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Dans un système de recirculation, il est nécessaire de traiter l'eau en continu pour éliminer les déchets excrétés par le poisson, et d'ajouter de l'oxygène pour maintenir le poisson en vie et en bonne santé. Un système de recirculation est en fait assez simple. De la sortie des bassins à poissons, l'eau s'écoule vers un filtre mécanique et plus loin vers un filtre biologique avant d'être aéré, dépouillé de dioxyde de carbone et renvoyé dans les bassins à poissons. C'est le principe de base de la recirculation.

Plusieurs autres installations peuvent être ajoutées, telles que l'oxygénation à l'oxygène pur, la lumière ultraviolette ou la désinfection à l'ozone, la régulation automatique du pH, l'échange de chaleur, la dénitrification, etc. selon les besoins exacts.

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_Figure 2.1 Dessin principal d'un système de recirculation. Le système de traitement de l'eau de base comprend la filtration mécanique, le traitement biologique et l'aération et le décapage. D'autres installations, telles que l'enrichissement en oxygène ou la désinfection UV, peuvent être ajoutées selon les besoins. _

Les poissons dans une ferme piscicole ont besoin d'être nourris plusieurs fois par jour. L'aliment est consommé et digéré par le poisson et est utilisé dans le métabolisme du poisson, fournissant de l'énergie et de la nourriture pour la croissance et d'autres processus physiologiques. L'oxygène (O2) pénètre par les branchies et est nécessaire pour produire de l'énergie et pour décomposer les protéines, de sorte que le dioxyde de carbone (CO2) et l'ammoniac (NH3) sont produits comme déchets. Les aliments non digérés sont excrétés dans l'eau sous forme de matières fécales, appelées solides en suspension (SS) et matières organiques. Le dioxyde de carbone et l'ammoniac sont excrétés des branchies dans l'eau. Ainsi, les poissons consomment de l'oxygène et de l'alimentation et, par conséquent, l'eau du système est polluée par les matières fécales, le dioxyde de carbone et l'ammoniac.

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_Figure 2.2 La consommation d'aliments pour animaux et l'utilisation d'oxygène entraîne la croissance des poissons et l'excrétion de déchets, tels que le dioxyde de carbone, l'ammoniac et les matières fécales. _

Seul l'alimentation sèche peut être recommandée pour une utilisation dans un système de recirculation. L'utilisation de poubelles sous quelque forme que ce soit doit être évitée car elle polluera fortement le système et l'infection par des maladies est très probable. L'utilisation d'aliments secs est sûre et présente également l'avantage d'être conçue pour répondre aux besoins biologiques exacts du poisson. Les aliments secs sont livrés en différentes tailles de granulés adaptés à n'importe quel stade de poisson, et les ingrédients contenus dans les aliments secs peuvent être combinés pour développer des aliments spéciaux pour alevins, couvain, grossissement, etc.

Dans un système de recirculation, un taux d'utilisation élevé de l'aliment est bénéfique car cela réduira au minimum la quantité de produits d'excrétion, réduisant ainsi l'impact sur le système de traitement de l'eau. Dans un système géré par des professionnels, tous les aliments ajoutés seront consommés en gardant la quantité d'aliments non consommés au minimum. Le taux de conversion des aliments (FCR), qui décrit le nombre de kilos d'aliments que vous utilisez pour chaque kilo de poisson que vous produisez, est amélioré, et l'agriculteur obtient un rendement de production plus élevé et un impact moindre sur le système de filtration. Les aliments non consommés sont un gaspillage d'argent et entraînent une charge inutile sur le système de filtration. Il convient de noter que des aliments spécialement adaptés à une utilisation dans les systèmes de recirculation sont disponibles. La composition de ces aliments vise à maximiser l'absorption de protéines chez les poissons, réduisant ainsi l'excrétion d'ammoniac dans l'eau.

| Taille de la palette | Taille du poisson, gramme | Protéines | Graisses | | — | — | — | | 3 mm | 40 - 125 | 43 % | 27 % | | 4,5 mm | 100 - 500 | 42 % | 28 % | | 6,5 mm | 400 - 1200 | 41 % | 29 % |

| Composition, % | 3,0 mm | 4,5 mm | 6,5 mm | | — | — | — | | Farine de poisson | 22 | 21 | 20 | | Huile de poisson | 9 | 10 | 10 | | Huile de colza | 15 | 15 | 16 | | Farine d'hémoglobine | 11 | 11 | 11 | | Pois | 5 | 5 | 5 | | Soya | 10 | 11 | 11 | | Blé | 12 | 11 | 11 | | Gluten de blé | 5 | 5 | 5 | | Autres concentrés de protéines | 10 | 10 | 10 | | Vitamines, minéraux, etc. | 1 | 1 | 1 |

_Figure 2.3 Ingrédients et contenu d'un aliment pour truites pouvant être utilisé dans un système de recirculation. Source : BioMar. _

Composants d'un système de recirculation

Réservoirs à poissons

| Propriétés du réservoir | Réservoir circulaire | Circuit en D | Type de piste | | — | — | — | — | | Effet autonettoyant | 5 | 4 | 3 | | Faible temps de séjour des particules | 5 | 4 | 3 | | Contrôle et régulation de l'oxygène | 5 | 5 | 4 | | Utilisation de l'espace | 2 | 4 | 5 |

_Figure 2.4 Différentes conceptions de citernes donnent des propriétés et des avantages différents. Note 1-5, où 5 est le meilleur. _

L'environnement dans le bassin d'élevage doit répondre aux besoins du poisson, tant en ce qui concerne la qualité de l'eau que la conception du bassin. Le choix de la bonne conception du réservoir, comme la taille et la forme, la profondeur de l'eau, la capacité d'auto-nettoyage, etc., peut avoir un impact considérable sur la performance des espèces élevées.

Si le poisson réside dans le fond, le besoin de surface du réservoir est le plus important, et la profondeur de l'eau et la vitesse du courant d'eau peuvent être abaissées (flétan, sole ou autre poisson plat), tandis que les espèces pélagiques vivantes comme les salmonidés bénéficieront d'un volume d'eau plus élevé et présentent une meilleure performance à vitesses plus élevées de l'eau.

Dans un réservoir circulaire, ou dans un réservoir carré avec des coins coupés, l'eau se déplace selon un motif circulaire faisant bouger toute la colonne d'eau du réservoir autour du centre. Les particules organiques ont un temps de séjour relativement court de quelques minutes, en fonction de la taille du réservoir, en raison de ce schéma hydraulique qui donne un effet autonettoyant. Une entrée verticale avec réglage horizontal est un moyen efficace de contrôler le courant dans ces réservoirs.

Dans une piste, l'hydraulique n'a pas d'effet positif sur l'élimination des particules. D'un autre côté, si un réservoir de poisson est approvisionné efficacement en poisson, l'effet autonettoyant de la conception du réservoir dépendra davantage de l'activité du poisson que de la conception du réservoir. L'inclinaison du fond du réservoir a peu ou pas d'influence sur l'effet autonettoyant, mais il facilitera le drainage complet lorsque le réservoir est vidé.

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_Figure 2.5 Exemple de conception de citernes octogonales dans un système de recirculation qui permet d'économiser de l'espace tout en réalisant les bons effets hydrauliques de la citerne circulaire. Source : Groupe AKVA. _

Les réservoirs circulaires occupent plus d'espace que les pistes de roulement, ce qui augmente le coût de construction d'un bâtiment. En coupant les coins d'une citerne carrée, une structure octogonale apparaît, ce qui donnera une meilleure utilisation de l'espace que les citernes circulaires, tout en obtenant les effets hydrauliques positifs de la citerne circulaire (voir fig. 2.5). Il est important de noter que la construction de grands réservoirs favorisera toujours le réservoir circulaire car c'est la conception la plus solide et la façon la plus économique de fabriquer un réservoir.

Un type de réservoir hybride entre le réservoir circulaire et la piste appelée « piste de course en D » combine également l'effet autonettoyant du réservoir circulaire avec l'utilisation efficace de l'espace de la piste. Cependant, dans la pratique, ce type de réservoir est rarement utilisé, probablement parce que l'installation du réservoir nécessite des travaux supplémentaires et de nouvelles routines de gestion.

Des niveaux d'oxygène suffisants pour le bien-être des poissons sont importants dans la pisciculture et sont généralement maintenus à un niveau élevé en augmentant le niveau d'oxygène dans l'eau d'entrée du réservoir.

L'injection directe d'oxygène pur dans le réservoir par l'utilisation de diffuseurs peut également être utilisée, mais l'efficacité est plus faible et plus coûteuse.

Le contrôle et la régulation des niveaux d'oxygène dans des réservoirs circulaires ou similaires sont relativement faciles car la colonne d'eau est constamment mélangée, ce qui rend la teneur en oxygène presque la même partout dans le réservoir. Cela signifie qu'il est assez facile de garder le niveau d'oxygène désiré dans le réservoir. Une sonde à oxygène placée près de la sortie du réservoir donnera une bonne indication de l'oxygène disponible. Le temps nécessaire à la sonde pour enregistrer l'effet de l'ajout d'oxygène à un réservoir circulaire sera relativement court. La sonde ne pas être placée à proximité de l'endroit où l'oxygène pur est injecté ou où l'eau riche en oxygène est alimentée.

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_Figure 2.6 Citerne circulaire, piste à extrémité D et type de piste. _

Dans une piste de course, cependant, la teneur en oxygène sera toujours plus élevée à l'entrée et inférieure à la sortie, ce qui donne également un environnement différent selon l'endroit où chaque poisson nage. La sonde d'oxygène pour mesurer la teneur en oxygène de l'eau doit toujours être placée dans la zone avec la teneur en oxygène la plus faible, qui est près de la sortie. Ce gradient d'oxygène en aval rendra la régulation de l'oxygène plus difficile car le délai entre le réglage de l'oxygène vers le haut ou vers le bas à l'entrée et le moment où celui-ci est mesuré à la sortie peut aller jusqu'à une heure. Cette situation peut faire monter et descendre l'oxygène tout le temps au lieu de fluctuer autour du niveau sélectionné. L'installation de systèmes modernes de contrôle de l'oxygène utilisant des algorithmes et des constantes de temps permettra cependant d'éviter ces fluctuations indésirables.

Les sorties des réservoirs doivent être construites de manière à éliminer de manière optimale les particules résiduelles et être munies d'écrans avec des mailles appropriées. En outre, il doit être facile de ramasser les poissons morts pendant les routines de travail quotidiennes.

Les réservoirs sont souvent équipés de capteurs de niveau d'eau, de teneur en oxygène et de température pour avoir un contrôle complet de la ferme. Il faut également envisager d'installer des diffuseurs pour fournir de l'oxygène directement dans chaque réservoir en cas d'urgence.

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_Figure 2.7 Filtre de tambour. Source : CM Aqua. _

Filtration mécanique

La filtration mécanique de l'eau de sortie des bassins à poissons s'est avérée être la seule solution pratique pour l'élimination des déchets organiques. Aujourd'hui, presque toutes les fermes piscicoles recirculées filtrent l'eau de sortie des réservoirs dans un microécran muni d'un chiffon filtrant généralement de 40 à 100 microns. Le filtre à tambour est de loin le type de microécran le plus couramment utilisé, et la conception assure l'élimination en douceur des particules.

Fonction du filtre à tambour :

  1. L'eau à filtrer pénètre dans le tambour.

  2. L'eau est filtrée à travers les éléments filtrants du tambour. La différence de niveau d'eau à l'intérieur et à l'extérieur du tambour est la force motrice de la filtration.

  3. Les solides sont piégés sur les éléments filtrants et soulevés jusqu'à la zone de lavage à contre-courant par la rotation du tambour.

  4. L'eau des buses de rinçage est pulvérisée de l'extérieur des éléments filtrants. La matière organique rejetée est éliminée des éléments filtrants dans le bac à boues.

  5. Les boues s'écoulent avec l'eau par gravité du filtre qui échappe à l'élevage piscicole pour le traitement externe des eaux usées (voir chapitre 6).

La filtration par microécran présente les avantages suivants :

  • Réduction de la charge organique du biofiltre.

  • Rendre l'eau plus claire à mesure que les particules organiques sont retirées de l'eau.

  • Améliorer les conditions de nitrification car le biofiltre ne bouge pas.

  • Effet stabilisateur sur les processus de biofiltration.

Traitement biologique

Toutes les matières organiques ne sont pas éliminées dans le filtre mécanique, les particules les plus fines passeront avec des composés dissous tels que le phosphate et l'azote. Le phosphate est une substance inerte, sans effet toxique, mais l'azote sous forme d'ammoniac libre (NH3) est toxique et doit être transformé dans le biofiltre en nitrate inoffensif. La dégradation de la matière organique et de l'ammoniac est un processus biologique réalisé par des bactéries dans le biofiltre. Les bactéries hétérotrophes oxydent la matière organique en consommant de l'oxygène et en produisant du dioxyde de carbone, de l'ammoniac et des boues. Les bactéries nitrifiantes convertissent l'ammoniac en nitrite et finalement en nitrate.

L'efficacité de la biofiltration dépend principalement de :

  • La température de l'eau dans le système.

  • Le niveau de pH dans le système.

Pour atteindre un taux de nitrification acceptable, la température de l'eau doit être maintenue entre 10 et 35 °C (optimum autour de 30 °C) et le pH doit être compris entre 7 et 8. La température de l'eau dépendra le plus souvent des espèces élevées et n'est donc pas ajustée pour atteindre le taux de nitrification le plus optimal, mais pour donner des niveaux optimaux pour la croissance des poissons. La régulation du pH par rapport à l'efficacité du biofiltre est cependant importante car un pH plus bas réduit l'efficacité du biofiltre. Le pH doit donc être maintenu au-dessus de 7 afin d'atteindre un taux élevé de nitrification bactérienne. D'autre part, l'augmentation du pH entraînera une augmentation de la quantité d'ammoniac libre (NH3), ce qui renforcera l'effet toxique. L'objectif est donc de trouver l'équilibre entre ces deux objectifs opposés d'ajustement du pH. Un point d'ajustement recommandé se situe entre pH 7,0 et pH 7,5.

Deux facteurs majeurs influent sur le pH du système de recirculation de l'eau :

  • La production de CO~2~ à partir du poisson et de l'activité biologique du biofiltre.

  • L'acide produit par le procédé de nitrification.

Résultat de la nitrification :

NH~4~ (ammonium) + 1,5 O~2~ → NO~2~ (nitrite) + H~2~O + 2H^+^+ 2e

NO~2~ (nitrite) + 0,5 O~2~ → NO~3~ (nitrate) + e

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NH~4~ + 2 O~2~ ↔ NO~3~ + H~2~O + 2H^+^

Le CO~2~ est éliminé par aération de l'eau, de sorte que le dégazage a lieu. Ce processus peut être accompli de plusieurs façons, comme décrit plus loin dans ce chapitre.

Le procédé de nitrification produit de l'acide (H+) et le pH diminue. Afin de stabiliser le pH, une base doit être ajoutée. Pour ce faire, il faut ajouter de la chaux ou de l'hydroxyde de sodium (NaOH) ou une autre base à l'eau.

Les poissons excrètent un mélange d'ammoniac et d'ammonium [Nitrate d'ammoniac total (TAN) = ammonium (NH4+) + ammoniac (NH3)] où l'ammoniac constitue la partie principale de l'excrétion. La quantité d'ammoniac dans l'eau dépend toutefois du niveau de pH comme on peut le voir à la figure 2.8, qui montre l'équilibre entre l'ammoniac (NH3) et l'ammonium (NH4+).

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_Figure 2.8 Équilibre entre l'ammoniac (NH3) et l'ammonium (NH4+) à 20 °C. L'ammoniac toxique est absent à un pH inférieur à 7, mais augmente rapidement à mesure que le pH augmente. _

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Figure 2.9 La relation entre le pH mesuré et la quantité de TAN disponible pour la ventilation dans le biofiltre, basée sur une concentration toxique d'ammoniac de 0,02 mg/L.

En général, l'ammoniac est toxique pour les poissons à des concentrations supérieures à 0,02 mg/L. La figure 2.9 montre que la concentration maximale de TAN doit être autorisée à différents niveaux de pH si l'on veut garantir une concentration inférieure à 0,02 mg/L d'ammoniac. Les niveaux de pH inférieurs minimisent le risque de dépassement de cette limite toxique d'ammoniac de 0,02 mg/L, mais il est recommandé au pisciculteur d'atteindre un pH minimal de 7 afin d'atteindre un rendement de biofiltre plus élevé, comme expliqué précédemment. Malheureusement, la concentration totale de TAN à autoriser est ainsi considérablement réduite, comme on peut le voir à la figure 2.9. Il y a donc deux vecteurs opposés du pH que le pisciculteur doit prendre en considération lors du réglage de son biofiltre.

Le nitrite (NO2-) se forme à l'étape intermédiaire du processus de nitrification, et il est toxique pour les poissons à des niveaux supérieurs à 2,0 mg/L. Si les poissons dans un système de recirculation haletent pour l'air, bien que la concentration d'oxygène soit fine, une forte concentration de nitrite peut en être la cause. À des concentrations élevées, le nitrite est transporté sur les branchies dans le sang des poissons, où il empêche l'absorption d'oxygène. En ajoutant du sel à l'eau, atteignant aussi peu que 0,3 ‰, l'absorption de nitrite est inhibée.

Le nitrate (NO3-) est le produit final du procédé de nitrification et, bien qu'il soit considéré comme inoffensif, des concentrations élevées (supérieures à 100 mg/L) semblent avoir un impact négatif sur la croissance et la conversion des aliments pour animaux. Si l'échange d'eau nouvelle dans le système est maintenu très bas, le nitrate s'accumule et des niveaux inacceptables seront atteints. Une façon d'éviter l'accumulation est d'augmenter l'échange d'eau nouvelle, de sorte que la concentration élevée est diluée à un niveau inférieur et sans problème.

D'un autre côté, toute l'idée de la recirculation est d'économiser de l'eau et, dans certains cas, d'économiser de l'eau est un objectif majeur. Dans de telles circonstances, les concentrations de nitrates peuvent être réduites par dénitrification. Dans des conditions normales, une consommation d'eau de plus de 300 litres par kg d'aliment utilisé est suffisante pour diluer la concentration de nitrates. L'utilisation de moins de 300 litres d'eau par kg d'aliment rend l'utilisation de la dénitrification digne d'être envisagée.

La bactérie dénitrifiante la plus prédominante est appelée Pseudomonas. Il s'agit d'un procédé anaérobie (sans oxygène) réduisant le nitrate en azote atmosphérique. En fait, ce procédé élimine l'azote de l'eau dans l'atmosphère, ce qui réduit la charge d'azote dans l'environnement environnant. Le procédé nécessite une source organique (carbone), par exemple de l'alcool de bois (méthanol) qui peut être ajouté à une chambre de dénitrification. En pratique, 2,5 kg de méthanol sont nécessaires pour chaque kg de nitrate (NO3-N) dénitrifié.

Le plus souvent, la chambre de dénitrification est équipée d'un média biofiltre conçu avec un temps de séjour de 2-4 heures. Le débit doit être contrôlé de manière à maintenir la concentration d'oxygène en sortie à environ 1 mg/L. Si l'oxygène est complètement épuisé, il y aura une production importante de sulfure d'hydrogène (H2S), ce qui est extrêmement toxique pour les poissons et aussi une mauvaise odeur (oeuf pourri). La production de boues qui en résulte est assez élevée, et l'unité doit être lavée à contre-courant, généralement une fois par semaine.

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_Figure 2.10 Déplacement des supports de lit à gauche et des supports fixes à droite. _

Les biofiltres sont généralement construits à l'aide d'un support plastique donnant une surface élevée par m^3^ de biofiltre. Les bactéries se développeront sous forme de film mince sur le milieu, occupant ainsi une surface extrêmement grande. Le but d'un biofiltre bien conçu est d'atteindre une surface aussi élevée que possible par m^3^ sans emballer le biofiltre si serré qu'il sera bouché par la matière organique en cours d'exploitation. Il est donc important d'avoir un pourcentage élevé d'espace libre pour passer l'eau et d'avoir un bon débit global à travers le biofiltre ainsi qu'une procédure de lavage à contre-courant suffisante. Ces procédures de lavage à contre-courant doivent être effectuées à des intervalles suffisants une fois par semaine ou par mois en fonction de la charge sur le filtre. L'air comprimé est utilisé pour créer de la turbulence dans le filtre, où la matière organique est arrachée. Le biofiltre est manqué pendant la procédure de lavage, et l'eau sale du filtre est drainée et déchargée avant que le biofiltre ne soit raccordé au système.

Les biofiltres utilisés dans les systèmes de recirculation peuvent être conçus comme des filtres à lit fixe ou des filtres à lit mobile. Tous les biofiltres utilisés aujourd'hui en recirculation fonctionnent comme des unités immergées sous l'eau. Dans le filtre à lit fixe, le support plastique est fixe et ne bouge pas. L'eau traverse le milieu comme un flux laminaire pour entrer en contact avec le film bactérien. Dans le filtre à lit mobile, le média plastique se déplace dans l'eau à l'intérieur du biofiltre par un courant créé par pompage dans l'air. En raison du mouvement constant du média, les filtres à lit mobiles peuvent être emballés plus dur que les filtres à lit fixes, ce qui permet d'atteindre un taux de rotation plus élevé par m3 de biofiltre. Il n'y a cependant pas de différence significative dans le taux de rotation calculé par m2 (surface du filtre), car l'efficacité du film bactérien dans l'un ou l'autre des deux types de filtres est plus ou moins la même. Dans le filtre à lit fixe, cependant, les fines particules organiques sont également éliminées car ces substances adhèrent au film bactérien. Le filtre à lit fixe agira donc également comme une unité de filtration mécanique fine éliminant les matières organiques microscopiques et laissant l'eau très claire. Le filtre à lit mobile n'aura pas le même effet que la turbulence constante de l'eau rendra toute adhérence impossible.

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_Figure 2.11 Lit mobile (en haut) et biofiltres à lit fixe (en bas) . _

Les deux systèmes de filtration peuvent être utilisés dans le même système, ou ils peuvent être combinés ; en utilisant le lit mobile pour économiser de l'espace et le lit fixe pour bénéficier de l'effet d'adhérence. Il existe plusieurs solutions pour la conception finale des systèmes de biofiltration en fonction de la taille de la ferme, des espèces à cultiver, de la taille des poissons, etc.

Dégazage, aération et décapage

Avant que l'eau retombe vers les réservoirs de poissons, les gaz accumulés, qui sont préjudiciables au poisson, doivent être enlevés. Ce processus de dégazage est effectué par aération de l'eau, et la méthode est souvent appelée décapage. L'eau contient du dioxyde de carbone (CO2) provenant de la respiration des poissons et des bactéries présentes dans le biofiltre aux concentrations les plus élevées, mais de l'azote libre (N2) est également présent. L'accumulation de dioxyde de carbone et d'azote gazeux aura des effets néfastes sur le bien-être et la croissance des poissons. Dans des conditions anaérobies, on peut produire du sulfure d'hydrogène (H2S), en particulier dans les systèmes d'eau salée. Ce gaz est extrêmement toxique pour les poissons, même en faibles concentrations, et les poissons seront tués si le sulfure d'hydrogène est généré dans le système.

L'aération peut être réalisée en pompant de l'air dans l'eau par laquelle le

contact turbulent entre les bulles d'air et l'eau expulse les gaz. Cette aération sous-marine permet de déplacer l'eau en même temps, par exemple si un système de puits d'aération est utilisé (voir fig. 2.12).

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_Figure 2.12 Système de puits d'aération. _

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_Figure 2.13 Photo et dessin du filtre filtrant enveloppé dans un revêtement en plastique bleu pour éliminer les éclaboussures sur le sol (Billund Akvakulturservice, Danemark). Le procédé d'aération et de décapage est également appelé décapage CO2. Le milieu dans le filtre filtrant se compose généralement du même type de média que celui utilisé dans les biofiltres à lit fixe (voir figure 2.10). _

Cependant, le système de puits d'aération n'est pas aussi efficace pour éliminer les gaz que le système de filtre à filtre, également appelé dégazeur. Dans le système de ruissellement, les gaz sont éliminés par contact physique entre l'eau et le milieu plastique empilés dans une colonne. L'eau est amenée vers le haut du filtre sur une plaque de distribution avec des trous, puis évacuée à travers le milieu plastique pour maximiser la turbulence et le contact, ce que l'on appelle le processus de décapage.

Oxygénation

Le processus d'aération de l'eau, qui est le même processus physique que le dégazage ou le décapage, ajoutera de l'oxygène à l'eau par un simple échange entre les gaz dans l'eau et les gaz dans l'air en fonction du niveau de saturation de l'oxygène dans l'eau. L'équilibre de l'oxygène dans l'eau est de saturation à 100%. Lorsque l'eau a traversé les bassins à poissons, la teneur en oxygène a été abaissée, généralement jusqu'à 70 %, et la teneur est encore réduite dans le biofiltre. L'aération de cette eau apportera généralement la saturation jusqu'à environ 90%, dans certains systèmes 100% peut être atteint. Une saturation en oxygène supérieure à 100 % dans l'eau d'entrée des bassins à poissons est cependant souvent préférable afin d'avoir suffisamment d'oxygène disponible pour une croissance élevée et stable des poissons. Les niveaux de saturation supérieurs à 100 % nécessitent un système utilisant de l'oxygène pur.

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_Figure 2.14 Cône d'oxygène pour dissoudre l'oxygène pur à haute pression et capteur (sonde) pour mesurer la saturation en oxygène de l'eau. Source : Groupe AKVA/Oxyguard International. _

L'oxygène pur est souvent livré dans des réservoirs sous forme d'oxygène liquide, mais peut également être produit à la ferme dans un générateur d'oxygène. Il existe plusieurs façons de faire de l'eau super-saturée avec une teneur en oxygène atteignant 200-300%. Typiquement, des systèmes à cône à oxygène haute pression ou des systèmes à oxygène basse tête, tels que des plates-formes à oxygène, sont utilisés. Le principe est le même. L'eau et l'oxygène pur sont mélangés sous pression, ce qui oblige l'oxygène à pénétrer dans l'eau. Dans le cône d'oxygène, la pression est accomplie avec une pompe créant une pression élevée d'environ 1,4 bar dans le cône. Le pompage de l'eau sous pression dans le cône d'oxygène consomme beaucoup d'électricité. Dans la plate-forme d'oxygène, la pression est beaucoup plus faible, généralement jusqu'à environ 0,1 bar, et l'eau est simplement pompée à travers la boîte mélangeant eau et oxygène. La différence entre les deux types de systèmes est que la solution de cône d'oxygène n'utilise qu'une partie de l'eau circulante pour l'enrichissement en oxygène, alors que la plate-forme d'oxygène est utilisée pour le flux de recirculation principal souvent en combinaison avec le pompage global de l'eau dans le système.

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_Figure 2.15 Plate-forme d'oxygène pour dissoudre l'oxygène pur à basse pression tout en pompant l'eau autour de la ferme. Le système augmente généralement le niveau d'oxygène dissous à un peu plus de 100 % lors de l'entrée dans les réservoirs, en fonction des débits et de la conception de la ferme. Source : FREA Aquaculture Solutions

Quelle que soit la méthode utilisée, le processus doit être contrôlé à l'aide de la mesure de l'oxygène. La meilleure façon de le faire est de faire mesurer la sonde à oxygène après le système d'oxygénation à la pression atmosphérique normale, par exemple dans une chambre de mesure livrée par le fournisseur. Cela rend la mesure plus facile que si elle était faite sous pression, car la sonde devra être nettoyée et étalonnée de temps en temps.

Lumière ultraviolette

La désinfection UV fonctionne en appliquant de la lumière dans des longueurs d'onde qui détruisent l'ADN dans les organismes biologiques. En aquaculture, les bactéries pathogènes et les organismes unicellulaires sont ciblés. Le traitement est utilisé à des fins médicales depuis des décennies et n'a pas d'impact sur le poisson car le traitement UV de l'eau est appliqué à l'extérieur de la zone de production de poisson. Il est important de comprendre que les bactéries se développent si rapidement dans la matière organique que le contrôle du nombre de bactéries dans les fermes piscicoles traditionnelles a un effet limité. Le meilleur contrôle est obtenu lorsque la filtration mécanique efficace est combinée à une biofiltration complète pour éliminer efficacement la matière organique de l'eau de procédé, ce qui rend le rayonnement UV efficace.

La dose UV peut être exprimée en plusieurs unités différentes. L'un des plus utilisés est le micro-watt-secondes par cm^2^ (µWS/cm2). L'efficacité dépend de la taille et de l'espèce des organismes cibles et de la turbidité de l'eau. Pour lutter contre les bactéries et les virus, l'eau doit être traitée avec environ 2 000 à 10 000 µWs/cm^2 pour tuer 90 % des organismes, les champignons auront besoin de 10 000 à 100 000 et les petits parasites de 50 000 à 200 000 µWs/cm2.

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_Figure 2.16 Systèmes de traitement UV fermés et ouverts : à installer respectivement dans un système de tuyauterie fermée et dans un système à canal ouvert. Source : ULTRAAQUA. _

L'éclairage UV utilisé en aquaculture doit fonctionner sous l'eau pour donner une efficacité maximale, les lampes installées à l'extérieur de l'eau auront peu ou pas d'effet en raison de la réflexion de la surface de l'eau.

Ozone

L'utilisation de l'ozone (O3) dans la pisciculture a été critiquée parce que l'effet d'un surdosage peut causer de graves dommages aux poissons. Dans les exploitations agricoles situées à l'intérieur des bâtiments, l'ozone peut également être nocif pour les personnes qui travaillent dans la région, car il peut inhaler trop d'ozone. Un dosage correct et un contrôle de la charge ainsi qu'une bonne ventilation sont donc essentiels pour obtenir un résultat positif et sûr.

Le traitement de l'ozone est un moyen efficace de détruire les organismes indésirables par l'oxydation intense de la matière organique et des organismes biologiques. Dans la technologie de traitement de l'ozone, les microparticules sont décomposées en structures moléculaires qui se lient de nouveau ensemble et forment des particules plus grosses. Par cette forme de floculation, les solides microscopiques en suspension trop petits pour être capturés peuvent maintenant être retirés du système au lieu de passer par les différents types de filtres du système de recirculation. Cette technologie est également appelée polissage à l'eau car elle rend l'eau plus claire et exempte de tout solide en suspension et de bactéries éventuelles qui y adhèrent. Ceci est particulièrement approprié dans les systèmes d'écloserie et d'alevinage qui poussent de petits poissons, qui sont sensibles aux microparticules et aux bactéries dans l'eau.

Le traitement de l'ozone peut également être utilisé lorsque l'eau d'entrée dans un système de recirculation doit être désinfectée.

Il convient de mentionner que, dans de nombreux cas, le traitement UV est une bonne alternative sûre à l'ozone.

Régulation du pH

Le processus de nitrification dans le biofiltre produit de l'acide, de sorte que le niveau de pH diminue. Afin de maintenir un pH stable, une base doit être ajoutée à l'eau. Dans certains systèmes, une station de mélange de chaux est installée qui égoutte l'eau de chaux dans le système et stabilise ainsi le pH. Un système de dosage automatique régulé par un pH-mètre avec une impulsion de retour à une pompe posologique est une autre option. Avec ce système, il est préférable d'utiliser de l'hydroxyde de sodium (NaOH) car il est facile à manipuler et facilite l'entretien du système. L'hydroxyde de sodium est un puissant alcalin qui peut gravement brûler les yeux et la peau. Des précautions de sécurité doivent être prises, et des lunettes et des gants doivent être portés lors de la manipulation de ces acides et d'autres bases solides.

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_Figure 2.17 Pompe doseuse pour la régulation du pH par dosage prédéfini de NaOH. La pompe peut être connectée à un capteur de pH pour une régulation entièrement automatique du niveau de pH. _

Régulation de la température de l'eau

Le maintien d'une température optimale de l'eau dans le système de culture est très important, car le taux de croissance du poisson est directement lié à la température de l'eau. L'utilisation de l'eau d'admission est un moyen assez simple de réguler la température de jour en jour. Dans un système de recirculation intérieure, la chaleur s'accumulera lentement dans l'eau, car l'énergie sous forme de chaleur est libérée du métabolisme des poissons et de l'activité bactérienne dans le biofiltre. La chaleur due au frottement dans les pompes et à l'utilisation d'autres installations s'accumulera également. Les températures élevées dans le système sont donc souvent un problème dans un système intensif de recirculation. En ajustant la quantité d'eau fraîche fraîche dans le système, la température peut être régulée d'une manière simple.

Si le refroidissement par l'utilisation de l'eau d'admission est limité, une pompe à chaleur peut être utilisée. La pompe à chaleur utilisera la quantité d'énergie normalement perdue dans l'eau de décharge ou dans l'air sortant de la ferme. L'énergie est ensuite utilisée pour refroidir l'eau circulante à l'intérieur de la ferme. Une façon similaire de réduire les coûts de chauffage/refroidissement peut être obtenue en récupérant l'énergie par l'utilisation d'un échangeur de chaleur. L'énergie dans l'eau de décharge de la ferme est transférée dans l'eau d'admission froide ou vice versa. Ceci est fait en passant les deux cours d'eau dans l'échangeur de chaleur où l'eau de sortie chaude perdra de l'énergie et chauffera l'eau d'admission froide, sans mélanger les deux flux. Également sur le système de ventilation, un échangeur de chaleur pour l'air peut être monté en utilisant l'énergie provenant de l'air sortant et en le transférant à l'air entrant, réduisant ainsi considérablement le besoin de chauffage.

Dans les climats froids, le chauffage de l'eau peut être nécessaire. La chaleur peut provenir de n'importe quelle source comme une chaudière au pétrole ou au gaz et est, indépendamment de la source d'énergie, connectée à un échangeur de chaleur pour chauffer l'eau recirculée. Les pompes à chaleur sont une solution de chauffage respectueuse de l'environnement et peuvent utiliser l'énergie pour le chauffage de l'océan, d'une rivière, d'un puits ou de l'air. Il peut même être utilisé pour transférer l'énergie d'un système de recirculation à un autre, et ainsi chauffer un système et refroidir un autre. Habituellement, il utilise l'énergie provenant de l'océan par exemple à l'aide d'un échangeur de chaleur en titane, déplace l'énergie vers la recirculation qui demande le chauffage et libère la chaleur à travers un autre échangeur de chaleur.

Pompes

Différents types de pompes sont utilisés pour faire circuler l'eau de procédé dans le système. Le pompage nécessite normalement une quantité importante d'électricité, et de faibles hauteurs de levage et des pompes efficaces et correctement installées sont importantes pour réduire au minimum les coûts de fonctionnement.

Le levage de l'eau ne devrait se faire qu'une seule fois dans le système, de sorte que l'eau circule par gravité jusqu'au puisard de la pompe. Les pompes sont le plus souvent placées devant le système de biofiltre et le dégazeur au fur et à mesure que le processus de préparation de l'eau commence ici. Dans tous les cas, des pompes doivent être placées après la filtration mécanique pour éviter de casser les solides provenant des bassins à poissons.

Le calcul de la hauteur totale de levage pour le pompage est la somme de la hauteur de levage réelle et des pertes de pression dans les conduites, les coudes de tuyaux et autres raccords. C'est aussi appelé la tête dynamique. Si l'eau est pompée à travers un biofiltre submergé avant de tomber dans le dégazeur, il faudra également tenir compte d'une contre-pression du biofiltre. Les détails sur la mécanique des fluides et les pompes dépassent le cadre du présent guide.

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_Figure 2.18 Pompes de levage de type KPL pour un levage efficace de grandes quantités d'eau. Les pompes de levage sont souvent utilisées pour pomper le débit principal dans le système de recirculation. Une sélection correcte de la pompe est importante pour réduire les coûts de fonctionnement. Le contrôle de fréquence est une option pour réguler le débit exact nécessaire en fonction de la production de poisson. H est la hauteur de levage et Q est le volume d'eau soulevé. _

Source : Grundfos

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Figure 2.19 Pompes centrifuges de type NB pour pomper de l'eau lorsque des pressions élevées ou des hauteurs de levage élevées sont nécessaires. La gamme des pompes centrifuges est large, de sorte que ces pompes sont également utilisées efficacement pour le pompage à des hauteurs de levage plus basses. Les pompes centrifuges sont souvent utilisées dans les systèmes de recirculation pour pomper les flux secondaires comme par exemple les flux à travers les systèmes UV ou pour atteindre une pression élevée dans les cônes d'oxygène. H est la hauteur de levage et Q est le volume d'eau soulevé. Source : Grundfos

La hauteur totale de levage dans la plupart des systèmes de recirculation intensifs est d'environ 2 à 3 mètres, ce qui rend l'utilisation de pompes basse pression plus efficace pour pomper le débit principal autour. Cependant, le processus de dissolution de l'oxygène pur dans l'eau de procédé nécessite des pompes centrifuges car ces pompes sont capables de créer la haute pression requise dans le cône. Dans certains systèmes, où la hauteur de levage du débit principal est très faible, l'eau est entraînée sans l'utilisation de pompes en soufflant de l'air dans des puits d'aération. Dans ces systèmes, le dégazage et le mouvement de l'eau sont réalisés en un seul processus, ce qui permet de réduire les hauteurs de levage. L'efficacité du dégazage et du déplacement de l'eau n'est cependant pas nécessairement meilleure que celle du pompage de l'eau au-dessus du dégazeur, car l'efficacité des puits d'aération en termes d'utilisation de l'énergie et de rendement de dégazage est inférieure à celle des pompes de levage et de décapage ou de coupage de l'eau.

Surveillance, contrôle et alarmes

La pisciculture intensive nécessite une surveillance et un contrôle étroits de la production afin de maintenir des conditions optimales pour le poisson en tout temps. Les défaillances techniques peuvent facilement entraîner des pertes importantes, et les alarmes sont des installations vitales pour sécuriser l'opération.

Dans de nombreuses fermes modernes, un système de contrôle central peut surveiller et contrôler les niveaux d'oxygène, la température, le pH, les niveaux d'eau et les fonctions motrices. Si l'un des paramètres se déplace hors des valeurs d'hystérésis prédéfinies, un processus de démarrage/arrêt essaiera de résoudre le problème. Si le problème n'est pas résolu automatiquement, une alarme démarre. L'alimentation automatique peut également faire partie intégrante du système de commande central. Cela permet de coordonner précisément le moment de l'alimentation avec une dose plus élevée d'oxygène à mesure que la consommation d'oxygène augmente pendant l'alimentation. Dans les systèmes moins sophistiqués, la surveillance et le contrôle ne sont pas entièrement automatiques, et le personnel devra effectuer plusieurs ajustements manuels.

Quoi qu'il en soit, aucun système ne fonctionnera sans la surveillance du personnel travaillant sur la ferme. Le système de commande doit donc être équipé d'un système d'alarme qui appellera le personnel en cas de défaillance majeure. Un temps de réaction inférieur à 20 minutes est recommandé, même dans les situations où des systèmes de secours automatiques sont installés.

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_Figure 2.20 Une sonde à oxygène (Oxyguard) est étalonnée dans l'air avant d'être abaissée dans l'eau pour la mesure en ligne de la teneur en oxygène de l'eau. La surveillance peut être informatisée avec un grand nombre de points de mesure et de contrôle d'alarme. _

Système d'urgence

L'utilisation de l'oxygène pur comme support est la précaution de sécurité numéro un. L'installation est simple et se compose d'un réservoir de rétention pour l'oxygène pur et d'un système de distribution avec diffuseurs installés dans tous les réservoirs. En cas de défaillance de l'alimentation électrique, une vanne magnétique se retire et l'oxygène sous pression s'écoule vers chaque réservoir pour maintenir le poisson en vie. Le débit envoyé aux diffuseurs doit être réglé au préalable, de sorte que l'oxygène dans le réservoir de stockage en situation d'urgence dure suffisamment longtemps pour que l'échec soit corrigé à temps.

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_Figure 2.21 Réservoir d'oxygène et générateur électrique de secours. _

Pour sauvegarder l'alimentation électrique, un générateur électrique alimenté par carburant est nécessaire. Il est très important de mettre en service les pompes principales le plus rapidement possible, car l'ammoniac excrété du poisson s'accumulera jusqu'à des niveaux toxiques lorsque l'eau ne circule pas sur le biofiltre. Il est donc important de faire circuler l'eau dans une heure environ.

Eau d'admission

L'eau utilisée pour la recirculation doit de préférence provenir d'une source exempte de maladies ou être stérilisée avant d'entrer dans le système. Dans la plupart des cas, il est préférable d'utiliser l'eau d'un forage, d'un puits ou quelque chose de similaire que d'utiliser l'eau provenant directement d'une rivière, d'un lac ou de la mer. Si un système de traitement de l'eau d'admission doit être installé, il se compose généralement d'un filtre à sable pour la microfiltration et d'un système UV ou d'ozone pour la désinfection.

*Source : Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture, 2015, Jacob Bregnballe, A Guide to Recirculation Aquaculture, http://www.fao.org/3/a-i4626e.pdf. Reproduit avec la permission. *


Food and Agriculture Organization of the United Nations

http://www.fao.org/
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