Le calcul du rapport nourriture/surface (volume) de filtration

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Les bassins de jardin sont des systèmes clos, où 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. Des déchets de toutes sortes produits par les organismes vivants ainsi que tout ce qui tombe dans le bassin contribuent à polluer lentement l’eau de celui-ci. La nourriture distribuée aux poissons entre alors en compte dans le calcul nourriture / surface (volume) de filtration.


Les différentes formes de filtration vont permettre de maintenir un équilibre dans ce milieu.

La filtration mécanique[modifier]

La première action est de filtrer mécaniquement les déchets se trouvant dans le bassin. On utilise des filtres à brosses, à grilles, à tambour, etc. Pour plus de détail, se reporter aux définitions en fin d’article.

La filtration biologique[modifier]

Après avoir éliminé les gros déchets grâce à la filtration mécanique, il reste maintenant à éliminer les déchets dilués issus de l’activité des organismes vivants. La filtration biologique repose essentiellement sur l’activité des bactéries de la chaîne de transformation de l’azote : le cycle de l’azote. La filtration biologique va donc être un support favorisant l’installation des bactéries nitrifiantes des genres Nitrosomonas et Nitrobacter. Il s’agit de bactéries autotrophes, c’est-à-dire qu’elles tirent leur énergie de substances non organiques ; elles ont un développement lent, contrairement aux bactéries hétérotrophes assimilant les déchets organiques qui se développent rapidement. Pour permettre un développement des bactéries autotrophes, il faut que le filtre soit libre de déchets organiques favorisant les bactéries hétérotrophes, d’où la nécessité d’une filtration mécanique efficace en amont.

Les supports de la filtration[modifier]

Toutes les surfaces d’un bassin sont des supports pour les bactéries autotrophes dès lors qu’il y a de l’oxygène et des matières à transformer. Pour une activité optimale de ces bactéries, il faut créer un endroit où elles pourront se développer et former un biofilm stable : le filtre biologique. Pour ce faire, on va utiliser différents matériaux présentant une plus ou moins grande surface de colonisation : Tapis Japonais, Hel-x, etc. Il n’y a pas de corrélation directe, comme parfois affirmé, entre le volume d’un bassin et celui du contenant de la filtration biologique. Le volume de la filtration dépend des masses de filtration utilisées. Celles-ci sont à calculer selon le type de déchets qu’elles doivent traiter et à choisir selon leurs capacités différentes à les traiter. Les déchets, c’est-à-dire la charge d’ammoniac, étant fonction de la quantité d’aliments consommée par les poissons chaque jour.

Le rôle de la filtration[modifier]

Le rôle essentiel d'une filtration est de transformer la molécule d'ammonium (NH4) en nitrite, puis en nitrate, une molécule très faiblement toxique pour les koïs. Cette transformation est faite par des bactéries qui ont besoin de 2 choses : de l'oxygène et d'un support pour se fixer (seules les bactéries fixées travaillent de façon efficace).

Plus la surface mise à la disposition des bactéries est importante, plus elles pourront se multiplier, mais attention, il faut aussi de l'oxygène (c'est une oxydation qui se produit) et de ce fait, il est impératif que cette surface soit accessible au passage de l'eau chargée en O².

L'azote[modifier]

L'ion azote (N) a plusieurs origines dans le bassin :

  • Soit dans les excréments des koïs en temps que protéine non digérée.
  • Soit sous forme d'ammonium à partir de l'élimination par les branchies des koïs.

Par l'action de certaines bactéries, les excréments sont transformés en molécule d'ammonium. Comme mesure simple pour le calcul de cette quantité d'azote (N) nous allons prendre la règle :

1g/l de N (azote) correspond 1,29g/l de NH4 (amonium)

Les sources de matières azotées vont varier selon la nourriture distribuées et les especes de poissons hébergées. La nourriture pour koi contient en général entre 30% et 40% de protéines, ce qui signifie entre 300g et 400g de protéines par kg de nourriture.

Les protéines sont des molécules formées d'atomes de carbone (C), d'hydrogène (H) et d'azote (N) ; l'azote représente environ 16%, donc 1 kg de nourriture contient entre 48g et 64 g d´azote (N).

Les koïs utilisent pour leurs besoins vitaux, environ 35% de ces protéines, ce qui signifie que 65% sont éliminées par la respiration ou par les excréments.

Un autre élément essentiel pour ce calcul est la quantité de nourriture nécessaire au bon développement d'une koï ; c'est a dire 1,5% de son poids.

Le calcul[modifier]

Un exemple explicite. Ainsi prenons un bassin de 20m³ avec 10 koïs de 2,25kg en moyenne, ce qui nous fait 0,3375Kg de nourriture par jour. La nourriture contient 30% de protéines : 0.3375 x 30% = 0.10125 kg de protéines qui contiennent 16% d'azote (N) : 0.10125 x 16% = 0.0162 kg de N Environ 65% ne sont pas assimilés : 0.0162 x 65% = 0.01053 kg = 10.53 gr de N Ce qui fait en ammonium 10.53 x 1.29 = 13.58 gr de NH4

Nous obtenons donc 13.58NH4 pour ce bassin de 20m³ soit 13.58*20 = 0.68 gr de NH4/m3.

Ce calcul montre l'importance du volume d'un bassin par rapport au nombre de Koïs et la concentration en ammonium.

Nous pouvons aussi dire que  : 13.58 : 24 h = 0.56 gr à éliminer par heure.

  • En cas d'excès de nourriture ou en 1-2 fois nous avons des pics de concentration en ammonium.
  • En cas de traitement ou arrêt du filtre l'ammonium s'accumule.
  • En cas de débit trop faible dans le filtre, la concentration dans le bassin augmente bien que le filtre fonctionne correctement.

On retient que :

  • Pour éliminer 1 gr de NH4 il faut 5 m² de surface filtrante.
  • Pour éliminer les 13.58 gr de NH4 de notre exemple, avec de la nourriture à 30% de protéines, il faut donc 67.92 m² de surface filtrante.
  • Pour éliminer les 18.11 gr de NH4 avec une nourriture à 40% de protéines, il faut 90.55 m² de surface filtrante.

Conséquence[modifier]

Chaque masse filtrante a un rapport surface/volume spécifique : le tapis japonais environ 300m2 / m3. L’ Hel-x environ 700m2 / m3. On peut donc désormais calculer le volume de masses filtrantes qu’il faut pour une quantité donnée de koï.

Nous pouvons donc calculer le volume de masses filtrantes qu'il faut pour une quantité donnée de koï.

Dans cet exemple, pour lequel il faut 90,55 m2 de surface filtrante :

  • Un tapis japonais fait 1 x 1.2 x 0.035 =0.042 m3 soit 0.042 x 300 = 12.6 m2 de surface filtrante par tapis. 90.55m2/12.6= 7.18 tapis japonais.
  • Les Hel-x font 700m2/m3 = 70m2/100l. Il nous faut donc 90.55/70x100= 129,35 l de Hel-x.

C’est ainsi que l’on procède pour calculer la surface filtrante nécessaire en fonction de la population désirée. Puis il faut choisir les masses de filtration selon leurs caractéristiques et le volume du contenant nécessaire. Il faut tenir compte aussi de la manière de disposer les masses filtrantes, par exemple de l’espace entre chaque élément d’Hel-x. Par expérience, 100 l suffisent pour 20m3 ; surtout parce qu’en théorie l’on ne nourrit jamais autant les poissons de nos bassins. La population désirée détermine la nourriture qui sera nécessaire. Il en est déduit les masses de filtrations utiles pour traiter ces intrants, et le volume d’eau adéquat pour contenir cette population. Ceci caractérise le type de filtration (pompée ou gravitaire), la puissance des pompes, la taille des tuyaux, pour la station d’épuration et les végétaux nécessaires pour compléter le cycle.

Définition des systèmes[modifier]

Filtrations mécaniques[modifier]

Filtre à brosses[modifier]

Dans un compartiment de la filtration se trouvent des brosses serrées, l’eau passe de bas en haut à travers ces brosses qui retiennent les déchets d’une certaine taille.

Filtre à Grille[modifier]

L’eau traverse une grille (de 200 à 300 microns) en laissant les déchets au-dessus de la grille.

Filtre à tambour[modifier]

L’eau traverse une toile fixée sur un tambour, un mécanisme fait tourner le tambour tandis que des buses à haute pression nettoient la toile. D’autres systèmes Vortex, filtre SIFI, filtre papier, servent de filtration mécanique.

Matériaux de filtration biologique[modifier]

Le tapis japonais[modifier]

Structure en plastique tissé compact permettant une bonne installation des bactéries sans freiner le passage de l’eau. Le tapis japonais est la surface de filtration la plus simple et la plus utilisée dans les bassins à carpes koï. Il faut installer les tapis de façon verticale avec des intervalles pour permettre un bon passage de l’eau. Surface de colonisation : 300 m2/m3.

Les Hel-x[modifier]

Matériau en polypropylène de forme cylindrique avec des alvéoles à l’intérieur et des rainures à l’extérieur pour augmenter la surface. Ce matériel est à placer dans une cuve remplie d’eau du bassin et doit rester en mouvement grâce à un débit important ou à l’aide d’un diffuseur d’air. Grâce à leur structure, les Hel-x sont autonettoyants. Surface de colonisation : 700 m2/m3.

Divers autres matériaux (céramiques, bioballes, beads..) peuvent servir de support de colonisation.

Outil de calcul de filtration et population, de Forum Bassin[modifier]

Forum-bassin.com met à votre libre disposition en ligne l’outil conçu par Yannick qui permet : • de calculer la population de poissons en poids, selon la taille ; • d’indiquer la nourriture nécessaire, et calculer l’ammonium produit à traiter ; • d’indiquer les surfaces de colonisation bactérienne selon les médias ; • de calculer la filtration, existante ou prévue, en fonction des différents volumes de médias utilisés ; • de comparer ce résultat avec ce qui est nécessaire pour la population existante ou estimée ; • de contrôler si le débit de la pompe de filtration après perte de charge est suffisant pour le bassin. www.forum-bassin.com/forum/viewtopic.php?f=17&t=190

Notes et références[modifier]

Avec la participation de www.koiconnect.com
Article publié dans le numéro 7 de la revue Bassins de Jardin