Combiner l’élevage de poissons, la culture accélérée de végétaux et le recyclage des éléments nutritifs : le système aquaponique

Une des contraintes que rencontrent les agriculteurs et les horticulteurs est la nécessité d’apporter des amendements minéraux et organiques au sol pour améliorer la productivité des cultures.

C’est connu : les engrais de synthèse permettent d’améliorer les rendements à court terme. Mais à quel prix? Les engrais de synthèses sont la source d’une pollution non-négligeable. Le phosphore est facilement lessivé vers les cours d’eau et la nappe phréatique, ce qui peut mener éventuellement à l’eutrophisation des cours d’eau (1). Les engrais azotés, pour leur part, contiennent des composés très volatiles comme le N2O, un gaz dont le potentiel de réchauffement planéétaire est 298 fois plus élevé que celui du CO2 (2).

De plus, l’agriculture conventionnelle, qui fait largement usage d’engrais de synthèse, est effectuée en monoculture et mise sur un travail du sol très intensif (labours, préparation du lit de semences) et un passage soutenu de la machinerie agricole durant la saison de croissance, en plus d’une utilisation intensive de produits phytosanitaires (pesticides). Ce type d’agriculture peut permettre d’atteindre des rendements très élevés à court terme, mais mène aussi à l’appauvrissement du sol, à sa compaction et à la pollution des cours d’eau et de l’atmosphère (3, 4).

De nombreux chercheurs et innovateurs se sont concentrés sur cette problématique afin de développer de nouvelles méthodes de cultures plus respectueuses de l’environnement, mais aussi plus durable pour les sols et permettant d’obtenir les meilleurs rendements aux plus faibles coûts. L’autonomie alimentaire, l’agriculture biologique, l’agriculture multifonctionnelle, l’agriculture à petite échelle et l’agriculture urbaine peuvent être des alternatives intéressantes à l’agriculture conventionnelle (4, 5)

Parmi les solutions proposées, l’aquaponie permet de conjuguer l’élevage de poissons, de crustacés ou de mollusques (aquaculture) et la culture de végétaux dans l’eau (hydroponie). Elle permet de réutiliser l’eau, d’éviter l’utilisation d’engrais de synthèse et de valoriser les déjections des poissons. Le principe est assez simple (6, 7, 8):

  • On élève des poissons comestibles ou non-comestibles (selon nos objectifs), qui sont adaptées à notre système aquaponique (climat chaud ou froid) dans un bassin muni d’une pompe pour aérer et faire circuler l’eau jusqu’aux plantes.
  • On nourrit les poissons d’une nourriture biologique du commerce ou d’insectes d’élevage (la mouche soldat noire et les vers utilisés pour le compostage sont parmi les plus utilisés), puis leurs déjections riches en ammoniaque se retrouvent en solution dans l’eau du bassin.
  • L’eau du bassin, enrichie en azote, en phosphore et en potassium grâce aux déjections des poissons, est ensuite dirigée à l’aide d’une pompe vers les lits de croissance des végétaux pour leur fournir l’eau et les éléments nutritifs nécessaires à leur croissance. Les éléments azotés sont transformés sous une forme assimilable par les plantes (nitrates) grâce aux bactéries du genre Nitrosomonas qui transforment l’ammoniaque en nitrites, qui sont ensuite transformés en nitrates par les bactéries du genre Nitrobacter.
  • Les végétaux croissent le plus souvent dans des lits de culture contenant des billes d’argiles expansées. Ces billes fournissent les éléments minéraux nécessaires à la croissance des plantes comme le potassium, sont solides (ne s’effritent pas), n’affectent pas le pH du système, permettent d’emmagasiner l’eau tout en permettant à l’air de circuler, et sont un bon support physique pour les bactéries nitrifiantes. D’autres substrats peuvent aussi être utilisés, comme les galets de rivière (plus lourds), la pouzzolane et le schiste expansé.
schéma aquaponie
Système aquaponique

Malgré la simplicité du système aquaponique, certaines difficultés peuvent survenir. Les principales sont de maintenir un bon ratio entre la population de poissons, la quantité de nourriture pour les poissons, la population bactérienne et la quantité de plantes en culture pour bien doser les éléments nutritifs qui devront être filtrés par les végétaux sans que l’eau ne devienne toxique pour les poissons. Des carences apparentes chez les plantes indiqueront qu’il faut agrandir la population de poissons pour leur apporter plus d’éléments nutritifs (azote) tandis que de trop fortes concentrations de nitrites ou nitrates dans l’eau indiqueront que la quantité de plante ne suffit pas à une bonne filtration. Il est important de remédier aux carences en éléments nutritifs (qui réduisent la productivité des plantes) mais aussi aux surplus d’éléments azotés (qui diminuent la fructification des plants et encouragent la croissance végétative) pour assurer une productivité optimale des cultures (6, 7). Les carences plus difficiles à diagnostiquer, comme celles en oligo-éléments, pourront être étudiées plus en profondeur selon les plantes en culture afin d’apporter les amendements nécessaires de manière biologique. Aussi, le maintien d’un pH optimal pour la croissance des poissons et des végétaux (neutre à légèrement basique) doit être bien  suivi et ajusté. Il est aussi très important de bien choisir l’espèce de poissons à élever pour qu’elle soit bien adaptée à la température du système (intérieur ou extérieur, région chaude ou froide) et à nos besoins (comestible ou non). Les poissons comestibles les plus utilisés sont la truite arc-en-ciel, le tilapia, le barramundi, le barbu, la carpe et la perchaude, mais plusieurs autres peuvent aussi être utilisées (7, 8, 9).

On obtient donc un système fermé, sauf en ce qui concerne la nourriture pour les poissons, les ajouts d’eau pour compenser l’évaporation et l’électricité qui alimente les pompes (à faible coût). On recycle les déjections des poissons en nourrissant les végétaux et les poissons reçoivent une eau purifiée. Lorsque le système est bien ajusté, les végétaux peuvent pousser jusqu’à trois fois plus vite qu’en terre (7, 9).

Facilement réalisable à petite échelle, les systèmes aquaponiques peuvent aussi être adaptés au niveau industriel. C’est le cas de la ferme de Urban Farmers située à Dreispitzs (Bâle) en Suisse, qui produit annuellement cinq tonnes de végétaux et une tonne de tilapias en milieu urbain sur le toit d’un entrepôt, et dont l’équilibre est maintenu grâce à un logiciel de surveillance des données biotiques et abiotiques développé par Urban Farmers (10). Pour plus de projets inspirants en aquaponie, je vous invite à lire cet article : Des projets aquaponiques inspirants à travers le Monde.

Si vous désirez commencer par un système plus simple, vous pouvez consulter cet article : Petit système aquaponique Beta/Basilic ou vous inspirer des systèmes aquaponiques suivants :

Références

  1. Glibert, PM., Burkholder, JM. (2006) The complex relationships between increases in fertilization of the earth, coastal eutrophication and proliferation of harmful algal blooms. In Ecology of harmful algae (pp. 341-354).
  2. Site web du Centre Interprofessionnel Technique d’Études de la Pollution Atmosphérique, visité le 1er février 2016. http://www.citepa.org/fr/air-et-climat/polluants/effet-de-serre/potentiel-rechauffement-global-a-100-ans
  3. USGS (2001) US Geological survey. Selected findings and current perspectives on urban and agricultural water quality by the National water-quality assessment program. Washington (DC): US Department of Interior.
  4. Pimentel, D., Hepperly, P., Hanson, J., Douds, D., Seidel, R. (2005) Environmental, energetic and economic comparisons of organic and conventional farming systems. BioScience : 55(7).
  5. Smit, J., Nasr, Joe. (1992) Urban agriculture for sustainable cities: using wastes and idle land and water bodies as resources. Environment and Urbanization 4(2) 141-152.
  6. Rakocy, JE., Masser, PM., Losordo, TM. (2006) Recirculating aquaculture tank production systems : Aquaponics – integrating fish and plant culture. Southern Regional Aquaculture Center. SRAC Publication 454.
  7. Graber, A., Junge, R. (2009) Aquaponic systems : Nutrient recycling from fish wastewater by vegetable production. Desalination 246147-156.
  8. Raven, P.H., Evert, R.F., Eichhorn, S.E. 2000. Biolgie végétale. De Boeck Supérieur. Pp. 944.
  9. Martins, C.I.M., Eding, E.H., Verdegem, M.C.J., Heinsbroek, L.T.N., Schneider, O., Blancheton, J.P., Roque d’Orbcastel, E., Verreth, J.A.J. (2010) New developments in recirculating aquaculture systems in Europe : A perspective on environmental sustainability. Aquacultural Engineering 43(3): 83-93.
  10. Site web de la compagnie Urban Farmers, visité le 3 février 2016 : https://urbanfarmers.com/technology/uf-system/

 

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