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L'aquaponie, ou comment faire pousser des légumes grâce aux poissons ?

Antilles, Guyane • Septembre 2017

Nourrir l'humanité • 8 points

L'aquaponie, ou comment faire pousser des légumes grâce aux poissons

Selon Pierre Foucard, ingénieur : « Répondre à la demande alimentaire mondiale de demain est un défi auquel il faut faire face, et l'aquaponie pourrait – parmi une multitude d'autres solutions – faire partie intégrante de la nécessaire diversité des agricultures de demain, orientées autant que faire se peut vers la durabilité et la complémentarité entre systèmes agricoles. »

D'après Projet APIVA (Aquaponie, innovation végétale et aquaculture)

L'aquaponie est la combinaison de deux modèles d'élevage et de culture : l'aquaculture (élevage de poissons ou autres organismes aquatiques) et l'hydroponie (culture hors-sol de plantes dont les racines plongent dans une solution nutritive). On s'intéresse ici à quelques caractéristiques de cette technique.

document 1 L'aquaculture dans le monde et en France

Production mondiale de la pêche de capture et de l'aquaculture de 1950 à 2012

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D'après FAO (Food and Agriculture Organization of United Nations), 2014

La France se place parmi les leaders européens pour la production de truites arc-en-ciel (32 000 tonnes en 2014, selon France Agrimer) et d'alevins* de poissons marins (bars, dorades, turbots) dont plus de la moitié de la production est exportée.

Cependant, l'aquaculture souffre d'une mauvaise image dans l'opinion publique française et subit notamment des critiques liées à la composition de l'alimentation des poissons ainsi qu'aux pollutions qu'elle génère. À cela s'ajoutent la consommation importante en eau et la concurrence directe avec l'industrie du tourisme pour les espaces disponibles.

* Jeunes poissons.

document 2 Principe et rendement d'un dispositif aquaponique

Dans un système aquaponique, l'eau circule en circuit quasiment fermé et est entièrement recyclée (très faible apport d'eau neuve). Les poissons sont nourris avec des granulés, généralement à base de légumes.

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D'après www.france-science.org

a. Cycle de l'aquaponie

La dégradation des déchets produits par les poissons conduit à la production d'ions ammonium. En grande quantité, ces ions sont toxiques pour les poissons.

Des bactéries de genre Nitrosomonas (en présence d'O2) transforment les ions ammonium en ions nitrite, également toxiques pour les poissons.

Grâce à un système de pompe, l'eau est envoyée dans le bac à culture où les ions nitrite sont transformés (également en présence d'O2) en ions nitrate par des bactéries de genre Nitrobacter.

Les ions nitrate sont assimilables par les racines des plantes.

L'eau qui s'écoule du bac à culture est redirigée vers le bac à poissons.

Les dispositifs aquaponiques peuvent être installés sur les parkings, sur les toits plats des habitations, dans les jardins, en zones urbaines et périurbaines.

b. Rendement de l'aquaponie

En 2004, une étude montre que le rendement est augmenté, par rapport à l'hydroponie, de 30 % pour la culture du concombre et de 15 % pour la culture de la tomate.

document 3 Importance des paramètres de l'eau dans un dispositif aquaponique

a. Le pH

Effet du pH sur l'activité de Nitrosomonas et Nitrobacter : l'activité des bactéries est maximale pour un pH compris entre 7,5 et 8,5.

Dans le compartiment contenant les poissons, un pH compris entre 6,5 à 8,5 est idéal pour la plupart des poissons d'élevage.

Dans le compartiment de culture des plantes, un pH compris entre 5,5 et 6,5 est idéal pour la biodisponibilité des nutriments pour les racines.

D'après Grunditz et Dalhammar, Water Res., 2001, Projet APIVA, et Jones, 2005

b. La température

Effet de la température sur l'activité de Nitrosomonas et Nitrobacter

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D'après Grunditz et Dalhammar, Water Res., 2001

Dans le compartiment contenant les poissons, les intervalles de tolérance de températures (en °C) pour différentes espèces piscicoles sont indiqués dans le tableau suivant.

Espèce

Limite inférieure

de température

Température optimale

de croissance

Limite supérieure

de température

Truite arc-en-ciel

5

14

21

Carpe commune

3

23

35

Tilapia

17

28

38

Dans le compartiment de culture des plantes, la température idéale pour le développement de la plupart des végétaux se situe entre 15 et 24 °C.

D'après Projet APIVA, et Jones, 2005

Présentez l'intérêt de développer l'aquaponie ainsi que les contraintes liées à cette technique.

Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et sur vos connaissances (qui intègrent, entre autres, les connaissances acquises dans les différents champs disciplinaires).

Les clés du sujet

Interpréter la question

L'énoncé du sujet vous demande de présenter une technique hybride ­utilisant l'élevage d'une part et la culture hors-sol de l'autre. Il est précisé qu'il s'agit de développer une argumentation en faveur de cette technique, tout en considérant les contraintes qu'une telle technique peut générer du fait de sa complexité.

Comprendre les documents

L'introduction du sujet apporte des définitions dont vous pouvez avoir besoin dans votre rédaction. Il est donc important que vous la lisiez attentivement.

Le document 1 donne des informations factuelles sur l'aquaculture en France et dans le monde. Il énumère en outre quelques-uns de ses inconvénients.

Le document 2 nous explique le principe de l'aquaponie, ses cycles et son rendement. Ce document très complet est à lire attentivement et à annoter car l'ensemble des détails présentés sont utiles pour répondre à la question posée.

Le document 3 s'attache à certains paramètres liés aux propriétés de l'eau et à leurs effets dans un dispositif d'aquaponie. Ces paramètres sont le pH et la température de l'eau.

Organiser la réponse

Le sujet est dense et présente beaucoup d'informations. Nous vous conseillons d'organiser votre réponse le plus simplement possible en ­suivant la consigne :

dans un premier temps, relevez les informations se rapportant aux bénéfices de l'aquaponie par rapport à l'aquaculture et à l'hydroponie 

puis relevez et utilisez les données chiffrées pour préciser les contraintes liées à cette technique (organisation matérielle et espèces de poissons ­élevées). Portez un regard attentif sur les données du document 3 qu'il faut utiliser dans cette partie de votre réponse. Il s'agit de choisir des paramètres qui permettent de faire coexister des plantes, des poissons et certaines bactéries.

Corrigé

Introduction

L'aquaponie est la combinaison de deux modèles d'élevage et de culture : l'aquaculture (élevage de poissons) et l'hydroponie (culture hors-sol de plantes dont les racines plongent dans une solution nutritive). Ce modèle présente des intérêts environnementaux et économiques et apparaît comme l'une des solutions à mettre en œuvre pour permettre de nourrir une population mondiale en croissance.

I. Les limites de l'aquaculture classique

Entre 1950 et 2012, la part de l'aquaculture n'a cessé d'augmenter : quasiment nulle en 1950, elle représente en 2012 un tiers de la production de ­poissons dans le monde (30 millions de tonnes) tandis que la pêche de capture stagne à 90 millions de tonnes depuis 1990. En effet, en raison de la surpêche qui limite la reproduction des poissons, on ne peut augmenter davantage la part de la pêche de capture.

Mais les poissons en aquaculture rejettent des déchets (matières fécales et urine), dont une part est transformée en ions ammonium (NH4+), toxiques pour les poissons à partir d'une certaine quantité. Cela oblige les éleveurs à ­changer régulièrement leur eau.

Ainsi, cette forme d'élevage consomme de l'eau propre et rejette de fortes quantités d'eaux usées. Par ailleurs, elle nécessite des espaces assez importants qui pourraient être utilisés autrement, pour le tourisme par exemple.

II. Avantages de l'aquaponie

Des bactéries (Nitrosomonas), transforment les ions ammonium NH4+ produits par la décomposition des déchets des poissons en ions nitrite NO2. L'eau ainsi « nettoyée » dans le bac à poissons est ensuite transférée aux bacs de culture des plantes. Au cours de ce transfert, d'autres bactéries (Nitrobacter) transforment les ions NO2 en ions nitrate NO3, absorbés par les racines des plantes et bénéfiques à leur croissance.

Cette association d'aquaculture et d'hydroponie présente trois avantages.

Tout d'abord, cela permet une augmentation des rendements végétaux : une étude de 2004 montre que le rendement est augmenté de 30 % par ­rapport à l'hydroponie seule pour la culture du concombre, et de 15 % pour la culture de la tomate.

De plus, les plantes absorbent les ions nitrates et rendent une eau propre qui peut être réutilisée pour les poissons : une moindre quantité d'eau est consommée et il n'y a pas de rejet d'eaux polluantes dans l'environnement.

Enfin, les dispositifs aquaponiques prennent peu de place, ils peuvent même être installés sur le toit des bâtiments.

III. Les contraintes de l'aquaponie

Toutefois, une telle association présente quelques contraintes. En effet, les différents êtres vivants impliqués ne peuvent vivre que dans des conditions physico-chimiques particulières et qui leur sont propres.

Ainsi, la température dans le bac de culture des végétaux doit être comprise entre 15 °C et 24 °C, et l'environnement doit proposer un pH un peu acide, entre 5,5 et 6,5 pour une bonne absorption des ions.

Or, les bactéries impliquées dans le processus ont besoin d'un pH entre 7,5 et 8,5, d'une eau oxygénée, et de températures plus élevées :

entre 30 °C et 40 °C pour une activité maximale des bactéries Nitrosomas qui transforment les ions ammonium en ions nitrite 

35 °C pour une activité maximale des bactéries Nitrobacter qui transforment les ions nitrite en ions nitrate.

On observe une division par deux de l'activité de ces deux bactéries à 20 °C.

Les poissons ayant besoin d'un pH compris entre 6,5 et 8,5, leur environnement est compatible avec celui des bactéries. Il faut donc séparer le compartiment réservé aux poissons et aux bactéries de celui des végétaux pour pouvoir contrôler les conditions de pH et température.

En outre, il faut choisir des poissons supportant des températures élevées : le tilapia (développement optimal à 28 °C) ou la carpe (23 °C).

Conclusion

L'aquaponie est un procédé qui permet d'allier deux techniques complémentaires, l'une d'élevage (l'aquaculture) et l'autre de culture (l'hydroponie). Néanmoins, les contraintes liées à la cohabitation des différents êtres vivants demandent des installations coûteuses pour être contournées.

Cependant, l'aquaponie affiche des rendements très nettement supérieurs à ceux de l'hydroponie et permet de respecter l'environnement.

Il est donc à espérer que les évolutions technologiques permettront de réduire les coûts générés par les contraintes de l'aquaponie, qui reste a priori une technique à favoriser dans une démarche sociétale et environnementale.

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