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Aquaponie – Tout ce que vous devez savoir

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Qu’est‑ce que l’aquaponie

Aquaponie est une méthode de culture qui fait pousser des plantes en combinaison avec l’aquaculture, c’est‑à‑dire l’élevage d’animaux aquatiques comme les poissons et éventuellement les écrevisses, les escargots, les coquillages ou les crevettes. Elle fait partie des méthodes de culture « sans sol » plus larges, incluant l’hydroponie et l’aéroponie.

Dans sa forme moderne, l’aquaponie est souvent combinée à une culture hydroponique relativement haute technologie – la culture de plantes sans sol – utilisant l’eau pour leur apporter les nutriments. Elle peut souvent faire partie d’un système d’agriculture verticale ou d’agriculture intérieure.

Nous avons détaillé les différents systèmes possibles pour la culture hydroponique ainsi que leurs avantages et inconvénients dans notre article « Hydroponie – Tout ce que vous devez savoir ».

Cependant, le mélange d’agriculture et d’aquaculture est très ancien. Les Aztèques cultivaient sur les hauts plateaux agricoles appelés chinampas au-dessus des lacs, les agriculteurs chinois cultivaient le riz avec des poissons dans les rizières depuis des millénaires, tout comme les cultures autochtones d’Asie du Sud‑Est, y compris la remarquable ville de Angkor Wat.

La taille du marché de l’aquaponie représente près de 1,2 milliard de dollars en 2024 et devrait croître de 9,6 % CAGR jusqu’en 2029. Les plus grands marchés se trouvent en Amérique du Nord et en Asie.

La science de l’aquaponie

L’hydroponie offre un contrôle très précis des conditions de culture, permettant de produire de façon fiable des récoltes de haute qualité. Elle est également très efficace en termes d’eau et d’espace. Mais que se passerait‑il si elle pouvait également produire une viande très dense et saine avec la même eau ? Cela devient possible en reliant l’eau utilisée par le système hydroponique aux réservoirs de croissance aquacoles.

L’argument le plus fort en faveur de l’aquaponie est de former un cercle dans lequel chaque composant résout un problème présent dans l’hydroponie et l’aquaculture lorsqu’ils sont séparés.

L’hydroponie est un système de culture très efficace mais nécessite l’ajout constant d’engrais dans l’eau pour que la plante reste en bonne santé et croisse.

Par ailleurs, l’aquaculture requiert beaucoup d’eau douce et propre ainsi qu’une filtration, car les déchets des poissons (ou d’autres animaux aquatiques) s’accumulent et polluent l’eau.

Dans un système aquaponique, les deux problèmes sont « résolus ». Les déjections de poisson ne sont plus une pollution, mais des engrais riches en azote pour les plantes. Ensuite, les racines des plantes nettoient et filtrent l’eau « gratuitement » en les absorbant.

Types de systèmes aquaponiques

Système aquaponique à support médian

Un support inerte tel que du gravier, des roches de lave ou des billes d’argile ancre les racines des plantes. Le lit de culture est périodiquement inondé d’eau provenant du réservoir à poissons via un siphon à cloche. Cela apporte les nutriments aux plantes.

L’eau est ensuite renvoyée au réservoir à poissons pour boucler le cycle une fois filtrée par les plantes. Parfois, des vers sont ajoutés au lit de support inerte pour aider à décomposer les déjections de poisson.

Comme ce système n’utilise aucun filtre et le moins de composants, il est le plus simple.

Système à radeaux

Les plantes sont placées sur des radeaux flottants, leurs racines pendant dans l’eau. L’eau riche en nutriments provenant du réservoir d’aquaculture s’écoule continuellement vers un système de filtration, puis vers les radeaux de plantes.

Le filtre contient des bactéries qui aident à rendre les nutriments plus « digestibles » pour les plantes.

Ce système est plus complexe mais peut être mis à l’échelle beaucoup plus facilement, sans limite du nombre de radeaux ou de la taille du réservoir à poissons, tant que les tuyaux d’eau et le filtre sont adaptés.

Technique du film nutritif (NFT)

Ce système est similaire aux systèmes aquaponiques à support médian mais utilise un film mince d’eau circulant continuellement provenant du réservoir à poissons. Il n’y a pas de filtre intermédiaire comme dans le système à radeaux.

Le système offre quelques avantages mais aussi des limitations.

L’eau qui coule et la fine couche d’eau permettent une oxygénation riche, bénéfique à la fois pour les racines des plantes et les poissons, l’eau retournant ensuite dans le réservoir. C’est également très efficace en termes d’espace et peut être utilisé dans des espaces restreints ou des systèmes d’agriculture verticale élevée. Enfin, le flux continu de nutriments et d’eau stimule la croissance des plantes mieux qu’un système à support médian, mais sans le besoin du filtre du système à radeaux.

Cependant, les systèmes NFT ne conviennent qu’aux plantes à petites racines, comme les légumes à feuilles ; les systèmes racinaires plus grands ne fonctionneront pas bien. Il est également possible que les racines obstruent les canaux peu profonds, ce qui peut entraîner une carence en nutriments. La température de l’eau peut fluctuer rapidement, surtout si les plantes sont exposées au soleil direct, ce qui peut poser des problèmes tant pour les plantes que pour les poissons.

Ce qui peut être cultivé avec l’aquaponie

Côté plantes

La plupart des plantes pouvant être cultivées en hydroponie peuvent l’être en aquaponie. Le marché de l’hydroponie est principalement dominé par des cultures à forte valeur ajoutée avec une demande constante et nécessitant un environnement de croissance de haute qualité et contrôlé :

  • Tomates.
  • Herbes.
  • Laitue.
  • Concombre.
  • Poivrons.

D’autres cultures à forte valeur ajoutée peuvent être cultivées en hydroponie et en aquaponie, comme par exemple le cannabis ou le houblon. Dans ce cas, l’hydroponie/l’aquaponie offrent un niveau élevé de constance des conditions de croissance, aboutissant à un goût et une composition chimique constants.

Côté aquaculture

Élevage de poissons

L’élevage d’animaux aquatiques le plus populaire est celui des poissons.

L’eau douce est obligatoire pour les systèmes aquaponiques, car l’eau de mer salée serait toxique pour la composante végétale du système.

Des recherches sont en cours pour développer l’aquaponie en eau salée, à la recherche de plantes suffisamment tolérantes au sel. Les options explorées comprennent la plante de glace commune (une culture hydroponique populaire au Japon), riz OGM tolérant au sel ou les algues.

Parmi les poissons populaires pour l’aquaponie figurent :

  • Tilapia (de loin le poisson le plus commun en aquaponie).
  • Bluegill/brim/sunfish/crappie.
  • Poisson-chat.
  • Perche.
  • Carpe.
  • Koi.
  • Pacu.
  • Divers poissons ornementaux tels que les poissons-ange, les guppys, les tétras, les poissons-épée, les mollies, les poissons rouges.

En général, les meilleurs poissons auront les caractéristiques suivantes, également bénéfiques pour l’aquaculture en général :

  • Vivent bien ensemble dans de petits réservoirs confinés, avec une taille adulte maximale suffisamment petite.
    • Une bonne reproduction en captivité est un autre trait précieux.
  • Croissance rapide, surtout pour les poissons destinés à la viande, et idéalement un bon taux de conversion alimentaire (combien de livres de nourriture sont nécessaires pour faire croître une livre de poisson).
  • Bonne résistance aux maladies.
  • Bonne tolérance à l’eau froide (réduit le besoin de chauffage coûteux et énergivore) et aux variations de température (difficile à contrôler avec les changements saisonniers).
    • La température du réservoir et les espèces de poissons doivent être adaptées au lieu.
  • Forte demande du marché pour cette espèce.

Autres animaux aquatiques

Les poissons ne sont pas les seuls animaux qui peuvent être élevés avec l’aquaponie, des alternatives existent, telles que :

  • Écrevisses/yabbies, un petit cousin d’eau douce du homard.
  • Crevettes et gambas, tant qu’elles sont d’eau douce. Elles nécessitent des températures d’eau assez élevées.
  • Moules, huîtres et autres coquillages
    • Les coquilles aideront à garder l’eau propre et fourniront un produit à forte valeur ajoutée à vendre.
    • Cependant, elles peuvent poser problème si elles se répandent et s’installent dans les tuyaux du système, créant des obstructions.
    • Comme les coquilles se nourrissent principalement de microalgues et de plancton, la culture hydroponique d’algues pourrait constituer un système aquaponique original sans plantes ni poissons.
  • Tortues et reptiles aquatiques. Les reptiles aquatiques sont parfois élevés comme animaux de compagnie, voire pour la consommation dans certains pays. Ils pourraient donc jouer le même rôle que les poissons dans un système aquaponique, surtout dans un environnement chaud.
  • Vers (« vermiponics »).
    • Les vers peuvent être nourris avec des déchets agricoles, des restes de cuisine, du fumier de lapin et d’autres produits qui ne serviraient pas d’aliment pour poissons.
    • Ils nécessitent moins d’oxygène et sont généralement plus résilients que les animaux plus complexes.

Filtre à bactéries

Bien que tous les systèmes aquaponiques n’utilisent pas de filtre, il est souvent requis pour les installations à grande échelle.

Le but d’un tel filtre est d’abriter des bactéries capables de convertir les déchets animaux aquatiques, riches en ammoniac, en nitrites puis en nitrates (« nitrification »), plus bénéfiques pour les plantes.

Si l’ammoniac n’est pas transformé en nitrates et utilisé par les plantes, une concentration élevée d’ammoniac (et dans une moindre mesure de nitrite) pourrait également tuer les poissons et autres animaux aquatiques. Comme les plantes assimilent mal l’ammoniac, cela rend la nitrification indispensable dans de nombreux conceptions.

L’ammoniac est converti en nitrite par les bactéries Nitrosomonas et le nitrite en nitrate par les bactéries Nitrobacter. Le processus peut prendre du temps, il faut donc en tenir compte lors de la conception et de l’exploitation d’un système aquacole, avec éventuellement plusieurs réservoirs de filtres à bactéries libérant l’eau traitée séquentiellement.

Les avantages de l’aquaponie

L’aquaponie partage de nombreux avantages (et limitations) de l’hydroponie. Cela inclut une consommation d’eau de 1/6 à 1/10 comparée à l’agriculture traditionnelle, des conditions de croissance très cohérentes et productives, une consommation de pesticides plus faible et aucune herbicide, ainsi que l’élimination des maladies d’origine du sol.

L’aquaponie possède également des avantages uniques au-delà de l’hydroponie ou de l’aquaculture seules :

  • Tous les engrais sont naturels, provenant entièrement des déchets de poisson.
    • L’alimentation des poissons, nécessaire en aquaculture, est maintenant réutilisée « deux fois », économisant le coût des engrais.
    • Cela peut permettre une culture hydroponique plus naturelle et biologique, sans engrais chimiques entrant dans le système.
  • L’eau des poissons est naturellement filtrée. Cela remplace le besoin de rejeter 5 à 30 % de l’eau quotidiennement.
    • Cela réduit considérablement la consommation d’eau en aquaculture.
    • Cela réduit également la pollution liée à l’aquaculture, qui peut entraîner des dommages aux sources d’eau voisines, ainsi que des proliférations d’algues toxiques et l’eutrophisation des cours d’eau d’eau douce.
  • Produire à la fois des aliments riches en protéines et des produits végétaux sains simultanément.
  • Source de revenus diversifiée.
    • Les prix des légumes et du poisson peuvent fluctuer largement mais sans être corrélés entre eux.
    • La récolte de poisson est moins régulière mais peut fournir un important afflux de liquidités en plus des revenus plus réguliers de la culture hydroponique.

Les inconvénients de l’aquaponie

Alors que l’aquaponie est globalement plus efficace que l’hydroponie et l’aquaculture séparément, elle peut présenter son propre ensemble de défis.

Complexité et coûts

Alors que le coût était déjà la principale limitation de l’hydroponie, l’aquaponie est encore plus complexe et donc coûteuse à mettre en place. Les systèmes d’aquaculture ont maintenant été ajoutés aux systèmes hydroponiques.

Chaque système doit être dimensionné de façon à correspondre exactement l’un à l’autre afin qu’il y ait suffisamment de plantes pour filtrer l’eau, ainsi que suffisamment de poissons pour fournir assez d’engrais.

Ce système plus complexe doit également bien gérer la température, tant l’air que l’eau, en tenant compte de l’évaporation et de l’humidité moyenne. Et les plantes et les animaux peuvent modifier le pH de l’eau, ce qui peut réduire la croissance ou même les tuer s’il est déséquilibré.

Contrôle et compétences

En raison de l’interconnexion de tous les paramètres à surveiller, une supervision constante et des capteurs sont requis pour vérifier ces métriques.

De même, la surveillance des épidémies de maladies doit désormais être effectuée à la fois pour les poissons et les plantes. Les traiter peut être plus difficile, par exemple administrer des antibiotiques aux poissons pouvant contaminer les plantes, ou un fongicide pour la plante contaminant la chair du poisson.

La surveillance et l’entretien d’un tel système complexe nécessitent de bonnes connaissances et une formation, encore plus que ce qui est requis pour les hydroponies ou aquacultures « plus simples », qui sont elles‑mêmes des domaines assez complexes en agriculture.

Demande énergétique

Les variations de température peuvent être mortelles pour les animaux aquatiques, encore plus rapidement que pour les plantes qui ont moins de tolérance aux changements importants ou rapides.

Ainsi, un système aquaponique nécessitera probablement un système de chauffage et/ou de refroidissement pour maintenir l’eau dans une plage acceptable.

Cela peut rendre l’aquaponie très énergivore, surtout dans certains climats. Cela peut aussi compliquer l’utilisation de la lumière naturelle et des serres pour la composante végétale du système. Bien que cela réduise le besoin d’éclairages artificiels et de chauffage des plantes, cela peut aussi entraîner une surchauffe de l’eau pendant les mois d’été, ce qui peut facilement devenir un problème pour les animaux aquatiques.

Résilience

Les systèmes aquaponiques sont par nature très artificiels. Ils nécessitent de nombreux tuyaux, pompes, capteurs, filtres, etc. Cela signifie qu’ils dépendent du bon fonctionnement de tout :

  • Chaîne d’approvisionnement en pièces et composants.
  • Alimentation électrique.
  • Système électronique connecté pour des opérations hautement automatisées et avancées.
  • Main‑d’œuvre qualifiée capable d’effectuer efficacement la surveillance et la maintenance requises.

Ces problèmes sont encore plus prononcés qu’avec l’hydroponie, car les poissons auront besoin d’un approvisionnement constant en nourriture, en eau filtrée et en oxygène.

Donc, une interruption du système aquaponique pendant seulement 24 heures pourrait signifier la mort de tous les poissons, ce qui aurait probablement pu être toléré par les seules plantes.

Bien qu’il existe des moyens d’atténuer ces risques, par exemple avec une redondance des systèmes ou un plus grand stock (ce qui augmente les coûts d’installation), ou une alimentation locale en énergie via des sources d’énergie renouvelable, l’aquaponie ne sera jamais aussi résiliente que l’hydroponie, et bien moins qu’une culture arrosée par la pluie en plein champ.

Innovation dans l’aquaponie

Innovation aquaponique

Comme l’aquaponie combine à la fois hydroponie et aquaculture, les innovations dans ces deux domaines peuvent améliorer la productivité.

Innovations hydroponiques

Éclairage LED

Les lampes LED sont une autre intervention technologique cruciale en hydroponie et aquaponie. Ces lampes consomment beaucoup moins d’énergie, émettent moins de chaleur et durent plus longtemps que d’autres sources lumineuses.

De plus, tout le spectre lumineux visible n’est pas utile aux plantes pour la photosynthèse, ainsi des LED dédiées sans lumière verte peuvent être utilisées pour réduire davantage l’électricité consommée par l’éclairage artificiel.

Source: Agritecture

eSol

La culture hydroponique permet un contrôle direct sur les plantes d’une manière impossible en agriculture traditionnelle. Cela ouvre la porte à l’expérimentation de nouvelles façons d’augmenter la productivité des cultures au‑delà de l’augmentation de l’accès à la lumière ou aux nutriments.

Par exemple, nous explorons une telle option dans notre article « L’électricité prête à dynamiser la croissance des cultures hydroponiques ». Des chercheurs ont utilisé un substrat artificiel personnalisé, ou « sol conducteur / eSol » fabriqué à partir de cellulose (le principal composant du papier) mélangé à un polymère conducteur appelé PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophène). Ainsi, ils ont pu exposer les semis à une faible tension continue, entraînant une augmentation de 50 % du taux de croissance.

Ceci n’est qu’un exemple de la façon dont les systèmes hydroponiques pourraient offrir un gain de productivité significatif grâce au niveau accru de contrôle qu’ils offrent.

Innovation en aquaculture

L’un des principaux problèmes en aquaculture est la gestion des parasites et des maladies. Les progrès de la biotechnologie rendent possible l’idée d’utiliser des traitements par ARN‑i pour réduire l’impact de virus comme par exemple le virus du syndrome du point blanc (WSSV), un virus qui a un impact négatif important sur les crevettes élevées en aquaculture.

Des vaccins pourraient également être administrés avec la nourriture des poissons, soit par micro‑encapsulation spéciale ou même en utilisant algues génétiquement modifiées formant un vaccin comestible et auto‑réplicatif.

Enfin, avec les stocks de poissons sauvages qui s’épuisent rapidement, des méthodes d’approvisionnement très fiables utilisant des solutions blockchain comme Fishcoin peuvent être utilisées pour garantir que la viande de poisson atteignant les consommateurs a été produite de la manière la plus éthique et avec le moindre coût énergétique.

D’autres solutions high‑tech pourraient également être utilisées, comme des capteurs de suivi individuels pour les poissons, tel le iFarm, développé en collaboration entre la ferme de saumon Cermaq en Norvège et la société de capteurs BioSort.

Innovation pour l’hydroponie et l’aquaculture

IoT et automatisation basée sur les capteurs

La baisse des coûts des capteurs et de l’électronique a rendu possible le suivi continu de la température, de l’humidité, de la lumière, des niveaux de pH et du volume de nutriments. Ce niveau de suivi est encore plus important qu’en hydroponie, car la présence d’animaux rend les variations indésirables plus probables et leurs conséquences plus graves.

Cette méthode basée sur les capteurs aide à suivre et à ajuster en temps réel les conditions afin qu’elles restent constamment optimales.

Technologies basées sur l’IA

Comme mentionné, l’aquaponie nécessite un niveau de surveillance extrêmement intense du système d’eau, des maladies, des niveaux de nutriments, de la température, du pH, de la qualité du filtrage, etc.

L’IA peut aider à optimiser les conditions environnementales existantes, y compris les niveaux de lumière, l’humidité et les niveaux de nutriments. L’IA aide également à optimiser les investissements et à réduire les coûts en créant des solutions personnalisées pour des conditions spécifiques. Au fil du temps, cela pourrait réduire la nécessité d’opérateurs humains hautement formés et compétents en aquaponie.

L’IA peut également utiliser la vision par ordinateur ou des tests biochimiques automatisés réguliers pour avertir de la présence de maladies avant même qu’un humain ne le remarque.

Enfin, avec la montée des robots agricoles autonomes, nous pouvons envisager un système aquaponique où la plantation, la taille, la récolte et le remplacement des plantes, ainsi que l’alimentation, l’élevage et la récolte des poissons, peuvent être effectués de façon autonome par l’IA contrôlant le système aquaponique.

Lancement d’une installation aquaponique

Il faudra également une phase d’initiation lente, nécessaire pour obtenir un cycle d’azote équilibré et stable. Avant d’ajouter les poissons, il est préférable d’établir le cycle d’azote en introduisant de l’ammoniac dans le système et en laissant le biofilm bactérien se développer à l’intérieur du filtre afin que l’ammoniac soit efficacement converti en nitrites puis en nitrates.

Il en va de même pour l’ajout de poissons et de plantes, avec des introductions progressives permettant d’ajuster les paramètres de qualité de l’eau, l’alimentation des poissons et la croissance des plantes. Ce n’est qu’une fois le système fonctionnant harmonieusement avec plantes et animaux à différents stades de croissance et une récolte continue que le système aquacole pourra être considéré comme entièrement installé.

Dimensionnement

En raison de la complexité de l’aquaponie, la plupart de ces systèmes tendent à être construits à l’échelle commerciale avec un retour sur investissement précis attendu. Ils intègrent également un haut degré d’automatisation et de technologies de capteurs.

Cela ne signifie pas que des systèmes plus manuels ou plus petits ne puissent être construits, mais ils pourraient être plus difficiles à maintenir en équilibre concernant l’acidité, la température, les niveaux d’ammoniac, etc., et nécessiter des ajustements plus ponctuels.

Le secteur est encore à ses débuts, sans modèle standardisé et avec beaucoup d’expérimentation. Ce n’est toutefois plus seulement un concept en développement, avec quelques installations majeures notables :

Conclusion

L’aquaponie est une conception remarquablement efficace, résolvant de nombreuses limitations des méthodes hydroponiques et aquacoles actuelles. Elle peut réduire à la fois la dépendance de l’hydroponie aux engrais chimiques et la pollution de l’eau ainsi que les déchets causés par l’aquaculture.

Cependant, c’est beaucoup plus technique, et la plupart des personnes et des entreprises bénéficieront probablement d’abord d’une expérience approfondie dans l’hydroponie ou l’aquaculture avant de combiner les deux avec l’aquaponie.

De cette façon, elles seront plus susceptibles de réussir à gérer les multiples défis posés par la complexité du système, tels que la gestion des maladies et des parasites, le déséquilibre chimique (pH, niveaux d’ammoniac, etc.), le choix des espèces, les fluctuations de température, etc.

Néanmoins, compte tenu de la croissance de la population mondiale combinée à l’appauvrissement des populations de poissons sauvages et à la diminution des surfaces arables, l’aquaponie pourrait être une solution puissante pour produire des produits végétaux de haute qualité et une viande saine riche en protéines. Et ce, en utilisant moins de terre et d’eau, tout en émettant beaucoup moins de pollution.

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Jonathan est un ancien chercheur en biochimie qui a travaillé dans l'analyse génétique et les essais cliniques. Il est maintenant un analyste boursier et écrivain financier avec un focus sur l'innovation, les cycles de marché et la géopolitique dans sa publication The Eurasian Century.