L'oxygène dissous dans l'eau est essentiel à la survie et à la croissance des poissons et des crustacés. Tout comme les animaux terrestres dépendent de l'air pour respirer, les espèces aquatiques dépendent d'une eau riche en oxygène pour accomplir des fonctions biologiques vitales. Les poissons absorbent l'oxygène par leurs branchies, ce qui leur permet de réaliser des processus essentiels tels que la digestion, la régulation du métabolisme et le déplacement.
Lorsque les niveaux d'oxygène sont trop bas, les animaux aquatiques peuvent souffrir de stress oxydatif, ce qui peut freiner leur croissance et, dans les cas les plus graves, entraîner leur mort. L'insuffisance d'oxygène a également un impact sur l'environnement du bassin, en dégradant la qualité de l'eau et en perturbant potentiellement les systèmes de filtration et de biofiltration.
Qu'est-ce qui influence la demande en oxygène en aquaculture ?
La consommation d'oxygène est étroitement liée au métabolisme des poissons et est influencée par de multiples facteurs :
- Espèces élevées
- Biomasse et taille des animaux
- Température et salinité de l'eau
- Taux et fréquence d'alimentation
- Type de système (par exemple RAS ou flow-through)
Bien que ces variables soient interdépendantes, un paramètre se distingue comme indicateur fiable de la demande en oxygène : la quantité d'aliments.
Pourquoi ? Parce que la quantité d'aliments reflète tous les facteurs ci-dessus. Les besoins nutritionnels sont bien documentés pour la plupart des espèces de poissons et de crevettes, et les tables d'alimentation sont généralement adaptées à la température de l'eau et à la taille des poissons. Par essence, la quantité d'aliments est la meilleure représentation de l'activité métabolique d'un animal.
Rapport aliments/oxygène
Une règle empirique couramment utilisée en aquaculture est que 1 kg d'aliments nécessite environ 350 g d'oxygène pour être métabolisé par les poissons ou les crevettes.
Ainsi, si vous donnez 10 kg d'aliments par jour à des poissons, le stock consommera environ 3,5 kg d'oxygène par jour.
A noter que la consommation d'oxygène atteint généralement un pic peu de temps après l'alimentation. Cependant, l’utilisation de distributeurs automatiques qui distribuent des rations plus petits tout au long de la journée, permet d’étaler la demande en oxygène dans le temps.
Le cas particulier des RAS (Systèmes d'Aquaculture Recirculé)
Les RAS sont des systèmes en circuit fermé dans lesquels l'eau est filtrée et réutilisée en permanence, ce qui les rend très économes en eau et adaptés à l'aquaculture à haute densité. Toutefois, comme l'eau reste plus longtemps dans le système, l'activité biologique totale du système augmente, notamment en raison de l'activité bactériologique.
Dans les RAS, la consommation totale d'oxygène par kilogramme d'aliments est estimée à environ 1 kg. Cela comprend :
- 350 g pour la respiration des poissons ou des crevettes
- 650 g pour la respiration microbienne dans le biofiltre
Cette demande accrue est principalement due aux bactéries nitrifiantes du biofiltre, qui oxydent l'ammoniac et d'autres déchets. La plupart des systèmes RAS utilisent des bio-filtres à lit agité (MBBR), où l'aération est utilisée pour le mouvement du filtre tout en lui fournissant de l'oxygène.
Exemple : Calcul de la demande en oxygène dans un élevage de tilapias en RAS
Tank Oxygenation
Assuming the water entering the tanks is over saturated with oxygen (100%), the fish still consume 262.5 kg/day, or about 11 kg/hour.
Oxygen Supply in Normal Operation
Let’s say oxygen is introduced using a low head oxygenator with an 80% dissolution rate:
Required oxygen input = 11 kg/hour ÷ 0.80 = 13.75 kg/hour
Oxygen Supply in Emergency Mode
If oxygen is introduced via ceramic diffusers with a 20% dissolution rate at 1 m water depth:
Required oxygen input = 11 kg/hour ÷ 0.20 = 55 kg/hour
Considérons un élevage de tilapias RAS avec la configuration suivante :
- 10 réservoirs de 50 m³ chacun
- Biomasse totale : 25 tonnes de tilapias juvéniles de 25 g
- Densité de peuplement : 50 kg/m³
- Température de l'eau : 25°C
- Taux d'alimentation : 3 % de la biomasse par jour → 750 kg d'aliments par jour : 3 % de la biomasse par jour → 750 kg d'aliments par jour
Définition des besoins en oxygène :
- Respiration du poisson : 35 % → 262,5 kg/jour
- Bactéries du biofiltre : 65 % → 487,5 kg/jour
- Demande totale en oxygène du système : 750 kg/jour
Besoin d'aération du biofiltre
L'aération du biofiltre fournit les 487,5 kg d'oxygène nécessaires. Étant donné que :
- L'air contient ~20% d'oxygène
- L'efficacité de dissolution de l'aération dans le MBBR est ~5%
Vous aurez besoin d'environ :
- 41 666 m³ d'air par jour, ou 1 736 m³/heure
(Nous entrerons dans les détails du dimensionnement et du fonctionnement du biofiltre dans un prochain article).
Oxygénation des bassins
En supposant que l'eau sortant du biofiltre soit entièrement saturée en oxygène (100 %), les poissons devront etre alimenté avec suffisement d'oxygène pour couvrir leur consommation de 262,5 kg/jour, soit environ 11 kg/heure.
Alimentation en oxygène en fonctionnement normal
Supposons que l'oxygène soit introduit à l'aide d'une plateforme à jets avec un taux de dissolution de 80 % :
L’apport d'oxygène nécessaire est de 11 kg/heure ÷ 0,80 = 13,75 kg/heure
Alimentation en oxygène en mode d'urgence
L’oxygène est introduit par des diffuseurs en céramique avec un taux de dissolution de 20 % en cas de coupure de courant :
L’apport d'oxygène nécessaire est de 11 kg/heure ÷ 0,20 = 55 kg/heure
Conclusion
The feed quantity is a reliable indicator of oxygen demand.
1 kg of feed ≈ 350 g of oxygen in open systems; up to 1 kg of oxygen in RAS due to bacterial activity.
Properly sizing oxygen supply systems—including emergency backups—is key to stable operation.
Aeration systems in the biofilter must be sized correctly to handle microbial demand.
- La quantité d'aliments est un indicateur fiable de la demande en oxygène.
- 1 kg d'aliments ≈ 350 g d'oxygène dans les systèmes ouverts ; jusqu'à 1 kg d'oxygène dans les RAS en raison de l'activité bactérienne.
- Le bon dimensionnement des systèmes d'alimentation en oxygène, y compris les systèmes de secours, est essentiel pour un fonctionnement stable.
- Dans un RAS, le système d'aération du biofiltre doit être correctement dimensionné pour répondre à la demande microbienne.
