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D'un point de vue économique, il existe un certain nombre de limitations inhérentes aux systèmes aquaponiques qui rendent plus ou moins viables certains dessins commerciaux (Goddek et al. 2015 ; Vermeulen et Kamstra 2013). L'un des principaux enjeux est que les systèmes hydroponiques et aquacoles autonomes et indépendants sont plus productifs que les systèmes aquaponiques traditionnels à boucle unique (Graber et Junge, 2009), car ils ne nécessitent pas de compromis entre les composantes poisson et plante. L'aquaponie classique et classique à boucle unique nécessite un compromis entre les composantes du poisson et de la plante lorsqu'il s'agit d'optimiser la qualité de l'eau et les niveaux de nutriments qui diffèrent intrinsèquement pour les deux parties (p. ex., les plages de pH souhaitées et les besoins et concentrations en nutriments). Dans les systèmes aquaponiques traditionnels, les économies réalisées dans les besoins en engrais pour les plantes ne compensent pas les déficits de récolte causés par des conditions sous-optimales dans les sous-systèmes respectifs (Delaide et al., 2016).

Optimiser les conditions de croissance tant pour les plantes (Delaide et al. 2016 ; Goddek et Vermeulen 2018) que pour le poisson est le plus grand défi à la rentabilité, et les résultats actuels indiquent que cela peut être mieux réalisé dans les systèmes aquaponiques découplés à plusieurs boucles parce qu'ils sont basés sur des boucles de recirculation indépendantes qui impliquent (1) les poissons, (2) les plantes et (3) les bioréacteurs (anaérobies ou aérobies) pour la digestion des boues et un flux d'eau unidirectionnel (nutriments), ce qui peut améliorer la récupération et la biodisponibilité des macro-et micro-nutriments, ainsi que l'optimisation de la consommation d'eau (Goddek et Keesman 2018). Les études actuelles montrent que ce type de système permet le maintien de populations spécifiques de micro-organismes dans chaque compartiment pour une meilleure gestion des maladies, et qu'ils sont plus efficaces sur le plan économique dans la mesure où non seulement les systèmes réduisent l'écoulement des déchets, mais réutilisent également les boues autrement inutilisables, la conversion en produits précieux (par exemple, biogaz et engrais).

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Fig. 1.2 Un système aquaponique vu comme un schéma de boîte noire. Nous ne pouvons pas voir à l'intérieur de la boîte, mais nous connaissons les entrées, les sorties (c'est-à-dire les poissons et les plantes) et les déchets

Les systèmes indépendants et les unités hydroponiques présentent également un large éventail de défis opérationnels qui sont discutés en détail aux chapitres 3 et 4. De plus en plus, les progrès technologiques ont permis des ratios de productivité plus élevés (figure 1.2), qui peuvent être définis comme une fraction des sorties du système (p. ex. poissons et plantes) par rapport à l'entrée du système (p. ex. aliments pour poissons et/ou fertilisation supplémentaire, apport d'énergie pour l'éclairage, le chauffage et le pompage CO~2~ sub2/sub dosage et biocontrôles).

Si l'on considère les nombreux défis que rencontre l'aquaponie, les problèmes de production peuvent être répartis en trois thèmes spécifiques : (1) productivité du système, (2) chaînes de valeur efficaces et (3) gestion efficace de la chaîne d'approvisionnement.

Productivité du système La productivité agricole est mesurée comme le rapport entre la production agricole et les intrants agricoles. Les systèmes aquaponiques traditionnels à petite échelle ont été conçus principalement pour répondre à des considérations environnementales telles que les rejets d'eau, les apports d'eau et le recyclage des éléments nutritifs, mais ces dernières années, l'accent s'est de plus en plus orienté vers la faisabilité économique afin d'accroître la productivité de l'agriculture à grande échelle applications. Toutefois, cela nécessitera la productivité des systèmes aquaponiques pour pouvoir concurrencer économiquement les systèmes hydroponiques et aquacoles indépendants de pointe. Si l'on veut appliquer avec succès le concept d'aquaponie à grande échelle, il faut optimiser la réutilisation des nutriments et de l'énergie, mais il faut aussi envisager les marchés finaux.

Chaînes de valeur effectif Les chaînes de valeur (valeur ajoutée) des produits agricoles proviennent principalement de la transformation des produits tels que les légumes récoltés, les fruits et les poissons. Par exemple, le prix de vente du pesto (rouge et vert) peut être plus de dix fois plus élevé que celui des tomates, du basilic, de l'huile d'olive et des pignons de pin. En outre, la plupart des produits alimentaires transformés ont une durée de conservation plus longue, réduisant ainsi la détérioration. De toute évidence, les produits frais sont importants parce que les valeurs nutritionnelles sont majoritairement plus élevées que celles des aliments transformés. Cependant, produire des produits frais et de haute qualité est un véritable défi et donc un luxe dans de nombreuses régions du monde. Les pertes d'éléments nutritifs pendant l'entreposage des fruits et légumes sont importantes s'ils ne sont pas mis en conserve ou congelés rapidement (Barrett, 2007 ; Rickman et al., 2007). Par conséquent, pour les systèmes à grande échelle, la transformation des aliments devrait au moins être considérée pour équilibrer les fluctuations entre l'offre et la demande et réduire le gaspillage alimentaire. En ce qui concerne la réduction du gaspillage alimentaire, les légumes qui ne répondent pas aux normes relatives aux produits frais, mais qui sont encore de qualité commercialisable, devraient être transformés afin de réduire les pertes post-récolte.

Bien que de tels critères s'appliquent à tous les produits agricoles et de la pêche, la valeur ajoutée peut augmenter sensiblement la rentabilité de l'exploitation aquaponique, surtout si les produits peuvent atteindre des créneaux.

Gestion efficace de la chaîne d'approvisionnement Dans les pays dotés de réseaux de transport et de réfrigération bien développés, les fruits et légumes peuvent être importés du monde entier pour répondre à la demande des consommateurs en produits frais. Mais, comme nous l'avons mentionné précédemment, les produits frais et de haute qualité sont rares dans de nombreuses régions du monde, et le mouvement à longue distance des biens — c'est-à-dire la gestion de la chaîne d'approvisionnement — pour répondre à la demande des consommateurs haut de gamme est souvent critiqué et à juste titre. La plupart des citadins du monde entier comptent sur le transport de denrées alimentaires sur de longues distances pour répondre à leurs besoins quotidiens (Grewal et Grewal 2012). L'une des principales critiques est donc la dépendance à l'égard des combustibles fossiles nécessaires pour transporter des produits sur de grandes distances (Barrett 2007). La question des milles alimentaires met l'accent sur la distance que les aliments sont transportés entre le moment de la production et l'achat par le consommateur final (Mundler et Criner, 2016). Toutefois, en ce qui concerne les émissions de COSub2/Sub par tonne/km (tkm), un mille de nourriture pour le transport ferroviaire (13,9 g COSub2/Sub-Tkm) n'est pas égal à un mille alimentaire de transport routier et routier, car le transport par camion a plus de 15 fois plus d'impact environnemental (McKinnon, 2007). Par conséquent, la distance de transport n'est pas nécessairement la seule considération, car l'empreinte écologique des légumes cultivés dans les fermes rurales est potentiellement inférieure aux intrants nécessaires pour cultiver des aliments dans les serres plus proches des centres urbains.

Les milles alimentaires ne sont donc qu'une partie de l'image. Les aliments sont transportés sur de longues distances, mais les émissions de gaz à effet de serre associées à la production alimentaire sont dominées par la phase de production (c'est-à-dire l'impact de l'énergie pour le chauffage, le refroidissement et l'éclairage) (Engelhaupt, 2008 ; Weber et Matthews, 2008). Par exemple, Carlsson (1997) a montré que les tomates importées d'Espagne vers la Suède en hiver ont une empreinte carbone beaucoup plus faible que celles cultivées localement en Suède, puisque les intrants énergétiques des serres en Suède l'emportent de loin sur l'empreinte carbone du transport en provenance de l'Espagne. Lors de l'approvisionnement alimentaire, le transport des marchandises n'est pas le seul facteur à prendre en considération, car la fraîcheur des produits détermine leur valeur nutritive, leur goût et leur attrait général pour les consommateurs. En cultivant localement des aliments frais, de nombreux chercheurs s'entendent pour dire que l'agriculture urbaine pourrait contribuer à assurer l'approvisionnement en produits de haute qualité pour les populations urbaines de l'avenir tout en réduisant les milles alimentaires (Bon et al. 2010 ; dos Santos 2016 ; Hui 2011). Ces deux domaines seront examinés plus en détail dans Sect. 1.5.

Du point de vue des consommateurs, l'aquaponie urbaine présente donc des avantages en raison de ses avantages environnementaux dus à la brièveté des chaînes d'approvisionnement et parce qu'elle répond aux préférences des consommateurs pour des aliments frais de haute qualité produits localement (Miličić et al., 2017). Cependant, malgré ces avantages, il existe un certain nombre de préoccupations socio-économiques : le problème majeur concerne les prix de l'immobilier urbain, car les terres sont coûteuses et souvent considérées comme trop précieuses pour la production alimentaire. Ainsi, l'achat de terrains urbains rend très probablement impossible la réalisation d'un rendement escompté réalisable des investissements. Cependant, dans les villes en déclin, où la population diminue, l'espace inutilisé pourrait être utilisé à des fins agricoles (Bontje et Latten, 2005 ; Schilling et Logan, 2008) comme c'est le cas à Détroit, aux États-Unis (Mogk et al., 2010).

En outre, il y a un problème majeur de contrôle de l'urbanisme, où dans de nombreuses villes, les terres urbaines ne sont pas désignées pour la production alimentaire agricole et l'aquaponie est considérée comme une partie de l'agriculture. Ainsi, dans certaines villes, l'agriculture aquaponique n'est pas autorisée. Le moment est venu de s'engager avec les urbanistes qui doivent être convaincus des avantages des fermes urbaines, qui sont très productives et produisent des aliments frais, sains et locaux dans le cadre du développement urbain et suburbain.


Aquaponics Food Production Systems

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