Amicale Bretagne de Récif France
 
Sujet traité au cours de la réunion du 12/9/98 à Saint-Malo
 
LE POINT SUR LA DENITRATATION AUTOTROPHE SUR SOUFRE
 
Mise à jour du 09/04/99 (en Bleu)
 
Par Marc LANGOUET ing ENSCR
 
Dans un milieu confiné, comme celui constitué par un aquarium, l'apport régulier de nourritures qui nécessairement contiennent une quantité, plus ou moins importante, de matières azotées conduira, inéluctablement, tôt ou tard à une teneur en nitrates incompatible avec la vie des espèces hébergées.
 
Ce phénomène est maintenant bien connu de la plupart des aquariophiles, en particulier de ceux qui entretiennent des bacs récifaux, la tolérance des coraux aux nitrates étant particulièrement faible par rapport à d'autres organismes vivants.
 
Diverses solutions ont été proposées pour pallier ce problème : changement d'eau, filtre à algues.... La plus commune de toutes est probablement l'écumeur, base de la méthode berlinoise qui consiste à éliminer le maximum de matières azotées avant qu'elles ne se transforment en nitrates.
 
Néanmoins ces méthodes ne sont pas sans difficultés et ne permettent pas toujours de régler facilement le problème. Je pense particulièrement aux bacs assez ou très chargés en poissons ou ceux qui hébergent des coraux ou des invertébrés nécessitant des apports fréquents de nourriture (bons nombres de gorgones ou de très beaux coraux tels que Tubastrea aurea, la famille des Dendronephtya ou les Carotalcyon sagamianum).
 
Ces animaux magnifiques sont très rarement élevés en aquarium en raison du fait qu'il convient de les nourrir très régulièrement (ce qui peut être automatisé) et que cela conduit très vite à des taux de nitrate élevés.
 
Je vais expliquer ici les deux méthodes originales que j'ai développées et dont l'utilisation pourrait se répandre rapidement.
 
 

1° La dénitratation autotrophe sur soufre

 
Un article paru sur le site MARS le 18/5/98 et rédigé par Christophe SOLER résume assez bien la méthode. Je me contenterai donc simplement de préciser l'historique et d'ajouter quelques informations. C'est mon ancien professeur Guy Martin de l'Ecole Nationale Supérieure de Rennes qui est à l'origine de cette idée ; il l'appliquait au traitement de l'eau douce destinée au réseau d'adduction.
Des 1991 j'ai testé cette méthode en eau de mer ce qui était nouveau surtout que nous ne savions pas si elle aurait des conséquences en termes de toxicité vis à vis des espèces présentes.
 
C'est uniquement fin 94 que, fort de 3 années d'expériences sans toxicité apparente sur de nombreux bacs et espèces présents à mon domicile, j'ai proposé cette méthode à Michel Hignette conservateur de l'aquarium du MAAO. Un pilote y a été lancé par mes soins.
 
Depuis lors, l'expérimentation a été réalisée à plus grande échelle, tant au MAAO qu'au Grand Aquarium de Saint-Malo dont j'ai assuré la direction technique et scientifique du premier juin 1996 à mi-décembre 1997.
 
Je tiens à préciser que j'utilise depuis 1996 du soufre en bille de diamètre moyen 3,5 millimètres commercialisé par SESOLà St Herblain(44). Cette présentation est beaucoup plus facile à utiliser que de partir de soufre en barre et de le concasser au marteau.
 
La quantité de soufre à utiliser est fonction du taux initial de nitrate lors de la mise en route et de la quantité de nourriture apportée. Je considère qu'un volume de soufre égal à 1% du volume total de l'eau à traiter est suffisant lorsque le taux initial de nitrate est inférieur à 50 mg/l (NO3-).
 
Le débit d'eau qui peut traverser la colonne de soufre dépend du taux de nitrate de l'eau à traiter : plus il y a de nitrate plus le débit en entrée doit être faible faute de quoi vous retrouverez une partie des nitrates en sortie de colonne.
 
Vous pouvez tabler pour le démarrage sur un ordre de grandeur de 1 l par heure et par litre de soufre dans la colonne. Vous ajusterez ensuite de la façon suivante :
 
- Pour un débit trop faible vous aurez une odeur d'œuf pourri en sortie de colonne due à une production d'hydrogène sulfureux (H2S) ce qui arrivera rarement et pour des débits vraiment très faibles.
 
- Pour un débit trop fort vous détecterez des nitrites ou des nitrates dans l'eau de sortie alors que bien réglé vous pouvez obtenir 0 mg/l de nitrate en sortie.
 
Toutefois l'expérience montre que le système est très tolérant quant au réglage du débit, débit qui pourra aller jusqu'à cinq litres heure par litre de soufre.
 
 
- L'eau envoyée sur la colonne peut provenir d'une dérivation du filtre aérobie ou directement du bac. La colonne doit permettre l'échappement de l'azote produit : pour cette raison une circulation d'eau verticale de bas en haut me paraît préférable avec réglage du débit en entrée de colonne et non en sortie. La sortie de colonne peut être ouverte à l'air libre. L'eau sortant de la colonne de soufre peut-être très acide mais selon mes expériences un dégazage de cette eau (par exemple par injection d'air à l'aide d'un diffuseur) permet de retrouver un pH proche de celui d'entrée. L'acidité de cette eau est donc au moins en grande partie liée à la présence de gaz carbonique ; d'où l'idée d'utiliser cette eau pour réaliser un réacteur à calcaire en la faisant passer dans une seconde (voire même une troisième) colonne identique en taille à celle contenant le soufre mais cette fois remplie de maërl ou de sable corallien de faible granulométrie (le même sable que celui que vous utilisez pour garnir le fond de votre bac).
 
Cette eau contient également des sulfates en quantité légèrement supérieure au taux en entrée mais il n'a été jamais observé de conséquence en 7 ans d'expérimentation même sur des bacs ne subissant aucun changement d'eau pendant des années. Il faut dire à ce sujet qu'une erreur s'est glissée dans la publication faite conjointement avec le MAAO : le taux de soufre présent dans l'eau de mer naturelle est de près de 900mg/l ; ce soufre est présent sous forme de sulfate (SO4- -)soit environ 2,65 g/l de sulfate, quantité qui à elle seule peut expliquer que l'apport du système en sulfate sera sans conséquence notable.
 
 
2° la méthode Jaubert dopée au soufre.
 
La méthode Jaubert est, maintenant, de mieux en mieux connue ; et je l'utilise depuis 1994. Elle consiste à réaliser la réduction des nitrates en azote et le réacteur à calcaire directement dans l'aquarium. La réduction se produit dans la partie basse d'une couche épaisse de sable de 8 à 10 cm (selon communication personnelle de J. Jaubert). Cette méthode fonctionne très bien ; néanmoins, elle semble limitée aux aquariums peu chargés en poissons ou assez peu nourris, vraisemblablement par manque de matière organique dans la partie basse du sable facteur limitant le développement des bactéries anaérobies qui transforment des nitrates en azote en se nourrissant de composés carbonés (matières organiques).
 
Il semble également que seuls les aquariums bien éclairés puissent fonctionner selon cette méthode sans que l'on ait aujourd'hui d'explication indiscutable sur ce sujet.
 
Enfin, il faut que la surface du sol de l'aquarium qui est couverte par le décor ne dépasse pas environ 25 % (toujours selon les informations communiquées par J.Jaubert).
 
Si, pour une raison ou pour une autre, des nitrates sont présents de façon persistante dans l'eau, on peut toujours doper le système pour les faire disparaître, plus vite, en accélérant le processus bactérien par introduction de matières organiques dans la couche basse de sable (glucose par exemple introduit par une canne pénétrant sous la couche et débouchant au-dessus de la surface de l'eau de l'aquarium).
 
Pour faire fonctionner cette méthode Jaubert au-delà de ses limites c'est-à-dire dans un aquarium très nourri et peu ou pas éclairé, sans avoir à ajouter de glucose sous la couche, tout en conservant ses avantages à savoir simplicité extrême, pas de réacteur extérieur, pas de débit à régler, réacteur à calcaire incorporer, etc. l'idée m'est venue, il y a quelques années, de m'affranchir du facteur limitant que constitue la quantité de matières organiques présentent dans la partie basse du sable en dopant le système avec une petite couche de soufre en billes placées à ce niveau. Ceci permet de faire fonctionner le système de façon autotrophe et non plus seulement hétérotrophe en carbone.
 
Ce dispositif que j'ai expérimenté avec succès est constitué d'une grille de fond traditionnelle style filtre sous sable mais sans exhausteur (l'eau ne traverse la couche de sable que par diffusion naturelle entre les grains de sable comme dans la méthode Jaubert).
 
Le protocole expérimental que j'ai mis en place fin août 1998 a été le suivant :
J'ai refait complètement un aquarium de 100 litres qui tournait depuis plusieurs années et qui avait 6 à 8 cm de sable corallien et des roches vivantes. Il est à noter que ce bac, bien qu'installé selon les principes de la méthode Jaubert, voyait son taux de nitrate monter pendant les périodes de nourrissage.
 
De même vide de tout animal et non nourri pendant des mois son taux de nitrate ne baissa pas. C'est l'exemple parfait d'un bac Jaubert peu ou pas éclairé et qui ne fonctionne pas suffisamment vite, sans doute par manque de nutriments pour les bactéries anaérobies présentes dans la couche.
 
J'ai remonté l'ensemble en intercalant entre la grille de fond et la couche de sable une couche de soufre en billes d'environ 0,5 cm d'épaisseur placée entre deux couches de grillage à moustiquaire en plastique.
 
Les 65 à 70 litres d'eau de mer du bac avaient 35 mg/l de nitrate(NO3-). J'ai réemployé cette eau pour remplir le bac. Cinq jours plus tard, le bac présentait un taux de nitrite d'une valeur supérieure à 10 mg/l. Le sable utilisé étant du sable vivant, déjà ensemencé en bactéries aérobies, c'est la première étape de la transformation anaérobie des nitrates en nitrites qui était en train de se produire sur le soufre et non la transformation de l'ammoniaque en nitrite comme traditionnellement dans un bac nouvellement installé.
Le dixième jour, le taux de nitrite était de l'ordre de 1 mg par litre ; la transformation des nitrites en azote gazeux était donc en cours. Mais dans un système de ce type, il est logique que la circulation d'eau se produisant par diffusion naturelle à travers la couche de sable les évolutions mesurées dans l'eau du bac soient plus lentes que celles constatées à la sortie d'un réacteur à soufre où l'on force l'eau à traverser le filtre.
 
Le onzième jour, il ne restait plus de nitrite et le taux de nitrate était tombé à 5 mg/l.
 
Le douzième jour, les nitrates n'étaient plus détectables du tout (inférieur à 1mg/l).
 
Au quatre-vingtième jour le bac est toujours exempt de nitrate bien qu'il reçoive chaque jour un cube d'artémias congelées de 1 cm3 environ ce qui est un apport assez élevé pour 65 litres d'eau. Le tubastréa auréa présent dans ce bac depuis 2 mois est ouvert pratiquement toute la journée appréciant le fort courant qui règne dans le bac et l'apport quotidien de nourriture. Il en est de même des actinias équina et des deux spécimens de carotalcyon sagamianum. Le pH est de l'ordre de 7,7 en raison de la présence de gaz carbonique (un dégazage fait remonter le pH) mais cela n'a pas l'air de gêner les invertébrés. Le KH est compris entre 6 et 7. C'est également celui de l'eau de la Manche qui a servi à l'origine à remplir ce bac.
 
Cette méthode, très intéressante, pourrait parfaitement être mise en place dans la décantation annexe d'un bac existant de la sorte qu'on ne soit pas obligé de refaire l'ensemble du bac. Le pH relativement bas va sûrement rebuter certains d'entre vous, mais il faut savoir qu'avec la méthode Jaubert, le pH et le KH sont en général nettement plus bas qu'avec la méthode berlinoise (au moins le matin pour le pH). C'est sans conséquence notable sur les animaux. Mon bac n'est pas éclairé (si ce n'est par la lumière de la pièce) il n'est pas aéré autrement que par un échange normal à l'interface air-eau, cette interface étant d'ailleurs peu brassée puisque j'ai privilégié le courant sur les coraux afin de leur apporter leur nourriture.
Dans un aquarium éclairé et brassé en surface ou disposant de diffuseur, le gaz carbonique dissout sera mieux éliminé et le pH sera sûrement plus élevé d'autant qu'il n'est sans doute pas nécessaire d'avoir du soufre sur toute la surface du bac tel que je l'ai fait.
 
Je suis persuadé pour ma part que cette présence de CO2 en quantité dans l'eau n'est pas forcément un problème mais l'avenir nous le dira. Dès que je pourrai en acquérir j'ajouterai dans cet aquarium quelques Dendronephtyas, gorgones, Sphaerella krempfis, éponges ombrophiles etc.... l'alimentation quant à elle doit pouvoir être automatisée et donc plus régulière à l'aide de distributeur automatique car de simples flocons pour poissons suffisent à faire ouvrir Tubastréa auréa.
 
Merci de me faire part de vos expériences dans ce sens.
A suivre.
Marc LANGOUET.
Le 6/11/98
 
NB 1
Autotrophe :qui ne nécessite pas l'apport d'une énergie ou de nutriments extérieurs au système.
Hétérotrophe : qui le nécessite
 
NB 2 Vous pouvez faire part de vos commentaires ou des résultats de vos expériences soit directement à
Marc LANGOUET
La Guimorais
35350 St Coulomb
tél.+fax. 02 99 89 41 69
 
Soit au contact régional de Récif France en Bretagne qui transmettra
Pierre ZMIRO
17 rue de la gare
49440 Candé
Tél. 02 41 94 92 10
Fax 02 41 94 92 11
E-mail FBZ@wanadoo.fr
 
 
Questions, Réponses & Infos divers
 
 
Q : Le dégazage (échappement de l'azote produit) est évoqué par Marc dans son article. N'ayant pas de décantation dans mon bac, je veux placer la colonne en bas dans le meuble ; elle sera donc complètement pleine d'eau. J'ajoute que je vais remplir la colonne de soufre et de Maërl à 50/50%. Je compte rejeter l'eau traiter à l'air libre au dessus du niveau d'eau du bac, mais est-ce que cela suffira pour le dégazage ? Puis-je fonctionner ainsi sans risque tout en étant aussi efficace ?
 
R de Marc : Il n'y a pas de problème à ce que la colonne soit pleine d'eau; Il faut que la circulation se fasse de bas en haut dans la colonne soufre /maërl, mais il faut constater que ce n'est pas une très bonne idée car le maërl va se réduire en purée avec le temps et il faudra jeter le tout car cela se colmatera ... Mieux vaut séparer le soufre et le sable car le soufre peut être conservé : il ne se détériore pas .
 
 
Q : Faut-il ajouter du soufre régulièrement ?

R de Marc : Il y a une consommation de soufre mais elle est très faible elle correspond à la transformation:

4NO3 + 3S =2 N2 + 3 SO4
(cela est plus complexe mais le bilan revient à cela)
En réalité je n'ai pas rajouté de soufre pendant des années ni encore moins changé le soufre.
 
 
Q : A quoi sert exactement la prise d'air et est-elle fondamentale ?
 
R de Marc : La prise d'air n'est là que pour faciliter l'échappement de l'azote. Si on travaille sur des taux de nitrate assez élevés.Mais si le taux de nitrate en entrée du réacteur est faible ce dégazage d'azote va être faible et je pense qu'il ne posera pas problème à envoyer cette eau dans un visio-réacteur mais l'expérience reste à faire.
 
 
Q : Quel est le coût du Soufre ?

R de Marc : Le coût du soufre est de l'ordre de 10 à 30 FF/kg

 
 
Q : J'ai confectionné un réacteur selon les articles de MARS avec 2 colonnes de 5 litres ; une contenant des billes de soufre, et l'autre contenant un substrat calcaire type réacteur à calcaire grosse granulométrie. En huit jour, les nitrates qui étaient d'environ 25 mg/l dans mon bac de 400 litres, se sont retrouvées réduites à Zéro en sortie de colonne. Depuis, un mois environ après sa mise en route, le taux de nitrates se situe entre 0 et 5 mg/l dans le bac. C'est vraiment efficace !!
Mais comme rien n'est facile en récifal, il existe d'autres paramètres tout aussi importants, qui peuvent être, eux aussi, touchés par le réacteur à soufre. Pour le calcium tout d'abord, j'avais 410 mg/l environ au départ, et tout
en continuant comme d'habitude mon apport par de l'eau de chaux pour l'évaporation (5 litres par semaine environ car mon bac fermé évapore peu, rappel : éclairage exclusivement en fluos). J'ai au bout d'un mois 490 mg/l en sortie de colonne !! C'est génial, dois-je supposer que c'est la colonne de calcaire qui fait de l'effet ?
 
Par contre, le Ph lui, est depuis le début inférieur de 0,6 à 0,8 en sortie de colonne par rapport au bac. Ainsi, il est descendu dans le bac de 8,2 à 7,8 au bout d'un mois (7,05 en sortie de colonne). Que puis-je faire pour augmenter le Ph proprement sans indisposer les animaux ? Cette baisse de Ph s'arrètera-t'elle un jour ? Ce problème est-il inhérent au systême de dénitratation sur soufre et donc que faire pour stabiliser le Ph au alentour de 8,3 / 8,4 ?
 
R de MARS : Le débit du réacteur n'est pas indiqué. Peut-être peut-on jouer dessus (à la hausse ou à la baisse) afin de réduire la dose d'acide distribué dans l'aquarium, à tester en mesurant le pH de sortie, comme pour un réacteur à calcaire. Autre possibilité : Toujours comme dans un réacteur à calcaire, si le sable de corail est trop gros, l'eau passe trop vite dedans, avec une surface d'échange miniumum, ce qui ne permet pas de dissoudre assez le sable et donc de réduire l'acidité de l'eau. Pour remèdier à cela, soit augmenter la longueur du circuit dans le sable de corail, ou plus simplement prendre du sable de granulomètrie entre 1 et 5 mm.
 
 
Q : Comment gèrer la production de nitrites lors du lancement du réacteur ?
 
R de Marc : Il ne faut surtout pas travailler a débit élevé au début pendant la phase de démarrage car la réaction est anaérobie (sans oxygène), et donc si vous travaillez à débit élevé il n'y aura pas moyen de passer en anaerobiose et la réaction ne démarrera pas . Au contraire il faut réduire le débit au plus faible possible ( de l'ordre d'une goutte à la seconde pour 1 l de soufre, et ainsi les nitrites produits peuvent être envoyés dans le bac sans risque: vue leur faible quantité ils seront transformés par la filtration aérobie du bac en nitrates. Au bout de 3 à 5 jours les nitrites vont disparaître de l'eau en sortie et la vous pourrez augmenter le débit progressivement jusqu'à atteindre la vitesse de croisière en veillant pendant cette phase de croissance à ne pas faire réapparaître les nitrites par un débit trop rapide .Les nitrates tomberont eux a zéro dès que les nitrites auront disparu et a condition de ne pas augmenter trop ni trop vite le débit ; Il n'y a aucun changement d'eau à faire. La quantité de nitrites lors du démarrage est liée à la quantité de nitrates dans l'eau du bac : si les nitrates sont faibles, les nitrites le seront aussi.
 
 
Q : Faut-il prendre des précautions spéciales lorsque l'on arrête un réacteur à Soufre ?
 
R de C. Soler : Si vous stoppez le dénitrateur en laissant celui-ci rempli, il est nécessaire de laisser couler plusieurs fois son volume pour la remise en route (hydrogène sulfuré), vous verrez ça pu vraiment. Lorsque l'eau qui sort du réacteur ne sent plus vous pouvez la laisser couler à nouveau dans le bac.
 
 
Mise en garde de MARS :
 
1- L'utilisation de ce type de système, après un an d'expérience chez de nombreux aquariophiles, semble toujours prometteuse, mais génère quelques effets pervers qu'il nous faut apprendre à maitriser :
- baisse du KH
- surdose importante en calcium (800 mg/l par ex, or tout excès est nocif)
- difficultés diverses
Si la baisse du taux de nitrates est évidente, reste quelques détails à mettre au point. MARS espère être en mesure de publier bientôt la synthèse de diverses expériences sur le sujet
 

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