Les techniques de construction de Filtres.
Sommaire
Une filtration pourquoi ?
Les bassins de jardin sont des systèmes clos, seul le renouvellement par la pluie ou par l'eau que l'on rajoute (10% hebdomadaire) apporte un changement dans la composition de l'eau. Il est nécessaire d’utiliser une station d'épuration en charge de nettoyer l’eau des déchets animaux et végétaux afin d’obtenir la qualité biologique désirable pour le bien-être et le développement de nos poissons.
Filtre industriel ou auto-construction ?
Il existe pléthore de filtres industriels, convenant selon le type de bassin, le volume, la flore et la faune… Des bassins très poissonneux et avec beaucoup de végétation peuvent être servis par des filtres multi chambres utilisant des technologies différentes selon les fabricants. Il est à remarquer que l’indication de volume traitable, donnée alors par les fabricants est souvent sans intrants (pas de poissons, pas de déchets végétaux). Avec certaines populations piscicoles le volume utile pourra chuter à 1/2 voire à 1/4 de celui indiqué.
Pour adapter son filtre à ses besoins précis, la solution peut être de le construire soit même, sur mesure. Il est possible d'acquérir au détail les masses de filtration nécessaires, et autres éléments constitutifs.
Quels contenants pour un filtre "maison" ?
Les filtres "maison" font appel à deux types de filtration :
- mécanique, l’eau traverse des masses filtrantes de bas en haut (brosses, filets, pierres… ) qui retiennent les déchets (MES tière En Suspension dans l'eau).
- biologique, supports (tapis japonais, hélix, céramiques, bio-balles…) favorisant l’installation de bactéries nitrifiantes.
Les deux types de filtration sont combinables et doivent être placés successivement (mécanique puis biologique). Les masses de filtration peuvent être placées dans différents types de contenants, montés en série, chacun ayant une fonction (grille pour les gros déchets, brosses pour les plus petits, tapis Japonais, Hel-x..)
Selon son besoin, on fera donc appel à différents types de contenants utilisables disponibles dans le commerce, dont chacun a ses contraintes... à défaut de fabriquer soit même un contenant.
Tonneaux Le tonneau, avec un faible encombrement au sol, est adapté pour un filtre mécanique de type brosses de filtration, sa forme cylindrique permettant un petit effet vortex (l’eau arrive a mi hauteur et fait un tourbillon, les MES s'accumulent au fond). Des tonneaux avec système à pression sont commercialisés pour de petits bassins. L’utilisation avec des masses filtrantes de type sac de pouzzolane, se heurte à la corvée de sortir périodiquement les masses pour les laver et si utilisation biologique (kaldness…) de devoir remettre des bactéries après chaque entretien, ces dernières ne survivant pas sans eau... Un bas conique ne permet pas la fixation d'une vidange au niveau le plus bas, donc dépôts d'impuretés, l’installation sous le tonneau rend les travaux plus difficiles. Un haut conique, est peu pratique pour manipuler les masses de filtration.
Récupérateurs d’eau Certains récupérateurs d’eau traditionnels sont utilisés pour des contenants en série. De 300 litres ou plus, de forme rectangulaire avec un faible encombrement au sol, ils s’adaptent aussi bien aux brosses, qu’aux kaldness.. Leur forme évasée rend la découpe des Tapis Japonais plus difficile. Montés en cascades ou en ligne, chaque récupérateur est affectable à un média de filtration (brosses, Kaldness..) Ces produits présentent une résistance faible et ne sont pas conçus pour cet usage.
Cubi containeurs Employés dans le domaine alimentaire, parallélépipèdes (1,2m) ils sont adaptés pour l’utilisation de Tapis Japonais. La découpe de sa partie supérieure, nécessite de le mettre sous abri, ou bien de réaliser un couvercle. Le cubi doit être de préférence noir afin d'éviter toute prolifération d'algues qui en diminuerait les performances et nécessiterait un entretien supplémentaire et fastidieux. Pour des grands bassins (+20m3) cette solution nécessite l’emploi de plusieurs cubis en série. Pour un bassin plus petit (-8m³) un cubi pourrait être subdivisé en plusieurs chambres (séparation peu aisée, coûteuse et fragile), pour y placer brosses, TJ, voire UV immergé.
Cuves alimentaires Remarqué comme bac de transport dans des koïshow, plus compacte (500l) que les cubi peut s'avérer être un bon compromis de taille entre récupérateur et cubi. En matière HD Polyéthylène supportant poids (4,8t) et pression, empilable jusqu'à 8 éléments en hauteur, la base a trois semelles assurant une bonne stabilité. Les parois renforcées par des montants de renfort et par des corniches (saillies) vont poser des contraintes, pour optimiser le volume.
Les parois en PVC, à l'inverse des fibres de verre, se déforment dans le temps.
Fabriquer ses contenants
Détourner un objet industriel de sa destination première présente un surcoût et des problèmes. Il peut être préférable de fabriquer le contenant. Ceci permettant de le dimensionner exactement selon son bassin et selon l'environnement, comme un contenant en béton.
Les matériaux pour un contenant filtre
Les caractéristiques nécessaires : Solidité, imperméabilité, soudure, collage, étanchéité, résistance à la pression de l’eau...
Oublions les contreplaqués qui nécessitent un collage extérieur et contact direct avec l'eau et des bois onéreux de type marine.
Le polyéthylène HD (idem cuve alimentaire), nécessite un assemblage par soudage avec apport de fil à souder PE. Le PVC , dont les plaques (2m2 300€ht) peuvent être simplement collées ou assemblées par un soudeur plastique. Prévoir de coller une corniche (bande de quelques centimètres) sur le haut, au risque de voir les bords se dilater avec la pression de l'eau.)
Mode pompé ou gravitaire ? Taille des tuyaux
Du mode de filtration, choisie dépendra le diamètre des tuyaux. Mode gravitaire : Utilisation de bondes de fond pour aspirer l'eau au fond du bassin. Pour le retour d'eau une pompe peut être placée en fin de filtre. Installation fixe, attention à la marche à vide, le filtre peut être fait d’éléments en béton en continuation du bassin, les diamètres des entrées/sorties doivent tenir compte du volume d'eau du bassin à traiter (voir tableau).
Avec l'aimable autorisation de Phikoi
Mode pompé : Une pompe immergée envoie, via un tuyau flexible de 32 ou 40mm, à une certaine pression (débit de la pompe moins perte de charge (1)), l'eau dans la première cuve. L'eau repartira dans les cuves suivantes en gravitaire. Le diamètre des entrées sorties des cuves doit être calculé selon le débit de la pompe. La pompe va hacher les algues augmentant les MES. Installation démontable, attention au débordement.
La totalité du volume d’eau doit être filtré toutes les deux heures.
(1) Lexique : "perte de charge" : énergie dissipée par le frottement du liquide, outre la perte par friction de par l'énergie utilisée par la remontée au-dessus du niveau d'eau.
La Filtration Mecanique
FAB Filtre à Brosses
- Type : Filtration mécanique
- Fonctionnement : Passage de l'eau de bas en haut dans un contenant rempli de brosses verticalement enchevêtrés. Les fibres torsadées en polypropylène retiennent les impuretés.
- Avantages/Inconvénients : Économique, salissant nécessite un nettoyage régulier au jet.
- Où : se place en début de chaine de filtration ou après un FAG.
- Une astuce : Utilisation d'aselles pour nettoyer les brosses. L'entretien se limite alors à une vidange en fin de saison.
Voir article L'aselle « Un auxiliaire du filtre biologique : l’aselle » dans le No 7 de la Revue « Bassins de Jardin ».
Les brosses s'entrecroisent sur la moitié de leur rayon. Tenir compte du niveau des sorties du FAB par rapport au niveau de l'eau dans votre filtre bio (elles doivent être au-dessus du niveau des Tapis Japonais). Une sortie de débordement permettra d’évacuer vers le bassin un éventuel trop plein lors du démarrage de l’ensemble.
FAG Filtre à Grille
- Type : Filtration mécanique
- Fonctionnement : L'eau s'écoule sur une grille de 200microns. La grille retient les plus grosses impuretés.
- Avantages : La grille est facile à nettoyer, enlever les MES à la main, le biofilm est décapé par un passage au jet régulier.
- Où : se place en début de chaine de filtration.
- Une variante : au lieu de s'écouler sur la grille et tomber par gravitation, l'eau peut arriver sous la grille, les impuretés sont alors dans un bac sous la grille.
Les auto constructeurs ont rencontré des difficultés avec le FAG (la distribution d'eau sur la totalité de la grille, la pente de la grille, la retombée des MES et la vidange, la récupération d'eau et la distribution vers la deuxième chambre ) et utilisent souvent des grilles inadaptées qui se gondolent à l'utilisation.
Evitez donc tout ce qui est toile ou inox tissé qui se colmate et nécessite trop d’entretien, préférer une grille de remplacement d'un filtre industriel.
FAT Filtre à Tambour
- Type : Filtration mécanique auto nettoyant.
- Fonctionnement : Passage de l'eau à travers une grille (60microns) montée sur un tambour à rotation intermittente.
Les résidus sont retenus sur l'intérieur de la grille, puis sont rincés du tamis par des jets et évacuées par une gouttière de collecte et d'évacuation des résidus. Le rinçage se fait automatiquement selon l'accumulation de saletés, géré par des sondes mesurant la hauteur de l'eau. L'alimentation en eau se fait de préférence par gravité afin d'éviter la fragmentation des particules résultant d'un pompage.
- Avantages : autonettoyant, filtration très fine, remplace avantageusement l'ensemble FAB FAG.
- Où : se place en début de chaine de filtration devant une filtration biologique.
La filtration bio
Quelles masses de bio utiliser ?
Pour permettre le développement des bactéries, les différentes masses filtrantes, nécessitent une oxygénation, plus ou moins importante, par des diffuseurs d’air.
Le choix des masses filtrantes dépendra de la surface de colonisation qu’elles autorisent, et du type de contenant pour les accueillir.
Le Tapis Japonais (plaques plastique tissées de forme rectangulaire) est certainement, le matériel de filtration le plus utilisé dans les bassins à Koï.
Il est souvent énoncé, un ordre d’idée, de 5 à 10% du volume du bassin pour le volume de la cuve biologique (tenant compte d'une population piscicole de 1 Koï par m3 et de 150 litres par poisson rouge). Bien évidement cela dépend: - des masses bios que vous utilisez. Toutes n'ayant pas le même pouvoir de colonisation, de la pouzzolane 75m2/m3 à l'Eco Pondchip 3500m2/m3. - de l'optimisation du volume de la cuve, et des surfaces de matières employées. - de la flore de votre bassin, les plantes participant activement à la filtration du bassin. - et bien entendu des déchets produits par la faune.
L'auto-construction du filtre permet son calcul préalable selon les spécificités de votre bassin : volume, faune et flore...
L'article de Guillaume de Koiconnect « Le calcul du rapport nourriture /surface (volume de filtration ) » dans le N° 7 de la revue « Bassins de Jardin », énonce une méthode de calcul, basée sur le rapport nourriture/surface (volume) de filtration.
La filtration ayant pour objet de transformer les molécules d'ammonium résultant des déchets en nitrate absorbable par les plantes. Vous connaissez le nombre et le poids de vos poissons, donc la quantité de nourriture nécessaire, et ainsi vous pouvez envisager le volume de la filtration, en adéquation avec le volume du bassin. Voir ensuite : Outil de calcul de filtration et population
Filtre Tapis Japonais
- Type : Filtration biologique
- Fonctionnement : La conception aérée des TJ permet aux bactéries aérobies de se fixer. L'eau se déplace dans le contenant de bas en haut dans les cheminées formées par les plaques disposées verticalement espacées par des intercalaires, et perpendiculairement aux entrées/sorties de l'eau.
Les plaques reposent sur une grille (où prennent place des disques aérateurs) surélevée ce qui permet une zone de décantation. Ensemencement en bactéries en début de saison, utilisation d'aselles pour le nettoyage.
- Avantages : une valeur sure, le système le plus utilisé dans les bassins a koï au Japon.
- Où : se place dans la chaine de filtration après une filtration mécanique.
- Capacité biologique : 300 m2/m3
La position du niveau d’eau de sortie, deux écoles s’affrontent :
- l'une selon laquelle les Tapis Japonais doivent être complètement immergés. Ce qui est le cas des filtres industriels. L'eau est récupérée en haut des tapis dans une zone de circulation.
Avantage : la hauteur totale des tapis est utile,
- l'autre selon laquelle, ils doivent dépasser du niveau de l’eau de 2 ou 3cm. L'argument est de forcer le passage de l'eau à travers les tapis.
Prévoyez donc pour les sorties des cheminées dont la hauteur sera réglable.
Filtre à Hel-X
- Type : Filtration biologique
- Fonctionnement : Les bactéries aérobies vont se fixer sur les alvéoles de ces petits supports en plastique agités par un bouillonnement de l'eau dans le contenant. Ensemencement en bactéries en début de saison.
- Inconvénients : colonisation longue.
- Où : se place dans la chaine de filtration après une filtration mécanique. 100l Hel-X sont suffisant pour filtrer 20m3 de bassin.
- Capacité biologique : 602m² au m3
Cuves Entrées Sorties
Cuves mono ou multichambre
Est-il préférable d’utiliser différentes cuves reliées ou séparer une cuve en diverses chambres ? - Une cuve mono chambre, totalement biologique en Tapis Japonais serait alors à insérer après un autre contenant, comportant une préfiltration mécanique (FAG, FAB..), destinée à retenir les impuretés. Avantage : facilité de montage. Une cuve de 500l présente une surface optimisée de colonisation de 7,4m2 de Tapis Japonais permettant de filtrer un bassin de 10m3 contenant 10 Carpes KOÏ de 3ans soit 20kg de poissons, soit 300g/jour en été d'alimentation à traiter. - Une même cuve divisée en multi chambre mixant un compartiment filtration mécanique (brosses), et un compartiment biologique (Tapis Japonais). Avantage : un tout en un. La paroi de cloisonnement est un élément fragilisant qui sera coûteux et pas aisé à réaliser.
Passage de l’eau dans la cuve
L'eau doit traverser de manière uniforme les masses de filtration (brosses, tapis japonais) de bas en haut. Pour ceci, le plus simple est de prévoir l'arrivée de l'eau dans un espace libre sous les masses filtrantes posées sur une grille à 6cm du sol (sur des morceaux de tuyaux découpés et collés).
Arrivée d’eau par le bas. Prévoir l'entrée de l'eau en bas du filtre semble simple... Inconvénients : en cas de problème (arrêt de la pompe), l'eau contenue dans le filtre va être refoulée via les tuyaux d'arrivées : le siphonage. Et la pression de l’eau va créer un tourbillon dans la chambre, réduisant le phénomène de décantation, et dont la force peut être dangereuse pour d'éventuelles parois up flow.
Arrivée par le haut. Descente par chenaux. Il est placé dans le passe-parois un T ouvert, (prise d'air évite le siphonage ) dans un tuyau de descente fixé jusqu’à 8 cm du fond.... la décantation est améliorée. Le bas du tuyau est percé de 4 trous avec la scie cloche permettant les sorties d'eau.
Cas d’une cuve avec séparation. Le passage de l’eau d’un compartiment à l’autre peut se faire - par un tuyau de descente (100). Inconvénients : encombrement dans la chambre, limite la surface, la hauteur et donc le volume. - Up flow : Descente entre cloison-bord. Placer un double-paroi : deux cloisons écartées de 2 cm et décalées sur la hauteur. Plus de siphonage. Vitesse moindre de l’eau, flux moins turbulent, donc une décantation améliorée. Meilleure répartition de l’eau dans la chambre de filtration. Inconvénients : coût, fragilité.
Taille et nombre d’entrées sorties
La taille du passe-paroi de sortie est dépendante de celui d’entrée. Si l’eau arrive sous pression de la pompe, elle repart de façon gravitaire après traversée des chambres. Donc nécessité de plus de surface de passage, sinon risque de débordement. Il est simple d’utiliser une sortie large de 110 acceptant un débit de 12 000litres/heure. [[]]is il faut acquérir une scie cloche de 110, puis des tuyaux de raccord rigides de 110, (sachant que ce tuyau, doit emmener l’eau dans une cascade, une rivière, un bassin... donc coudes, longueurs différentes… ) Une solution est de faire x sorties (par exemple de 50 ou 63) qui partiront vers des tuyaux flexibles (de même tailles). Deux sorties de 50 permettant chacune un débit de 4 944 litres/h autoriseraient un volume de bassin de 10m3 (deux passages par heure), et donc une pompe de 6000 l/h (avec pertes de charge). La liaison entre les différentes cuves se fera de préférence avec des tuyaux flexibles démontables, si utilisation de tuyaux rigides éviter l’usage de coude à 90°, prévoir le passage d’un furet pour le nettoyage.
Type de Sorties
Afin d’éviter un retour au bassin en cas d’arrêt de la pompe, les entrées devraient être placées légèrement plus hautes que les sorties. Le souci est alors une diminution du volume du filtre.
Sortie entre cloison-bord
On peut placer, une cloison, isolant la sortie du compartiment de filtration. Collée au fond de la cuve la partie supérieure, à 5cm du haut (1cm pour l’effet de débordement et 4cm pour le passage de l’eau). Le passe paroi peut alors être placé n’importe où en hauteur. Inconvénient : coût de la cloison, et nécessite une vidange (passe paroi puis vanne) pour ce compartiment. Fragilité de la paroi lors du vidage (une cuve pleine fait pression sur la paroi de la cuve vide).
Sortie par récupérateur d’eau Pour remonter l’aspiration de l’eau au maximum de hauteur, et ainsi optimiser le volume, il peut être placé dans le passe-paroi, un coude à 90° positionné vers le haut. - Tuyau d'évacuation vertical. On peut enficher un tuyau dans le coude, remontant ainsi l’évacuation jusqu’à 3 cm au-dessus des Tapis Japonais. Le réglage fin de la hauteur peut être ainsi simplifié. Inconvénient : un effet siphon pouvant entrainer un bruit dans la cuve et diminuer sa rentabilité. - Coude d'évacuation horizontal. Il peut être placé dans ce coude, un deuxième coude, ramenant la sortie perpendiculaire au niveau d’eau. Le réglage de la hauteur peut être simplifié par une variation de la longueur d'un manchon enfiché dans les deux coudes. Ne pas coller ces coudes et manchon internes.
Vidange Les vidanges, composés d’un passe-paroi et d’une vanne (à bille), servent à évacuer les déchets qui se déposent sur le fond (zone de décantation) des chambres de filtration. Il sera placé un petit tube transparent à la sortie de la vanne permettant de voir la couleur de l’eau en sortie et de refermer la vanne dès que l’eau sort propre.
Entrée tuyau d'air et fil électrique
Les Tapis Japonais ou Hel-X doivent être aérés par des bulleurs (diffuseurs d’air) placés sur la grille reliés à une pompe à air externe. Il est d’usage de compter 1 litre d'air pour 1 litre d'eau, pour la partie bio uniquement. L’utilisation d’un UV immergé nécessite de surcroit l'introduction d'un fil électrique. Percer les couvercles occasionnerait des problèmes à chaque nettoyage. Une solution est un trou dans l'espace de 1cm de débordement, de la taille des tuyaux et bouché à la colle.
Conclusions
Il s'avère que l'auto-fabrication se justifie par la capacité de créer un filtre adapté à ses besoins et non par une recherche d'économie. Le prix des pièces détachées au détail est plus cher qu'incluses dans une fabrication industrielle. Les économies ne se réalisent pas sur la qualité des matériaux, dont dépend la pérennité de l’ensemble, mais sur l'achat en un seul fournisseur, évitant problèmes de compatibilité et sur l’étude préalable de la fabrication. Sans compter bien sur le plaisir de réalisation.
Article publié dans le numéro 17 de la revue Bassins de Jardin