Qu’est-ce que la nitrification ?
Définition et principe général
La nitrification est un élément clé du processus biologique du cycle d’azote et consiste à transformer l’ammoniaque (NH3) et l’ammonium (NH4+) en nitrite (NO2-) puis en nitrate grâce aux bactéries nitrifiantes.
Ce processus de nitrification est essentiel en aquaponie et il est généralement mis en œuvre à l’aide d’un filtre biologique ou directement sur le substrat dans le système à lit de culture.
L’ammoniaque est issu des déchets azotés de l’élevage de vos poissons (déjections, restes de nourriture…) et à forte concentration devient toxique pour vos poissons alors que les nitrates le sont beaucoup moins. Par ailleurs, les nitrates sont assimilables par vos plantes et permettent leur développement.
Dans cet article, je vais vous présenter en détail l’intérêt du cycle de nitrification appliqué à l’aquaponie.
Sommaire :
Les étapes du cycle de la nitrification en aquaponie
👇Ci-dessous je vous présente un schéma simplifié du cycle de nitrification.
La production d’ammoniaque (NH3)
L’origine du processus de nitrification réside dans l’ajout de nourriture dans votre système. Cette nourriture est digérée par vos poissons et partiellement transformé en ammoniaque (NH3) et en ammonium (NH4+).
En effet, vos poissons excrètent de l’ammoniaque et de l’ammonium par leurs branchies. Par ailleurs, leurs déjections 💩 (ainsi que les résidus alimentaires) subissent un processus de minéralisation, et plus précisément d’ammonification, libérant également de l’ammoniac dans l’eau.
L’ammonification des déjections de vos poissons ou des résidus de nourriture est permise par l’action des bactéries hétérotrophes qui vont dégrader les matières organiques et les transformer en ammoniaque ou ammonium selon les paramètres de votre eau.
📌Les bactéries hétérotrophes se développent dans une eau oxygénée🫧 avec un PH entre 6.5 – 7.5 et une température🌡️ autour de 20°C.
La transformation en ammoniaque ou en ammonium va dépendre essentiellement du PH et de la température 🌡️ de votre eau, si le PH est supérieur à 7.5 et l’eau chaude (supérieur à 25°C), vous obtiendrez surtout de l’ammoniaque alors que si le PH est inférieur à 7 et la température de votre eau plus fraiche (inférieur à 20°C) vous obtiendrez plutôt de l’ammonium.
En réalité, l’ammoniaque, comme l’ammonium, participe au cycle de nitrification. Les deux sont convertibles en nitrate à travers le même processus. Cependant, l’ammoniaque est plus toxique🚫 pour vos poissons alors que l’ammonium est directement assimilable par certaines de vos plantes comme source d’azote (laitue, basilic, coriandre…).
📌Dans la suite de l’article, je ne parlerai que d’ammoniaque pour simplifier les explications.
Étape 1 : La conversion de l’ammoniaque en nitrites (NO2-)
La conversion de l’ammoniaque (NH3) en nitrites (NO2-) est en réalité la première étape du processus que l’on appelle la nitrification.
Cette conversion est permise grâce à des bactéries que l’on appelle Nitrosomonas qui se développent sur une surface propice au développement bactérien (substrat et biofiltre) et dans un environnement bien oxygéné, avec un PH entre 7-8 et une température de 20-30 °C.
La réaction chimique (pour ceux que ça intéresse 🤓) est la suivante :
NH3+1,5O2→NO₂⁻+2H++H2O
L’oxygène 🫧 est donc essentiel pour que la réaction ait lieu !
➡️Cette étape permet d’éviter l’accumulation de l’ammoniaque dans votre eau.
Étape 2 : La conversion des nitrites en nitrates (NO3-)
La conversion des nitrites (NO2-) en nitrates (NO3-) est la seconde étape du processus que l’on appelle la nitrification. Cette étape permet de convertir les nitrites, qui sont encore toxiques🚫 pour vos poissons et vos plantes, en nitrates, qui sont une forme d’azote assimilable par vos plantes.
Cette conversion est permise grâce à des bactéries que l’on appelle Nitrobacter qui se développent sur une surface propice au développement bactérien (substrat et biofiltre) et dans un environnement similaire aux bactéries Nitrosomonas.
La réaction chimique (pour ceux que ça intéresse 🤓) est la suivante :
NO₂⁻+1/2 O2→NO₃⁻
L’oxygène 🫧 reste donc essentiel pour que la réaction ait lieu !
🧑🌾 L’avis de Robin : Notez que les nitrates sont mieux tolérés par vos poissons que les nitrites ou l’ammoniaque. Néanmoins, un taux de nitrate trop haut dans votre système peut avoir des conséquences sur la santé de vos poissons. On préconise souvent un taux de nitrate compris entre 30-80 mg/L.
À partir de 80 mg/L, la concentration en nitrate doit vous alerter et au-delà de 100-150 mg/L, elle peut avoir un impact négatif sur vos poissons 🤮.
L’assimilation des nitrates (NO3-) par les plantes
La dernière étape en aquaponie consiste à faire absorber les nitrates aux plantes 🌿. De cette manière, on permet aux plantes de se développer et à l’eau d’être filtrée🚰 avant de retourner dans le réservoir à poisson.
Facteurs influençant la nitrification en aquaponie
Comme vu précédemment, la nitrification est assurée par des bactéries qui ont besoin de se développer au préalable dans votre système.
Les conditions pour garantir le développement de votre faune bactérienne sont les suivantes :
La température de l’eau 🌡️
En général, on préconise une eau entre 20-30 °C pour garantir une activité optimale de vos bactéries.
Au-dessus ou en dessous de cette plage de température, leur activité sera ralentie et peut même arrêter le processus de nitrification. Généralement, 15 °C est la limite plancher et au-dessous, l’activité des bactéries sera inférieure à 75%. La limite plafond est proche de 35°C.
🧑🌾 L’avis de Robin : Afin de conserver une température idéale 🌡️ et atténuer les fluctuations brusques 〽️ on conseille souvent d’isoler son système (les réservoirs d’eau et la tuyauterie). On peut aussi enterrer son système ou le placer sous une serre.
Le PH de l’eau 👍
Le PH doit rester stable et légèrement alcalin, entre 6.5-7.5 pour garantir une activité optimale pour vos bactéries.
🧑🌾 L’avis de Robin : Vous noterez que le processus de nitrification va naturellement baisser votre PH 📉 en le rendant plus acide (le PH va baisser) et vous devrez compenser en ajoutant un tampon alcalin (bicarbonate de potassium par exemple) afin d’aider votre PH à remonter et à se stabiliser.
Le taux d’oxygène dissous 🫧
La nitrification est un processus aérobie, ce qui signifie que l’oxygène entre directement dans le processus de la réaction chimique. On préconise un taux d’oxygène dissous minimum de 5 mg/L et une fourchette allant de 5 à 8 mg/L.
D’où l’importance d’une pompe à air performante 🚀 dans son biofiltre, avec un substrat adapté qui ne va pas créer de zone anaérobie.
La surface de colonisation 📈
Les bactéries nitrifiantes ont besoin de surface pour se fixer et former des biofilms. Plus il y aura de surface disponible et plus il y aura de bactéries disponibles pour assurer la conversion de l’ammoniaque en nitrate. Un bon choix de substrat et de filtre biologique est donc essentiel à l’efficacité de la nitrification dans votre système.
La charge en ammoniaque 🐟
La quantité d’ammoniaque disponible dans l’eau va également influer sur le cycle de nitrification.
Une charge trop élevée d’ammoniaque peut dépasser la capacité de vos bactéries à le convertir en nitrates. L’équilibre entre la masse de poisson, la taille de votre biofiltre et la surface de culture reste donc au cœur de votre système.
La stabilité du système et l’absence de substances inhibitrices ⚖️
Une variation brusque des paramètres de votre système (PH, température…) peut venir perturber l’équilibre et affecter directement le processus de nitrification. Il est donc important de maintenir des conditions stables afin de favoriser une nitrification efficace.
De la même manière, l’ajout de substances étrangères (autre que de la nourriture) comme des antibiotiques 💉ou des produits de nettoyage peut sérieusement inhiber l’activité de vos bactéries.
Comment optimiser le cycle de la nitrification en aquaponie ?
Démarrer un cycle de nitrification efficace
Le « cyclage » de son système intervient lorsque l’on démarre son système aquaponique pour la première fois. Il s’agit de développer sa colonie de bactéries nitrifiantes afin de permettre le processus de nitrification, indispensable à l’équilibre de votre système.
Pour cela, il y a deux écoles 👨🎓:
➡️Cycler son système avec quelques poissons (on choisit en général des poissons résistants comme le tilapia ou des poissons rouges) qui vont apporter la charge d’ammoniaque nécessaire au démarrage du cycle de nitrification.
➡️Cycler son système sans poisson en ajoutant directement une source d’ammoniac dans le système (ammoniac pur, nourriture pour poissons en décomposition…)
🧑🌾 L’avis de Robin : L’urine est également une option. En laissant votre urine fermenter, l’urée disponible va se transformer en ammoniaque en quelques semaines et vous n’aurez plus qu’à l’ajouter dans votre système.
‼️La première méthode est plus risquée, car la vie des poissons est en jeu.
Dans les deux cas, le cyclage prend entre 3 et 6 semaines et les paramètres de l’eau nécessitent d’être testés quotidiennement pour ajuster la quantité d’ammoniac/nourriture à ajouter au système tous les jours.
Lorsque les nitrites chutent 📉(< 0.5 mg/L) et les nitrates augmentent 📈 (>30 mg/L), votre système est considéré comme cyclé. Il est prêt à acceuillir vos poissons 🐟 et vos premiers plants🌱.
Équilibrer le ratio poissons/plantes
Une fois que votre système est cyclé, puis peuplé et cultivé, vous devez vous assurer de maintenir un équilibre ⚖️ entre vos poissons, qui seront à l’origine de la production des nitrates, et vos plantes, qui absorberont ces nitrates.
Afin de vous aider à dimensionner votre système aquaponique j’ai créé un outil simple à utiliser et vous permettant de déterminer à partir d’un critère, la surface de culture, la masse de poisson à élever ou encore le volume idéal de votre réservoir à poisson.
➡️Comment dimensionner son système en aquaponie ? Le calculateur !
Surveillance et ajustements réguliers
Une fois votre système cyclé il est nécessaire de maintenir une surveillance 🕵️ en testant l’eau au moins une fois par semaine (le taux d’ammoniaque/ammonium, nitrite, nitrate, oxygène dissous, PH, température…) et en restant attentif au moindre signe de déséquilibre (baisse d’activité des poissons, jaunissements de plantes…)
Choisir et entretenir un biofiltre efficace
Le biofiltre sera votre usine à bactéries nitrifiantes, c’est donc un élément crucial pour garantir la synergie entre vos poissons et vos plantes.
Pour la compréhension et l’optimisation de votre biofiltre, je vous renvoie à mon article sur le sujet ➡️Le biofiltre en aquaponie : guide pour une filtration biologique.
Problèmes courants et solutions
🔥Excès d’ammoniac : Causes et solutions
Un excès d’ammoniaque est toxique pour vos poissons (>0.5 mg/L).
La priorité est d’identifier la cause de ce déséquilibre afin de le corriger dans un délai le plus bref possible.
Il peut être lié à une trop grande quantité de déchet organique par rapport à la capacité de conversion de votre filtre biologique.
Le problème peut venir du nombre de poissons🐟 (il est aussi possible qu’un poisson mort au fond du réservoir soit à l’origine de cet excès d’ammoniaque…), de la quantité de nourriture donnée ou de la taille du biofiltre qui peut être insuffisante.
🧑🌾 L’avis de Robin : Dans un cas d’urgence, vous devrez commencer par changer une partie de l’eau de votre système (25-30%) afin de diluer le taux d’ammoniaque et d’assurer la survie des poissons.
➡️Pour cela, utilisez de l’eau déchloré (ou utilisez un déchlorant) et ajoutez une eau avec une température proche.
➡️Une autre solution consiste à ajouter dans votre système de la zéolite, c’est un matériau naturel qui absorbe l’ammonium et l’ammoniaque (1kg de zéolite peut absorber 10-25 gr d’ammonium en quelques heures).
✅Afin de corriger le problème, vous pouvez retirer des poissons (prélevez ceux qui ont une taille commerciale), stopper temporairement l’apport en nourriture quotidienne et chercher à améliorer votre filtration (mécanique et biologique).
Une autre cause peut venir de vos paramètres.
❌Un PH trop haut (>7.5) augmentera la quantité d’ammoniaque par rapport à la quantité d’ammonium.
➡️Vous pouvez ajouter un correcteur de PH (de l’acide phosphorique pour descendre le PH)
❌Une trop faible oxygénation ralentira le processus de nitrification et augmentera le taux d’ammoniaque.
➡️Vous pouvez ajouter un bulleur ou augmenter le brassage de l’eau
🔥Accumulation de nitrites : Pourquoi c’est dangereux et comment réagir ?
Un excès de nitrite est toxique pour vos poissons (>0.5 mg/L).
Il traduit un déséquilibre dans votre système aquaponique, car le processus de nitrification n’est pas complet.
Les recommandations sont les mêmes que pour un excès d’ammoniaque. Vous devez commencer par changer une partie de l’eau de votre système, stopper l’alimentation de vos poissons et contrôller vos paramètres de PH et d’oxygénation.
Dans le cas d’un excès de nitrite, l’ajout de zéolite ne sera pas utile.
➡️En revanche, il peut être intéressant d’ajouter des bactéries nitrobacter (qui transforment les nitrites en nitrates) afin de compenser le déséquilibre dans le processus de nitrification.
📉Faible taux de nitrates : Faut-il s’inquiéter ?
Un faible taux de nitrate dans un système qui fonctionne, avec des poissons et des plantes en bonne santé, signifie que votre système est à son point d’équilibre. ⚖️
Il peut être lié à une faible charge en poisson, à un biofiltre très efficace ou encore à des plantes qui absorbent les nitrates très rapidement. 👍
Cependant, un faible taux de nitrate peut aussi être un signal d’alerte lorsqu’il est constaté avec d’autres problèmes visibles comme un jaunissement des feuilles de vos plantes (qui va indiquer une carence en azote), une augmentation des nitrites (qui va supposer un problème au niveau du biofiltre) ou encore si vous avez récemment modifié le ratio poissons/plantes, en enlevant des poissons ou en augmentant la surface de culture.
Afin de remonter le taux de nitrate, en supposant que votre biofiltre fonctionne correctement, vous pouvez rehausser 📈votre charge de poisson en augmentant la quantité de nourriture quotidienne ou bien réduire📉 votre surface de culture pour limiter l’absorption des nitrates.
En dernier recours, vous pouvez envisager de rajouter une source d’azote externe (naturelle) comme du purin d’ortie.
📈Haut taux de nitrates: Est-ce un problème ?
Les nitrates sont bien tolérés par les poissons, jusqu’à un certain seuil. Comme vu précédemment, un taux de nitrate au-delà de 100-150 mg/L peut causer du stress à vos poissons et peut ralentir leur croissance.
Les nitrates, à la différence de l’ammoniaque et des nitrites, ne vont pas être convertis, ils doivent être absorbés par vos plantes. Auquel cas, ils vont s’accumuler dans votre système.
➡️En cas d’augmentation non contrôlée de vos nitrates, vous pouvez jouer sur le ratio poissons/plantes 〽️en réduisant la quantité de nourriture donnée à vos poissons ou bien en augmentant votre surface de culture pour décupler l’absorption par vos plantes.
➡️Une autre solution mise en œuvre par certains aquaponiste consiste à créer un bac de dénitrification avec une partie de l’eau de votre système, puis à rajouter cette eau dénitrifiée dans le but de diluer le taux de nitrate global.
🔎La dénitrification est un processus anaérobie qui va transformer les nitrates en nitrite puis en azote gazeux pour qu’il s’échappe de votre système.
Pour terminer, je rappelle que votre seul intrant théorique reste les aliments pour vos poissons🐟. Ce sont ces aliments, une fois digérés, qui seront convertis en ammoniaque, puis en nitrite et enfin en nitrate afin d’être absorbés par vos plantes🌿.
La qualité 🥇de vos aliments est donc un point important à prendre en compte dans l’équilibre de votre système.
Pour maintenir votre système aquaponique en équilibre, vous devez rester attentif au moindre changement chez vos poissons et vos plantes. Je vous recommande également de tester hebdomadairement les paramètres de votre système afin d’être réactif si vous constatez un problème.
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FAQ
Combien de temps faut-il pour que la nitrification s’établisse en aquaponie ?
En moyenne, cela prend 3 à 6 semaines pour que votre système soit colonisé, dépendant de la taille de votre système.
Ce temps peut être accéléré en utilisant des bactéries nitrifiantes à ajouter dans votre système ou un biofiltre déjà colonisé.
Comment savoir si mon cycle de nitrification fonctionne bien ?
Un cycle de nitrification efficace doit indiquer les valeurs suivantes :
Ammoniaques (NH3/NH4+) : proche de 0 mg/L
Nitrites (N02-) : proche de 0 mg/L
Nitrates (N03-) : 30-80 mg/L selon les plantes
Peut-on ajouter des poissons dès le début du cycle de nitrification ?
C’est possible, mais cela demande un suivi très strict de vos paramètres, car l’ammoniaque et les nitrites sont toxiques pour vos poissons au-delà de 0.5 mg/L. Il est recommandé d’ajouter vos poissons à la fin du cycle de nitrification.
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Que faire si mon pH est trop bas ou trop haut ?
Si le pH est trop haut (>7.5) vous pouvez l’abaisser en ajoutant des acides naturels comme l’acide phosphorique à votre système. A l’inverse, si votre PH est trop bas (<6.5) vous pouvez le remonter avec du bicarbonate de potassium.
