Méthodes et équipements de dissolution de l'oxygène en aquaculture

Méthodes d'injection d'oxygène

L'oxygène peut être fourni aux bassins d'aquaculture par deux méthodes principales :

• Injection directe dans les bassins : Cette méthode ne nécessite pas de débit d'eau ou de hauteur de relevage.
• Injection dans le débit d’eau neuve : Cette méthode nécessite un débit d'eau et une certaine pression (hauteur de relevage).

Chaque méthode fait appel à un équipement spécialisé pour obtenir une oxygénation efficace :

Injection directe dans les bassins :

• Diffuseurs céramiques
• Oxygénateurs

Injection dans le débit d’eau neuve :

• Cônes d'oxygène
• Oxygénateurs à faible hauteur
• Venturi
• Nano-bulles

Diffuseurs céramiques

Les diffuseurs d'oxygène sont généralement fabriqués en céramique et génèrent de fines bulles d'oxygène dans l'eau. Il s'agit d'une technique passive, car elle ne nécessite pas de pompage ou de débit d'eau pour acheminer l’oxygène vers le bassin mais uniquement d’oxygène à une pression suffisante. Les diffuseurs céramiques visent généralement à maintenir un taux d’oxygène dissous dans l’eau des bassins supérieur à 70%.

• Avantages : Simple et efficace pour l'oxygénation d'urgence lors des arrêts électriques, de l'entretien des pompes ou des récoltes.
• Limites : Rendement de dissolution limité dans les colonnes d'eau peu profondes, typiquement 20-30% pour une profondeur de 1 mètre.
• Utilisation : Oxygénation d'urgence lors d'un arrêt électrique, de l'entretien d'une pompe ou d'une récolte.

Oxygénateurs

Les oxygénateurs sont des équipements placés directement dans les bassins pour oxygéner l'eau. Ces équipements fonctionnent sans que le bassin n’est besoin d’un débit d’eau neuve à une pression particulière. Cependant leur opération nécessite une alimentation électrique en plus de celle en oxygène. Les oxygénateurs peuvent êtres des équipements flottants ou fixes. Dans les 2 cas leur fonctionnement se fait via un système d'hélice pour créer un flux d'eau à l’intérieur de l’oxygénateur. L'oxygène est aspiré par un tube, formant de fines bulles qui se dissolvent dans l'eau. Le rendement de dissolution et généralement compris entre 70% et 80%. Les oxygénateurs visent généralement à maintenir un taux d’oxygène dissous dans l’eau des bassins supérieur à 70%.

• Avantage : Les oxygénateurs présentent un rendement de dissolution correct et leur utilisation ne nécessite pas d’infrastructure particulières.
• Limite : Arrêt en cas de coupure de courant
• Applications : Idéal pour les bassins dont le flux d’eau neuve présente une hauteur de relevage limitée et les longs bassins rectangulaires (type « Racewas ») où les niveaux d'oxygène chutent à l'extrémité.

Cônes à oxygène

Les cônes d'oxygène sont des systèmes pressurisés à la forme conique. Ils sont principalement fabriqués en fibre de verre renforcée, bien que d'autres matériaux puissent être employés.

L’eau est pompée dans la partie supérieure et étroite du cône, sous une pression généralement comprise entre 1,5 et 2,0 bars. Simultanément, l’oxygène est injecté dans cette même section, à une pression légèrement supérieure à celle de l’eau. Ce double flux – eau et oxygène – progresse ensuite vers la base élargie du cône.

À mesure que la largeur du cône augmente, la vitesse des flux diminue progressivement. Ce ralentissement permet aux bulles d’oxygène de rester en suspension dans l’eau jusqu’à leur dissolution complète, optimisant ainsi l’oxygénation du milieu. Aussi, la pression d’eau plus élevée dans le cône permet d’atteindre des niveaux de sursaturation de l’eau en oxygène important de l’ordre de 300% pour un rendement d’oxygénation de 90-95%.

• Avantage : Un bon rendement de dissolution de l’oxygène et une sursaturation élevée.
• Limite : le fonctionnement des cônes nécessite une pression importante et donc une énergie de pompe élevée.
• Application : Dissolution de grandes quantités d'oxygène dans des faible débits d’eau à moyens à haute pression.

Plateformes à jets

Les plateformes à jets permettent d’atteindre efficacement des niveaux élevés d’oxygène dans un débit d’eau. Leur principe repose sur l’injection d’oxygène sous une plaque perforée, générant une couche d’oxygène dans une chambre de contact eau/oxygène située sous cette plaque. En fonctionnement normal, l’eau s’accumule au-dessus de la plaque perforée avant de passer à travers les buses, tombant ainsi dans la chambre de contact. C’est là que l’oxygène se dissout dans l’eau. Une différence de hauteur d’eau d’environ 1 à 1,5 mètre (soit une pression de 0,1 à 0,15 bar) est nécessaire entre le niveau d’eau au-dessus de la plaque perforée et celui à la sortie de la plateforme à jets. Malgré cette faible pression, ce système peut atteindre une sursaturation d’oxygène d’environ 180 à 200 %, avec un rendement d’oxygénation de l’ordre de 80% - 85%.

 

• Avantage : Peut atteindre une sursaturation importante à faible pression.
• Limite : nécessite un débit d’eau et donc souvent le fonctionnement de pompes
• Application : Oxygénation de débits d'eau faibles à élevés présentant une différencie de hauteur de niveau moyenne.

Venturi

Les systèmes venturi sur un principe de cavitation hydrodynamique. L’eau est pompée à travers une section de tuyau étroite, ce qui augmente la vitesse du débit d’eau et réduit la pression absolue créant une dépression. L'oxygène est introduit par un orifice à ce niveau et est aspiré dans le flux d’eau du fait de la dépression. L’oxygène se mélange alors à l’eau où il s’y dissout, on parle d’effet venturi. Ce système fonctionne habituellement avec une pression d’eau de 1 bar et permet d’atteindre une sursaturation de l’oxygène de 120-180% et un rendement d’oxygénation de 80%-90%

 

• Avantage : c’est système sont généralement relativement bon marché et peuvent facilement être intégré à un réseau de tuyauterie.
• Inconvénient : nécessite une pression relativement élevée pour un rendement d’oxygénation moyen
• Application : Lorsque l’espace ou la pression disponible ne sont pas suffisant pour un cône à oxygène.

Nano-bulles

Comme les systèmes Venturi, les systèmes de nano-bulles utilisent le principe de cavitation hydrodynamique pour injecter de l’oxygène dans un flux d’eau. La principale différence réside dans le fait qu’avec les nano-bulles, une partie de l’oxygène se dissout dans l’eau, tandis qu’une autre reste sous forme gazeuse, sous forme de nano-bulles.

Mesurant moins de 200 nanomètres de diamètre (environ 2 500 fois plus petites qu’un grain de sel), les nano-bulles possèdent une surface de contact avec l’eau exceptionnellement grande. Leur taille minuscule leur confère une stabilité élevée, une flottabilité neutre et un transfert de gaz extrêmement efficace.

Cette technologie permet d’atteindre une sursaturation d’oxygène de 200 à 300 %, tout en maintenant les nano-bulles en suspension dans l’eau. Ces bulles agissent comme une réserve d’oxygène non dissous, prêtes à se dissoudre progressivement lorsque la sursaturation diminue.

Malgré des performances impressionnantes, avec des taux de dissolution de 90 à 95 %, cette technologie reste en phase de développement. À ce jour, son application à grande échelle demeure limitée, bien qu’elle présente un fort potentiel pour l’avenir.

• Avantage : Cette technologie présente un très bon rendement d’oxygénation pour une consommation d’énergie limitée.
• Inconvénient : Technologie prouvée mais qui reste en développement.
• Application : Implantation dans le débit d’eau de nouvelle installation ou en parallèle pour les installations existantes.

Conclusion

Le choix de la méthode ou de l'équipement de dissolution de l'oxygène approprié dépend des besoins spécifiques de votre installation aquacole. Des facteurs tels que le débit d'eau, la pression, la conception du réservoir et la demande en oxygène jouent un rôle essentiel dans la détermination de la meilleure solution. En choisissant le bon système, vous pouvez garantir des niveaux d'oxygène optimaux pour une production aquacole saine et durable.