Aquaponie – Tout ce que vous devez savoir

Qu'est-ce que l'aquaponie

L'aquaponie est une méthode de culture qui permet de cultiver des plantes en combinaison avec l'aquaculture ou l'élevage d'animaux aquatiques comme des poissons et éventuellement des écrevisses, des escargots, des coquillages ou des crevettes. Elle fait partie des méthodes de culture « hors-sol » plus larges, notamment la culture hydroponique et l’aéroponie.

Dans sa forme moderne, l’aquaponie est souvent associée à une culture hydroponique relativement high-tech – la culture de plantes sans sol – utilisant l’eau pour leur apporter leurs nutriments. Il peut souvent faire partie d’un système d’agriculture verticale ou d’agriculture en intérieur.

Nous avons discuté en détail des différents systèmes possibles pour la culture hydroponique ainsi que de leurs avantages et inconvénients dans notre article «Culture hydroponique – Tout ce que vous devez savoir ».

Le mélange de l’agriculture et de l’aquaculture est cependant très ancien. Aztèques cultivés sur les hauts plateaux agricoles nommés les chinampas au-dessus des lacs, les agriculteurs chinois ont cultivé du riz et des poissons dans les rizières pendant des millénaires, tout comme les cultures indigènes d'Asie du Sud-Est, y compris la remarquable ville de Angkor Wat.

Source: Web de prévention

La taille du marché de l’aquaponie représente près de 1.2 milliard de dollars en 2024 et devrait croître de 9.6 % TCAC jusqu'en 2029. Les plus grands marchés sont situés en Amérique du Nord et en Asie.

La science de l'aquaponie

La culture hydroponique offre un contrôle très strict des conditions de culture, contribuant ainsi à produire des cultures fiables et de haute qualité. Il est également très économe en eau et en espace. Mais et s’il pouvait également produire de la viande très dense et saine avec la même eau ? Ceci est rendu possible en connectant l’eau utilisée par le système hydroponique aux réservoirs de croissance aquacole.

L'argument le plus fort en faveur de l'aquaponie est de former un cercle dans lequel chaque composant résout un problème présent en culture hydroponique et en aquaculture lorsqu'il est séparé.

La culture hydroponique est un système de culture très efficace mais nécessite un ajout constant d'engrais dans l'eau pour maintenir la plante en bonne santé et en croissance.

Parallèlement, l’aquaculture nécessite beaucoup d’eau douce et propre et de filtration, car les déchets des poissons (ou d’autres animaux aquatiques) s’accumulent et polluent l’eau.

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

Source: La ressource aquaponique

Types de systèmes aquaponiques

Système aquaponique basé sur des médias

Un substrat inerte comme du gravier, des pierres de lave ou des billes d'argile ancre les racines des plantes. Le lit de croissance est périodiquement inondé d'eau provenant de l'aquarium grâce à un siphon en cloche, apportant ainsi les nutriments aux plantes.

L'eau est ensuite renvoyée vers l'aquarium pour clôturer le cycle une fois l'eau filtrée par les plantes. Parfois, des vers sont ajoutés au lit de milieu inerte pour aider à décomposer les excréments de poisson.

Source: Passez à l’aquaponie verte

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

Système de radeau

Les plantes sont placées sur des radeaux flottants, leurs racines pendantes dans l’eau. L'eau riche en nutriments du réservoir d'aquaculture s'écoule en continu dans un système de filtrage, puis dans les radeaux de plantes.

Le filtre contient des bactéries qui contribuent à rendre le nutriment plus « digestible » par les plantes.

Ce système est plus complexe mais peut être étendu beaucoup plus facilement, sans limite quant au nombre de radeaux ou à la taille de l'aquarium, à condition que les conduites d'eau et le filtre correspondent.

Source: Passez à l’aquaponie verte

Technique de film nutritif (NFT)

Ce système est similaire aux systèmes aquaponiques basés sur des médias, mais avec un mince film d'eau s'écoulant continuellement provenant de l'aquarium. Il n’y a pas de filtre intermédiaire comme dans le système radeau.

Source: Passez à l’aquaponie verte

Le système présente quelques avantages mais aussi des limites.

L'eau courante et la fine couche d'eau permettent une riche oxygénation, bénéfique pour les racines des plantes et les poissons, car l'eau retourne ensuite dans l'aquarium. Ce système est également très peu encombrant et peut être utilisé dans les espaces restreints ou les systèmes de culture verticale de grande hauteur. Enfin, le flux continu de nutriments et d'eau stimule la croissance des plantes mieux qu'un système à base de substrat, sans nécessiter le filtre du système à radeau.

Cependant, les systèmes NFT ne conviennent qu’aux plantes à petites racines, comme les légumes-feuilles ; des systèmes racinaires plus gros 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 directement au soleil, ce qui peut causer des problèmes à la fois à la plante et aux poissons.

Que peut-on cultiver avec l'aquaponie

Côté plante

La plupart des plantes qui peuvent être cultivées en culture hydroponique peuvent être cultivées en aquaponie. Le marché de la culture hydroponique est principalement dominé par des cultures de grande valeur avec une demande constante et un besoin d'un environnement de croissance contrôlée et de haute qualité :

• Tomates.
• Herbes.
• Salade.
• Concombre.
• Poivrons.

Source: Grand View Research

D’autres cultures de grande valeur peuvent être cultivées en culture hydroponique et aquaponique, comme par exemple le cannabis ou le houblon. Dans ce cas, la culture hydroponique/aquaponique apporte un haut niveau de cohérence aux conditions de croissance, ce qui se traduit par un goût et une composition chimique cohérents.

Côté aquaculture

Élevage de poissons

L’élevage d’animaux aquatiques le plus populaire est le poisson.

L'eau douce est obligatoire pour les systèmes aquaponiques, car l'eau de mer salée serait toxique pour les composants végétaux du système.

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

Parmi les poissons populaires pour l'aquaponie figurent :

• Tilapia (de loin le poisson le plus répandu en aquaponie).
• Bluegill/bord/crapet/crapet.
• Poisson-chat.
• Perche.
• Carpe.
• Koï.
• Pacu.
• Divers poissons d'ornement tels que poissons-anges, guppys, tétras, espadons, mollies, poissons rouges.

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

• Vivez bien les uns avec les autres dans de petits réservoirs confinés, avec une taille adulte adulte suffisamment petite.
  • Bien se reproduire en captivité est un autre trait précieux.
• Croissance rapide, en particulier pour les poissons de chair, et idéalement un bon taux de conversion alimentaire (combien de livres de nourriture sont nécessaires pour élever 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 de saison).
  • La température de l'aquarium et les espèces de poissons doivent être adaptées à l'emplacement.
• Forte demande du marché pour cette espèce.

Autres animaux aquatiques

Les poissons ne sont pas les seuls animaux pouvant être élevés en aquaponie, des alternatives existent, comme :

• Écrevisse/yabbies, une petite eau douce par rapport au homard.
• Crevettes et crevettes, à condition qu'elles soient du type d'eau douce. Ils nécessitent des températures d’eau assez élevées.
• Moules, huîtres et autres coquillages
  • Les coquillages aideront à garder l’eau propre et fourniront un produit de grande valeur à vendre.
  • Ils peuvent cependant causer des problèmes s’ils se propagent et se déposent à l’intérieur de la tuyauterie du système, créant ainsi des obstructions.
  • Les coquillages se nourrissant majoritairement 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 comme nourriture dans certains pays. Ils pourraient donc jouer le même rôle que les poissons dans un système aquaponique, notamment dans un environnement chaud.
• Vers ("vermiponiques»).
  • Les vers peuvent être nourris avec des déchets agricoles, des restes de cuisine, du fumier de lapin et d'autres produits qui ne fonctionneraient pas comme aliments pour poissons.
  • Ils ont besoin de moins d’oxygène et sont généralement plus résilients que les animaux plus complexes.

Filtre bactérien

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

L’intérêt d’un tel filtre est d’héberger des bactéries capables de transformer l’animal aquatique, riche en ammoniac, en nitrites et nitrates (« nitrification »), plus bénéfiques pour les plantes.

Si elle n’est pas transformée en nitrates et utilisée par les plantes, une forte concentration d’ammoniac (et dans une moindre mesure de nitrite) pourrait également tuer les poissons et autres animaux aquatiques. Comme les plantes assimilent moins bien l’ammoniac, l’exigence de nitrification est indispensable dans de nombreuses conceptions.

L'ammoniac est transformé en nitrite par Nitrosomonas bactéries et nitrites en nitrates par Nitrobactérie bactéries. Le processus peut prendre du temps, c'est pourquoi cela doit être pris en compte lors de la conception et de l'exploitation d'un système d'aquaculture, avec potentiellement plusieurs réservoirs de filtres bactériens libérant l'eau traitée de manière séquentielle.

Les avantages de l'aquaponie

L’aquaponie partage de nombreux avantages (et limites) de la culture hydroponique. Cela comprend 1/6^th À 1 / 10^th de consommation d'eau par rapport à l'agriculture traditionnelle, des conditions de croissance très constantes et productives, une consommation moindre de pesticides et sans herbicide, et l'élimination des maladies transmises par le sol.

L’aquaponie présente également des avantages uniques en plus de la culture hydroponique ou de l’aquaculture seule :

• Engrais entièrement naturels, entièrement issus de déchets de poisson.
  • Les aliments pour poissons, pourtant nécessaires à l'aquaculture, sont désormais réutilisés « deux fois », ce qui permet d'économiser sur le coût des engrais.
  • Il peut permettre une culture hydroponique plus naturelle et biologique, sans qu’aucun engrais chimique n’entre dans le système.
• L'eau des poissons est filtrée naturellement, ce qui évite de devoir rejeter 5 à 30 % d'eau quotidiennement.
  • Cela réduit considérablement la consommation d’eau de l’aquaculture.
  • Cela réduit également la pollution liée à l'aquaculture, qui peut entraîner des dommages aux sources d'eau à proximité, ainsi que proliférations d'algues toxiques et eutrophisation des masses d'eau douce.
• Produisez à la fois des aliments riches en protéines et des produits végétaux sains.
• Source de revenus diversifiée.
  • Les prix des marchés des légumes et du poisson peuvent fluctuer considérablement mais sans être corrélés entre eux.
  • La récolte de poisson est moins régulière mais peut fournir une rentrée d’argent importante en plus des revenus plus réguliers de la culture hydroponique.

Les inconvénients de l'aquaponie

Bien que globalement plus efficace que la culture hydroponique et l’aquaculture séparément, l’aquaponie peut présenter son propre ensemble de défis.

Complexité et coûts

Si 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.

Chacun doit être dimensionné de manière à correspondre exactement les uns aux autres afin qu'il y ait suffisamment de plantes pour filtrer l'eau, ainsi que suffisamment de poissons pour fournir suffisamment d'engrais.

Ce système plus complexe doit également bien gérer la température, tant celle de l’air que celle de l’eau, en tenant également 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 leur croissance, voire les tuer en cas de déséquilibre.

Contrôle et compétences

En raison de l’interconnexion de tous les paramètres à surveiller, une surveillance constante et des capteurs sont nécessaires pour vérifier ces mesures.

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, en donnant par exemple des antibiotiques aux poissons pouvant entraîner une contamination des plantes, ou un fongicide pour la plante contaminant la chair du poisson.

La surveillance et l'entretien d'un système aussi complexe nécessitent de bonnes connaissances et une bonne formation, encore plus que ce qui est requis pour la culture hydroponique ou l'aquaculture « plus simple », qui sont des domaines plutôt complexes de l'agriculture.

La demande d'énergie

Les variations de température peuvent être mortelles pour les animaux aquatiques, encore plus rapides que pour les plantes qui tolèrent moins les 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 gourmande en énergie, surtout sous certains climats. Cela peut également compliquer l’utilisation de la lumière naturelle et des serres pour la composante végétale du système. Même si cela réduit le besoin d’éclairage artificiel et le réchauffement des plantes, cela peut également entraîner une surchauffe de l’eau pendant les mois d’été, ce qui peut facilement devenir un problème pour les animaux aquatiques.

et la résilience

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

• Chaine 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 la culture hydroponique, car les poissons auront besoin d’un approvisionnement constant en nourriture, en eau filtrée et en oxygène.

Ainsi, la mise hors service du système aquaponique pendant seulement 24 heures pourrait entraîner la mort de tous les poissons, ce qui aurait probablement pu être toléré par les plantes seules.

Bien qu'il existe des moyens d'atténuer ces risques, par exemple avec une redondance des systèmes ou un inventaire plus important (ce qui augmente les coûts d'installation), ou un approvisionnement localisé en énergie grâce à la production d'énergie renouvelable, l'aquaponie ne sera jamais aussi résiliente que la culture hydroponique, et bien moins qu'une pluie. -culture arrosée en plein champ.

Innovation en aquaponie

Innovation aquaponique

L’aquaponie combinant à la fois la culture hydroponique et l’aquaculture, les innovations dans ces deux domaines peuvent améliorer la productivité.

Innovations hydroponiques

Éclairage DEL

Les lumières LED sont une autre intervention technologique cruciale dans la culture hydroponique et aquaponique. Ces lampes consomment beaucoup moins d’énergie, émettent moins de chaleur et durent plus longtemps que les autres sources lumineuses.

De plus, tout le spectre de la lumière visible n’est pas utile aux plantes en photosynthèse, c’est pourquoi des LED dédiées sans lumière verte peuvent être utilisées pour réduire davantage l’électricité consommée par la foudre artificielle.

Source: Agriculture

eSol

La culture hydroponique permet un contrôle direct sur les plantes, ce qui est impossible dans l'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 de ces options dans notre article «L’électricité devrait stimuler la croissance des cultures hydroponiques». Les chercheurs ont utilisé un substrat artificiel personnalisé, ou « sol conducteur/eSoil » composé de cellulose (le composant principal du papier) mélangée à un polymère conducteur appelé PEDOT (poly(3,4-éthylènedioxythiophène)). De cette façon, ils pourraient exposer les semis à une basse tension continue, ce qui entraînerait une augmentation de 50 % du taux de croissance.

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

Innovation aquacole

L’un des problèmes majeurs de l’aquaculture est la gestion des ravageurs et des maladies. Les progrès des biotechnologies rendent possible l'idée d'utiliser des traitements à base d'ARNi pour réduire l'impact de virus comme par exemple le virus du syndrome des points blancs (WSSV), un virus qui a un impact négatif important sur les crevettes d'élevage.

Les vaccins pourraient également être livrés avec la nourriture des poissons, soit via micro-encapsulation spéciale ou même en utilisant algues génétiquement modifiées formant un vaccin comestible et auto-réplicatif.

Enfin, les stocks de poissons sauvages étant rapidement épuisés, des méthodes d'approvisionnement très fiables utilisant des solutions blockchain telles que Pièce de poisson peut être utilisé pour garantir que la chair de poisson destinée aux consommateurs a été produite de la manière la plus éthique et avec le coût énergétique le plus bas.

D'autres solutions de haute technologie pourraient également être utilisées, comme des capteurs de surveillance individuels des poissons, comme l'iFarm, développé en collaboration entre le l'élevage de saumons Cermaq en Norvège et la société de capteurs BioSort.

Innovation pour la culture hydroponique et l'aquaculture

IoT et automatisation basée sur des capteurs

La baisse des coûts des capteurs et de l’électronique a rendu possible la surveillance continue de la température, de l’humidité, de la lumière, des niveaux de pH et du volume de nutriments. Ce niveau de surveillance est encore plus important qu’en culture hydroponique, car la présence d’animaux rend plus probable toute variation indésirable et a des conséquences plus graves.

Cette méthode basée sur des capteurs permet de suivre et d'ajuster en temps réel pour que les conditions 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, notamment les niveaux de lumière, d’humidité et de nutriments. L’IA permet également d’optimiser les investissements et de réduire les coûts en créant des solutions personnalisées adaptées à des conditions spécifiques. Au fil du temps, cela pourrait réduire la nécessité pour les opérateurs humains d'être hautement qualifiés et compétents en aquaponie.

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

Enfin, avec l'essor des robots agricoles autonomes, nous pouvons imaginer 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 manière autonome par l'IA contrôlant le système aquaponique. .

Lancer une installation aquaponique

Il faudra également une phase d’initiation lente, nécessaire pour obtenir un cycle de l’azote équilibré et stable. Avant d'ajouter du poisson, il est préférable d'établir le cycle de l'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 et 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 que lorsque le système fonctionne correctement, avec des plantes et des animaux à différents stades de croissance et de récolte continue, que le système aquacole peut être considéré comme pleinement mis en place.

Formats et Dimensions

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

Cela ne signifie pas qu’il est impossible de construire des systèmes plus petits ou à commande manuelle, mais ils pourraient être plus difficiles à maintenir en équilibre en termes d’acidité, de température, de niveaux d’ammoniac, etc., et nécessiter des ajustements plus ponctuels.

Le secteur en est encore à ses débuts, sans modèle standardisé et avec beaucoup d’expérimentation. Il ne s’agit cependant plus seulement d’un concept en développement, avec quelques grandes installations notables :

• Frais supérieur dans le Wisconsin, depuis 2017, a cultivé chaque année 1.8 million de livres de laitue et de légumes-feuilles – et 40,000 123,000 livres de poisson – dans un espace de production de 11,000 XNUMX pieds carrés (plus de XNUMX XNUMX mètres carrés).
• Les Nouvelles Fermes en France, qui a levé 2 millions de dollars en 2020 pour produire 60 tonnes de produits frais et 12 tonnes de truite arc-en-ciel par an.
• Les 4,000 XNUMX mètres carrés d'aquaponie de Jabber Al Mazroui installation aux Emirats Arabes Unis.

Conclusion

L'aquaponie est une conception remarquablement efficace, résolvant bon nombre des limites des méthodes hydroponiques et aquacoles actuelles. Cela peut réduire à la fois la dépendance de la culture hydroponique aux engrais chimiques ainsi que la pollution de l’eau et les déchets causés par l’aquaculture.

C'est cependant beaucoup plus technique, et la plupart des personnes et des entreprises bénéficieront probablement d'une vaste expérience de travail au moins en culture hydroponique ou en aquaculture avant de travailler à les combiner avec l'aquaponie.

De cette façon, ils auront plus de chances de réussir à relever les multiples défis posés par la complexité du système, comme la lutte contre les maladies et les ravageurs, le déséquilibre chimique (pH, niveaux d'ammoniac, etc.), la sélection des espèces, les fluctuations de température, etc.

Néanmoins, compte tenu de la croissance démographique mondiale combinée à l’épuisement des populations de poissons sauvages et au déclin de la surface des terres arables, l’aquaponie pourrait être une solution puissante pour produire des produits végétaux de haute qualité et une viande saine et riche en protéines. Et cela en utilisant moins de terres et d’eau, tout en émettant beaucoup moins de pollution.