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2.4 Culture végétale ou sous-système hydroponique

3 months ago

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La partie hydroponique du système englobe la majeure partie de l'empreinte de l'installation. Trois modèles principaux sont utilisés : les lits médiatiques, la culture en eau profonde (DWC) et la TVN.

Systèmes basés sur les médiass : La conception des systèmes basés sur les médias, parfois appelés inondation et drain, est assez simple. Un récipient rempli de substrat est périodiquement inondé d'eau provenant du réservoir à poissons. L'eau s'écoule ensuite vers le puisard (ou la cuve à poisson) en puisant de l'oxygène dans le substrat pour les racines des plantes et les bactéries nitrifiantes. Le lit médiatique soutient la plante au fur et à mesure qu'elle pousse et sert de filtre solide et biologique (Figure 6). En raison de relativement peu de composants et de la facilité de construction et d'exploitation, ces systèmes sont populaires pour les amateurs et dans les régions en développement. Cependant, il est rare de trouver une production commerciale utilisant uniquement des lits médiatiques, car ils sont moins productifs que les autres types décrits ci-dessous. La règle empirique pour les systèmes de médias est décrite dans le tableau 1.

Tableau 1 : Règles empiriques pour les systèmes aquaponiques basés sur les médias. Règles empiriques pour les systèmes aquaponiques à base de médias Caractéristiques du substratPoreux pour augmenter la rétention d'oxygène et d'eauFournit un drainage adéquatFacile à manipulerPoids légeretéconomique Conception du systèmeLes lits des plantes doivent avoir une profondeur d'au moins 12 pouces (30 cm)L'eau doit rester à 2 pouces sous la surface du milieu pour empêcher les algues de se développerà la surface du milieu. Les réservoirs de poisson ou les puisards doivent être dimensionnés de manière à ce que la pompe ne tourne pas à sec et que le réservoir ne déborde pas pendant le cycle d'inondation et de vidange. Rapport 1:1 du volume du réservoir à poisson par rapport au volume du lit de la plante pour une conception simple impliquant uniquement un réservoir à poisson et un lit de plante. Le rapport de2:1 ou 3:1 peut être obtenu en ajoutant le puisard (figure 5) Capacité dechargeFaible densité d'ensemencement des poissonsFiltration séparée nécessaire pour augmenter la densité des poissonsLe taux d'alimentation est de 25 à 40 % inférieur aux valeurs indiquées pour la culture en eau profonde Gestion du débit d'eauLevolume du réservoir de poisson doit être circulé à travers le lit de l'usine toutes les heuresDébit d'eauEntretienNettoyage nécessaire à intervalles réguliers pour éliminer les solidesDesvers rouges peuvent être ajoutés pour déplacer les solides piégés dans des lits

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Divers matériaux peuvent être utilisés comme substrat, y compris du gravier de pois, de la roche de lave, des cailloux d'argile expansée ou d'autres milieux inertes ; les praticiens peuvent être limités par ce qui est disponible localement. Le débit d'eau dans le système est contrôlé par une minuterie ou un siphon. En utilisant la méthode de minuterie, l'eau est pompée pendant un certain temps, ce qui permet au lit de se remplir.

Lorsque la minuterie s'éteint, l'eau s'écoule jusqu'à ce que la minuterie enclenche à nouveau la pompe. La méthode du siphon est souvent mise en œuvre à l'aide d'un siphon à cloche automatique (Figure 7a) ou d'un siphon à boucle (Figure 7b). Dans les deux méthodes de siphon, la pompe fonctionne en continu, contrôlant à quelle vitesse le lit se remplit et s'écoule. Fox et al. (2010) donne des instructions détaillées étape par étape pour la construction, l'exploitation et le dépannage d'un siphon automatique.

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Les systèmes à flux constant offrent une alternative à la méthode d'inondation et de vidange. L'eau fortement aérée s'écoule dans le lit médiatique. Au lieu d'un cycle d'inondation et de vidange, le niveau d'eau reste constant en utilisant une canalisation. Cela réduit considérablement la taille du puisard nécessaire à ce type de système de culture.

Culture en eau profonde : Cette méthode de culture consiste à suspendre les plantes dans un radeau flottant, ce qui permet aux racines de s'accrocher dans l'eau (Figure 8). Les racines des plantes sont en contact constant avec l'eau riche en nutriments provenant de l'aquarium.

Une filtration efficace des solides est une exigence dans ces systèmes pour empêcher les solides de pénétrer dans le lit de la plante et de colmater les racines des plantes. L'aération doit également être assurée dans les abreuvoirs pour maintenir des niveaux d'oxygène adéquats pour les racines des plantes et les bactéries bénéfiques. En plus de leur grande capacité de rétention d'eau qui maintient les paramètres de qualité de l'eau plus stables, le dessous des radeaux et le revêtement des aubes offrent un espace suffisant pour coloniser les bactéries nitrifiantes. Le design lui-même fournit également un coussin contre les pannes de courant, car les racines restent immergées dans l'eau malgré la perte d'eau ou de débit d'air.

Tableau 2 : Règles empiriques pour le DWC en aquaponie.

Règles de base pour la culture en eau profonde en aquaponie Caractéristiques dessubstratsLes radeaux sont généralement fabriqués à partir de panneaux en plastique HDPE ou en polystyrène. Leslits doivent être isolés pour éviter les fluctuations de température dans le système Conception du systèmeLes lits doivent avoir une profondeur de 12 pouces (30 cm)La largeur du lit peut varier, mais ont généralement une largeur de 4 pieds. Unefiltration efficace des solides est nécessaire pour empêcher les solides de s'accumuler dans les litsde la plante. Débit d'eau de 5 à 10 gallons par minuteCapacité de chargeHaute densité d'ensemencement des poissons obtenue avec des solides et une filtration biologiqueDensité d'ensemencement des poissons ne dépassant pas 60 kg/m3 (0,5 lb/gallon)Lespoissons consomment 1 à 3 % du corps Poids dans l'alimentation par jour*L'apport alimentaire pour les légumes verts feuillus est de 40 à 60 g de nourriture/m2/jour d'alimentation 32 % de régime protéiqueL'apport alimentaire pour les cultures fruitières est de 60 à 100 g de nourriture/m2/jour d'alimentation 32 % de régime protéiqueVerts feuillus ensemencés à 20 à 25 plantes/m2Cultures fruitières ensemencées à 4 plantes/m 2Gestion du débit d'eaude1 à 4 heures Temps de rétention d'eau dans les abreuvoirs de la planteLeslits longs et étroits aident l'eau à se déplacer dans le systèmeEntretienLes solides fins peuvent s'accumuler dans les abreuvoirs et devront être enlevés Clarificateur drainé quotidiennementCapture de solides fins nettoyée chaque semaine

 \ *Exception concerne les premiers stades de la vie où les poissons peuvent consommer 5 à 10% de leur poids corporel dans les aliments par jour.

La culture en eau profonde (DWC) est plus productive (kg de produit/m^2^ espace de croissance) que les systèmes basés sur les médias ; toutefois, elle peut être plus difficile à gérer à plus petite échelle. Ces systèmes sont bien étudiés par l'industrie hydroponique et aquaponique et sont couramment mis en œuvre dans des milieux commerciaux.

Les légumes verts feuillus et les herbes, comme le basilic, font bien dans ce système de production. Les cultures fructueuses comme les tomates, les concombres et les poivrons peuvent réussir avec des densités nutritives appropriées et un soutien structurel. La technique DWC peut ne pas convenir aux zones où l'accès aux fournitures ou aux équipements est limité. Les règles empiriques pour le DWC en aquaponie sont énumérées dans le tableau 2.

Technique : La technologie des films nutritifs (NFT) provient directement de l'industrie hydroponique. Dans cette méthode, les plantes sont insérées dans le haut des canaux horizontaux peu profonds. Un petit film d'eau est pompé à travers le canal, entrant en contact avec les racines des plantes qui utilisent ces nutriments pour la croissance (figure 9). Les systèmes NFT, comme le DWC, nécessitent une filtration suffisante des solides pour éviter la contamination des racines des plantes. Contrairement au DWC, les systèmes NFT ont besoin d'un filtre biologique distinct, car le canal à lui seul ne fournit pas suffisamment de surface pour une croissance suffisante des bactéries nitrifiantes.

Ces systèmes sont plus complexes à concevoir, construire et gérer que les systèmes basés sur les médias. Si les canaux ne sont pas correctement dimensionnés, les racines des plantes peuvent perturber l'écoulement de l'eau en obstruant les tuyaux. Cette conception suppose un certain risque, car la défaillance de la pompe peut entraîner une perte importante de récolte si le débit d'eau ne reprend pas rapidement. Cependant, NFT peut être un excellent système pour les zones urbaines ou les toits car ils sont légers, utilisent très peu d'eau et peuvent être fabriqués à partir de matériaux facilement approvisionnés. Les règles empiriques pour la TVN en aquaponie sont énumérées dans le tableau 3.

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Tableau 3 : Règles empiriques pour la TVN en aquaponie Règles de pouce pour la technique du film nutritif en aquaponieCaractéristiques des substratsLescanaux peuvent être fabriqués à partir de plastique préfabriqué, de matériau de gouttière de pluie ou de tuyaux en PVC Les tuyauxblancs doivent être utilisés car ils reflètent la lumière du soleil Maintenir le canal intérieur fraisConception du systèmeLes canaux carrés ou ronds conviennentLediamètre du canal doit être adapté à la taille des racines de la cultureVerts feuillus - 7,5 cm de diamètre du tuyauCultures fructueuses — 11 cm de diamètre du tuyau Les canaux ne doivent pas dépasser 12 m pour éviter les carences en éléments nutritifs dans les plantes à l'extrémité de la conduite Lapente du canal doit être de 1 cm/m pour assurer un débit adéquatFiltration efficace des solides requise car les solides peuvent obstruer les tubesAération lourde requiseCapacité de charge Unedensité élevée d'ensemencement des poissons de 60 kg/m3 (0,5 lb/gallon) peut être obtenue avec des solides appropriés et une filtration biologiqueL'usine a besoin d'un minimum de 21 cm entre la gestion dudébit d'eaude1 à 4 heures de temps de rétention d'eau dans les abreuvoirs de la plante Des lits longs et étroits aident l'eau à se déplacer dans le systèmeMaintenanceLescanaux doivent être nettoyés entre la récolteDespompes de secours et des génératrices sont nécessaires car les usines sont très vulnérables en cas de panne

 \ *Exception concerne les premiers stades de la vie où les poissons peuvent consommer 5 à 10% de leur poids corporel dans les aliments par jour.

*Source : Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. 2021. Université d'État du Kentucky. Manuel de production aquaponique : manuel pratique pour les producteurs. *


Kentucky State University

https://www.kysu.edu/academics/college-acs/school-of-aas/index.php

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