique pleinement opérationnelle et dotée d'une biofiltration adéquate, les concentrations d'ammoniac et de nitrite devraient être proches de zéro, ou au plus de 0,25 à 1,0 mg/litre. Les bactéries présentes dans le biofiltre doivent convertir presque toute l'ammoniac et le nitrite en nitrate avant qu'une accumulation ne puisse se produire.

   Impacts de la forte teneur en ammoniac

   L'ammoniac est toxique pour les poissons. Le tilapia et la carpe peuvent présenter des symptômes d'empoisonnement à l'ammoniac à des concentrations aussi faibles que 1,0 mg/litre. Une exposition prolongée à ce niveau ou au-dessus de ce niveau causera des dommages au système nerveux central et aux branchies des poissons, entraînant une perte d'équilibre, une altération de la respiration et des convulsions. Les dommages aux branchies, souvent mis en évidence par la coloration rouge et l'inflammation des branchies, restreindront le bon fonctionnement d'autres processus physiologiques, conduisant à une suppression du système immunitaire et éventuellement à la mort. D'autres symptômes comprennent des stries rouges sur le corps, une léthargie et un haltèlement à la surface pour l'air. À des concentrations plus élevées d'ammoniac, les effets sont immédiats et de nombreux décès peuvent survenir rapidement. Cependant, des niveaux plus faibles sur une longue période peuvent encore entraîner un stress chez les poissons, une incidence accrue des maladies et une plus grande perte de poissons.

   Comme nous l'avons vu plus haut, la toxicité de l'ammoniac dépend en fait du pH et de la température, où le pH et la température de l'eau plus élevés rendent l'ammoniac plus toxique. Chimiquement, l'ammoniac peut exister sous deux formes dans l'eau, ionisée et syndiquée. Ensemble, ces deux formes sont appelées azote ammoniaque total (TAN), et les trousses d'analyse de l'eau ne permettent pas de distinguer les deux. Dans des conditions acides, l'ammoniac se lie avec les ions hydrogène en excès (un pH faible signifie une forte concentration de H+) et devient moins toxique. Cette forme ionisée est appelée ammonium. Cependant, dans des conditions de base (pH élevé, supérieur à 7), il n'y a pas assez d'ions hydrogène et l'ammoniac reste dans son état plus toxique, et même de faibles niveaux d'ammoniac peuvent être très stressants pour les poissons. Ce problème est exacerbé dans des conditions d'eau chaude.

   L'activité des bactéries nitrifiantes diminue considérablement à des niveaux élevés d'ammoniac. L'ammoniac peut être utilisé comme agent antibactérien et, à des concentrations supérieures à 4 mg/litre, il inhibe et réduit considérablement l'efficacité des bactéries nitrifiantes. Cela peut entraîner une détérioration exponentielle de la situation lorsqu'un biofiltre sous-dimensionné est submergé par l'ammoniac, que les bactéries meurent et que l'ammoniac augmente encore plus.

   Impacts de la teneur élevée en nitrite

   Le nitrite est toxique pour les poissons. À l'instar de l'ammoniac, des problèmes de santé des poissons peuvent survenir avec des concentrations aussi faibles que 0,25 mg/litre. Des niveaux élevés deNO 2peuvent immédiatement entraîner la mort rapide des poissons. Encore une fois, même de faibles niveaux sur une période prolongée peuvent entraîner une augmentation du stress, de la maladie et de la mort des poissons.

   Niveaux toxiques de NO2- empêche le transport d'oxygène dans la circulation sanguine des poissons, ce qui fait que le sang devient brun chocolat et est parfois connu sous le nom de « maladie du sang brun ». Cet effet peut également être observé chez les branchies de poissons. Les poissons affectés présentent des symptômes similaires à ceux de l'empoisonnement à l'ammoniac, en particulier lorsque les poissons semblent être privés d'oxygène, vu haletant à la surface même dans l'eau à forte concentration d'OD. La santé des poissons est traitée plus en détail au chapitre 7.

   Impacts de la teneur élevée en nitrate

   Le nitrate est beaucoup moins toxique que les autres formes d'azote. C'est la forme d'azote la plus accessible pour les plantes, et la production de nitrate est l'objectif du biofiltre. Les poissons peuvent tolérer des concentrations allant jusqu'à 300 mg/litre, certains poissons tolérant des concentrations allant jusqu'à 400 mg/litre. Des concentrations élevées ( \ > 250 mg/litre) auront un impact négatif sur les plantes, conduisant à une croissance végétative excessive et à une accumulation dangereuse de nitrates dans les feuilles, ce qui est dangereux pour la santé humaine. Il est recommandé de maintenir les niveaux de nitrate à 5 à 150 mg/litre et d'échanger l'eau lorsque les niveaux augmentent.

   Dureté de l'eau

   Le paramètre final de qualité de l'eau est la dureté de l'eau. Il existe deux types principaux de dureté : la dureté générale (GH) et la dureté carbonatée (KH). La dureté générale est une mesure des ions positifs dans l'eau. La dureté carbonatée, également connue sous le nom d'alcalinité, est une mesure de la capacité tampon de l'eau. Le premier type de dureté n'a pas d'impact majeur sur le processus aquaponique, mais KH a une relation unique avec le pH qui mérite d'être expliquée plus avant.

   Dureté générale

   La dureté générale est essentiellement la quantité d'ions calcium (Ca2+), de magnésium (Mg2+) et, dans une moindre mesure, de fer (Fe+) présents dans l'eau. Il est mesuré en parties par million (équivalent en milligrammes par litre). Des concentrations élevées de GH se trouvent dans les sources d'eau telles que les aquifères à base de calcaire et/ou les lits de rivières, puisque le calcaire est essentiellement composé de carbonate de calcium (CaCo3). Les ions Ca2+ et Mg2+ sont des nutriments végétaux essentiels, et ils sont absorbés par les plantes au fur et à mesure que l'eau coule à travers les composants hydroponiques. L'eau de pluie a une faible dureté de l'eau parce que ces ions ne se trouvent pas dans l'atmosphère. L'eau dure peut être une source utile de micronutriments pour l'aquaponie et n'a aucun effet sur la santé des organismes. En fait, la présence de calcium dans l'eau peut empêcher les poissons de perdre d'autres sels et conduire à un stock plus sain.

   Dureté carbonatée ou alcalinité

   La dureté carbonatée est la quantité totale de carbonates (CO32-) et de bicarbonates (HCO3-) dissous dans l'eau. Il est également mesuré en milligrammes de CaCo3 par litre.

   En général, on considère que l'eau a un KH élevé à des concentrations de 121 à 180 mg/litre. L'eau provenant des puits de roche calcaire et des aquifères aura normalement une dureté carbonatée élevée d'environ 150 à 180 mg/litre.

   La dureté carbonatée dans l'eau a un impact sur le niveau de pH. Autrement dit, KH agit comme un tampon (ou une résistance) à l'abaissement du pH. Le carbonate et le bicarbonate présents dans l'eau se lient aux ions H+ libérés par n'importe quel acide, éliminant ainsi ces ions H+ libres de l'eau. Par conséquent, le pH restera constant même lorsque de nouveaux ions H+ provenant de l'acide sont ajoutés à l'eau. Ce tampon KH est important, car les changements rapides du pH sont stressants pour l'ensemble de l'écosystème aquaponique. Le procédé de nitrification génère de l'acide nitrique (HNO3), tel que discuté à la section 3.2.2, qui est dissocié dans l'eau dans ses deux composants, les ions hydrogène (H+) et le nitrate (NO3-), ce dernier étant utilisé comme source de nutriments pour les plantes. Cependant, avec un KH adéquat, l'eau ne devient pas plus acide. En l'absence de carbonates et de bicarbonates dans l'eau, le pH diminuerait rapidement dans l'unité aquaponique. Plus la concentration de KH dans l'eau est élevée, plus elle servira de tampon pour le pH afin de maintenir le système stable contre l'acidification causée par le processus de nitrification.

   La section suivante décrit ce processus plus en détail. Il s'agit d'un processus assez compliqué, mais il est important de comprendre, pour les praticiens de l'aquaponie (ou d'autres cultures sans sol), où l'eau disponible est naturellement très dure (ce qui est normalement le cas dans les régions où la roche calcaire ou calcaire est calcaire), car la manipulation du pH deviendra un élément essentiel de la gestion de l'unité. La section 3.5 contient des techniques spécifiques de manipulation du pH. Le résumé suivant la description détaillée énumérera ce qu'il est essentiel que tous les praticiens sachent en ce qui concerne la dureté.

   Comme mentionné ci-dessus, la nitrification constante dans une unité aquaponique produit de l'acide nitrique et augmente le nombre d'ionsH+ , ce qui réduirait le pH dans l'eau. Si aucun carbonate ou bicarbonate n'est présent pour tamponner les ions H+ dans l'eau, le pH diminuera rapidement à mesure que d'autres ions H+ sont ajoutés dans l'eau. Les carbonates et les bicarbonates, comme le montre la figure 3.6, lient les ions hydrogène (H+) libérés par l'acide nitrique et maintiennent un pH constant en équilibrant le surplus deH+avec la production d'acide carbonique, qui est un acide très faible. Les ions H+ restent liés au composé et ne sont pas libres dans l'eau. La figure 3.7 montre plus en détail le processus de liaison qui se produit avec l'acide nitrique.

    

    

   Il est essentiel pour l'aquaponie qu'une certaine concentration de KH soit présente en tout temps dans l'eau, car elle peut neutraliser les acides créés naturellement et maintenir le pH constant. Sans KH adéquat, l'unité pourrait être soumise à des changements rapides de pH qui auraient des effets négatifs sur l'ensemble du système, en particulier sur les poissons. Cependant, le KH est présent dans de nombreuses sources d'eau. La reconstitution de l'unité avec de l'eau provenant de ces sources permettra également de reconstituer les niveaux de KH. Cependant, l'eau de pluie est faible en KH, et dans les systèmes pluviaux, il est utile d'ajouter des sources externes de carbonate, comme expliqué ci-dessous.

   Résumé des points essentiels sur la dureté

   La dureté générale (GH) est la mesure des ions positifs, en particulier le calcium et le magnésium.

   La dureté carbonatée (KH) mesure la concentration de carbonates et de bicarbonates qui tamponnent le pH (créent une résistance au changement de pH). La dureté peut être classée le long de l'échelle de dureté de l'eau comme indiqué ci-dessous :

   Le niveau optimal des deux types de dureté pour les aquaponiques est d'environ 60-140 mg/litre. Il n'est pas essentiel de vérifier les niveaux dans l'unité, mais il est important que l'eau utilisée pour reconstituer l'unité ait des concentrations suffisantes de KH pour continuer à neutraliser l'acide nitrique produit pendant le processus de nitrification et pour tamponner le pH à son niveau optimal (6-7).

   | Classement de dureté eau | mg/litre | | — | — | | doux | 0-60 mg/litre | | modérément dur | 60-120 mg/litre | | dur | 120-180 mg/litre | | très dur | \ > 180 mg/litre |

   *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 la permission. *

5. Essais d'eau

   Original publication 2014 · Publié pour la première fois sur FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Afin de maintenir une bonne qualité de l'eau dans les unités aquaponiques, il est recommandé d'effectuer des tests d'eau une fois par semaine pour s'assurer que tous les paramètres sont dans les niveaux optimaux. Cependant, les unités aquaponiques matures et assaisonnées auront une chimie constante de l'eau et n'auront pas besoin d'être testées aussi souvent. Dans ces cas, l'analyse de l'eau n'est nécessaire qu'en cas de suspicion d'un problème. De plus, la surveillance quotidienne de l'état de santé des poissons et des plantes qui poussent dans l'unité indiquera si quelque chose ne va pas, bien que cette méthode ne remplace pas l'analyse de l'eau.

    

   L'accès à des tests d'eau simples est fortement recommandé pour chaque unité aquaponique. Les trousses d'essai d'eau douce à code couleur sont facilement disponibles et faciles à utiliser (figure 3.13). Ces trousses comprennent des tests de pH, d'ammoniac, de nitrite, de nitrate, de GH et de KH. Chaque test consiste à ajouter 5 à 10 gouttes d'un réactif dans 5 millilitres d'eau aquaponique ; chaque test ne prend pas plus de cinq minutes. Les autres méthodes comprennent les compteurs numériques de pH ou de nitrate (relativement coûteux et très précis) ou les bandelettes d'essai d'eau (les moins chères et modérément précises, figure 3.14).

    

   Les tests les plus importants à effectuer chaque semaine sont le pH, le nitrate, la dureté carbonatée et la température de l'eau, car ces résultats indiquent si le système est en équilibre. Les résultats doivent être consignés chaque semaine dans un journal de bord dédié afin que les tendances et les changements puissent être suivis tout au long des saisons de croissance. Le dépistage de l'ammoniac et du nitrite est également extrêmement utile pour diagnostiquer les problèmes dans l'unité, en particulier dans les nouvelles unités ou si une augmentation de la mortalité des poissons soulève des problèmes de toxicité dans un système en cours. Bien qu'elles ne soient pas essentielles pour la surveillance hebdomadaire dans les unités établies, elles peuvent fournir des indicateurs très solides de la façon dont les bactéries convertissent les déchets de poisson et de la santé du biofiltre. Le dépistage de l'ammoniac et du nitrate est la première action si des problèmes sont constatés avec le poisson ou les plantes.

   *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 la permission. *

6. Travailler à l'intérieur de la plage de tolérance pour chaque organisme

   Original publication 2014 · Publié pour la première fois sur FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Le diagramme n’est pas disponible dans cette copie migrée ; consultez l’édition originale.

   Comme nous l'avons vu au chapitre 2, l'aquaponie consiste principalement à équilibrer un écosystème de trois groupes d'organismes : les poissons, les plantes et les bactéries (figure 3.2). Chaque organisme d'une unité aquaponique a une plage de tolérance spécifique pour chaque paramètre de qualité de l'eau (tableau 3.1). Les fourchettes de tolérance sont relativement semblables pour les trois organismes, mais il est nécessaire de faire des compromis et, par conséquent, certains organismes ne fonctionneront pas à leur niveau optimal.

   TABLEAU 3.1

   Tolérances générales de qualité de l'eau pour les poissons (eau chaude ou froide), les plantes hydroponiques et les bactéries nitrifiantes

   Le tableau 3.2 illustre le compromis idéal pour l'aquaponie qui est nécessaire pour les paramètres clés de la qualité de l'eau. Les deux paramètres les plus importants à équilibrer sont le pH et la température. Il est recommandé de maintenir le pH à un niveau compromis de 6-7, ou légèrement acide.

   TABLEAU 3.2

   Paramètres idéaux pour l'aquaponie comme compromis entre les trois organismes

   La plage de température générale est de 18 à 30 °C et devrait être gérée en fonction des espèces de poissons ou de plantes cibles cultivées ; les bactéries prospèrent dans cette aire de répartition. Il est important de choisir des appariements appropriés d'espèces de poissons et de plantes qui correspondent bien aux conditions environnementales. Le chapitre 7 et l'annexe 1 décrivent les températures optimales de croissance des poissons et des plantes courantes.

   L'objectif global est de maintenir un écosystème sain avec des paramètres de qualité de l'eau qui répondent aux exigences de culture simultanée du poisson, des légumes et des bactéries. Dans certains cas, la qualité de l'eau devra être manipulée activement pour répondre à ces critères et maintenir le bon fonctionnement du système.

   *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. *