Aqua ça sert ?

START

Aqua ça sert ?

Nous remercions nos partenaires et intervenants sans qui ce projet n’aurait pas pu voir le jour : o Frédéric CASTAGNOLA – Lieutenant-colonel - concepteur de système aquaponique : pour la conception et la réalisation du système aquaponique du collège et ses conseils o Virgile BASUYAU - association ITAVI : pour ses conseils techniques o Morgane DUMAS – association Planète sciences Méditerranée : pour ses interventions ayant permis aux élèves de découvrir la notion d’alimentation durable o Marjorie UGHETTO – association Autres regards : pour son intervention sur le sol et les besoins des végétaux o Myriam BOUVART - Pays de Grasse (CAPG) : pour son soutien financier

Eureka!

Remerciements

Introduction

La crise sanitaire de 2020 nous a permis de comprendre l’importance de produire une alimentation locale et durable. Nous habitons pour la plupart en plein cœur du centre-ville de Grasse à proximité de notre collège. Il est donc difficile de cultiver en ville car beaucoup de surfaces sont bétonnées ou de petites tailles. Comment réussir à produire de la nourriture en ville ? C’est grâce au lieutenant-colonel Fréderic Castagnola que nous avons pu échanger et mettre en place dans notre collège un système aquaponique familiale depuis 2020. Il s’agit d’une technique de culture respectueuse de l’environnement qui permet de produire des aliments (poissons, fruits, légumes) en circuit court car directement sur place.

Avec l’aide de : M. FERRIER – professeur de technologie, M. CASSACCI et Mme PINES agents de maintenance

Classe environnement 6e/5e - Collège CARNOT

Comment rendre accessible à tous l’aquaponie ?

Photographie de notre système aquaponique

Notre système aquaponique situé dans les jardins du collège n’est malheureusement pas connu de tous car il se trouve à l’arrière de l'établissement. Seuls les élèves de la classe environnement y ont accès. C’est ainsi que nous nous sommes demandés…

Problématique

Afin de répondre à notre problématique, nous avons établi 3 objectifs

Objectifs : les étapes de notre projet

Objectif 3

Informer et sensibiliser le plus grand nombre

Objectif 2

Développer un mini système aquaponique pour la maison

Objectif 1

Comprendre le fonctionnement d'un système aquaponique

Bac d'élevage

Bac de culture

OBJECTIF 1 - Comprendre le fonctionnement d'un système aquaponique

• Il s’agit donc d’une pratique agricole qui associe l’élevage d’animaux aquatiques (aquaculture*) et la culture de plantes hors sol (hydroponie*).

• C’est un système de coopération entre organismes : les déchets émis par les poissons sont transformés par des micro-organismes et utilisés par les plantes comme engrais.

• Les plantes vont, en échange, purifier l’eau des poissons.

1A. Qu'est ce que l'aquaponie ? AQUACULTURE* + HYDROPONIE* = AQUAPONIE

OBJECTIF 1 - Comprendre le fonctionnement d'un système aquaponique

1B. Entretenir le système

OBJECTIF 1 - Comprendre le fonctionnement d'un système aquaponique

Afin de compléter nos connaissances, deux intervenantes sont venues au collège. Marjorie Ughetto nous a expliqué quels sont les besoins des végétaux et quel est le rôle du sol. Cela nous a permis de comparer une culture classique avec notre système et ainsi de mieux le comprendre.

1C. Découvrir les besoins des végétaux

OBJECTIF 1 - Comprendre le fonctionnement d'un système aquaponique

Morgane Dumas de l'association planète sciences Méditerranée nous a fait travailler sur la notion d’alimentation durable. Nous avons retenu qu’il faut consommer des aliments issus de circuits courts (produit localement) comme c’est le cas avec notre système aquaponique, des fruits et légumes de saisons, des aliments non transformés car tout cela permet de préserver nos ressources naturelles et aussi de limiter nos émissions de gaz à effet de serre (ex : CO2).

1C. Découvrir la notion d'alimentation durable

Toute la classe a travaillé en petits groupes sur son projet de miniaturisation de système aquaponique. Trois projets ont été retenus ...

Projet costaud

Projet récup'

Projet nature

OBJECTIF 2 - De l'idée à la fabrication du mini-système aquaponique

2A. Les 3 propositions de projet retenues

Le cahier des charges permet de lister tout ce qui est nécessaire à la fabrication de notre mini système afin de ne rien oublier. M. Ferrier qui nous a aidés pour cette partie.

OBJECTIF 2 - De l'idée à la fabrication du mini-système aquaponique

2B. Le cahier des charges

OBJECTIF 2 - De l'idée à la fabrication du mini-système aquaponique

2B. Le cahier des charges

• Le croquis est une vue en 3D du projet réalisé à main levée, il permet de représenter le mini-système que nous souhaitons obtenir.

• Le schéma à l'échelle 1/5ème a été donné à nos agents pour la fabrication du support en bois. Il permet de connaitre précisement les dimensions du système.

OBJECTIF 2 - De l'idée à la fabrication du mini-système aquaponique

2C. Croquis et schéma à l'échelle 1/5ème du mini système

Le siphon cloche et les marées

le système d'irrigation

La lumière et le support pour les plantes

Le support en bois

OBJECTIF 2 - De l'idée à la fabrication du mini-système aquaponique

2D. Fabrication et difficultés rencontrées

Deux supports ont été réalisés par nos deux agents de maintenance M. CASSACCI et Mme PINES à partir du schéma 1/5ème fourni. Pour ces supports, nous souhaitions : – Utiliser du bois de récupération (bois de palette). – Placer des roulettes dans les 4 angles en dessous du support en bois pour faciliter le déplacement du système. – Protéger les deux bacs (bac de culture et bac d’élevage) pour éviter les accidents lors de la manipulation en plaçant une planche de maintien à l’arrière. Afin de rendre notre système plus esthétique, nous avons réalisé un dessin en rapport avec l’aquaponie sur chaque côté du système que nous avons pyrogravé. Au niveau du bac d’élevage, on trouve un dessin de plusieurs poissons et au niveau du bac de culture les noms des plantes qu’on peut planter dans notre système aquaponique

Le support en bois

OBJECTIF 2 - De l'idée à la fabrication du mini-système aquaponique

2D. Fabrication et difficultés rencontrées

• Une lumière LED, récupérée d’un ancien aquarium, est placée en haut du support au-dessus du bac de culture : pour éclairer les plantes en intérieur et leur permettre de grandir.

• Nous avons réalisé des tresses en fil de jute que nous avons accrochées en haut du support; elles permettront de laisser pendre des fils pour aider maintenir les plantes qui grandissent beaucoup en hauteur comme les tomates.

La lumière et le support pour les plantes

OBJECTIF 2 - De l'idée à la fabrication du mini-système aquaponique

2D. Fabrication et difficultés rencontrées

Un tuyau souple qui part de la pompe a été installé pour remonter l'eau dans le bac de culture. Ce tuyau est prolongé d'un tube en aluminium rigide qui sera notre tube d'irrigationProblèmes : - Tube d’irrigation trop dur pour être percé de trous - Tube d’irrigation placé trop haut = éclaboussures importantes et arrosage en dehors du bac Solution : - Création de fentes à l’aide d’une scie à métaux pour remplacer les trous - Tube d’irrigation placé sur le bac de culture pour éviter les éclaboussures et les pertes d'eau Le bac de culture et la planche qui le supporte ont été percés pour pouvoir visser le siphon cloche et permettre à l’eau de redescendre dans le bac d’élevage. Problème : Lorsque nous avons rempli les bacs nous avons eu une fuite sous le siphon qui a mouillé la planche de support du bac de culture. Solution : Nous avons donc huilé le bois pour le rendre étanche. Nous avons ajouté un second joint pour mettre entre le bac plastique et le bas du siphon cloche, et ça y est fini les fuites !

Le système d'irrigation

OBJECTIF 2 - De l'idée à la fabrication du mini-système aquaponique

2D. Fabrication et difficultés rencontrées

Régler le siphon cloche

Créer des marées

Le siphon cloche et les marées

OBJECTIF 2 - De l'idée à la fabrication du mini-système aquaponique

2D. Fabrication et difficultés rencontrées

Fonctionnement : Le bac de culture se remplit d’eau grâce au tube d’irrigation et à la pompe. Lorsque le niveau de l’eau dépasse le haut du tuyau bleu, elle coule à l’intérieur et, en accélérant, provoque une aspiration : le siphon se déclenche et coule : le niveau de l’eau baisse. Le siphon s’arrête quand le niveau d’eau est assez bas et que de l’air entre dans la cloche.

Le siphon cloche permet de créer, de façon mécanique, des marées dans le bac de culture. Il y a au fond une zone où l’eau reste tout le temps : c'est la zone humide Au milieu c’est la zone de marée. - A marée haute, les racines des plantes trempent dans l’eau riche en nutriments. - A marée basse, elles sont au sec ce qui permet d’éviter qu’elles ne pourrissement. En haut se situe la zone sèche où l'eau n'est jamais présente.

Créer des marées

Essai 4

Essais 2 et 3

Essai 1

Nous avons commençé par tester les 3 niveaux de puissance de la pompe et calculé leur débit.

Le réglage du siphon cloche est une étape très délicate !Il faut que le niveau d'eau monte suffisamment vite, mais pas trop, pour que le siphon s'amorce. Une fois amorcé, il faut que le niveau baisse suffisament bas pour permettre l'entrée d'air sous la cloche et le désamorçage : le débit de la pompe doit donc être légèrement inférieur au débit du siphon. Nous avons dû réaliser de nombreux essais, pour le faire fonctionner ...

Régler le siphon cloche

Photo de l’un des prototypes de mini système aquaponique exposés en salle de sciences

3A. Conclusion Nos deux premiers objectifs étant atteints, il nous reste à faire connaître ce système. En fin d'année, nous avons prévu avec nos deux professeures de SVT de faire une présentation à chacun des élèves du collège de notre travail grâce aux deux prototypes de mini système que nous avons réalisés et qui seront exposés dans les salles de sciences. Comme chaque année en juin, nous profiterons également de la venue des élèves de CM2 et de la CAPG pour leur présenter notre travail et les sensibiliser ainsi à cette pratique agricole originale. Les activités de notre classe sont également sur le site internet du collège ce qui permet aux familles de découvrir ce que nous faisons. 3B. Perpectives Il nous reste encore à poursuivre notre travail, pour parvenir à sensibiliser un maximum de personnes. Pour cela nous avons pour idée d’élaborer prochainement une notice de montage illustrée pour réaliser un DIY afin que chacun puisse réaliser son mini système aquaponique chez soi à moindre frais. Elle serait complétée d’une partie qui expliquerait comment utiliser correctement et entretenir leur mini système.

OBJECTIF 3 - Conclusion et perspectives

Nettoyage du système Deux fois par an, il faut nettoyer les filtres et les pompes. Les filtres se recouvrent d'une boue qui est un excellent engrais et que nous réutilisons pour les petits plantations que nous avons à proximité. Les pompes se bouchent aussi régulièrement. Nous utilisons des goupillons pour frotter et détacher les algues qui s'y accrochent. Le bac de culture est nettoyé une fois par an car de la boue se dépose dans le fond et fini par boucher le siphon.

Planter A gauche : Nous utilisons le petit cours d'eau situé juste à côté de notre système pour retirer la terre présente au niveau de racines. A droite : Les bacs sont inondés et nous pouvons ainsi enfoncer les plantes dans les bacs en faisant bien attention de protéger les racines.

Photographies de la lampe et du système d'accrochage des plantes

Nourrissage des poissons Nos professeurs ont installé dans les bacs des poissons rouges car ils sont très résistants aux variations de température et qu'ils ne sont pas destinés à être mangés. Nous les nourrissons à chaque fois que nous travaillons sur le système soit une à deux fois par semaine.

Photographies du support en bois et des dessins réalisés au pyrograveur

A gauche : Installation du tuyau souple d'alimentation en eau du bac de culture Au centre : tube d'irrigation du mini système A droite : Préparation du tube d'irrigation

Essai 1 à puissance minimale

Essai 1 - sans bille d'argile à puissance minimale Observation : La puissance la plus faible ne permet pas à l’eau de remonter du bac d’élevage au bac de culture.

Essai 3 à puissance maximale

Essai 2 à puissance intermédiaire

Essais 2 et 3 - sans bille d'argile à puissance intermédiaire et maximale Observations : La puissance intermédaire et maximale permettent de remplir le bac de culture et d'amorcer le siphon puis ... - à puissance intermédiaire, le niveau d'eau baisse lentement et se stabilise juste au dessus de la prise d'air (H = 3,5 cm) ce qui empêche le siphon de se désamorcer. - à puissance maximale, le niveau d'eau baisse très lentement et se stabilise à environ 5,5cm de haut ce qui empêche le siphon de se désamorcer. Hypothèse : Nous supposons que quand le niveau de l'eau baisse, le débit du siphon devient égal à celui de la pompe ce qui fait que le niveau d'eau ne descend plus. Solution : il faudrait légèrement réduire le débit de la pompe. Ce n'est pas possible sur notre modèle de pompe. Suite à une discussion avec le lieutenant-colonel Fréderic Castagnola, il nous a conseillé de tester notre système en ajoutant les billes d’argile. En effet, dans un bac de 10 L, nous avons mesuré qu’il n’y a plus que 1,75 L d’eau pour 8 L de billes. Elles occupent donc 78% !! du volume utilisé dans le bac de culture.

Essai 1 à puissance minimale

Essai 1 - sans bille d'argile à puissance minimale Observation : La puissance la plus faible ne permet pas à l’eau de remonter du bac d’élevage au bac de culture.

Essai 4 à puissance intermédiaire

Essai 4 : avec billes d'argile (8L) à puissance intermédiaire. Observations : L'ajout de billes d'argile aide le siphon. Il s'amorce et vide le bac jusqu'à 2,5 cm de haut soit la hauteur de la prise d'air. De l'air entre enfin sous la cloche (H=2,5 cm) mais pas en quantité suffisante pour désamorcer le siphon. Hypothèse : Le débit du siphon n'est pas suffisant pour permettre un désamorçage complet du siphon. Solution : Augmenter le débit du siphon en ajoutant une tube qui prolonge l'évacuation de l'eau vers le bac de culture. C'est ce que nous continuons de tester actuellement ...

Essai 3 à puissance maximale

Essai 2 à puissance intermédiaire

Essais 2 et 3 - sans bille d'argile à puissance intermédiaire et maximale Observations : La puissance intermédaire et maximale permettent de remplir le bac de culture et d'amorcer le siphon puis ... - à puissance intermédiaire, le niveau d'eau baisse lentement et se stabilise juste au dessus de la prise d'air (H = 3,5 cm) ce qui empêche le siphon de se désamorcer. - à puissance maximale, le niveau d'eau baisse très lentement et se stabilise à environ 5,5cm de haut ce qui empêche le siphon de se désamorcer. Hypothèse : Nous supposons que quand le niveau de l'eau baisse, le débit du siphon devient égal à celui de la pompe ce qui fait que le niveau d'eau ne descend plus. Solution : il faudrait légèrement réduire le débit de la pompe. Ce n'est pas possible sur notre modèle de pompe. Suite à une discussion avec le lieutenant-colonel Fréderic Castagnola, il nous a conseillé de tester notre système en ajoutant les billes d’argile. En effet, dans un bac de 10 L, nous avons mesuré qu’il n’y a plus que 1,75 L d’eau pour 8 L de billes. Elles occupent donc 78% !! du volume utilisé dans le bac de culture.

Vidéo de présentation du fonctionnement du siphon de notre mini système aquaponique

Essai 4 à puissance intermédiaire

Essai 4 : avec billes d'argile (8L) à puissance intermédiaire. Observations : L'ajout de billes d'argile aide le siphon. Il s'amorce et vide le bac jusqu'à 2,5 cm de haut soit la hauteur de la prise d'air. De l'air entre enfin sous la cloche (H=2,5 cm) mais pas en quantité suffisante pour désamorcer le siphon. Hypothèse : Le débit du siphon n'est pas suffisant pour permettre un désamorçage complet du siphon. Solution : Augmenter le débit du siphon en ajoutant une tube qui prolonge l'évacuation de l'eau vers le bac de culture. C'est ce que nous continuons de tester actuellement ...

Principe de fonctionnement d'un siphon cloche