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Cycle de l'azote
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Techniques de filtration - cycle de l'azote

Un aquarium récifal nécessite une excellente qualité d’eau. Celle-ci est obtenue grâce à deux types de filtres : Mécanique et biologique. Pour la partie biologique nous disposons de ‘pierres vivantes’. Leur nom vient précisément du fait qu’elles abritent des organismes vivants, notamment des bactéries, assurant l’épuration de l’eau. Elles sont la base de la technique récifale appelée ‘Méthode Berlinoise’. Les pierres vivantes sont assistées par un écumeur pour la partie ‘mécanique’. Cet ensemble doit être correctement dimensionné pour avoir une capacité de traitement proportionnelle à la quantité de déchets produits. Les filtres chimiques et les médicaments doivent toujours être utilisés avec circonspection car ils peuvent détruire cet équilibre.

La compréhension des mécanismes de ce qu'on appelle le Cycle de l'azote est l’une des clés permettant le succès de l'entreprise. Ce chapitre expose les techniques de filtration et la gestion des déchets qui éclaircit un peu le pourquoi des systèmes de filtration des aquariums récifaux. Gardez à l'esprit la formule de Lavoisier «Rien ne se perd, rien ne se créé, tout se transforme ».

Les équations chimiques de ce chapitre sont fournies dans le but d’une explication complète cependant elles ne sont pas indispensables à la compréhension et vous pouvez très bien les sauter si elles vous rebutent.

Les débris de végétaux, les restes de nourritures et les déjections des animaux sont composés essentiellement d'azote organique. Ces déchets doivent être éliminés rapidement de l’aquarium. Pour cela nous disposons principalement de deux moyens : L’extraction mécanique et l’épuration biologique.

Filtration mecanique (extraction)

L'extraction mécanique des débris avant transformation en substances nocives peut être réalisée de différentes façons :

N’oubliez pas : Dans le cas de filtres externes ou internes, il s'agit toujours d’action mécanique, et un tel filtre ne doit pas démarrer un cycle biologique. Les masses filtrantes sont pour cela changées ou nettoyées complètement et cette opération est renouvelée très fréquemment, au moins une fois par semaine.

Le changement partiel de l’eau de l’aquarium est une solution qui permet de réduire la pollution de l’eau. Cette opération est plus facilement significative dans un aquarium de petit volume.

Sans être inefficace, une filtration mécanique seule ne peut pas extraire 100% des déchets, fort heureusement d'ailleurs, car cela diminuerait considérablement la biodiversité !

Filtration biologique (transformation - Autoepuration)

Dans ce cas les déchets constitués d'azote organique ne sont pas extraits mais sont retraités, ou dégradés, biologiquement. La microflore, une chaîne de détritivores et de décomposeurs, centimétriques puis millimétriques et enfin microscopiques, se chargent de la réduction successive des déchets.

Pour cette raison il faut chercher à conserver le maximum de ces précieux auxiliaires que sont les détritivores : Crevettes, vers, bernards-l'ermite [ou pagures], ophiures, amphipodes, etc. Jusqu'à la microfaune et cela même si l’aspect de ces petits animaux n'est pas toujours engageant.

Finalement ce sont les précieuses bactéries qui bouclent le cycle :

a) Les bactéries aérobies, qui 'respirent' ou plutôt captent l'oxygène en dissolution dans l'eau, vont commencer le travail en transformant successivement les déchets organiques en décomposition :

Ammonium (NH4) et ammoniac (NH3) en nitrites (bactéries nitrosomonas), puis en nitrates (bactéries nitrobacter).
C'est la phase de nitrification :

NH3 et NH4 à NO2 à NO3

Si on en reste là, le milieu est suffisamment épuré pour convenir aux poissons, animaux supérieurs moins sensibles au taux de nitrates que les invertébrés. Les filtres biologiques classiques : Bio-balles, sous gravier, gouttière, humides, etc., nous permettent d'arriver à cette étape et sont utilisés avec succès dans nombres d'installations et aquariums Fish Only.

On peut noter que les plantes sont capables d'utiliser pour leur croissance, en petite quantité, les nitrates et phosphates ainsi obtenus. Nitrates et phosphates seront stockés dans les tissus des végétaux et pourront être extraits de l'aquarium par un simple élagage. Par contre si le végétal meurt et que le résidu n'est pas extrait mécaniquement par le filtre, la décantation ou l'écumeur, il y aura restitution et le cycle devra être recommencé.

b) Les bactéries anaérobies vont terminer le travail, c'est à dire compléter le cycle. En effet, en l'absence d'oxygène dissout, celles-ci vont extraire des nitrates l'oxygène nécessaire à leur métabolisme. L'azote (N2), gaz neutre est séparé de l'oxygène et rejeté sous forme gazeux.

C'est la phase de dénitrification NO3 à N2 qui se fait dans un milieu pauvre en oxygène ou hypoxique.

Denitrification. Modeles Jaubert et Berlinois

Deux familles de bactéries différentes sont capables d'opérer cette dénitrification :

La famille des bactéries autotrophes et celle des bactéries hétérotrophes.

i) Les bactéries autotrophes utilisent des composés inorganiques, c'est cette famille des thiobacillius qui est présente dans le très efficace dénitrateur externe : DAS (Dénitrateur Autotrophe sur Soufre mis au point par Marc Langouet). Le soufre servant de support aux bactéries étant effectivement inorganique et il ne contient pas de carbone. Inconvénient de ce système le rejet de gaz carbonique CO2 et d'ions H + dans l'aquarium qui ont pour effet d'abaisser le pH.

ii) Les bactéries hétérotrophes de la famille des pseudomonas, quant à elles puisent leurs constituants dans les composés de carbones organiques, ceux par exemple issus des aliments et rejets d'origine animale ou végétale. Ces bactéries sont hébergées dans des zones où l'oxygène pénètre difficilement avec une circulation très lente de l'eau.

Ce dernier processus nous intéresse particulièrement car il est possible de le reproduire facilement en aquarium :

Des conditions particulières sont nécessaires pour que ces systèmes (berlinois, Jaubert, DSB) utilisant des bactéries hétérotrophes fonctionnent correctement :

Pour ces raisons, Il faut respecter scrupuleusement les conditions spécifiées par chacune de ces méthodes d'épuration hétérotrophes (berlinoise, Jaubert ou encore DSB) sans cela on va vers un échec.

La masse totale et la qualité du substrat de culture des bactéries sont les critères essentiels. Pour assurer le support aux bactéries dénitrifiantes les pierres poreuses d'un système berlinois doivent posséder des caractéristiques physiques adéquates et compatibles avec le milieu marin. C'est le cas avec les pierres vivantes composées d'anciens morceaux de coraux préparés en milieu naturel et de taille suffisante.

En ce qui concerne la méthode Jaubert ou DSB, le sable de corail naturel mis en épaisseur suffisante convient parfaitement.

L'aquariophilie récifale nécessite la mise en oeuvre d'un système garantissant une épuration totale des déchets c'est à dire la complétion du cycle de l'azote : nitrification suivie d'une Dénitrification. Différentes solutions, plus ou moins adaptées selon le biotope et le type de l'aquarium, peuvent être mises en place pour assurer cette filtration basée sur des techniques biologiques et mécaniques.

En résumé, nous avons comme méthodes de filtration éprouvées à notre disposition :

Méthodes Jaubert et berlinoise
Méthodes Jaubert et berlinoise

Parmi les différentes solutions adaptées au récifal, la méthode du Dr Adey, culture avec élagage régulier des plantes, est peu compatible avec un aquarium d'amateur peuplé avant tout de coraux.

La quantité de plantes nécessaires pour une dénitrification efficace est en effet bien trop importante et les résultats sont relativement décevants. L'application de ce principe passe généralement par un bac de culture spécifique relié à l'aquarium. Comme la première solution DAS + filtre bio-balles ou humide, cette technique convient bien pour les aquariums FO, mais pose quelques problèmes dans la pratique avec les bacs contenant des invertébrés. Il faut cependant noter que la culture et l'élagage des plantes est un excellent complément aux autres techniques. Par exemple : Les techniques de filtrations biologiques sur sable ou boues dans un bac refuge. CF Le chapitre Aquarium refuge.

Les solutions berlinoises et Jaubert sont particulièrement bien adaptées aux bacs récifaux. Elles mettent en oeuvre un système de traitement simplement amélioré de l'aquarium naturel imaginé en 1961 par Lee Chin Eng.

J'interprète naturel comme la mise en place d'un écosystème autonome imitant un biotope ou morceau de nature.

Il est quand même utopique d'espérer trouver un aquarium de faible volume définitivement stable, autosuffisant, et fonctionnant comme le milieu naturel, mais on recherche une solution ne nécessitant plus qu'un minimum d'interventions.

Les techniques basées sur le sable vivant des méthodes DSB ou Jaubert, semblent donner de bons résultats mais sont plus difficiles à maîtriser. Elles nécessitent une solide expérience dans le contrôle des divers paramètres. Il est sage d'acquérir ces compétences en se faisant la main avec un aquarium utilisant la méthode berlinoise.

Pour sa simplicité de mise en oeuvre et aussi son efficacité, l'aquariophile débutant en aquariophilie récifale a tout intérêt à choisir la mise en place d'un système de filtration respectant les critères de la méthode berlinoise.

Remarques sur les systèmes Jaubert et berlinois assurant la dénitrification

a) Avec les modèles Jaubert et berlinois il est possible de réduire le volume d'eau changé périodiquement. Apparaît alors un nouveau problème : Les changements d'eau ne suffisent plus à équilibrer la consommation (ou transformation) par les organismes vivants des composés minéraux, particulièrement calcium, magnésium et carbonate. Les carences doivent être compensées par des ajouts spécifiques. Ces ajouts, sur lesquels nous allons revenir, sont un peu la contrepartie à payer pour l'efficacité et la simplicité de la méthode !

b) La dénitrification au sein des pierres ou du sable permet de nous affranchir de la présence d'un DAS (dénitrateur externe) qui ne peut être qu'un accessoire complémentaire, utilisé uniquement en cas de gros problème. Cet accessoire est par ailleurs assez délicat à mettre en oeuvre pour un débutant et un DAS mal réglé risque de rejeter des nitrites dans le bac, et son pH est assez bas en sortie cause du rejet de CO2 et d'ions H +.

c) Il est souvent indispensable, d'associer une filtration mécanique à la filtration biologique. La méthode berlinoise, par exemple, préconise l'emploi d'un écumeur complémentaire des pierres vivantes et les meilleures d'installations utilisent un bac de décantation externe à l'aquarium principal CF Décantation.

Vous devez effectivement extraire les sédiments en excès issus des précipitations de calcium ou de carbonates, des résidus et érosions, etc., enlever les gros détritus (plantes, reste de nourriture), faire des renouvellements d'eau régulièrement. Cette filtration mécanique qui retire les sédiments et les gros déchets avant dégradation permet de ne pas atteindre le seuil de surcharge du filtre biologique, surtout si celui-ci est sous dimensionné. La filtration mécanique élimine une partie du problème mais ne suffit pas pour un recyclage total et une élimination des nitrates. Ce ne peut être qu'un complément à la filtration biologique.

A contrario, il n'est pas conseillé de mettre deux filtres biologiques de type différent en compétition. Par exemple un filtre bio-balles qui produit des nitrates en quantité et des pierres vivantes qui ne pourront pas les absorber.

d) Un filtre à algues de dimensions raisonnables, externe à l'aquarium principal, contribue à l'équilibre biologique de l'aquarium. Ce bac permet également de stocker des pierres vivantes et/ou un lit suffisant de sable qui augmente ainsi la capacité bactérienne totale de l'aquarium. Il sert aussi de refuge à un grand nombre de détritivores de toutes tailles, utiles au retraitement des déchets. Le rejet de CO2 des végétaux et celui plus rare de toxines par les plantes de la famille des caulerpa, peut être réduit par un éclairage du bac de culture pratiquement 24H/24 ou par une inversion des cycles jour/nuit mais cela reste cependant à confirmer. Le plus simple est de limiter la prolifération d'algues par un élagage très régulier du bac refuge. Celui-ci peut également abriter une mini mangrove (palétuviers) source de biodiversité.

Les plantes mangées par les herbivores ne participent pas à l'extraction des nitrates sauf si les excréments sont extraits mécaniquement ou réduits par la chaîne des détritivores.

Filtration chimique (captation ou échange)

Aux deux moyens principaux (mécanique et biologique) il convient d'ajouter l'arsenal chimique.

Dans un aquarium d'amateur la seule filtration, classée ici dans les transformations chimiques, que l'on peut fortement conseiller est le charbon actif.

Cette technique de filtration est très simple à mettre en oeuvre et celle-ci n'à aucune contre-indication. Son usage peut être temporaire, par exemple une semaine par mois. Mais en cas de problème il est sage de faire un usage permanent du charbon actif.

Le charbon actif doit être cependant d'excellente qualité. Certains charbons contiennent trop de phosphates et ne sont pas appropriés à un usage récifal. Il faut utiliser assez régulièrement du charbon actif pour retirer des éléments dissous et autrement difficiles à extraire. Par exemple : Dans le cas de coloration de l'eau, lors du démarrage du bac, en cas de pollution. Première solution la diffusion passive : Mettre une petite quantité de charbon actif dans une poche à mailles fines et ne pas la laisser plus de trois à quatre semaines dans la décantation est une bonne solution qui permet de ne pas risquer d'arriver à saturation du charbon. Une autre technique consiste à laisser une quantité plus importante pendant quelques mois pour bénéficier d'un substrat propice à la culture des bactéries nitrifiantes.

Autre solution le passage forcé : Placer la pochette contenant le charbon dans un filtre externe en fin de filtration. On évite ainsi un colmatage qui le rendrait l'effet moins efficace. Au prix du charbon actif de bonne qualité, cela serait dommage.

Les zéolithes peuvent être utilisées en remplacement au charbon actif, leur emploi est cependant plus complexe.

En ce qui concerne les autres techniques de filtrations de type chimiques ou apparentées :

Tous ces procédés ne peuvent pas être raisonnablement la base de la filtration pour un amateur débutant et ne seront mis en œuvre que pour intervenir ponctuellement sur un problème, redresser une situation catastrophique, mais sans véritablement s'attaquer à sa cause.

Ils présentent aussi le risque de déstabiliser l'équilibre biologique et l'écosystème de l'aquarium. Ils ne seront utilisés, pour toutes ces raisons, que par des aquariophiles chevronnés ou dans des conditions particulières.

L’utilisation de résines anti-nitrates ou anti-phosphates, et de culture de bactéries (Bacnet par exemple), peut s’avérer utile temporairement dans le cas de concentrations excessives mais il est préférable de rechercher et de s’attaquer à l’origine du problème. Soyez conscient qu’une trop grande variation à la baisse des nitrates peut avoir également des conséquences néfastes sur les animaux et sur la flore bactérienne, aussi restez mesuré lors de l’utilisation des résines, favorisez plutôt le développement des bactéries dénitrifiantes au sein même de l’aquarium, au besoin en ensemençant l’aquarium avec des souches bactériennes.

Les medicaments : Le principe de precaution

La prudence doit être de règle avec les diverses médications destinées à soigner les maladies des poissons, éliminer des parasites, les algues ou sensées améliorer la qualité de l'eau.

L’utilisation de ces produits peut s'avérer catastrophique sur la microfaune ou la flore avec le risque réel de perturber la filtration biologique.

En cas de problème, il faut faire preuve de sang froid et ne pas appliquer, dans la précipitation, un remède aux effets pires que le mal. Le système d’auto épuration repose sur un équilibre biologique et s'attaquer, même involontairement, à un élément peut entraîner, par effet de dominos, rapidement la chute du tout.

Si vous tentez de soigner un poisson ou un animal vous ne devez jamais le faire dans l'aquarium principal, même avec des médicaments réputés inoffensifs (!) sur les coraux et les invertébrés.

Le cuivre est un métal lourd indispensable aux organismes en tant qu'oligo-élément, mais qui est toxique rapidement sur les animaux inférieurs même à très faible concentration (à partir de 0,03 mg/l). Les poissons sont moins sensibles aussi le cuivre sert parfois de traitement antiparasitaire dans les bacs FO. Mais le cuivre, et tous les traitements à base de cuivre, doivent être totalement bannis de l’aquarium récifal.

N’oubliez pas : L’équilibre biologique peut être mis en péril lors de l’utilisation de médicaments ou de produits de traitement de l’eau.

Astuce : Ne jamais mettre l'eau de transport des poissons nouvellement achetés. Le revendeur peut utiliser un produit de traitement préventif de ses bacs d'exposition de poissons qui risque de nuire à un aquarium récifal.

 

Sabellastarte magnifica

Sabellastarte magnifica, sabelle vers tubicole filtreur.


Charbon actidf : La propriété bénéfique des matériaux carbonisés s'explique par la tendance des composés organiques à adhérer à la surface des solides - un phénomène physico-chimique très général appelé adsorption. La surface moléculaire du charbon actif est impressionnante, de 500 à 1500 m2 par gramme, sa dimension stérique rend ainsi le phénomène très efficace.

La zéolithe est un composé minéral auquel sa structure cristalline confère des propriétés d'adsorption et de catalyse qui les font utiliser comme tamis moléculaires, comme échangeur d'ions.

Le processus de décomposition (ou de minéralisation) des substances organiques (reste de nourriture, débris végétal, déjections) s'effectue en passant par les étapes :
Protéines à ammonium à nitrites à nitrates. Cette phase est appelée aussi nitrification.

Il ne faut pas confondre les filtres sous sable avec une circulation forcée de l'eau typiques des aquariums d'eau douce ou F0, où nous obtenons uniquement une nitrification, avec les systèmes Jaubert ou DSB et une diffusion passive et lente de l'eau de moins en moins chargée d'oxygène dans les couches profondes de sable où nous espérons obtenir une dénitrification.

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