Le casse-tête de l'aération

Le casse-tête de l'aération du bassin

L’aération du bassin, encore un sujet méconnu et trop souvent sous-estimé : et pour ceux dont cet aspect très technique intéresse, il est très compliqué de s’y retrouver.

En cherchant conseil sur Internet, les premières boutiques à diffuser des infos restent très vagues et superficielles. Ainsi, vous lirez sans difficultés les mêmes refrains du genre :

L'aération du bassin est le point essentiel pour le bien être de vos Koi comme pour le fonctionnement de votre filtration…. L'été la pompe à air évite les risques de manque d'oxygène liés aux fortes chaleurs. Et l'hiver elle permet de faire des échanges gazeux et d'éviter la prise de glace du bassin….

Et l’on vous dira de multiplier les pompes à air, les diffuseurs, les cascades, les bulles … plus il y en a, mieux ce sera ! Sans vouloir bousculer les idées reçues, et sans vouloir être élitiste, il faut quand même creuser un peu : vous allez vous rendre compte que c’est un tout petit peu plus compliqué que cela !

Un bassin est naturellement oxygéné par la surface : l’oxygène diffuse dans l’eau par toutes les interfaces eau/air. Plus la surface entre eau et air est grande, plus le bassin à la capacité à capter l’oxygène de l’air.

Retenez qu’entre deux bassins de volumes égaux, celui possédant la plus grande surface sera le plus dynamique et le plus réceptif. A méditer pour ceux qui pensent qu’un bassin très profond est préférable pour le développement des Koi, à un bassin moins profond mais plus vaste en surface….

Le second apport naturel en oxygène d’un bassin, provient de l’activité photosynthétique des algues et des plantes (plantes immergées). En vivier sans plantes, le duvet d’algues tapissant les parois du bassin participent donc aussi à cette activité.

Dans un bassin qui ne contient ni algues ni plantes aquatiques, l’oxygène provient essentiellement d’une diffusion de l’oxygène de l’air dans l’eau. Cette diffusion répond à la loi des gaz et dépend de la pression atmosphérique. En raison de la forte densité de poissons dans les bassins à Koi, il est indispensable d'utiliser des moyens techniques pour maintenir un niveau d'oxygène correct.

L'oxygène dissous se mesure en milligrammes par litre d’eau (mg/l) ou en pourcentage de saturation. Le pourcentage de saturation indique la quantité d'oxygène contenue dans l’eau par rapport à la quantité totale d'oxygène que l'eau peut contenir à une température déterminée.

Les besoins du bassin

Les Koi nécessitent une concentration minimale de 4 mg/ litre : cette valeur est la limite à ne jamais franchir. En principe, chaque bassin peut être maintenu sans trop de difficultés, à peu près toute l’année, à une valeur normale de saturation (6 à 12 mg/l) avec un équipement moyen.

La valeur minimale conseillée étant de 6 mg/litre, cette concentration peut baisser dans une zone d’inconfort pour les poissons : cela peut dépendre par exemple de la température. Ceci est surtout constaté dans les bassins souvent surpeuplés.

Les esturgeons nécessitent eux un minima de 70% de saturation en oxygène (soit +/- 5,8 mg/litre à 15°).

Les bactéries de la filtration, grande consommatrice en oxygène nécessitent de maintenir une valeur minimale de 3 mg/l : en effet, plusieurs chercheurs ont établi que le taux de nitrification se maintenait à 100 % à une concentration en oxygène dissous minimale de 3 mg/l.

Avant d’atteindre la concentration létale, une concentration insuffisante présente un problème pour les poissons qui doivent faire un effort pour respirer. La respiration du poisson se fait par diffusion à travers la membrane de l'épithélium (mouvement des branchies). La différence de pression en oxygène entre des deux côtés de la membrane est essentielle pour l'absorption d'oxygène.

Plus cette différence est grande, plus la diffusion en oxygène est facile : et plus cette membrane reste fine, plus l’oxygène à facile à passer au travers. En cas d’acidose ou d’alcalose, du mucus épaissit cette membrane et entrave cette diffusion d’oxygène. Le poisson souffre, car sa respiration est entravée même si le taux d’oxygène dans le bassin est à saturation.

L'eau est pauvre en oxygène: si un litre d'air contient 260 mg d'oxygène (pression atmosphérique de 760 mm Hg), un litre d'eau n’en contient que 11,2 mg à saturation (à 10°), soit près de 23 fois moins .

Facteurs influençant la diffusion de l'oxygène dans l'eau

La température est le facteur le plus important dont il faut tenir compte. Ainsi, l’eau froide peut contenir plus d’oxygène que l’eau chaude. L'oxygène dissous se mesure en milligrammes par litre d’eau (mg/l) ou en pourcentage de saturation. Le pourcentage de saturation indique la quantité d'oxygène contenue dans l’eau par rapport à la quantité totale d'oxygène que l'eau peut contenir à une température déterminée.

Si vous ne disposez pas d’un contrôleur mesurant l’O2 avec une sonde, vous pouvez mesurer ce paramètre avec des tests à gouttes, mais la précision n’est pas toujours au rendez-vous… Pour évaluer le pourcentage de saturation, on compare la valeur mesurée au test à goutte à la valeur maximum que peut contenir l’eau à la température du test. Le tableau suivant permet ce calcul, exemple:

Le test est réalisé à une température (eau) de 22° et le test à goutte indique 8,0 mg/l.

Le tableau indique à 22° une valeur de 8,72 mg/l, pour connaître le pourcentage de saturation, cela donne:

(8,0 / 8,72) x 100 = 91,74 %

Température °C	Oxygène dissous mg/l	Température °C	Oxygène dissous mg/l	Température °C	Oxygène dissous mg/l
0	14,60	12	10,76	24	8,40
1	14,19	13	10,52	25	8,24
2	13,81	14	10,29	26	8,09
3	13,44	15	10,07	27	7,95
4	13,09	16	9,85	28	7,81
5	12,75	17	9,65	29	7,67
6	12,43	18	9,45	30	7,54
7	12,12	19	9,26	31	7,41
8	11,83	20	9,07	32	7,28
9	11,55	21	8,90	33	7,16
10	11,27	22	8,72	34	7,05
11	11,01	23	8,56	35	6,93

L’agitation et le fractionnement de l’eau ont un effet très important sur la diffusion d’oxygène dans l’eau. En optimisant les échanges gazeux entre l’eau et l’air avec une cascade ou d’autres systèmes, on parvient à améliorer la concentration en oxygène, mais parfois à provoquer des problèmes, nous le verrons plus loin.

La pression atmosphérique, l’altitude à laquelle est construit le bassin, la salinité ont également une influence. Plus la pression atmosphérique est faible et moins elle peut diffuser dans l’eau. La solubilité de l'oxygène dans l'eau diminue avec l'augmentation de la salinité. Le sel parfois utilisé par des propriétaires de bassin, mais plus souvent au Japon, diminue (mais légèrement, vu la faible concentration) la solubilité de l’oxygène dans l’étang.

Par rapport à la température, l’influence de ces facteurs est donc négligeable. Les appareils de contrôle de l’oxygène disposent de correctifs pour l’altitude ou la pression atmosphérique et si le capteur est de qualité, il est possible de consulter la valeur O2 en continu, de manière fiable.

Les moyens techniques

En bassin à Koi, le procédé le plus utilisé pour tenter de maintenir une valeur en O2 correcte est la diffusion d’air dans l’eau au moyen de pompes à air et diffuseurs. Les amateurs plus avertis utilisent plutôt des concentrateurs d’oxygène. On peut observer ici une différence énorme entre la gestion d’un bassin à Koi en Allemagne où les générateurs d’oxygène pur sont légion, à la technique du « bullage à profusion » d’autres pays…

La différence est de taille puisque dans le cas d’un concentrateur, on injecte dans le bassin, directement de l’oxygène pur. Alors qu’avec des diffuseurs, on libère dans l’eau…. de l’air, qui ne contient que 21% d’oxygène, et d'autres gaz comme l'azote ! Quand on sait que ces bulles d’air émises dans le bassin ne sont en contact que très peu de temps avec l’eau, on comprend très bien que le rendement du transfert n’est pas énorme, même si la surface totale de ces bulles dépasse de très loin la surface du bassin…

En fait, un bon dispositif doit provoquer un mouvement de convection : placé au fond, le diffuseur va créer une colonne d’air qui va soulever la masse d’eau du fond, pour la mettre en contact avec l’air atmosphérique en surface. C’est ainsi que le transfert est optimal. Les amateurs de bassins de jardins disposant d’une cascade ont aussi un bon outil d’oxygénation : non plus pas convection cette fois, mais par le phénomène de fractionnement qui augmente fortement l’interface air / eau.

Maintenant, il ne suffit pas de disposer d’un concentrateur d’oxygène pour penser être à l’abri : on verra que non seulement l’apport d’oxygène est important, mais également qu’un bon brassage énergique du bassin est nécessaire. Et le brassage du bassin peut s’avérer médiocre si l’on n’utilise uniquement un concentrateur.

De même avec les fameux Airlift permettant la circulation d’eau entre la filtration et le bassin : nous verrons pourquoi des pompes à eau sont préférables à ce moyen dont le seul avantage apparent est d’être économique.

La bonne oxygénation d’un bassin dépend de sa circulation et de son pouvoir à transférer les gaz, mais pas de trop, comme c’est le cas d’une aération trop importante.

L'influence du CO2

Le dioxyde de carbone est un gaz présent dans l’eau qui provient de deux sources: la diffusion du CO2 de l’air, et la respiration des poissons et des autres organismes vivants.

Tout comme l’oxygène, le CO2 de l’air diffuse dans le bassin sous l’influence de sa pression partielle dans l’air selon la loi des gaz. La quantité de CO2 que peut contenir l’eau est limitée par l’état de saturation. La concentration maximale du gaz que peut contenir le bassin dépend de la pression atmosphérique, de la température et aussi de la salinité de l’eau.

La quantité de CO2 dans l’eau issue de l’air est faible, par rapport à la quantité générée par la respiration des poissons et des bactéries, surtout en vivier à Koi dont la densité de poissons est forte.

En effet, retenez que 32 g d’oxygène consommé produit environ 44 g de CO2 !

Il faut remarquer que le CO2 à une influence sur les poissons, mais aussi sur l’eau du bassin.

Le niveau de CO2 dans l’eau détermine la facilité avec laquelle le poisson peut respirer : il faut donc s’en préoccuper un minimum car une concentration trop élevée dans l’eau entraîne son augmentation également dans le sang du poisson, ce qui en fait diminuer le pH. Cette acidification du pH sanguin diminue la capacité de l’hémoglobine à transporter l’oxygène.

Au niveau de l’eau dans le bassin, le CO2 dissous se dissocie facilement formant de l’acide carbonique qui a un effet sur le pH. Normalement, on ne rencontre pas souvent de problèmes liés au CO2 produit par les poissons, sauf si l’eau du bassin est très douce donc peu ou pas tamponnée. Mais si l’on ajoute la production émise par les plantes, ou les algues durant la nuit, on peut se retrouver avec de gros problèmes de respiration, ceci même si la concentration d’oxygène est correcte.

Ce type de problème est observé dans des bassins où l’on utilise des concentrateurs d’oxygène : non pas que l’oxygène en soit la cause, mais tout simplement un manque de brassage du bassin. En effet, très souvent les utilisateurs de générateurs d’O2 brassent trop peu leur bassin.

A l’inverse, en aérant à outrance, le bassin peut se retrouver en déficit de CO2 : le pH sanguin des Koi augmentant, on se retrouve cette fois non seulement avec des problèmes respiratoires, mais en plus avec des irritations à l’ammoniac. Ou encore avec un bassin dont le pH s’envole à des valeurs « stratosphériques » ! Dans tous les cas, on observe des Koi stressés qui se frottent sur les côtés ou même léthargiques dans les cas plus prononcés.

Ce second type de problème survient dans des bassins déséquilibrés par une aération trop brutale.

Comme indiqué, la concentration d’acide carbonique libre influe directement sur les processus respiratoires et sur l'excrétion ammoniacale des poissons. Le dépassement de la concentration de 20 mg / l peut déjà engendrer une acidose: ceci dépend de la concentration en oxygène, du pH, de la dureté de l'eau, du régime alimentaire… Dans les meilleures conditions, une concentration de 50 ou 60 mg/l est toutefois tolérée par les Koi sans problème.

Si le niveau de dioxyde de carbone libre tombe en dessous de 1 mg/l, une alcalose respiratoire et une hypocapnie peuvent alors se produire. Des concentrations de CO2 trop faibles au niveau des branchies limitent le passage de l'oxygène de l'eau dans le sang. Cela entraîne une insuffisance respiratoire, une excrétion limitée d'ammoniac et le gonflement des branchies.

Que faire ?

Il faut adapter l’aération du bassin ou de l’étang en fonction du type de maintenance (bassin d’ornement au bassin de grossissement à Koi).

Dans le cas du bassin de jardin traditionnel, la cascade éventuelle et une pompe à air avec un diffuseur de 20 cm suffisent pour un volume d’environ 25 – 30 m3. En été, si la photosynthèse est intense, observez vos poissons et si nécessaire aérer de nuit principalement.

Dans le cas du bassin à Koi, idem mais contrôlez pH et CO2 et adaptez les mesures en fonction du type d’eau (douce/dure) du type d’aliment (peu ou très protéiné) : on aura ainsi un contrôle plus poussé sur la respiration et les problèmes liés à l’ammoniac.

Enfin, pour les amateurs de Koi et particulièrement ceux qui présentent des Koi à des concours, adoptez les mesures ci-dessus en contrôlant aussi la concentration d’oxygène en continu puisque c’est, avec la température, le paramètre le plus important (de l’eau !) pour s’assurer d’une belle croissance.

Dans tous les cas et peu importe la fonction du bassin :

Si vous utilisez un concentrateur d’oxygène, ne sous-estimez pas le brassage du bassin, donc prévoyez tout de même une diffusion d’air permettant son brassage et/ou prévoyez des refoulements d’eau en profondeur du bassin, la seule méthode efficace pour faire bouger la masse d’eau du bassin correctement. Réglez votre valeur de consigne sur 6 mg/l, ce qui est bien suffisant pour une bonne digestion des aliments. Inutile de doper le bassin à 8 ou 9 mg/l, car en cas de panne, les Koi subiraient un stress inutile. De plus vous réduirez votre consommation électrique.
Si vous souhaitez aménager un bassin de type 2 ou 3, préférez une circulation d’eau par pompes plutôt que par Airlift : cette méthode n’est pas efficace pour donner du mouvement à toute la masse d’eau dans le bassin et accumulée à une filtration très aérée, crée très souvent un déséquilibre des gaz.
Si votre bassin à tendance à la formation d’algues, vérifiez l’évolution quotidienne de votre pH et le cas échéant, modifier le pH pour le faire baisser (les algues filamenteuses se développant moins en eau douce) et / ou traiter sans attendre. Des algues pouvant produire des effets néfastes qui ont des effets comme nous l’avons vu sur la respiration des poissons.

Et en pratique ?

Comme souligné au début de ce chapitre, on constate que les opinions varient considérablement en ce qui concerne la nécessité, le dimensionnement ou l’emplacement des aérateurs de bassin.

Avant de conclure l’écriture de cet aspect difficile de l’aération du bassin, je me suis penché sur diverses sources tant dans les pays anglo-saxons qu’en Allemagne par exemple, pays où de nombreux amateurs de Koi discutent sur les forums. Les sources scientifiques sont inexistantes dans ce domaine et seule l’expérience prévaut. Mais ce qui en ressort est assez déconcertant : parfois on pourra lire un débit d’air par rapport à la surface, parfois par rapport au volume d’eau…

De plus, les chiffres indiqués varient du simple au quintuple ! Les amateurs anglais qui suivent les écrits de M. Waddington vous citeront le chiffre de 80 litres/min pour un bassin de 15 m3 (en exemple, un bassin à Koi « idéal » commenté par le maître faisant 40 petits m3 dispose de 5 pompes à air de 80 l/min !!) tandis qu’en Allemagne on considèrera qu’une telle aération est une aberration tant elle est puissante voire dangereuse pour les carpes !

Au pays de l’aquariophilie et du bassin, on préfèrera la diffusion d’oxygène pur avec un concentrateur, et s’il faut utiliser une pompe à air, on limitera le débit à 30 ou 40 l/min pour 10 m3 d’eau : ils ont pour principe de diviser le volume du bassin par 4 pour obtenir la valeur empirique du débit d’air, exemple :

Bassin de 10000 litres / 4 = 2500 / 60 = 41 lit/min d’air.

Nous avons vu précédemment la théorie et nous n’allons pas y revenir : en tant qu’entreprise souhaitant concilier bien-être animal, efficacité et coût d’utilisation raisonnable, voici nos préconisations.

D’abord une mise au point : le débit d’air indiqué est celui qui est compressé à la profondeur où se situe le diffuseur (ou les diffuseurs). Donc dans l’exemple ci-dessus, c’est 41 lit/min au fond du bassin si l’on considère que les diffuseurs sont au fond.

Ce n’est donc pas le débit indiqué sur le carton de votre pompe à air ! Une pompe à air fourni un effort et plus la profondeur augmente, plus le débit de la pompe diminue. Pour s’y retrouver, il faut consulter les courbes fournies par le constructeur.

On voit – par exemple- qu’une Secoh JDKS 60 délivre 105 lit/min pour 40 Watt, à 1 mètre.

A titre de comparaison, une FujiMac 60 R II sort 90 lit/min toujours à 1 mètre mais pour 35 Watt. Ceci n’est qu’une comparaison bien ciblée car on peut trouver de meilleures performances à profondeurs plus importantes tant du point de vue du débit que de la consommation électrique, c’est assez variable et il faut donc tout mettre en balance.

Pour en revenir aux débits que nous proposons, il faut distinguer l’aération « nécessaire » en été (parfois nécessaire, donc pas toujours indispensable) et celle d’hiver qui est parfois nécessaire mais qui comporte des inconvénients.

Aération d’été

Rappel : un bon dispositif doit provoquer un mouvement de convection. Placé au fond, le diffuseur va créer une colonne d’air qui va soulever la masse d’eau du fond, pour la mettre en contact avec l’air atmosphérique en surface. Les débits qui suivent concernent 1 diffuseur (par exemple le diffuseur en EPDM d’une bonde de fond). Cela ne signifie pas qu’il s’agit du débit total d’air pour le volume total d’eau du bassin !

Nous convenons que pour obtenir un mouvement d’eau fort, nous fixons le débit d’air de

80 à 100 lit/min à 1 mètre.

Pour obtenir un mouvement modéré à fort, nous convenons d’un débit de

60 à 80 lit/min à 1 mètre.

Enfin, pour un mouvement faible ; le débit est de

40 à 60 lit/min, à 1 mètre.

Si votre bassin fait 1,50 m, il faut donc les mêmes valeurs en fonction du type de mouvement attendu mais le choix de la pompe dépendra de ses performances (donc, voir les courbes).

Ensuite, il faut déterminer le nombre de diffuseurs qui est relatif au volume d’eau. C’est une manière d’adapter la puissance des pompes à air au volume de votre bassin.

Un coefficient peut servir à déterminer la puissance relative de l’installation :

Exemple :

Bassin de 80.000 litres / 500 = 160 = 2 pompes de 80 lit/min (sur deux ou quatre diffuseurs)

500 = puissance faible à modérée

Bassin de 80.000 litres / 330 = 242 = 3 pompes de 80 lit/min (sur trois diffuseurs)

330 = puissance modérée

Bassin de 80.000 litres / 250 = 320 = 4 pompes de 80 lit/min (sur deux ou quatre diffuseurs, vérifier régulièrement le pH qui peut s'envoler...)

250 = puissance forte

Cette méthode à deux paliers permet de trouver le bon type d’aération quel que soit le volume, le nombre de bondes (ou de diffuseurs) car un bassin n’est pas l’autre… Un bassin très allongé ou de forme très « étrange » nécessite des adaptations qu’un simple bassin circulaire….

De même un bassin qui souffre d'un mauvais circuit hydraulique (pas beaucoup de mouvement d'eau, bassin stagnant) pourra être amélioré avec des diffuseurs bien placés et musclés...

Il suffit d'adapter le débit et le nombre de diffuseurs pour obtenir une aération efficace, et à la carte !

Aération d'hiver

C'est plus simple: l'eau froide étant saturée en oxygène, il n'y aucun intérêt à consommer de l'énergie pour faire du vent...

Par contre, si le bassin est couvert de glace, et si la filtration est à l'arrêt (ce qui est déconseillé) pour améliorer les échanges gazeux, il est préférable d'aérer mais avec modération. Le dispositif ne doit cependant pas refroidir le bassin ni déranger les Koi qui tentent de passer les mois d'hiver sans nourriture.