1.Aperçu des systèmes d'aquaculture en recirculation (RAS)
(1) Caractéristiques des systèmes d'aquaculture en recirculation
Les systèmes d'aquaculture en recirculation (RAS) sont un nouveau modèle d'aquaculture développé sur la base de l'aquaculture intensive, caractérisé par la recirculation et la réutilisation de l'eau d'élevage. En plus des avantages de l'aquaculture intensive conventionnelle, les RAS offrent des avantages significatifs en matière de traitement des eaux usées, de réduction de la consommation d'eau et de minimisation des rejets d'effluents. Grâce à une conception optimisée du système d'approvisionnement en eau et au fonctionnement coordonné de plusieurs installations et appareils, RAS permet le recyclage répété de l'intégralité du volume d'eau de culture. Par rapport à l’aquaculture intensive traditionnelle, elles sont supérieures en termes d’efficacité énergétique pour le contrôle de la température, l’atténuation de la pollution environnementale et la prévention et le contrôle des maladies.
Les RAS nécessitent l’utilisation intégrée d’un ensemble complet d’installations de purification et de traitement de l’eau. La conception de leurs processus implique l'application de plusieurs disciplines et technologies industrielles, notamment la mécanique des fluides, la biologie, le génie mécanique, l'électronique, la chimie et les technologies de l'information d'automatisation. Un RAS bien conçu-peut permettre un contrôle total des paramètres de qualité de l'eau tels que la température, l'oxygène dissous et les nutriments, et dans toutes les circonstances, plus de 90 % de l'eau du système peut être réutilisée par recirculation.
(2) Essence et avantages du RAS
L’essence des systèmes d’aquaculture en recirculation (RAS) réside dans le soutien et l’optimisation de la production aquacole grâce à des approches industrialisées et modernisées. En permettant une régulation complète du processus-de l'environnement aquatique, RAS peut partiellement surmonter les contraintes externes telles que la température, la disponibilité de l'eau et l'espace, réalisant ainsi une production continue-par lots multiples-toute l'année. Cela permet une agriculture hors saison-et une entrée échelonnée sur le marché, offrant aux producteurs un avantage concurrentiel et des rendements économiques plus élevés.
(3) Efficacité de la production et utilisation des ressources
Les excellentes performances de production de RAS sont étroitement liées à ses caractéristiques hautement contrôlables et économes en ressources. Par -unité-d'eau, le rendement des produits aquatiques dans la RAS est 3 à 5 fois supérieur à celui de l'aquaculture traditionnelle en flux-intensif et 8 à 10 fois supérieur à celui de l'aquaculture en étang, tandis que les taux de survie augmentent de plus de 10 %. De plus, l'utilisation de médicaments vétérinaires et d'agents chimiques est réduite de près de 60 %. Ces améliorations globales des indicateurs de performance garantissent les avantages économiques et écologiques du RAS.
(4) Traitement de l’eau et intégration du système
Dans RAS, l'eau de culture subit une série de traitements, notamment la filtration physique, la purification biologique, la stérilisation et la désinfection, le dégazage et l'oxygénation, permettant une réutilisation totale ou partielle de l'eau. Dans le même temps, l’optimisation de l’environnement de culture peut être intégrée à des équipements automatisés tels que des alimentateurs automatiques, permettant un certain degré d’automatisation et de gestion intelligente.
(5) Fondements technologiques et caractéristiques clés
RAS intègre des technologies avancées telles que l'ingénierie de la pêche, les équipements mécaniques, les nouveaux matériaux respectueux de l'environnement, la réglementation microécologique et la gestion numérique. Grâce à un environnement de production entièrement contrôlé, peu affecté par les conditions externes, les RAS présentent des avantages significatifs, notamment la conservation de l'eau et des terres, une demande énergétique réduite pour la régulation de la température, des conditions d'élevage stables, des taux de croissance accélérés, des densités de stockage élevées et la production de produits respectueux de l'environnement et sans pollution. À ce titre, les RAS sont considérées comme « le modèle d'aquaculture et l'orientation d'investissement les plus prometteurs du 21e siècle ».
(6) Développement et application en Chine
À ce jour, plus de 900 RAS à grande échelle ont été conçus et construits en Chine, couvrant les principales provinces côtières ainsi que les régions intérieures, s'étendant même jusqu'au Xinjiang. Ces systèmes, englobant des applications marines et d'eau douce, ont été commercialisés avec succès, atteignant les objectifs de production attendus et démontrant d'excellentes performances opérationnelles. Les pratiques de production confirment que le RAS offre non seulement une productivité et des avantages environnementaux supérieurs, mais permet également d'obtenir des coûts de production par unité de rendement considérablement inférieurs à ceux d'autres modèles d'aquaculture.
2. Processus et technologies clés des systèmes d'aquaculture en recirculation (RAS)
Les systèmes d’aquaculture en recirculation (RAS) utilisent largement des équipements et des technologies d’ingénierie industrielle. Généralement, ils se composent d'unités de traitement et d'installations pour l'élimination des particules solides ; élimination des particules en suspension et des matières organiques solubles ; élimination des sels inorganiques solubles toxiques et nocifs tels que l'ammoniac et le nitrite ; contrôle des agents pathogènes ; l'élimination du dioxyde de carbone du métabolisme des organismes et micro-organismes cultivés ; supplémentation en oxygène; et régulation de la température. Les processus techniques impliqués comprennent l'isolation thermique et le contrôle de la température, l'élimination des particules solides, l'élimination de l'azote inorganique soluble et du phosphore, la désinfection et la stérilisation, ainsi que l'oxygénation.
(1) Caractéristiques de production industrialisées et intensives
Le RAS améliore encore les caractéristiques intensives de l'aquaculture industrielle, offrant une efficacité de production élevée et une faible occupation des terres, tout en surmontant les contraintes des ressources en terres et en eau. En tant que modèle agricole à-intrants élevés,-rendements élevés,-densité et haute-efficacité, le RAS s'aligne sur les objectifs primordiaux de la Chine en matière de civilisation écologique et de stratégies de développement durable.
(2) Importance écologique et stratégique
Grâce à ses fonctionnalités intensives, efficaces,-d'économie d'énergie, de réduction des émissions-et de respect de l'environnement, le RAS est devenu une direction importante pour la transformation et la modernisation de l'aquaculture en Chine vers un développement vert et à faibles émissions de carbone. Pendant plusieurs années consécutives, le RAS a été répertorié par le ministère de l'Agriculture et des Affaires rurales de Chine comme une technologie aquacole majeure recommandée.
(3) Développement et tendances actuels
À l’heure actuelle, ce modèle est largement reconnu tant par le monde universitaire que par l’industrie en Chine. L'ampleur de la construction de nouveaux systèmes et la capacité globale d'élevage ont augmenté régulièrement ces dernières années, faisant du RAS l'une des principales tendances de développement futur de l'industrie aquacole chinoise.
3.Aperçu de la recherche et de l’industrialisation des systèmes d’aquaculture en recirculation (RAS)
(1)Recherche internationale et industrialisation
Début de la recherche et du développement
Le premier système d'aquaculture en recirculation (RAS) est apparu au Japon dans les années 1950. Par la suite, de nombreux pays ont commencé des recherches sur les technologies de traitement de l’eau et d’aquaculture pour les RAS. Initialement, ces études étaient basées sur des processus municipaux de traitement des eaux usées et des systèmes de type aquarium- (avec des densités de culture de seulement 0,16 à 0,48 kg/m³). Cependant, de telles approches ne tenaient pas compte des exigences uniques de l'aquaculture commerciale-, notamment en termes de coûts du système, d'utilisation des ressources, de rapport entre les volumes d'eau de culture et de purification et de capacité de charge du système (généralement 50 à 300 kg/m³). En conséquence, les efforts de recherche ont rencontré de nombreux revers, ont consommé de grandes quantités de ressources et ont progressé lentement.
Reconnaissance des caractéristiques dynamiques
Les premières études ont également négligé une caractéristique importante du RAS : sa nature dynamique. Les taux de production et de dégradation des déchets métaboliques des poissons doivent atteindre un équilibre dynamique pour que le système reste stable et sain. Au milieu des années 80, avec une compréhension croissante des paramètres de qualité de l'eau-tels que le pH, l'oxygène dissous (OD), l'azote total (TN), les nitrates (NO₃⁻), la demande biochimique en oxygène (DBO) et la demande chimique en oxygène (DCO) - ainsi que leurs modèles de variation dans l'eau d'aquaculture, ces changements dynamiques ont été progressivement intégrés dans la conception du système. Par exemple, le manque d’oxygène peut être rapidement corrigé par l’aération, mais la réponse des bactéries nitrifiantes à l’augmentation des concentrations d’ammoniac est souvent très à la traîne. Ainsi, une connaissance plus approfondie des facteurs limitants en interaction est devenue de plus en plus importante pour une conception et un fonctionnement efficaces du système.
Défis dans les premières pratiques
De nombreux praticiens de l'aquaculture avaient de l'expérience avec les systèmes intensifs à flux-, mais manquaient de connaissances sur le fonctionnement du RAS. En conséquence, ils ne parvenaient souvent pas à contrôler correctement la densité de stockage, les quantités d'alimentation, la fréquence d'alimentation et la gestion de la qualité de l'eau, ce qui entraînait des déséquilibres dans le débit d'eau du système et le cycle des matériaux et, finalement, provoquait des pannes opérationnelles. Ce manque de compréhension scientifique et d'expérience en matière de gestion se reflétait dans les niveaux de densité de culture : le RAS à l'échelle du laboratoire-atteignait généralement seulement 10 à 42 kg/m³, tandis que les premiers RAS à l'échelle commerciale-se maintenaient à un niveau aussi bas que 6,7 à 7,9 kg/m³. Après plus d'un demi-siècle de progrès technologiques-y compris l'optimisation des processus, l'aération et l'oxygénation (par exemple, l'utilisation d'oxygène liquide), l'alimentation automatisée et la sélection d'espèces appropriées-les RAS modernes ont surmonté de nombreux facteurs limitants et peuvent désormais prendre en charge des densités de culture élevées de 50 à 300 kg/m³.
Croissance industrielle et innovations technologiques
Alors que l’aquaculture traditionnelle en étang était confrontée à une stagnation en raison de la concurrence foncière et des pressions environnementales, les RAS en Europe et en Amérique du Nord ont connu une croissance rapide entre les années 1980 et 1990. Cette expansion industrielle s'est accompagnée d'améliorations technologiques, notamment l'utilisation de filtres sous pression et non-pour les grosses matières en suspension, l'ozonation pour la désinfection et la dégradation des matières organiques, et le développement de plusieurs filtres biologiques tels que des filtres immergés, des filtres ruisselants, des filtres alternatifs, des contacteurs biologiques rotatifs, des biofiltres à tambour et des réacteurs à lit fluidisé, ainsi que des unités de dénitrification anaérobie. Grâce à ces progrès, RAS a progressivement mûri et est entré en application commerciale.
Le cas des États-Unis
Les États-Unis ont conservé une position de leader dans la recherche fondamentale et appliquée sur les RAS, couvrant des domaines tels que la nutrition et la physiologie des espèces cultivées de manière intensive, la prévention des maladies et les technologies de traitement de l'eau. Une caractéristique clé de l'US RAS est son degré élevé d'automatisation et de mécanisation du contrôle de la qualité de l'eau. Les systèmes assistés par ordinateur-régulent automatiquement les niveaux d'oxygène dissous, de pH, de conductivité, de turbidité et d'ammoniac, ainsi que les conditions environnementales telles que la température, l'humidité et l'intensité lumineuse. Tirant parti de leur base industrielle avancée, les États-Unis ont largement adopté des équipements de haute technologie pour l'oxygénation, la purification biologique, l'élimination des solides, le classement et la récolte. Par exemple, le RAS expérimental développé par le Centre de biotechnologie marine de l'Université du Maryland intègre des processus de traitement anaérobie, ressemblant beaucoup aux systèmes conçus par Aquatec-Solutions au Danemark.
4.Défis et contre-mesures pour le développement de systèmes d’aquaculture industrialisés à recirculation (RAS)
(1) Intégration insuffisante des installations et des équipements
Bien que les équipements chinois de traitement de l'eau, d'alimentation automatique, de désinfection et d'aération se soient progressivement rapprochés du niveau avancé international, l'intégration globale du système reste inadéquate. Le manque d'entreprises à grande échelle-capables de produire des ensembles complets d'équipements RAS a augmenté les coûts et la complexité de la construction, entravant ainsi le progrès rapide des équipements nationaux.
(2) Nécessité d’optimiser les aliments composés spécialisés
À l’heure actuelle, les formules d’aliments aquacoles en Chine sont très homogènes et manquent d’aliments spécialisés conçus pour les RAS et les espèces cultivées spécifiques. Cela augmente la charge opérationnelle des systèmes de traitement de l’eau et affecte les performances agricoles. Il est nécessaire de développer des aliments RAS spécifiques à chaque espèce avec une nutrition bien-équilibrée, de faibles taux de lessivage et des taux de conversion alimentaire favorables.
(3) La prévention et le contrôle des maladies nécessitent une plus grande précision
L'agriculture à haute-densité et-efficacité augmente le risque d'épidémies lorsque des déséquilibres du système se produisent, et les agents pathogènes sont difficiles à éliminer dans les systèmes fermés. L'optimisation du système devrait être améliorée pour améliorer la capacité tampon, tandis que la recherche devrait se concentrer sur la physiologie des poissons, les réponses au stress, les indicateurs précoces de maladie et les mécanismes efficaces d'alerte aux maladies.
(4) Pression importante de la consommation d’énergie et de la réduction des coûts
L'investissement initial élevé dans la construction et la consommation d'énergie sont des défis inévitables du RAS. Des mesures d'économie d'énergie{{1} doivent être mises en œuvre au niveau de l'équipement et du système, y compris le développement de filtres à faible-énergie, de dispositifs d'élimination du CO₂, de technologies de traitement des eaux résiduaires et d'applications d'énergie renouvelable telles que les pompes à chaleur solaires, éoliennes et à eau-.
(5) Manque de normalisation dans le fonctionnement et la gestion
Actuellement, il n’existe pas de normes techniques unifiées pour le RAS en Chine. En conséquence, la conception des systèmes, les pratiques de gestion et les performances agricoles varient considérablement, et les pannes opérationnelles sont fréquentes. Il est essentiel d'établir un cadre technique standardisé pour une aquaculture saine, d'améliorer les normes de processus et de gestion et de promouvoir des projets de démonstration pour une production standardisée.
(6) Nécessité d’une recherche fondamentale renforcée
La compréhension scientifique de plusieurs aspects reste insuffisante, notamment l'état de santé des espèces cultivées dans des conditions de densité et de qualité d'eau spécifiques, les changements structurels du biofilm pendant le fonctionnement du système, les mécanismes du cycle des nutriments et les méthodes optimales d'élimination et de traitement inoffensif des particules solides. Ces lacunes entravent le développement ultérieur des technologies et des équipements pertinents.
(7) Tendances et opportunités de développement futur
Malgré ces défis, RAS offre des avantages significatifs en termes d’efficacité de production, de durabilité environnementale et de bien-être animal. En tant que modèle agricole vert, écologique, circulaire et efficace, il s'aligne sur les tendances mondiales vers un développement à faible-carbone. Avec la modernisation des pêcheries chinoises, le progrès de la civilisation écologique et l'accélération des objectifs de neutralité carbone, l'RAS devrait entrer dans une nouvelle phase de développement rapide.