Le professeur Boyd évoque un facteur de stress critique qui peut entraîner la mort ou une perte d'appétit, un retard de croissance et une plus grande vulnérabilité aux maladies.
Il est bien connu des aquaculteurs que la disponibilité d'organismes alimentaires naturels limite la production de crevettes et de la plupart des espèces de poissons en étang à environ 500 kg par hectare et par cycle (kg/ha/cycle). En élevage semi-intensif, avec alimentation industrielle et renouvellement quotidien de l'eau mais sans aération, la production peut généralement atteindre 1 500 à 2 000 kg/ha/cycle. Cependant, à des rendements plus élevés, la quantité d'aliments nécessaire engendre un risque important de faible concentration en oxygène dissous (OD). L'OD est donc un paramètre essentiel pour l'intensification des rendements en aquaculture en étang.
L'aération mécanique permet d'accroître la quantité d'aliments apportés et d'obtenir ainsi de meilleurs rendements. Chaque cheval-vapeur d'aération par hectare permet d'apporter environ 10 à 12 kg d'aliments par hectare et par jour à la plupart des espèces d'élevage. Une production de 10 000 à 12 000 kg/ha/culture est courante avec des taux d'aération élevés. Des rendements encore supérieurs peuvent être atteints dans des bassins et des cuves revêtus de plastique, également avec des taux d'aération élevés.
On entend rarement parler d'asphyxie ou de stress oxydatif dans l'élevage intensif de poulets, de porcs et de bovins, mais ces phénomènes sont fréquents en aquaculture. L'importance de l'oxygène dissous en aquaculture sera expliquée.
L'air près de la surface terrestre contient 20,95 % d'oxygène, 78,08 % d'azote et de faibles pourcentages de dioxyde de carbone et d'autres gaz. La quantité d'oxygène moléculaire nécessaire pour saturer l'eau douce à pression atmosphérique standard (760 millilitres de mercure) et à 30 °C est de 7,54 mg par litre (mg/L). Bien entendu, durant la journée, lorsque la photosynthèse est en cours, l'eau d'un étang est généralement sursaturée en oxygène dissous (la concentration peut atteindre 10 mg/L, voire plus, en surface), car la production d'oxygène par photosynthèse est supérieure aux pertes d'oxygène dues à la respiration et à la diffusion dans l'air. La nuit, lorsque la photosynthèse cesse, la concentration d'oxygène dissous diminue ; une valeur inférieure à 3 mg/L est souvent considérée comme la concentration minimale acceptable pour la plupart des espèces aquatiques d'élevage.
Les animaux terrestres respirent l'air pour obtenir de l'oxygène moléculaire, absorbé par les alvéoles de leurs poumons. Les poissons et les crevettes doivent pomper l'eau à travers leurs branchies pour absorber l'oxygène moléculaire grâce à leurs lamelles branchiales. L'effort respiratoire ou de pompage de l'eau à travers les branchies requiert une énergie proportionnelle au poids de l'air ou de l'eau concernée.
On calculera les masses d'air et d'eau à insuffler ou à pomper pour exposer les surfaces respiratoires à 1,0 mg d'oxygène moléculaire. L'air étant composé à 20,95 % d'oxygène, environ 4,8 mg d'air contiennent 1,0 mg d'oxygène.
Dans un bassin d'élevage de crevettes dont l'eau présente une salinité de 30 ppt à 30 °C (densité de l'eau = 1,0180 g/L), la concentration en oxygène dissous à saturation est de 6,39 mg/L. Un volume de 0,156 L d'eau contient 1,0 mg d'oxygène et pèse 159 grammes (159 000 mg). Ce poids est 33 125 fois supérieur à celui de l'air contenant 1,0 mg d'oxygène.
Les animaux aquatiques dépensent plus d'énergie.
Une crevette ou un poisson doit dépenser beaucoup plus d'énergie qu'un animal terrestre pour obtenir la même quantité d'oxygène. Le problème s'aggrave lorsque la concentration d'oxygène dissous dans l'eau diminue, car il faut alors pomper davantage d'eau à travers les branchies pour leur fournir 1,0 mg d'oxygène.
Lorsque les animaux terrestres consomment de l'oxygène de l'air, celui-ci est facilement rétabli car l'air circule librement, étant beaucoup moins dense que l'eau (par exemple, la densité de l'air à 25 °C est de 1,18 g/L, contre 995,65 g/L pour l'eau douce à la même température). Dans un système d'aquaculture, l'oxygène dissous consommé par les poissons ou les crevettes doit être remplacé par la diffusion de l'oxygène atmosphérique dans l'eau. La circulation de l'eau est donc nécessaire pour transporter l'oxygène dissous de la surface vers la colonne d'eau pour les poissons, ou vers le fond pour les crevettes. L'eau étant plus dense que l'air, sa circulation est plus lente, même avec l'aide de dispositifs mécaniques tels que des aérateurs.
L'eau contient beaucoup moins d'oxygène que l'air : à saturation et à 30 °C, l'eau douce contient 0,000754 % d'oxygène (contre 20,95 % pour l'air). Bien que l'oxygène moléculaire puisse rapidement pénétrer dans la couche superficielle d'une masse d'eau, la circulation de l'oxygène dissous dans toute la masse dépend de la vitesse à laquelle l'eau saturée en oxygène en surface est mélangée par convection au reste de la masse d'eau. Une importante population de poissons ou de crevettes dans un étang peut épuiser rapidement l'oxygène dissous.
L'administration d'oxygène est difficile
La difficulté d'oxygéner les poissons et les crevettes peut être illustrée comme suit. Les normes gouvernementales autorisent environ 4,7 personnes par mètre carré lors d'événements en plein air. Si l'on suppose que chaque personne pèse 62 kg (poids moyen mondial), la biomasse humaine atteindrait 2 914 000 kg/ha. Les poissons et les crevettes ont généralement besoin de 300 mg d'oxygène par kg de poids corporel et par heure pour respirer. Cette biomasse pourrait épuiser l'oxygène dissous dans un étang d'eau douce de 10 000 mètres cubes, initialement saturé à 30 °C, en seulement 5 minutes environ, et les animaux d'élevage suffoceraient. Quarante-sept mille personnes par hectare lors d'un événement en plein air ne rencontreraient aucune difficulté respiratoire après plusieurs heures.
L'oxygène dissous est une variable critique car il peut tuer directement les animaux d'aquaculture, mais, de manière chronique, une faible concentration d'oxygène dissous stresse les animaux aquatiques, entraînant une perte d'appétit, une croissance lente et une plus grande susceptibilité aux maladies.
Équilibrer la densité animale et les apports alimentaires
Une faible concentration d'oxygène dissous est également associée à la présence de métabolites potentiellement toxiques dans l'eau. Parmi ces toxines figurent le dioxyde de carbone, l'ammoniac, les nitrites et les sulfures. En règle générale, dans les étangs où les caractéristiques de base de la qualité de l'eau de la source sont adaptées à l'élevage de poissons et de crevettes, les problèmes de qualité de l'eau seront rares tant que la concentration d'oxygène dissous sera suffisante. Cela nécessite d'équilibrer les taux de peuplement et d'alimentation avec la disponibilité en oxygène dissous, soit par des sources naturelles, soit par un apport supplémentaire d'oxygène dissous dans le système d'élevage.
En aquaculture en bassins, la concentration en oxygène dissous est cruciale la nuit. En revanche, dans les nouveaux types d'élevage plus intensifs, la demande en oxygène dissous est importante et sa concentration doit être maintenue en permanence par aération mécanique.
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Date de publication : 30 septembre 2024