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Le principe de l'aquaponie couplée combine trois classes d'organismes : (1) les organismes aquatiques, (2) les bactéries et (3) les plantes qui bénéficient les unes des autres dans un plan d'eau fermé recirculé. L'eau sert de moyen de transport des nutriments, principalement à partir des déchets de poisson dissous, qui sont transformés en nutriments pour la croissance des plantes par les bactéries. Ces bactéries (par exemple Nitrosomonas spec., Nitrobacter spec.) oxydent l'ammonium en nitrite et finalement en nitrate. Par conséquent, il est nécessaire que les bactéries reçoivent des quantités substantielles d'ammonium et de nitrite pour stabiliser la croissance des colonies et la quantité de production de nitrates. Par conséquent, dans un système aquaponique couplé, les volumes sont d'une importance critique, i) l'unité aquacole suivant les principes des systèmes aquacoles de recirculation (RAS), ii) le substrat de croissance bactérienne et iii) l'espace pour les unités végétales et la quantité de plantes à cultiver. Ensemble, ils forment l'unité aquaponique (Fig. 7.2).

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Fig. 7.2 Principe du système aquaponique couplé avec des poissons, des bactéries et des plantes dans une recirculation d'eau complètement fermée

Les composants biologiques et chimiques spécifiques de l'eau de procédé revêtent une importance particulière pour les systèmes aquaponiques couplés. Avec des particules alimentaires ou non consommées, les déchets organiques de poisson et les bactéries à l'intérieur de l'eau de procédé, une émulsion de nutriments combinée avec des enzymes et des bactéries digestives soutient la croissance des poissons et des plantes. Il existe des preuves que, par rapport à des systèmes autonomes tels que l'aquaculture (poissons) et l'hydroponie (plantes), la croissance des organismes aquatiques et des cultures dans une aquaponie couplée peut être similaire ou même plus élevée. Rakocy (1989) a décrit un rendement légèrement plus élevé en tilapia (Tilapia nilotica, 46,8 kg) dans les aquaponiques couplées que dans les piscicultures autonomes (41,6 kg) et une légère augmentation du rendement de la laitue Summer Bibb (385,1 kg) par rapport à la production hydroponique végétale (380,1 kg). Knaus et al. (2018b) ont signalé que l'aquaponie augmentait la croissance de la biomasse de l'O. basilicum, apparemment en raison de l'augmentation de la génération foliaire des plantes (3550 feuilles en aquaponie) comparativement à l'hydroponique conventionnelle (2393 feuilles). Delaide et coll. (2016) ont démontré que les traitements aquaponiques et hydroponiques de la laitue présentaient une croissance végétale similaire, alors que le poids des pousses de la solution aquaponique complétée avec des nutriments donnait le meilleur résultat. Des observations similaires ont été faites par Goddek et Vermeulen (2018). Lehmonen et Sireeni (2017) ont observé une augmentation du poids des racines, de la surface foliaire et de la couleur des feuilles dans la salade de Batavia (Lactuca sativa var). capitata) et de la laitue iceberg (L. sativa) avec de l'eau de procédé aquaponique de C. gariepinus combinée avec de l'engrais supplémentaire. Certaines plantes comme la laitue (Lactuca sativa), les concombres (Cucumis sativus) ou les tomates (Solanum lycopersicum) peuvent consommer plus rapidement les nutriments et, par conséquent, fleurir plus tôt en aquaponie que dans l'hydroponie (Savidov, 2005). De plus, Saha et al. (2016) ont signalé un rendement plus élevé en biomasse végétale dans O. basilicum en association avec les écrevisses Procambarus spp. et une faible fécondation de démarrage du système aquaponique.

La conception du système de base de l'aquaponie couplée comprend un ou plusieurs bassins à poissons, une unité de sédimentation ou un clarificateur, des substrats pour la croissance des bactéries ou des biofiltres appropriés et une unité hydroponique pour la croissance des plantes (figure 7.3). Ces unités sont reliées par des tuyaux pour former un cycle d'eau fermé. Souvent, après la filtration mécanique et le biofiltre, on utilise un puisard de pompe (une pompe ou un système de boucle) qui, en tant que point le plus profond du système, pompe l'eau vers les bassins à poissons d'où elle s'écoule par gravité jusqu'à l'unité hydroponique.

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Fig. 7.3 Conception technique de base d'un système aquaponique couplé avec réservoir à poissons, sédimenteur, biofiltre, unité hydroponique et puisard où l'eau est pompée ou renvoyée par air dans les bassins à poissons et s'écoule par gravité le long des composants

Les systèmes aquaponiques couplés sont utilisés à différentes échelles. Le principe en boucle fermée peut être utilisé dans les systèmes domestiques (mini/hobby/backyard-couplé), les unités de démonstration (p. ex. murs vivants couplés), l'aquaponie commerciale et l'aquaponie (avec sol), allant des petits systèmes semi-commerciaux aux systèmes à grande échelle (Palm et al. 2018). Un développement récent dans le domaine de l'aquaponie a inclus une fertilisation partielle, qui dépend de la tolérance des espèces de poissons. Cependant, cela peut entraîner un pic nutritionnel à court terme dans le système, mais peut être compensé par la rétention des éléments nutritifs par les plantes. Dans le cas de l'aquaponie couplée, un rapport optimal entre la surface de production (ou les volumes de poissons) de l'unité aquacole et la demande d'aliments qui en résulte ainsi qu'une quantité suffisante de plantes à cultiver dans l'unité hydroponique (zone de production végétale) doit être atteint. (Pour les discussions sur le rôle de l'évapotranspiration et du rayonnement solaire dans les systèmes, voir les chapitres 8 et 11. En ce qui concerne l'aquaponie du gravier, Rakocy (2012) a suggéré, comme première tentative, des « principes de rapport des composants », avec un volume d'élevage de poissons de 1 msup3/sup de volume du réservoir de poissons à 2 msup3/sup de milieux hydroponiques de 3 à 6 cm de gravier de pois. En fin de compte, la quantité de poisson détermine le rendement des cultures en aquaponie couplée. En outre, les conditions techniques de l'unité d'élevage doivent être adaptées en fonction des besoins des espèces aquatiques cultivées.


Aquaponics Food Production Systems

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