Le phosphore en aquaculture RAS
En aquaculture comme en aquariologie , on parle beaucoup de l’azote sous toutes ses ammoniac, nitrites, nitrates, nitrification et dénitrification…
Le phosphore est beaucoup moins présent dans les discussions.
Pourtant, dans certains systèmes intensifs, il constitue un enjeu environnemental majeur, particulièrement lorsque les effluents sont rejetés vers des milieux sensibles.
Pourquoi le phosphore pose-t-il problème ?
Le phosphore est indispensable à la vie. Il entre notamment dans la composition des aliments et participe à la croissance du vivant : poissons, crustacés, organismes aquatiques.
Le problème apparaît lorsque les apports dépassent les capacités d'assimilation du système.
Une partie du phosphore apporté par l'aliment est incorporée dans la biomasse produite. Une autre partie est rejetée sous forme de fèces, de particules alimentaires, de matières organiques ou de phosphates dissous.
Dans un système d'élevage intensif, ces flux deviennent significatifs.
Une fois rejeté dans le milieu naturel, le phosphore contribue à l'eutrophisation : stimulation excessive de la production algale, déséquilibre écologique, diminution de l'oxygène disponible lors de la dégradation de la biomasse et, dans certaines situations, dégradation importante de la qualité de l'eau.
La problématique n'est donc pas simplement :
« Quelle est la concentration en phosphore dans mon eau ? »
La vraie question est :
« Quelle quantité de phosphore mon installation introduit-elle dans le milieu et quelle quantité est réellement retenue ou récupérée ? »
Le phosphore ne se trouve pas sous une seule forme
Dans un système aquacole, il faut distinguer au minimum :
- Le phosphore particulaire associé aux fèces et aux matières en suspension ;
- Le phosphore organique ;
- Les orthophosphates dissous ;
- Le phosphore total, qui constitue un indicateur global particulièrement intéressant pour établir un bilan.
Cette distinction est essentielle pour choisir une technologie de traitement.
Un filtre mécanique performant élimine une part importante du phosphore particulaire simplement en captant les matières solides.
En revanche, il ne supprimera pas nécessairement le phosphore dissous.
C'est l'une des raisons pour lesquelles un système RAS peut présenter une eau visuellement très claire tout en conservant une concentration significative en phosphates.
La première station de traitement… reste l'alimentation
La meilleure façon d'éliminer un polluant est souvent de ne pas le produire.
- Le contrôle du phosphore commence donc avec :
- La formulation de l'aliment ;
- La digestibilité du phosphore ;
- Le taux d'incorporation ;
- Le coefficient de conversion alimentaire ;
- La maîtrise de la distribution ;
- La limitation des aliments non consommés.
L'amélioration de l'utilisation du phosphore alimentaire permet de réduire directement la quantité de phosphore rejetée. Les travaux de synthèse consacrés à l'aquaculture identifient d'ailleurs l'alimentation comme l'un des principaux leviers de réduction à la source.
Comment éliminer le phosphore ?
Plusieurs stratégies peuvent être combinées.
1. Séparer les matières solides
C'est la première étape.
Filtres à tambour, filtres mécaniques, décantation, flottation, écumage ou autres procédés de séparation permettent de récupérer les particules chargées en phosphore.
Cette étape est particulièrement intéressante en RAS car elle permet de récupérer le phosphore dans une fraction concentrée : les boues.
Le phosphore n'est alors plus simplement « traité » : il peut être récupéré.
2. La précipitation chimique
Les phosphates peuvent être précipités avec différents réactifs, notamment à base de fer, d'aluminium ou de calcium.
Cette approche peut être très efficace lorsque l'objectif est d'obtenir une faible concentration résiduelle.
Elle présente cependant des contreparties :
- Consommation de réactifs ;
- Production de boues ;
- Nécessité de maîtriser le pH ;
- Gestion et valorisation des boues produites ;
- Formation du personnel
La précipitation peut donc être pertinente comme traitement tertiaire, notamment lorsque les exigences de rejet sont élevées.
3. Adsorption
Certains matériaux présentent une forte affinité pour les phosphates.
L'adsorption peut être réalisée sur des matériaux minéraux, des oxydes métalliques ou certains adsorbants spécialement développés.
Cette technologie est particulièrement intéressante pour les faibles concentrations résiduelles.
Des travaux spécifiques aux RAS ont étudié la récupération du phosphore par adsorption et montrent l'intérêt de cette voie pour concentrer le phosphore plutôt que simplement le transférer dans une boue.
4. L'élimination biologique
Le phosphore peut également être assimilé par des microorganismes dans des procédés biologiques spécifiques.
Les procédés d'élimination biologique renforcée du phosphore exploitent notamment des microorganismes capables d'accumuler le phosphore dans leur biomasse.
Cette voie est intéressante, mais elle demande une véritable maîtrise du procédé : conditions redox, disponibilité en carbone, fonctionnement des zones anaérobies/anoxiques et gestion de la biomasse.
Elle ne doit donc pas être confondue avec le simple fonctionnement d'un biofiltre nitrifiant classique.
5. Microalgues et végétaux
Dans certaines configurations, le phosphore peut être assimilé par des algues, microalgues ou macrophytes.
Cette solution peut être particulièrement intéressante dans une logique d'économie circulaire :
effluent → nutriments → biomasse → valorisation.
Mais elle nécessite de maîtriser la récolte de la biomasse.
Sans extraction de cette biomasse hors du système, le phosphore n'est finalement que temporairement déplacé. L'aquaponie, bien que présentant d'autres limites, est une solution vertueuse sur cet aspect.
6. Cristallisation et récupération
Une autre approche consiste à transformer le phosphore dissous en un composé minéral récupérable.
La précipitation de phosphates de calcium ou la formation de struvite peuvent notamment permettre de transformer un polluant dissous en une ressource potentiellement valorisable.
La récupération du phosphore constitue aujourd'hui un axe important de recherche, car le phosphore est à la fois un facteur d'eutrophisation et une ressource minérale stratégique.
Et la réglementation ?
C'est ici que la conception doit être particulièrement rigoureuse.
La réglementation européenne ne fixe pas simplement une « norme universelle du phosphore en aquaculture ».
La directive-cadre sur l'eau 2000/60/CE inscrit le phosphore et les phosphates dans la problématique plus large de l'état écologique des masses d'eau et de l'eutrophisation. Lorsque les apports de phosphore contribuent à cette eutrophisation, des mesures doivent être mises en œuvre.
En France, les prescriptions applicables dépendent notamment du statut réglementaire de l'installation et de son type de rejet.
Pour les piscicultures relevant de la réglementation ICPE, les prescriptions générales applicables doivent être examinées avec l'arrêté préfectoral propre au site, qui peut renforcer les exigences en fonction du contexte environnemental.
Il faut donc éviter une erreur fréquente :
prendre une valeur générique de phosphore et la considérer comme une limite réglementaire applicable à toutes les installations.
La bonne démarche consiste à déterminer :
installation → régime administratif → type de rejet → milieu récepteur → sensibilité du milieu → prescriptions applicables → objectif de traitement.
Le rôle du bureau d'études
La gestion du phosphore ne devrait pas être abordée uniquement lorsque le rejet devient non conforme.
Elle doit être intégrée dès la conception du système.
Un dimensionnement pertinent commence par un bilan matière du phosphore :
phosphore entrant avec l'aliment
→ phosphore incorporé dans la biomasse
→ phosphore excrété
→ phosphore capté par les solides
→ phosphore restant dissous
→ phosphore éliminé par traitement
→ phosphore finalement rejeté.
Ce bilan permet ensuite de dimensionner la chaîne de traitement.
Dans un RAS moderne, l'objectif n'est donc plus simplement de « faire disparaître le phosphate ».
Il s'agit de séparer, concentrer, traiter et, lorsque cela est possible, récupérer le phosphore.
C'est une évolution importante de la conception des installations aquacoles :
passer d'une logique de traitement des déchets à une logique de gestion des flux de matière.
Le phosphore est à la fois un nutriment indispensable, un paramètre de qualité d'eau, un facteur potentiel d'eutrophisation et… une ressource.
C'est précisément pour cette raison qu'il mérite une place beaucoup plus importante dans le dimensionnement des installations d'aquaculture et d'aquariologie.