Analyse des systèmes d'aquaculture en recirculation (RAS) pour améliorer l'efficacité de l'aquaculture
Le *Plan national de développement des pêches pour la 14e-période du plan quinquennal* appelle explicitement au développement de pêcheries intelligentes, à la promotion de la modernisation des équipements aquacoles et à l'amélioration de l'efficacité de la reproduction et des niveaux d'utilisation des ressources. Les modèles traditionnels d’aquaculture en étang sont confrontés à des défis tels qu’une consommation élevée d’eau, une occupation importante des terres et un impact environnemental, ce qui rend difficile la satisfaction des exigences du développement de l’aquaculture moderne. Le système d'aquaculture en recirculation (RAS), en tant que nouveau modèle d'agriculture intensive, utilise des technologies de traitement de l'eau et de recyclage pour atteindre une culture à haute densité d'organismes aquatiques dans un environnement relativement fermé, offrant des avantages techniques distincts.
1. Aperçu des systèmes d'aquaculture en recirculation
1.1 Concepts de base et composants structurels
Un système d'aquaculture en recirculation (RAS) est un modèle d'aquaculture moderne très intensif qui permet une culture à haute-densité d'organismes aquatiques dans un environnement relativement fermé grâce à des technologies de traitement de l'eau et de recyclage. RAS se compose principalement de trois modules fonctionnels : l’unité de culture, l’unité de traitement de l’eau et l’unité de surveillance et de contrôle de la qualité de l’eau.
1.2 Principe de fonctionnement
The operation of RAS is based on the principle of water purification and recycling. During the culture process, pollutants such as suspended solids and ammonia nitrogen produced by metabolism are first removed via mechanical filtration for particulate matter. The water then enters a biofilter where nitrifying bacteria convert toxic ammonia nitrogen into nitrite, which is further oxidized to nitrate. A protein skimmer removes dissolved organic matter through bubble adsorption, and a UV device eliminates pathogenic microorganisms. The multi-stage treated water is re-oxygenated, temperature-adjusted, and recirculated back into the culture tanks. During system operation, online monitoring equipment continuously tracks key parameters like pH (6.5–8.0), dissolved oxygen (>5 mg/L), et de l'azote ammoniacal (<0.5 mg/L), which are regulated via automated control devices to maintain the optimal culture environment
2. Analyse de l’efficacité de la production dans RAS
2.1 Capacité de contrôle du milieu aquatique
La capacité de contrôle de l’environnement aquatique du RAS se reflète principalement dans la régulation précise des paramètres de qualité de l’eau et dans la réponse rapide aux facteurs de stress environnementaux. Cette étude, menée sur une base RAS à grande échelle avec trois systèmes d'essai parallèles (chaque volume de 50 m³, densité de stockage de 25 kg/m³), a surveillé les données en continu pendant 180 jours, donnant les résultats enTableau 1.
Les données indiquent que le RAS fonctionne exceptionnellement bien dans la régulation de l'oxygène dissous. Même pendant les pics de consommation d'oxygène la nuit, les niveaux idéaux sont maintenus grâce à l'effet synergique des pompes à entraînement à fréquence variable (VFD) et de l'aération microporeuse. La régulation du pH, utilisant une surveillance en ligne couplée à un système de dosage automatique d'alcali, a montré une bonne stabilité dans les résultats de surveillance continue. Pour l’élimination de l’azote ammoniacal, l’efficacité de nitrification du biofiltre dans des conditions standard a été considérablement améliorée par rapport aux méthodes conventionnelles.
Le contrôle de la température, réalisé à l'aide d'échangeurs de chaleur à tubes de titane avec des algorithmes de contrôle PID, a maintenu la température de l'eau stable même en cas de fluctuations importantes de la température ambiante.
Grâce à 180 jours de fonctionnement continu, le taux de conformité et la stabilité de tous les indicateurs de qualité de l'eau du système ont été considérablement améliorés par rapport aux modèles de culture traditionnels, démontrant pleinement les avantages techniques et la valeur d'application du RAS dans le contrôle de l'environnement aquatique. En outre, le taux de conformité pour les indicateurs clés de la qualité de l'eau a atteint 98,5 %, la stabilité des indicateurs de base tels que l'oxygène dissous, le pH et l'azote ammoniacal étant 47 % plus élevée que dans la culture traditionnelle.
2.2 Performance de croissance biologique
Cette étude a sélectionné la carpe poissonneuse d'eau douce (Ctenopharyngodon idella) comme sujet pour comparer les différences de performances de croissance entre la RAS et la culture traditionnelle en étang. Le groupe d'essai était composé de trois unités RAS de 50 m³, tandis que le groupe témoin utilisait trois bassins de culture standard de 500 m², tous deux sur un cycle de 180 jours (données présentées dansTableau 2).
Les résultats ont montré que le contrôle précis de l'environnement et la gestion de l'alimentation dans RAS amélioraient considérablement les performances de croissance de la carpe herbivore. L’effet constant de la température et la stabilité de la qualité de l’eau ont favorisé l’activité alimentaire et amélioré l’efficacité de la conversion alimentaire.
2.3 Efficacité opérationnelle des installations et des équipements
L'efficacité opérationnelle du RAS est principalement évaluée à travers l'indice global de consommation d'énergie (IEC), calculé comme suit :
CEI=(P × T × η) / (V × Y)
Où:
CEI=Indice global de consommation d'énergie (kW·h/kg)
P=Puissance totale du système installé (kW)
T=Durée de fonctionnement (h)
η=Facteur de charge de l'équipement
V=Volume d'eau de culture (m³)
Y=Rendement par unité de volume d'eau (kg/m³)
L'analyse des données opérationnelles a montré les paramètres de performance clés suivants pour les principaux équipements RAS : l'efficacité de fonctionnement du système de pompe a atteint 85 %, soit une amélioration de 18 % par rapport aux pompes traditionnelles ; la charge de traitement de l'azote ammoniacal du biofiltre était de 0,8 kg/m³·j, soit une augmentation de 40 % par rapport aux biofiltres conventionnels ; et l'unité de désinfection UV a maintenu une efficacité de stérilisation supérieure à 99,9 %.
L'équipement du système utilise un contrôle de liaison intelligent, ajustant automatiquement la puissance de fonctionnement et la durée de fonctionnement en fonction des paramètres de qualité de l'eau. Par exemple, les équipements de contrôle de la température peuvent fonctionner à charge réduite (par exemple, 30 %) pendant les périodes de température stable, et les systèmes d'aération peuvent fonctionner en mode d'économie d'énergie-à fréquence variable pendant les périodes de faible consommation d'oxygène la nuit. Grâce à ce contrôle intelligent de l'équipement, l'indice global de consommation d'énergie moyen du système était de 2,1 kWh/kg, soit 45 % de moins que les modèles de culture traditionnels.
3. Quantification des avantages globaux du RAS
3.1 Indicateurs quantitatifs des avantages de la production
Cette étude a établi un système d'évaluation quantitative des avantages de la production RAS, couvrant trois dimensions : l'avantage en matière de production, l'avantage en termes de qualité et l'avantage en termes de temps. Sur la base de l'analyse des données de dix bases RAS à grande-échelle, l'indice global des avantages de production du système a atteint 0,85, soit une amélioration de 56 % par rapport aux modèles de culture traditionnels.
L'évaluation des avantages en termes de résultats prend également en compte la valeur-ajoutée résultant de l'amélioration de la qualité des produits. Les produits aquatiques de RAS ont montré des améliorations significatives des indicateurs sensoriels tels que la texture de la chair et la teneur en graisse intramusculaire par rapport à la culture traditionnelle, atteignant un taux de prime de marché de 15 à 20 %. En termes d'avantages en termes de qualité, une alimentation précise et un contrôle environnemental dans le système ont abouti à une taille de produit plus uniforme et à une augmentation notable du taux de produits haut de gamme. Au cours des dernières étapes de la culture, l'uniformité de la taille des produits a atteint plus de 92 %, facilitant un traitement standardisé et des ventes à grande échelle.
3.2 Évaluation de la consommation des ressources
Une méthode d'analyse du cycle de vie (ACV) a été utilisée pour quantifier la consommation de ressources pendant le fonctionnement du système. Les principaux indicateurs d'évaluation comprenaient la consommation d'eau douce, la consommation d'électricité et l'apport alimentaire (données présentées dansTableau 3).
L'analyse de l'efficacité de l'utilisation des ressources a montré que le système atteint une efficacité élevée et une conservation des ressources grâce aux technologies de traitement et de recyclage de l'eau, les économies les plus significatives étant observées dans les ressources en eau et en terres. Les résultats de l'évaluation de l'impact environnemental ont indiqué que l'intensité des émissions de carbone du système était 52 % inférieure à celle de la culture traditionnelle.
Les avantages du système en matière de conservation des ressources sont également évidents dans l'amélioration de l'efficacité de l'utilisation des aliments. L’utilisation de systèmes d’alimentation intelligents combinés aux données de surveillance de la qualité de l’eau a permis une alimentation précise et quantitative, réduisant considérablement le gaspillage d’aliments. Les recherches indiquent que le taux de conversion alimentaire en RAS s'améliore de 25 à 30 % par rapport à la culture traditionnelle. En ce qui concerne l'utilisation des ressources humaines, grâce à l'automatisation et à la surveillance intelligente, les heures de travail par tonne de produit sont passées de 0,48 heure dans la culture traditionnelle à 0,15 heure, réduisant considérablement la main-d'œuvre tout en améliorant également l'environnement de travail.
3.3 Analyse de faisabilité économique
La faisabilité économique a été évaluée à l'aide des méthodes de la valeur actuelle nette (VAN) et de la période de récupération. L'investissement initial comprend le génie civil, l'achat d'équipement, l'installation et la mise en service. Les coûts d'exploitation comprennent l'énergie, la main-d'œuvre, l'alimentation et la maintenance. Les sources de revenus comprennent la vente de produits aquatiques et les bénéfices issus des économies de ressources en eau.
CE= Σ [ (Ct - Ot) / (1 + r)^t ] - I0
Où:
NPV=Valeur actuelle nette (10 000 CNY)
I0 = Investissement initial (10 000 CNY)
Ct=Entrées de trésorerie au cours de l'année t (10 000 CNY/an)
Ot=Sortie de trésorerie au cours de l'année t (10 000 CNY/an)
r=Taux d'actualisation (%)
t=Période de calcul (années)
Calculé pour une production annuelle de 500 tonnes, le système nécessite un investissement initial de 8,5 millions de CNY, des coûts d'exploitation annuels de 4,2 millions de CNY et un chiffre d'affaires annuel de 7,5 millions de CNY. En utilisant un taux d'actualisation de référence de 8 %, la période de récupération est de 3,2 ans et le taux de rendement interne financier (TRI) est de 28,5 %. L'analyse de sensibilité montre que le projet maintient une bonne résistance au risque même avec des fluctuations des prix des produits de ±20 %.
4. Conclusion
Les systèmes d'aquaculture en recirculation (RAS) surpassent considérablement les modèles de culture traditionnels en termes de contrôle de l'environnement aquatique, de performances de croissance biologique et d'efficacité opérationnelle des équipements. Les recherches futures devraient se concentrer sur l'amélioration des niveaux d'intelligence des systèmes, l'optimisation de l'efficacité opérationnelle des équipements et l'exploration de modèles de promotion à grande échelle-afin d'améliorer encore les avantages globaux de l'aquaculture en recirculation.