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 Pourquoi climatiser l'aquarium récifal

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AuteurMessage
FiFi
Baliste du récif
Baliste du récif



MessageSujet: Pourquoi climatiser l'aquarium récifal   Mer 26 Sep 2012 - 16:55

Introduction

La maintenance d’un aquarium récifal fait prendre conscience des interactions entre physique, chimie et biologie.
La modification ou dérive, même mineure, d’un paramètre influant sur les autres.
Les organismes marins se sont adaptés à des biotopes aux caractéristiques précises que nous devons reproduire avec la plus grande exactitude pour espérer les conserver sur de longues périodes.
La température fait partie de ces paramètres aux conséquences multiples.

Parmi les différents écosystèmes marins, les zones récifales sont certainement les plus faciles à reproduire, notamment à cause de leur température élevée compatible avec la chaleur de nos appartements.
La marge de manœuvre est malgré tout réduite et nécessite une attention particulière de notre part.
Ce n’est pas une question de confort mais de survie pour les animaux.

Température et activité biologique, actions sur le métabolisme des organismes marins L’action de la température à un rôle important sur des paramètres tels que :

• La modification des constantes de vitesse des réactions chimiques,
• Le déplacement de l'équilibre carbonate-bicarbonate,
• La variation de l'équilibre ammoniac –ammonium,
• L’augmentation de la quantité d'ammoniac, …

La température agit aussi directement sur le métabolisme des organismes aquatiques. Ainsi une température élevée favorise l’activité bactérienne, la croissance des coraux, accélère la respiration des poissons, etc.
Les conséquences d'une élévation de température sont ainsi multiples :

• Consommations accrues d’oxygène, de minéraux, d’iode, de calcium,
• Dégagement de CO2, augmentation de la production de déjections, …

Globalement on peut dire que la vie va plus vite et plus fort.
A l'inverse, une température trop basse entraîne un ralentissement biologique, voire une régression mortelle si une limite extrême est franchie.
Un autre facteur physique est à prendre en considération :
Lorsque la température augmente le taux d’oxygène dissous diminue rapidement alors que celui de CO2 augmente.

Deux formules antagonistes 'biologique et physique' sont ainsi en compétition :

1. Augmentation de température = augmentation biologique de consommation de l’O2 par les organismes,
2. Augmentation de température = diminution physique de l’O2 dissous dans l'eau.

On voit donc que les variations de concentrations d'oxygène peuvent être très rapides et même s'effondrer lorsque l'on franchit un seuil critique.

Une augmentation de la température signifie aussi :

• La réduction de la production de phyto et zooplancton,
• L’abaissement du pH dû à l’augmentation de CO2,
• La baisse de la concentration de carbonate de calcium (inhibe la calcification), …

Les organismes marins des récifs tropicaux sont adaptés à une température quasi constante d’environ 25° Celsius pour celles des couches d'eau superficielles qui nous concernent.
Pour offrir des chances de survie à ces organismes il faut rester impérativement dans cette marge.
Et si le ralentissement métabolique dû à un petit abaissement de température temporaire n'a qu'un effet de stress, une augmentation trop importante au-delà de quelques degrés au-dessus de 30° signifie à coup sûr la mort rapide des organismes (commençant pour les coraux par l'expulsion de leurs zooxanthelles, phénomène de blanchiment constaté avec le réchauffement climatique).
Pour cette raison la pollution thermique actuelle des océans est un problème sérieux, source de grande inquiétude car amplifiée par les concentrations simultanées de CO2 dans l’air et les océans.

Premières conclusions

• Les animaux (poissons et invertébrés) n’ont pas de régulation interne de température et subissent les variations de température par des modifications physiologiques.
Les chocs thermiques ainsi que les températures extrêmes sont à éviter.
• Idéalement la température doit être régulée, les variations minimisées au maximum.
• La fourchette de température de l’aquarium se situe entre 25 et 29° C à adapter en fonction de l'écosystème reproduit et de la technique de filtration biologique implémentée.
• La température basse entrainant à terme la mort des organismes récifaux est de 18°, la température haute est de 32°. Le cas particulier de l’aquarium nano récif

Dans le milieu naturel les masses d'eau sont évidement considérables alors que l'aquarium ne contient qu'un volume très réduit.
Cela a pour conséquence une différence fondamentale dans les variations des paramètres généraux.
C’est un des reproches fait aux aquariums de faible volume.
L’inertie thermique (ou chaleur massique) n’échappe pas à cette règle et est liée directement au volume d’eau.

La chaleur massique de l'eau vaut 4187, pour augmenter la température de 1°de 100 litres d'eau, il faut apporter une énergie de : 100*4187*1=418kj. Un chauffage de 100 Watt en fonctionnement permanent apporte en une heure, une énergie de 100W*3600=360kj.
Il faut donc plus d'une heure pour faire monter la température de 1°Celsius.
Cela fonctionne aussi à l’inverse et, à énergie constante, plus le volume est réduit, plus le temps est court pour parvenir à des variations sensibles.

Un petit aquarium est sujet à de potentielles variations rapides et importantes de température.

Et si il est facile de chauffer (une simple résistance électrique suffit), il est assez difficile de refroidir. Or dans nos aquariums récifaux, le matériel est important et les sources d’apport de chaleur sont multiples :

• Infrarouge de l’éclairage, rayonnement thermique des lampes et ballasts,
• Moteur des pompes de brassage, de filtres et écumeurs,
• Environnement de la pièce où est placé l’aquarium (chauffage, ensoleillement).

L’exportation en thermies se fait aussi par l’environnement, une pièce non chauffée pouvant être froide en hiver, et aussi lors de la phase nocturne lorsque l’éclairage est éteint et le chauffage réduit.

Deuxième conclusion

Alors que dans la nature, la masse d'eau ‘lisse’ les variations, une climatisation est impérative dans le cas d’un aquarium.
Plus le volume est réduit plus l’asservissement doit être soigné. Si un aquarium de grand volume peut se passer du chauffage grâce (ou à cause) des HQI et des moteurs des différentes pompes électriques, la faible inertie d’un micro ou nano-récif impose une parade à l’abaissement nocturne et une lutte contre les thermies apportées par le matériel lors de la journée.

La climatisation d’un petit aquarium récifal nécessite donc la mise en place d’un chauffage et d’une réfrigération.

Choisir les animaux les plus résistants (ceux peuplant les lagons peu profonds ou de la zone intertidale) et provenant d’une même région climatique est aussi une sage décision modérant les risques.

La réalisation du chauffage

La solution la plus simple consiste à utiliser des thermoplongeurs intégrant un bilame et une résistance de chauffage électrique.
C'est aussi le chauffage utilisé en eau douce.
La puissance sera calculée au minima assurant la petite élévation de température nécessaire dans les conditions les plus rudes, un blocage du bilame ayant dans ce cas une action limitée. Deux thermoplongeurs indépendants sont aussi une précaution contre les effets d’une défaillance (voir Redondance plus loin dans cet article).
Pour un aquarium récifal un chauffage de ½ Watt par litre suffit, valeur à affiner en fonction de votre configuration matérielle.
Choisir des modèles anti-casse est indispensable et réduit le risque d'électrisation.

La réfrigération Avant de songer à refroidir, une précaution élémentaire : Éviter impérativement les apports en thermies 'parasites'.

• Ne pas placer l’aquarium dans une pièce surchauffée,
• Ne pas placer l’aquarium sous un rayonnement solaire,
• Éviter de placer les moteurs des pompes dans l’eau, choisir celles qui ont le meilleur rendement,
• Ne pas placer les ballasts des lampes à proximité de l’aquarium et préférer les modèles électroniques.

Solution de réfrigération n°1 : L'évaporation
Le principe : Lorsque la pression partielle d’un corps est inférieure à la pression de vapeur saturante (par exemple si l'on souffle sur sa soupe, on diminue la pression au-dessus du liquide), la phase liquide se vaporise et ainsi le nombre de molécules quittant la phase liquide est plus important que le nombre de celles qui arrivent.
Or ce sont les molécules les plus agitées (les plus chaudes) qui s'échappent préférentiellement de la phase liquide.
Lors de l'évaporation on a donc un abaissement de la température du liquide, et ce, quelque sois la température de l’air.

Un ventilateur est placé de façon à créer un courant d’air laminaire qui 'lèche' la surface de l’aquarium.
Cela suffit à abaisser la température, et même en dessous de la température de la pièce. C’est une solution simple et efficace.
Le principe de fonctionnement est le seul handicap : L’évaporation de l’eau.
Évaporation qui nécessite un autre asservissement, de niveau d’eau cette fois, pour conserver une salinité constante dans l’aquarium marin (vous l’avez compris, c’est une autre source de stress pour les animaux…).
L’avantage est la simplicité de mise en œuvre et le coût réduit du matériel nécessaire, un ventilateur 12 Volts de PC convenant parfaitement. (L'alimentation 12 Volts est aussi une précaution contre les électrisations).

La climatisation par évaporation (ventilation) est une solution simple, efficace, utilisée par un grand nombre d'amateurs, elle nécessite cependant la mise en place d'un osmolateur.

Solution n°2 : Le groupe réfrigérant
Ce principe est utilisé sur nos réfrigérateurs et climatiseurs domestiques : Un gaz est comprimé par un compresseur électrique pour atteindre sa phase liquide (cette étape est faite hors de l’enceinte à refroidir car cela apporte de la chaleur), puis le liquide est détendu brutalement entrainant un abaissement de température dans la zone à refroidir.
Cette solution est techniquement possible, elle n’est pas très simple à mettre en œuvre dans nos aquariums mais l'adaptation d'une petite glacière est cependant possible.
Autre utilisation de cette technique : Placer l'aquarium dans une pièce climatisée.

Solution n°3 : L’effet Peltier
Ici la propriété particulière de certains conducteurs traversés par un courant électrique est utilisée.
Ces conducteurs se présentent sous forme de plaque mince dont un coté devient chaud et l’autre extrémité froide dès que l’on branche le courant.
Ce principe est bien adapté à la climatisation de l’aquarium sous réserve de réaliser de bons échangeurs thermiques, un pour la partie chaude (ventilation externe obligatoire, un Peltier chauffe énormément), un pour la partie froide en contact avec l'aquarium.
Ici l’évaporation de l’aquarium est nulle, ce qui est un avantage indéniable (sauf si on veut ajouter du calcium avec l’aide d’un RAH).
En revanche le rendement est faible, le coût d’achat et de fonctionnement (consommation électrique importante) sont bien plus importants que ceux d’un simple ventilateur. Le Peltier n’est acceptable qu’avec un nano-aquarium.

Asservissements
Il reste à piloter l’ensemble chauffage-réfrigérateur par un capteur de température et un dispositif de contrôle.

Les capteurs les plus simples sont basés sur des bilames se déformant par dilatation sous l’effet de la température.
L’hystérésis (c’est à dire, l’écart de valeur entre le passage de la position fermée à la position ouverte puis au retour à la position fermée) est assez grand (stress potentiel des animaux) et n’est pas réglable. Bilan : Les thermostats à bilames sont simples d'utilisation, peu chers mais aussi peu précis et peu fiables.

Les thermostats électroniques sont nettement plus sensibles et l’indication absolue de température est aussi plus précise qu'avec les bilames dont l'indication (la valeur absolue) est souvent fausse.
Généralement utilisés pour l’asservissement du chauffage domestique, ils devront être légèrement modifiés pour répondre à notre besoin.
Un peu de bricolage s’impose donc : Démontage du capteur placé dans le boitier pour le déporter dans un tube étanche scellé à la colle silicone.
Sur certains modèles il faut inverser les contacts par un relais (sur d’autres cette modification de câblage est prévue).
Le résultat est de mettre en marche le refroidissement lorsque qu’une température haute est atteinte. La solution est abordable et peu couteuse aux bricoleurs.

Voies d'améliorations possibles
L'importance de la climatisation ne peut être négligée, un dérèglement pendant les congés d’été pouvant entrainer en quelques heures, par effet de dominos, la perte de tous les êtres vivants de l’aquarium.
La réalisation devra être impérativement soignée et sûre.

La sûreté de fonctionnement passe principalement par les notions de simplicité, robustesse et redondance, c’est à dire la mise en place de systèmes doublés assurant le bon fonctionnement dans le cas de défaillance simple.
Les systèmes sûrs utilisent des éléments séparés dans des chaînes de traitement n’ayant pas de point commun (il faut cependant se contenter d’une unique source électrique ou mettre en place un système secouru par onduleur).
Ainsi un groupe de froid utilisera deux ventilateurs indépendants, deux capteurs, deux thermostats, le tout sera raccordé à deux disjoncteurs différentiels.

Des dispositifs sécuritaires additionnels peuvent aussi être implémentés.
Comme par exemple une coupure automatique de l'éclairage en cas de détection de température excessive.
Attention à mettre une temporisation lors de la remise en marche de l'éclairage pour ne pas entrainer une défaillance de la lampe.

Dans le cas de d’éléments réputés défaillants il est possible de réaliser des montages ou deux éléments sont câblés et un seul suffit au bon fonctionnement du système.
Par exemples dans le cas du bilame (souvent défaillant en position fermé) il suffit d’en mettre deux en série, si un reste fermé l’autre reste fonctionnel et coupe le chauffage si nécessaire. Ce principe est également utile pour les capteurs de niveaux d’eau.

En guise de conclusion
Ces informations devraient vous sensibiliser et vous conduire à réaliser, si ce n'est pas fait, une installation de climatisation automatique nécessaire à votre aquarium récifal, il est temps, l’été arrive !

Gardez en tête que les animaux récifaux ont une marge d’adaptation très étroite, que les écarts doivent être réduits au maximum et qu’une température de 32° est fatale.
Les maintenir à une température constante voisine de 27/28° semble l'idéal pour une conservation à long terme et une croissance optimale et une capacité d'épuration bactérienne satisfaisante.

Si chauffer est naturel pour les aquariophiles d'eau douce, réfrigérer est certainement nouveau. Un dispositif de refroidissement à ventilateur 12 Volts est simple à mettre en œuvre. Ce système est efficace mais il nécessite aussi de mettre un osmolateur, c'est à dire l'ajout automatique d'eau douce dès que le niveau d'eau baisse pour conserver une salinité constante.

Vous êtes aidés dans vos réalisations par de nombreux exemples disponibles sur les sites Internet spécialisés (par exemple nanoZine).

PS : Vous le savez, l'élévation de température menace aussi les écosystèmes naturels aussi je vous engage à avoir une attitude éthique : N'achetez des voitures ne consommant que peu (évitez les 4x4), roulez au minima et le pied léger.
C'est bon pour votre stress et pour la planète.

Texte : Jean-Louis Cuquemelle
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david80470
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MessageSujet: Re: Pourquoi climatiser l'aquarium récifal   Jeu 27 Sep 2012 - 9:47

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MessageSujet: Re: Pourquoi climatiser l'aquarium récifal   Jeu 27 Sep 2012 - 17:36

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MessageSujet: Re: Pourquoi climatiser l'aquarium récifal   

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