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Innovation

Microécosystème aquaponique automatisé (MAA) – Deuxième partie

Par Sonia Gounar. Le 3 Décembre 2020

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Profil Chantale Nuneset Chantale Nunes. Le 3 décembre 2020.

sonia.gounar@bdeb.qc.ca  /chantale.nunes@bdeb.qc.ca / 

Le Microécosystème aquaponique automatisé (MAA) est le titre d’un projet interdisciplinaire et interprogramme en cours au Collège de Bois-de-Boulogne. D’une durée de deux ans, le projet est soutenu financièrement par le ministère de l’Économie et de l’Innovation du gouvernement du Québec : le Programme NovaScience, volet 2, Soutien aux projets. Il a été récemment prolongé jusqu’au 30 janvier 2022, suivant un ralentissement significatif de nos activités, depuis mars 2020, causé par le contexte sanitaire entourant la COVID-19. 

Le premier article, publié sur le site de la Vitrine Technologies Éducation (VTÉ), présentait l’aquaponie, le projet et les objectifs réalisés à la session d’hiver 2019, alors que celui-ci portera sur les objectifs réalisés pendant l’année scolaire 2019-2020.

Rappel des objectifs spécifiques du projet et des réalisations

  1. Installer un microécosystème aquaponique (MA) fonctionnel (atteint à l’hiver 2019) 

Volet biologique

Installation d’un système aquaponique fonctionnel comprenant le matériel suivant :

  • Un aquarium de 33 litres;
  • Des poissons non comestibles;
  • Un bac de culture végétale;
  • Des billes d’argile, agissant comme substrat pour les végétaux et comme surface pour le biofilm bactérien;
  • Un siphon cloche et une pompe submersible, reliant l’aquarium et le bac de culture, permettant la création d’un mouvement cyclique de l’eau; 
  • Deux plafonniers à LED contrôlés par une minuterie, offrant une photopériode précise; 
  • Une toile épaisse entourant le montage sur chariot, visant à réduire les fluctuations de température et d’humidité en plus de réfléchir la lumière. 

Identification et détection des facteurs responsables de l’équilibre du système

À l’aide de l’ensemble API® FRESHWATER MASTER TEST KIT, les facteurs importants influençant l’équilibre du système ont été mesurés manuellement. Cet ensemble permet d’évaluer le pH, la concentration d’ammoniaque, de nitrite et de nitrate de l’eau de l’aquarium. L’objectif était de mettre en place un système dont le pH de l’eau voisinerait la neutralité et où les concentrations d’ammoniaque et de nitrite se rapprocheraient de zéro, alors que celles de nitrate se situeraient entre 10 et 20 ppm.

Notons que dans ces conditions, les stress appliqués sur les poissons et les végétaux seront minimisés. De plus, une concentration de nitrate située entre 10 et 20 ppm dans le système permettra d’affirmer que la quantité de nitrate est suffisante pour les besoins des végétaux. En effet, une concentration de nitrate égale à 0 ppm ne permettrait pas de savoir si la production de nitrate est égale ou inférieure aux besoins des plantes. 

 

  1. Créer un système de capteurs pour le MA (atteint à l’hiver 2019)

Volet informatique

Le système de capteurs du MA doit comprendre trois composantes : des capteurs, un microcontrôleur et une application mobile. Ces trois éléments doivent travailler en synergie afin de permettre à un utilisateur de savoir ce qui se passe en temps réel dans le système, de garder une trace des évènements afin de mieux définir la source des problèmes et de lancer des actions à distance lorsque la situation l’exige.

Les principales actions menées à l’hiver 2019 ont été : 

Installation d’un système de capteurs pour les données mesurées (ESP8266) 

Le système de capteurs comprenait : 

Une calibration de l’électrode a été effectuée afin de programmer une correction lors de la lecture des données. De plus, le microprocesseur, auquel les capteurs étaient connectés, était protégé de l’eau à l’aide d’un boitier imprimé en 3D par les étudiants. 

Création de la plateforme de suivi des variables captées

Accessibles à distance à l’aide d’une application Android, cette application pouvait générer des notifications et des alertes en fonction des paramètres programmés.

Création d’une base de données 

Les données du système collectées étaient sauvegardées, aux trois minutes, dans une base de données. Cette fréquence peut être ajustée en fonction des besoins de l’utilisateur. Un serveur de test XAMPP et une base de données MYSQL ont été installés sur un serveur à distance. 

  1. Optimiser un MA à capteurs intégrés (partiellement atteint en 2019-2020) ;
  2. Automatiser le MA à capteurs intégrés (partiellement atteint en 2019-2020) ;
  3. Développer des applications pédagogiques utilisant le microécosystème aquaponique automatisé (MAA) (partiellement atteint en 2019-2020).


 

Objectifs spécifiques partiellement réalisés en 2019-2020

Volet biologique

Optimisation du MA

Pour que le système aquaponique soit fonctionnel de façon optimale, plusieurs actions ont été nécessaires. 

Le premier MA mis en place comprenait un aquarium d’environ 33 litres associé à un bac de culture végétale d’environ 15 litres. Quatre poissons rouges (Carassius auratus) et six poissons-zèbres (Danio rerio) étaient responsables de produire le nitrate nécessaire à la croissance végétale. Ce système était fonctionnel, mais pas de façon optimale.

Concentration de nitrate

Dans ce système, indépendamment des espèces végétales présentes, du nombre de plants ou de leur stade de développement, la concentration en nitrate était systématiquement trop élevée, soit entre 40 ppm et 80 ppm. Or, le maintien d’une concentration stable, située entre 10 ppm et 20 ppm, était visé afin de fournir suffisamment de nitrate aux végétaux tout en limitant le stress occasionné aux poissons. Dans le but de réduire et de stabiliser la concentration en nitrate, environ 10 à 12 litres de l’eau de l’aquarium ont été remplacés, aux deux jours, par de l’eau fraîche reposée à température de la pièce pendant un minimum de 24 heures. Aussi, rappelons que la nourriture offerte aux poissons représentait le seul intrant du système pouvant influencer la production des nitrates par les poissons, et donc, sa concentration dans l’eau de l’aquarium. La quantité de nourriture offerte aux poissons a donc été réduite, passant d’environ 0,76 g/jour à 0,24 g/jour. Aux 12 heures, les poissons recevaient 0,12 g de nourriture. Malgré la fréquence des changements d’eau et une réduction de l’apport alimentaire, la concentration en nitrate revenait et se maintenait entre 40 et 80 ppm.  

Le nombre de poissons était trop élevé puisque la production de déchets azotés par les poissons était supérieure à leur absorption par les végétaux. En plus de représenter un stress pouvant nuire à la santé des poissons, une concentration élevée en nitrate peut nuire à l’absorption d’autres éléments nutritifs. Leur croissance, leur développement et leur rendement en seront alors affectés. En effet, l’interaction entre nutriments peut influencer les capacités d’absorption des nutriments par une plante.

Choix d’une espèce végétale

Plusieurs espèces végétales ont été testées dans le système pour déterminer celle qui était la mieux adaptée afin de l’utiliser lors de l’optimisation du système. Les besoins nutritifs sont variables d’une espèce végétale à l’autre. Certains végétaux, comme les plants de tomate, sont exigeants, alors que d’autres, comme les plants de laitue, présentent de moins grands besoins. Lorsque la quantité de nutriments offerte n’est pas en adéquation avec leurs besoins nutritifs (insuffisants ou en excès), certains signes peuvent apparaître, notamment au niveau du feuillage (taille, enroulement, tâches, nécrose, coloration anormale…). Le Guide de carences de CANNA peut aider à les identifier. 

À la lumière des signes observés, une réduction du nombre de poissons dans le système semblait requise. Ainsi, un deuxième système, identique au premier a été mis en place à l’intérieur du même chariot. Toutefois, aucun poisson n’a été ajouté initialement au deuxième système lors des premières expériences.

Premières expériences : Expériences A et B

L’expérience A a été réalisée afin de répondre à la question mentionnée dans le premier article : « La différence notable de croissance des plants de persil pourrait-elle s’expliquer simplement par une accessibilité illimitée en eau, considérant que l’eau est une molécule impliquée dans la croissance végétale? ». L’expérience B représentait une répétition de l’expérience A, mais avec plus de plants et une période de croissance prolongée. Notons que les expériences A et B incluaient des témoins positifs, soit des plants de tomates et de laitue effectuant leur croissance dans de la terre, à l’intérieur du chariot. 

Les résultats de l’expérience A (aspect général et système racinaire des plants de tomate) suggéraient que la disponibilité de l’eau, à elle seule, n’expliquait pas cette différence. Que la présence de nutriments, notamment de nitrate, influençaient de façon très importante la croissance des systèmes caulinaire et racinaire des plants de tomate. Les résultats relatifs aux plants de laitue sont moins clairs. Les plantules des trois groupes (témoins positifs, témoins négatifs et groupe expérimental) ont présenté une croissance anormalement faible. Cela amène à penser que la quantité et la qualité de la lumière, ainsi que la température de croissance étaient potentiellement inadéquates pour l’espèce de laitue choisie.

Les résultats obtenus lors de l’expérience B ont été similaires à ceux de l’expérience A, donc reproductibles. Une différence a toutefois été observée quant à la taille des plants de tomate. En augmentant le nombre de plants pour une même surface de culture, la taille finale des plants de tomates était inférieure et plus variable, bien que systématiquement plus grande que celle des plants du système sans poissons. Ces observations suggèrent qu’une certaine compétition pour la lumière était présente. 

Puisque les plants de tomate semblaient le mieux adaptés au système, cet organisme a été choisi comme organisme végétal principal du système.

Soulignons que ce sont des plantules présentant deux cotylédons et zéro, une ou deux feuilles qui ont été introduites dans les systèmes. La taille et le diamètre des tiges, le nombre de feuilles, leur taille et leur coloration, ainsi que les données relatives à la qualité de l’eau du système ont été collectées manuellement tout au long de ces expériences. Une échelle colorimétrique a été produite à partir de photos de feuille afin de recueillir des données semi-quantitatives plus facilement comparables. Les résultats suggéraient que la vitesse de croissance et la couleur du feuillage n’étaient pas optimales au cours des six premières semaines dans le système. Ensuite, la croissance devenait rapide et la coloration des feuilles, celle recherchée. 

Le système a également été amélioré par l’ajout d’une feuille en plastique ondulée et percée, agissant comme un couvercle sur le bac de culture végétale afin de réduire les pertes d’eau par évaporation. Les paniers de culture étaient introduits dans les trous percés. En réduisant ainsi les pertes d’eau, on évitait la concentration des nitrates et diminuait la fréquence d’ajout d’eau par l’opérateur du système. 

En résumé, plusieurs observations nous ont incité à apporter des améliorations aux systèmes.

Une fois les expériences A et B terminées, les poissons ont été introduits dans le deuxième système aquaponique. Lors du démarrage d’un nouveau système aquaponique, il est nécessaire de procéder au cyclage de l’aquarium avant d’y introduire les poissons. Cette étape, permise par le développement de bactéries impliquées dans le cycle du nitrate, peut prendre plus d’un mois à se faire. Une stratégie pouvant être utilisée pour réduire la durée de cette étape est de remplir l’aquarium d’un tiers d’eau en provenance d’un aquarium existant, dont le milieu est sain et exempt de maladie, et de deux tiers d’eau du robinet ayant reposée à la température pièce pendant un minimum de 24 heures. L’ajout d’un supplément biologique Cycle Nutrafin pour aquarium est aussi fortement recommandé. Le mouvement de l’eau entre l’aquarium et le bac de culture peut être ensuite démarré. Lorsque la qualité de l’eau présente une absence d’ammoniaque et de nitrite, ainsi qu’une faible concentration de nitrate (moins de 20 ppm), il est possible d’introduire les poissons dans le système selon les techniques d’usage. Une surveillance de la qualité de l’eau est ensuite recommandée aux deux jours jusqu’à ce que la concentration en nitrate soit relativement stable.

Une fois les poissons répartis également dans chacun des aquariums de nos systèmes, les concentrations de nitrate se sont stabilisées dans l’intervalle de 10 ppm à 20 ppm. 

Automatisation

La seule composante qui a été automatisée dans le cadre du volet biologique est l’ajout d’un distributeur d’aliments automatique Nutramatic 2X Nutrafin à pile. La nourriture commerciale a été broyée à l’aide d’un pilon et d’un mortier avant d’être déposée dans le réceptacle. Le distributeur a été placé le plus éloigné possible de l’aquarium afin d’éviter les éclaboussures d’eau qui pourraient humecter la nourriture et empêcher sa distribution.

Applications pédagogiques

Le microécosystème aquaponique est un outil pédagogique accessible en termes de coût (entre 500$ et 1000$). Il peut tenir dans un espace aussi petit qu’un chariot de 75 cm x 63 cm x 140 cm. Il requiert un investissement de temps pour son installation, sa surveillance et son entretien qui est grand au départ, mais qui diminue jusqu’à aussi peu qu’une surveillance régulière de quelques minutes, en plus d’une journée de nettoyage aux trois mois. 

Le système représente une opportunité de mettre en place des expériences dont les résultats ne sont pas nécessairement connus à l’avance. La démarche scientifique peut donc être appliquée de façon authentique par les enseignants et les étudiants. Les étudiants pourront être mis en action dans leur apprentissage à travers une série d’activités créées à partir de ce montage par l’enseignant. Selon la nature de l’activité, les étudiants pourront être amenés à observer, à apprendre, comprendre ou consolider des notions théoriques, à mettre en application leurs connaissances, à prendre conscience de l’importance de chacune des disciplines scientifiques et à se sensibiliser à des enjeux de notre société.  Les enseignants pourront ainsi introduire ou approfondir tout un ensemble de sujets en biologie. Il sera également possible d’étudier d’autres sciences, notamment la chimie, la physique, les mathématiques et l’informatique et de réaliser des projets d’intégration multidisciplinaires. Et comme le système aquaponique est en fonction tout au long de la session ou de l’année, il suscite constamment l’intérêt et pique la curiosité.

Variété de sujets pouvant être abordés

  • Agriculture écoresponsable
  • Anatomie végétale
  • Bactéries du cycle de l’azote
  • Biocontrôle
  • Biomasse
  • Bourgeons axillaires et apicaux
  • Carences nutritives végétales
  • Cotylédons vs feuilles
  • Croissance et développement chez les végétaux
  • Cyclage
  • Cycle de l’azote
  • Cycle de l’eau 
  • Démarche scientifique
  • Densité d’une population
  • Expériences scientifiques
  • Interactions intra- et interspécifiques
  • Maladies/ravageurs – animales et végétales
  • Mathématique et Informatique : prédire, analyser et automatiser 
  • Microorganismes aquatiques (uni- et pluricellulaires, photosynthétiques ou pas)
  • Microscopie
  • Photopériode : croissance et floraison
  • Photosynthèse
  • Plantes terrestres et aquatiques
  • Pollution 
  • Pompage de l’eau, débit, siphon cloche
  • Propriété de l’eau
  • Quantité et qualité de la lumière
  • Réponses des végétaux aux stimuli internes et externes
  • Reproductibilité
  • Reproduction sexuée vs asexuée
  • Reproduction végétale
  • Sols et nutrition végétale
  • Spectrophotométrie
  • Tests de détection 

Le système aquaponique est donc un outil qui peut être très stimulant, intellectuellement. Il y a tant de choses à observer et de défis à relever! Cela stimule la créativité et l’innovation chez les étudiants et les enseignants. Aussi, c’est une opportunité unique offerte aux étudiants d’observer en direct les questionnements de leurs enseignants et leur façon de réfléchir, de structurer leurs pensées, de réagir face aux difficultés et d’appliquer une démarche rigoureuse. Cela donne lieu à de véritables échanges scientifiques entre les étudiants et les enseignants, en plus de provoquer l’émerveillement, la fascination et la conscientisation de l’importance des concepts que nous enseignons et de la nécessité de les maîtriser dans un contexte où nous souhaitons produire des objets ou des systèmes novateurs. 

À titre d’exemple, lorsque les taux de nitrate sont élevés et nécessitent des changements d’eau de l’aquarium, deux préoccupations surviennent relativement à la consommation d’eau potable et à la pollution de nos cours d’eau. À petite échelle, c’est insignifiant, mais lorsqu’on imagine un tel système à grande échelle, ces préoccupations deviennent fondamentales. Ces questionnements sensibilisent donc les étudiants aux enjeux environnementaux, en matière d’utilisation d’insecticide, de ressources naturelles, comme l’eau, et des contraintes survenant lors de la conception d’un système. Et tout cela amène à réfléchir et à faire preuve d’innovation.

D’ailleurs, nous avons cherché une méthode d’élimination du nitrate de l’eau, facile, accessible et ne nécessitant pas de chaleur. Or, les experts en traitement de l’eau vous diront l’ampleur du défi que posent les nitrates : pas facile de mesurer leur concentration précisément et rapidement et de les éliminer. Est-ce qu’une plante aquatique commeCabomba sp. pourrait être cultivée et utilisée dans un bassin intermédiaire, afin de retirer le nitrate de l’eau pour ensuite la retourner vers l’aquarium ? Combien de plantes seraient nécessaires ? Sera-t-il important d’oxygéner le bassin ? À quelle vitesse la réaction se produira-t-elle ? 

C’est ainsi que l’Expérience C (conditions expérimentales) a été mise en place à l’hiver 2020 par les étudiants du cours de Biologie II (101-702-BB) du programme Sciences, lettres et arts. Les résultats obtenus ont été véritablement intéressants (Eau reposée et Eau d’aquarium) et nous ont permis de calculer la vitesse d’élimination du nitrate de l’eau et de mesurer l’importance de fournir de l’oxygène à la plante (vitesse en absence d’oxygène et vitesse en présence d’oxygène). L’expérience sera répétée ultérieurement afin valider les résultats, mais cette fois en utilisant la méthode à l’acide chromotropique pour détecter le nitrate par spectrophotométrie. Nous avons également mesuré, pour un même échantillon d'eau, la quantité d’azote provenant du nitrate (NO3-N) à l'aide du API® FRESHWATER MASTER TEST KIT, de la Trousse principale d’analyse Nutrafin et par spectrophotométrie à l’aide de la méthode à l’acide chromotropique. Les résultats des tests API et de spectrophotométrie correspondaient. Ceux de la trousse Nutrafin laissaient croire qu’ils étaient problématiques, mais nous croyons que les résultats exprimaient simplement la concentration de nitrate (NO3-) plutôt que la quantité d’azote provenant du nitrate (NO3-N). 

Volet informatique

Optimisation du MA 

Le système de capteurs, réalisé lors de la première phase, était retreint aux usagers d’Android : son interface devait être installée sur une tablette ou un téléphone Android. De plus, l’entreposage des données se faisait à distance. Afin de gagner en flexibilité et en sécurité, des améliorations ont été apportées au système de capteurs.

Approches pédagogiques

Soulignons que le projet vise notamment un enrichissement des sciences et de la technologie au postsecondaire. Ainsi, l’apprentissage de l’environnement mobile a été très gratifiant pour les étudiants en Sciences informatiques et mathématiques, puisque cette compétence n’est pas développée dans leur programme d’études.

Ainsi, en emmagasinant d’abord les données localement et ensuite sur un serveur externe, le système de capteur devient non seulement autonome, mais aussi plus sécuritaire. La collecte des données pourra se poursuivre de façon indépendante, peu importe l’état de fonctionnalité du serveur externe. De plus, une application web sera progressivement développée afin de rendre les données accessibles à partir de n’importe quel support informatique.

Pour le moment, une page web permettant la saisie de données mesurées manuellement a été créé. Elle regroupe les mesures de tous les paramètres désirés, ainsi que la date et l’heure de la saisie. Le site d’affichage des données captées sera réalisé lors de la prochaine phase du projet.

Le Raspberry Pi : une solution à petit prix

Le Raspberry Pi, un nano-ordinateur dont le coût est très accessible, peut traiter et emmagasiner les données localement avant de les envoyer au serveur web et au serveur de bases de données.  C’est pour ces raisons qu’il a été choisi. Il peut aussi héberger ces deux serveurs. Un Raspberry Pi possédant 4 GB de RAM et 32 GB de mémoire d’entreposage permet de répondre aux besoins du MA.

Ensemble Raspberry Pi 4 modèle B

Figure 1- Ensemble Raspberry Pi (https://www.canakit.com/raspberry-pi-4-complete-starter-kit.html )
Figure 1- Ensemble Raspberry Pi
(https://www.canakit.com/raspberry-pi-4-complete-starter-kit.html )
‐        Raspberry Pi 4 modèle B 


‐        Processeur Quad-core ARMv8 

‐        1,5 GHz 64 bits

‐        4 GB de RAM

‐        Carte SanDisk 32GB Class 10 MicroSD et lecteur de carte USB

‐        CanaKit Premium High Gloss Raspberry Pi 4 Boîtier avec support de ventilateur intégré, système de roulement à faible bruit

‐        CanaKit USB-C Raspberry Pi 4 alimentation avec filtre de bruit, jeu de dissipateurs thermiques, câble micro HDMI vers HDMI – 1,8 m (prend en charge jusqu'à 4K 60p)

‐        CanaKit USB-C PiSwitch (On/Off Power Switch pour Raspberry Pi 4)

‐        CanaKit USB-C Power Supply Clavier officiel Raspberry Pi et souris

Les autres caractéristiques intéressantes du Raspberry Pi sont ses capacités à gérer la communication sérielle (RS-232 ou RS-485 sur le ESP), à connecter plusieurs dispositifs grâce à ses multiples ports et à établir la connexion aux ESP et aux serveurs via une connexion wifi. Ce nano-ordinateur offre donc un système complet, autonome et efficace.

Automatisation du MA

Système d’ajustement du niveau d’eau automatisé

Les niveaux d’eau de l’aquarium et du bac de culture végétal doivent variés entre un seuil minimal et une maximal. Le bac de culture végétale étant exposé à l’air, une partie de l’eau qui s’y trouve s’évapore inévitablement. Pour réduire le temps nécessaire à la maintenance des systèmes et s’assurer que les poissons et les végétaux ne manquent jamais d’eau, un microsystème aquaponique autonome devrait automatiser le maintien d’un niveau d’eau adéquat. Ainsi, le système devrait activer ou désactiver un moteur lié à une source d’eau qui se chargera de la distribution d’eau dans le système.   

Le système développé a été testé indépendamment du MA. Puisque le code développé fonctionne très bien, le système d’ajustement du niveau d’eau sera implanté lors de la prochaine phase du projet. À la lumière des expériences réalisées, le moteur de 12 volts permettrait d’offrir la puissance optimale pour une gestion du niveau d’eau efficace.  

Système d’ajustement du niveau d’eau automatisé

  1. Une carte ESP8266 ;
  2. Deux capteurs ultrasons ;
  3. Un moteur de 5 ou 12 volts ;
  4. Des lumières LEDs, nécessaire à la visualisation des résultats.

Système de détection de l’ammoniaque, du nitrite et du nitrate

Les sondes permettant de mesurer l’ammoniaque, les nitrites et les nitrates sont extrêmement dispendieuses (minimum de 6000$), nécessitent un entretien régulier et ont une faible durabilité (1 an). Nous en avons exploré les caractéristiques de quelques modèles, dont certaines étaient autonettoyantes. Ces modèles ne répondent pas aux besoins du système ou sont excessivement dispendieuses. Il devient alors nettement préférable de développer une méthode alternative pour déterminer leur concentration ou, à tout le moins, de définir une méthode de les maintenir stables dans le système.

Figure 2- Sonde Aqua troll 500
Figure 2- Sonde Aqua troll 500
La sonde Aqua TROLL 500 d'In-Situ est le modèle se rapprochant le plus du modèle recherché. En plus d’être l’une des plus économique sur le marché, cette sonde permet une communication sérielle avec le Raspberry Pi, en plus de la collecte de données sans fil. Ces caractéristiques facilitent son intégration à un système de contrôle à distance.

Cette sonde multi paramètres robuste et de haute précision permet le suivi ponctuel ou continu des paramètres physico-chimiques standards dans l’eau. Elle dispose de quatre emplacements permettant de personnaliser les capteurs en fonction des besoins dont l’ammonium, le nitrate et même le chlorure.  (https://www.sdec-france.com/aqua-troll-500-sonde-multi-parametres-insitu.html)

En résumé, le système de capteurs a été optimisé. Différentes solutions d’automatisation du système ont été identifiées. Après une expérimentation hors du MA, le système d’ajustement du niveau d’eau automatisé sera installé et évalué sur le système réel. De plus, les recherches sur les capteurs d’ammoniaque, de nitrite et de nitrate ont permis de mieux définir les différentes variétés, la fiabilité, l’entretien, le coût et la durabilité d’un tel produit. Cette solution n’a pas été retenue, car la fiabilité des résultats obtenue est questionnée dans la littérature, l’entretien doit être fait sur une base régulière, le coût est très élevé et la durabilité est faible, donc il faut prévoir les remplacer annuellement. Ainsi, une stratégie misant sur la fréquence des changements d’eau, facilité par la combinaison d’un système d’ajustement du niveau d’eau et d’un système d’évacuation d’eau, contribuera au maintien des concentrations souhaitées et stables d’ammoniaque, de nitrite et de nitrate dans le système. 

Enfin, sur le plan pédagogique, le Raspberry Pi est un nano ordinateur, une alternative de choix à l’ordinateur, qui facilite l’apprentissage dans plusieurs domaines. Il est équipé de périphériques adaptés et de haute performance : le clavier et la souris officiels du Raspberry Pi. Ces périphériques peuvent se connecter directement à l’appareil. Plus encore, le clavier possède trois ports USB permettant d’accueillir des périphériques supplémentaires, libérant les ports du PI pour d’autres utilisations. Non seulement la connexion au wifi est simplifiée, le Raspberry Pi peut en plus utiliser sa propre mémoire pour y entreposer les données, un serveur web ou toute autre application web d’interfaçage. Il peut communiquer directement avec l’ESP et récupérer les informations transmises par les capteurs.

Gestion de l’interrupteur d’eau via l’ESP 8266

int trigger_pin=12;//D6
int echo_pin=14;//D5
int motArretP=4;//D2
int motMarcheP=0;//D3

int trigger_pin_plante=12;//D7
int echo_pin_plante=14;//D8
int motMarcheA=2;//D4

int niveauMinA=60;
int niveauMaxA=25;

int niveauMinP=100;
int niveauMaxP=50;

const unsigned long mesure_timeout=25000;
const float sound_speed=340.0/1000;

//const unsigned long mesure_timeoutP=25000;
//const float sound_speedP=340.0/1000;

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
   Serial.begin(115200);
      pinMode(trigger_pin,OUTPUT); 
      digitalWrite(trigger_pin,LOW);
      pinMode(echo_pin,INPUT);
      pinMode(motArretP,OUTPUT);
      digitalWrite(motArretP,HIGH);
      pinMode(motMarcheP,OUTPUT);
      digitalWrite(motMarcheP,HIGH);
/***********************************************/
      pinMode(trigger_pin_plante,OUTPUT); 
      digitalWrite(trigger_pin_plante,LOW);
      pinMode(echo_pin_plante,INPUT);
      //pinMode(motArret_plante,OUTPUT);
      //digitalWrite(motArret,HIGH);
      pinMode(motMarcheA,OUTPUT);
      digitalWrite(motMarcheA,HIGH);
      
}
void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:

  digitalWrite(trigger_pin,HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigger_pin,LOW);
  long mesure=pulseIn(echo_pin,HIGH,mesure_timeout);
  float distance_mm=mesure/2.0*sound_speed;

  //Serial.print();
  Serial.print("Distance en milimettre : ");
  Serial.println(distance_mm);

  /**************************************/
        digitalWrite(trigger_pin_plante,HIGH);
        delayMicroseconds(10);
        digitalWrite(trigger_pin_plante,LOW);
        long mesureP=pulseIn(echo_pin_plante,HIGH,mesure_timeout);
        float distanceP_mm=mesureP/2.0*sound_speed;	
  //Serial.print();
  Serial.print("Distance en milimettre n e p : ");
  Serial.println(distanceP_mm);

    /*Serial.print(F("mm ("));
  Serial.print(distance_mm/10.0,2);
  Serial.print(F("cm, "));
  Serial.print(distance_mm/1000.0,2);
  Serial.println(F("m)"));*/

  if(distance_mm<niveauMinA && distance_mm>niveauMaxA){
    Serial.println("Le niveau d'eau est stable");

    digitalWrite(motArretP,HIGH);
      
      digitalWrite(motMarcheP,LOW);
    
  }else if (distance_mm>niveauMinA){
    Serial.println("Il faut ajouter de l'eau ");

      digitalWrite(motArretP,LOW);
      
      digitalWrite(motMarcheP,HIGH);
      
  }else{
    Serial.println("ERREURE ");
      digitalWrite(motArretP,LOW);
      
      digitalWrite(motMarcheP,LOW);
  }

  /*********************************/
      if(distanceP_mm<niveauMinP && distance_mm>niveauMaxP){
        Serial.println("Le niveau d'eau est stable");
    
        //digitalWrite(motArretP,HIGH);
          
          digitalWrite(motMarcheA,LOW);
        
      }else if (distanceP_mm>niveauMinP){
        Serial.println("Il faut ajouter de l'eau au plante");
    
          //digitalWrite(motArretP,LOW);
          
          digitalWrite(motMarcheA,HIGH);
          
      }else{
        Serial.println("ERREURE eau plantes ");
         //digitalWrite(motArretP,LOW);
          
         digitalWrite(motMarcheA,LOW);
      }
  delay(5000);
}

En conclusion

Le projet de création du « Microécosystème aquaponique automatisé » est stimulant et enrichissant pour l’ensemble des enseignant(e)s et étudiant(e)s impliqué(e)s, tant en biologie qu’en informatique. 

Il s’agit d’un véritable mini-laboratoire en continue qui amène de nombreux questionnements et défis scientifiques et informatiques, en plus d’inspirer plusieurs étudiants sur le plan académique (projets d’intégration) et sur le plan parascolaire. 

Novascience et la Vitrine Technologie et Éducation ont contribué significativement à doter le Collège d’une expertise innovante dans le domaine de l’aquaponie. Ce projet continuera à inspirer et à stimuler la curiosité, l’innovation et l’esprit scientifique des personnes impliquées, car nous visons à le maintenir actif et à poursuivre son amélioration dans les années à venir. C’est un système ouvert et en temps réel qui permet aux intéressés d’accéder à des données et des résultats en aquaponie. Nous ferons part de ces améliorations et bonification du système lors du troisième et dernier article.

Références (sitographie)

  1. Canakit Raspberry Pi  
  2. https://leresteux.net/aquaponie-premier-test/
  3. https://in-situ.com/us/product-aqua-troll-500-multiparameter-sonde
  4. https://www.sdec-france.com/aqua-troll-500-sonde-multi-parametres-insitu.html
  5. https://www.vteducation.org/fr/articles/innovation/microecosysteme-aquaponique-automatise-maa-premiere-partie
  6. https://apifishcare.com/product/freshwater-master-test-kit
  7. http://www.tetra-fish.com/products/nutrition/tetramin-tropical-flakes.aspx
  8. https://www.canna.ca/fr-ca/linteraction_des_nutriments
  9. https://www.canna.ca/fr-ca/downloads/130
  10. http://ca-fr.hagen.com/Aquariophilie/Traitement-de-l-eau/Additifs-Suppl%C3%A9ments/A7900
  11. https://www.mondou.com/fr-CA/conseils/lacclimatation-de-nouveaux-poissons-dans-un-aquarium
  12. http://ca-fr.hagen.com/Aquariophilie/Nutrition/Fin-de-semaine-Distributeurs-d-aliment/10780
  13. https://www.canna.ca/fr-ca/downloads/164
  14. http://ca-fr.hagen.com/Aquariophilie/Traitement-de-l-eau/Trousses-d-analyse/A7860

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