de Daniel Taylor et Jens Kjerulf Petersen, Centre danois de coquillages, DTU Aqua, Danemark
Eutrophisation et lutte pour contrôler la perte de nutriments
La densité de la population humaine et l'utilisation des terres pour la culture des aliments se sont intensifiées dans les régions côtières au cours du siècle dernier. Cette intensification a considérablement affecté les processus biologiques et chimiques dans les écosystèmes côtiers à travers une augmentation du flux de nutriments, principalement de l'azote et du phosphore, de la terre et de l'atmosphère à la mer.
Essentiellement, plus la terre est nourrie (fertilisée) et plus on se nourrit (nourriture plus combustibles), plus nous alimentons les eaux côtières avec des nutriments causés par le ruissellement agricole, les eaux usées, et les dépôts atmosphériques.
Au fur et à mesure que les eaux côtières s'enrichissent, le fonctionnement biologique change avec des conséquences souvent à long terme. L'un des nombreux symptômes est la croissance et la concentration accrues de phytoplancton (plantes unicellulaires).
Les eaux enrichies peuvent devenir si productives avec la croissance du phytoplancton que la lumière du soleil n'atteindra pas suffisamment de profondeurs pour soutenir la vie végétale aquatique au fond de la mer et que des habitats végétaux précieux comme les herbiers marins sont perdus. De nouvelles augmentations des concentrations de phytoplancton peuvent entraîner un appauvrissement en oxygène, lorsque les cellules mortes du phytoplancton se décomposent au fond de la mer.
Depuis quelques décennies, l'amélioration de la qualité des eaux côtières a été au centre de l'élaboration des politiques dans de nombreuses régions du monde. Il y a eu des réalisations impressionnantes dans la mise en œuvre de ces politiques, notamment dans l'amélioration du traitement des eaux usées.
Néanmoins, de nombreux plans d'eau côtiers, comme ceux d'Europe du Nord, y compris la Baltique proprement dite, sont toujours considérés comme fortement touchés par le ruissellement excessif de nutriments et continueront probablement de l'être dans les années à venir.
Les apports d'azote dans les eaux côtières proviennent de sources ponctuelles (par ex. piscicultures), sources diffuses/non ponctuelles (p. ex. terres agricoles, évacuation des eaux souterraines), ou atmosphérique (par exemple l'ammoniac volatilisé ou l'absorption de sous-produits de combustion).
Suite aux modifications et améliorations apportées aux programmes de gestion de la qualité de l'eau, les sources diffuses de nutriments sont les plus importantes. Les méthodes de traitement conçues pour minimiser l'introduction de nutriments dans les eaux côtières sont abondantes dans la mise en œuvre.
Des exemples classiques de telles méthodes de traitement comprennent les restrictions d'utilisation des engrais, zones humides artificielles, bassins de décantation, zones tampons riveraines végétatives; et plus récemment, systèmes d'« agriculture de précision ».
Bien que de nombreux progrès aient été accomplis dans la réduction des flux de nutriments dans les eaux côtières, l'efficacité de la mise en œuvre ultérieure diminue rapidement et est également souvent plus coûteuse à mettre en œuvre.
Par ailleurs, des décennies d'enrichissement a un héritage d'enrichissement accru des sédiments du fond marin, qui sera une source persistante de nutriments par de multiples processus (appelés « chargement interne »), et ne peut être atténué que dans le milieu aquatique.
Moules d'atténuation
Un moyen innovant d'atténuer l'enrichissement en éléments nutritifs dans les eaux côtières consiste à tirer parti d'une partie de la biologie côtière – la filtration de l'eau des mollusques bivalves. Moules, Huîtres, palourdes, et d'autres bivalves se nourrissent en filtrant les particules hors de l'eau; le phytoplancton est la principale source de nourriture pour ces animaux.
La culture active de bivalves et l'accent mis sur la restauration des récifs de bivalves ont démontré l'impact de filtration que ces populations peuvent présenter. Les fermes mytilicoles standard peuvent filtrer des centaines de milliers de mètres cubes par heure. Le phytoplancton et la matière organique sont assimilés dans le corps des moules ou immobilisés dans les sédiments, piégeant une partie importante des nutriments dans les eaux enrichies.
De nombreux travaux ont été menés pour analyser les « services écosystémiques » fournis par les bivalves au cours des dernières décennies par de nombreux chercheurs, principalement aux États-Unis et en Europe du Nord. Plus d'une décennie de conceptualisation et de recherche au Danish Shellfish Centre (DSC) - une section au sein du DTU Aqua, Université technique du Danemark - s'est concentrée sur l'utilisation de la filtration des bivalves dans la culture active en tant que mécanisme intensif pour réduire l'ampleur des conditions eutrophes dans les eaux de la Baltique occidentale ; appelé « la mytiliculture d'atténuation ».
En récoltant les moules, les nutriments qui sont d'abord consommés par le phytoplancton puis transformés en biomasse de moules, sont retirés de l'écosystème. Utilisant des techniques de culture adaptées de l'industrie mytilicole conventionnelle, des densités élevées de moules peuvent être cultivées dans des régions ciblées, avec le potentiel de retirer plusieurs tonnes métriques de nutriments des eaux côtières par récolte (Petersen et al, 2019).
Ce mode sert également à utiliser un grand nombre de larves de moules, qui sont normalement consommés sous forme de zooplancton ou ne se déposent pas. Bien que les moules d'aquaculture (qui apparaissent dans les assiettes) fournissent également ce service, Les « moules d'atténuation » sont généralement récoltées avec une manipulation minimale et à une période de croissance plus courte afin de réduire les coûts et de maximiser le potentiel d'extraction des nutriments - elles ont tendance à être considérablement plus petites que les moules que l'on trouve au marché ou dans les restaurants.
En tant que mesure d'atténuation des éléments nutritifs, l'atténuation de la culture des moules a été adoptée dans les plans pour les efforts futurs visant à atteindre un bon état écologique dans les eaux côtières danoises. Au Danemark, un objectif proposé est d'en récolter 100, 000 tonnes métriques de moules d'atténuation annuellement, ce qui entraînera la suppression de 1-2, 000 tonnesd'azote, correspondant à 8-15 pour cent[JKP1] de la demande nationale de réduction au Danemark.
Atténuation des farines de moules :retour des nutriments perdus
Comment les aliments aquacoles et d'autres formes d'aquaculture s'intègrent-ils dans cette équation ? Le concept d'intégration des organismes filtreurs, comme les moules, dans la production d'espèces trophiques supérieures a été popularisée par beaucoup, souvent appelée « aquaculture multitrophique intégrée » ou plus précisément simplement « aquaculture multitrophique ».
En tant que source de nutriments, cependant, dans la plupart des pays, cela contribue à une quantité négligeable de nutriments par rapport à la charge côtière terrestre plus importante.
Comme les moules d'atténuation ont tendance à être plus petites et de taille moins uniforme que celles cultivées pour la consommation humaine, la production de farines fourragères a été la voie d'utilisation la plus attrayante. La demande croissante de sources de protéines pour les aliments avec des profils d'acides aminés équilibrés a nécessité une production et une inclusion accrues d'alternatives à la farine de poisson.
Les farines produites à partir de moules bleues ont généralement des profils d'acides aminés similaires aux farines de poisson (Jönsson et Elwinger, 2009), avec des niveaux de protéines brutes totales de 65-71 pour cent. Concentrations d'acides aminés nécessitant généralement une supplémentation dans les régimes de remplacement, comme la méthionine et la taurine, sont similaires aux profils de farine de poisson (Árnason et al, 2015).
Les tissus des moules contiennent des pigments importants et des antioxydants, dont la mytiloxanthine, un pigment unique aux coquillages, qui surpasse l'astaxanthine dans le piégeage des hydroxyles (Maoka et al., 2016). Par ailleurs, les farines de moules entières présentent des proportions intéressantes d'AGPI-LC tels que le DHA, DPA, et EPA (Árnason et al, 2015).
Dans les régimes d'élevage, des niveaux élevés d'inclusion ont démontré des effets positifs sur les poules pondeuses (Afrose et al, 2016), et digestibilité dans les aliments porcins (Nørgaard et al, 2015).
Un nombre limité d'études sur des espèces de poissons ont démontré une digestibilité élevée chez l'omble chevalier (Salvelinus alpinus) et la perche eurasienne (Perca fluvialtilis) (Langeland et al, 2016), ainsi qu'une appétence accrue dans les régimes alimentaires des carnivores avec une forte inclusion végétale (Nagel et al, 2014). De façon intéressante, la composition biochimique du tissu des moules peut être influencée par les conditions locales de croissance, en raison des différents constituants de la communauté phytoplanctonique (Pleissner et al, 2012), ainsi que l'état de reproduction; car les concentrations de glycogène et de pigments caroténoïdes augmentent immédiatement avant le frai.
La détermination de modèles de composition différentiels à l'avenir peut offrir des opportunités pour des repas spécifiques ; cependant, cela nécessite une enquête plus approfondie à condition que la production à grande échelle de repas mélangera probablement des matériaux provenant de plusieurs sites et moments.
Moules, dans la culture d'atténuation, constituent donc une source intéressante de protéines car ils assimilent le phytoplancton déjà surabondant dans l'environnement (zéro intrants alimentaires gérés) tout en fournissant des rétroactions écologiques positives. De telles rétroactions (services écosystémiques) dans d'autres mécanismes d'atténuation sont largement compensées par un soutien financier direct ou des programmes de compensation des coûts. En substance, recycler les nutriments « perdus » dans le système alimentaire et améliorer l'environnement local en cours de route.
Néanmoins, comme toute bonne histoire, il y a des défis à relever. La production accrue de moules d'atténuation nécessite l'optimisation de l'extraction des nutriments dans un espace limité qui minimise également les conflits avec d'autres utilisations des eaux côtières et les intérêts acquis dans le paysage marin.
Le milieu naturel peut également constituer un frein à l'expansion :si les conditions hydrodynamiques sont adaptées, l'établissement naturel des moules est suffisant, et la pression des prédateurs (c.-à-d. les canards eiders) sont gérables. Dans les cercles politiques, du local au régional, déterminer comment et où gérer les nutriments est coloré par une grande variété de perspectives.
Comme ce mécanisme vise à réduire les nutriments déjà présents dans le milieu marin, la mytiliculture d'atténuation est destinée à compléter les programmes de gestion des éléments nutritifs existants, et ce concept fait l'objet d'un débat permanent.
Dernièrement, et qui est essentiel en termes de viabilité économique, la transformation des farines de moules et la rationalisation de la production nécessiteront de nouvelles innovations. Les défis de traitement de la transformation des moules d'atténuation en un repas sont enracinés dans la séparation à haut débit de la coquille du tissu avant la production ultérieure de repas.
Les méthodes conventionnelles de vaporisation et de séparation vibratoire sont relativement coûteuses, tandis que d'autres méthodes de « jus » ou d'autres formes de séparation sans exclusion préalable de la coque donnent généralement des repas à haute teneur en cendres provenant des parties de coque retenues.
Les recherches en cours
Récemment, deux projets administrés par DSC ont été financés pour évaluer les techniques d'optimisation pour maximiser l'extraction des nutriments dans les unités d'atténuation tout en documentant leurs impacts écologiques.
Le projet BONUS OPTIMUS a réuni un consortium de recherche de quatre pays et neuf partenaires pour le développement d'une culture d'atténuation dans la Baltique occidentale pour la production ultérieure de farines de moules comme alternative à la farine de poisson.
Les essais d'alimentation entrepris dans OPTIMUS incluent le remplacement dans les régimes alimentaires des salmonidés. Le projet financé au niveau national, MuMiPro, rassemble 15 partenaires évaluant des techniques de culture optimales dans les eaux danoises eutrophes pour la production à grande échelle de farine de moules biologique.
L'ambition des deux projets est de démontrer des moyens de produire des moules d'atténuation qui maximisent leur empreinte écologique positive à un taux économiquement viable. Cela comprend le développement de la transformation des farines de moules pour l'alimentation animale, et finalement le marché des aliments aquacoles à forte croissance.
Le test et l'optimisation de techniques de traitement alternatives sont actuellement à l'étude dans le projet MuMiPro. Trouver la combinaison du maintien d'un bon profil nutritionnel et de la minimisation des coûts de transformation, comme tous les autres ingrédients aquafeed, est un processus en constante évolution.
Les objectifs combinés de ces deux projets sont de propulser le développement de la mytiliculture d'atténuation en tant qu'outil d'atténuation des éléments nutritifs et de techniques de transformation pour un repas de haute qualité.
