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Les échanges gazeux sont d’une grande importance en aquaculture et concernent, non seulement l’oxygène, généralement premier facteur limitant dans un élevage intensif, mais aussi l’ammoniaque, le gaz carbonique et l’azote. Les machines ou dispositifs utilisés par les aquaculteurs sont, quelle que soit leur utilisation, impliqués dans les équilibres de tous les gaz présents. La dénomination ne dépend que de la préoccupation de l’exploitant par rapport à un gaz ou à un autre et de l’optimisation du matériel par le concepteur en vue d’un résultat donné. En fait un “oxygénateur” peut éliminer le gaz carbonique, une “tour de dégazage” aérer l’eau et une turbine “d’aération” participer à l’élimination de l’ammoniaque.

Si ces notions n’avaient guère d’importance lorsque le but unique était d’apporter l’oxygène aux poissons, il n’en est plus de même dans un bassin alimenté par une eau oxygénée au-delà des valeurs de concentrations naturelles (au-delà de la saturation) pour maintenir un stock important avec peu de débit. Le gaz carbonique et l’ammoniaque produits par le stock vont interférer avec l’oxygène lors des échanges induits par l'oxygénateur. Si ces interférences n’ont pas été prises en considération, elles pourront, par exemple, affecter le fonctionnement de l’oxygénateur (par accumulation de gaz carbonique) ou encore affecter la santé des poissons (par accumulation d’ammoniaque).

En conséquence, tout matériel de brassage de l’eau ou d’injection de gaz peut être utilisé plus ou moins judicieusement pour optimiser les résultats techniques et économiques (diminution du coût de production). Pour être à même de déterminer cette utilisation optimale, l’exploitant devra connaître les différentes actions que peut avoir son matériel sur les transferts des gaz qui interviennent dans la vie du poisson : l’oxygène, mais aussi, dans les conditions d’élevage intensif, le gaz carbonique, l’ammoniaque et, dans le cas d’eau sous pression ou chauffée, l’azote. Quelques notions sont données ci-après pour permettre la réflexion à ce sujet.

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Les Transferts de Gaz en Aquaculture


Les transferts de gaz : Principes de dissolution (passage du gaz à l’état dissous) et de dégazage (passage du gaz dissous à l’état gazeux). Les règles qui régissent les transferts de gaz à la surface de l’eau, d’une bulle ou d’une gouttelette, sont les mêmes quel que soit le sens du passage (vers l’eau ou vers l’état gazeux). Deux règles simples sont à retenir : a) Le sens et l’importance du transfert sont déterminés par la différence entre les pressions d’un gaz donné (oxygène, azote...) de part et d’autre du “film liquide” qui sépare le gaz de l’eau. (1) On passe des pressions aux concentrations à l’aide de coefficients en fonction de la température (coefficients de Bunsen). Par conséquent, s’il n’y a pas de différence de concentration au niveau de l’interface, il n’y a pas d’échange. Un aérateur qui produit une forte concentration d’oxygène à son voisinage immédiat ne transfère que très peu d'oxygène. b) Le maintien d’une différence de concentration en gaz entre les deux éléments (bulles et eau) exige un renouvellement constant de la phase liquide (débit d’eau) et de la phase gazeuse (débit de gaz). Ainsi, pour que la différence de teneurs en oxygène existe et permette la diffusion de l’oxygène, il est nécessaire d’installer un débit d’eau dans la zone d’influence de l’aérateur (où se trouve le bullage). La capacité d’oxygénation s’exprimera si et seulement si cette condition est respectée. Remarque : Le bullage se comporte comme une barrière pour l’eau, qui aura tendance à passer "à côté" de la zone d'oxygénation si le dispositif le permet. Ce problème ne se pose pas en station d’épuration, lorsque les consommateurs d'oxygène (les bactéries) se trouvent eux-mêmes au contact du bullage (ce qui n'est pas le cas en pisciculture).

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Les Transferts de Gaz en Aquaculture

Expression des performances des dispositifs de transfert gaz-liquide

Quelle que soit la vocation de l’oxygène (oxygénation, dégazage), ces utilisations peuvent être calculées à partir de la connaissance de performances standards, établies si possible par des organismes certifiés (CEMAGREF - machinisme agricole, par exemple) qui délivrent un procès verbal d’essais au fabricant. Les performances standard sont (en France) celles d’une utilisation en brassage d’eau douce désoxygénée, en présence d’air, à une température de 10°C. Elles sont caractérisées par :

¤ la capacité d’oxygénation standard (C.O.S.) par heure exprimées en kg d’oxygène dissous par heure,

¤ l’apport spécifique brut (A.S.B. exprimé en kg d’oxygène transféré par kWh).

Ces données permettent de calculer les performances pour toutes les conditions d’applications. Ces conditions d’applications sont définies par :

¤ les températures d’eau et de gaz,

¤ les concentrations du gaz à transférer dans les phases gazeuses et liquides,

¤ les concentrations en sels dissous et matières en suspensions.

Particularité du dégazage du gaz carbonique et de l’ammoniaque
Ces deux corps à l’état de gaz dissous suivent les lois d’échanges décrites ci-dessus.
Toutefois, sur le plan pratique, on devra tenir compte que ces corps se forment aussi à partir de sels dissous :

H₂O+CO₂ <-----> HCO₃^-+H⁺
H₂O+NH₃<-----> NH₄⁺+OH^-

Le fait d’extraire le gaz dans un dispositif peut être sans effet apparent si le “réservoir chimique” est important : l’extraction du gaz est compensée par le gaz créé à partir du gaz de la réserve chimique. Le “stripping” de l’ammoniaque et du gaz carbonique doit prendre en compte les équilibres chimiques aux différents pH. Dans certains cas, la composition chimique de l’eau est telle qu'il n'existe pas de solution économiquement acceptable pour éliminer l’excès de gaz dissous.

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