Élaboration d'un système de chauffage de nurserie visant à accroître la production et la disponibilité des naissains pour l'industrie de la conchyliculture de la Colombie-Britannique

Rapport définitif
Island Scallops ltée
PIAAM 2012-P05

Sommaire

La garantie d'un approvisionnement stable en naissains constitue un obstacle majeur au développement continu de l'industrie conchylicole de la Colombie-Britannique. Au moment actuel, les conchyliculteurs de la Colombie-Britannique dépendent des sources de naissains en provenance des États-Unis; en effet, les écloseries de mollusques de la Colombie-Britannique ne sont généralement pas en mesure de rivaliser avec les prix et avec la période de disponibilité des naissains provenant des États-Unis en raison du climat tempéré de la province et du prix élevé associé au chauffage de l'eau de mer.

L'entreprise Island Scallops ltée, située à Qualicum Beach, est la plus importante écloserie marine de la Colombie-Britannique et représente l'un des principaux fournisseurs de naissains pour l'industrie conchylicole de la province. L'écloserie a toujours chauffé l'eau de mer au propane, ce qui n'est pas viable sur le plan économique durant les mois d'hiver, surtout pour ce qui est des nurseries extérieures. Le présent projet avait pour but d'élaborer un système visant à réduire les coûts associés au chauffage de l'eau de mer dans les nurseries extérieures en vue d'accroître la disponibilité des naissains à un prix concurrentiel plus tôt durant la saison de production.

Le nouveau système de chauffage de nurserie comprend une batterie de capteurs solaires sur mesure munie d'un contrôle programmable de la température pour chauffer l'eau de mer et d'une couverture de bassin sur mesure conçue pour mieux retenir la chaleur. Le système, installé et mis à l'essai durant la saison automne-hiver 2012-2013, a été évalué par rapport aux bassins qui n'étaient pas munis du système.

Le projet s'inscrivait dans l'objectif général du Programme d'innovation en aquaculture et d'accès au marché (PIAAM), qui consiste à améliorer la compétitivité de l'industrie aquacole canadienne d'une part en stabilisant l'approvisionnement en naissains pour les conchyliculteurs de la Colombie-Britannique et d'autre part en permettant aux nurseries de la Colombie-Britannique de rivaliser avec les fournisseurs de naissains des États-Unis.

Le projet représente une innovation qui conduira à la réduction des coûts de production et à l'augmentation de la production autant des espèces d'élevage établies (huîtres et palourdes japonaises) que des nouvelles espèces (pétoncles, panopes et moules). Le projet contribue également à l'amélioration du rendement environnemental de l'industrie grâce à l'introduction d'un système qui optimise l'utilisation de l'énergie.

La mise au point du système de chauffage de nurserie bénéficiera à l'entreprise puisqu'elle conduira à une augmentation des ventes de naissains et à la création d'emplois, mais également à l'ensemble de l'industrie conchylicole de la Colombie-Britannique, celle-ci ayant grand besoin d'une source stable de naissains. Ce projet contribue donc à la durabilité de l'industrie aquacole. En sa qualité de productrice de naissains d'importance en Colombie-Britannique, l'entreprise Island Scallops ltée est très bien placée pour intégrer les résultats du projet à ses activités commerciales.

Introduction

L'approvisionnement déficient en naissains constitue un obstacle important au développement de l'industrie conchylicole en Colombie-Britannique. Il est possible de récolter des naissains sauvages en milieu naturel pour certaines espèces comme l'huître, mais l'industrie dépend en majeure partie des naissains produits en écloserie. En Colombie-Britannique, les conchyliculteurs doivent se procurer les naissains au printemps afin de profiter pleinement de la saison de production estivale. En effet, l'introduction de naissains de petite taille dans l'océan plus tard dans l'année pourrait entraîner un taux de mortalité élevé durant l'hiver. Autrement dit, la production de naissains dans les écloseries de la Colombie-Britannique doit se faire à la fin de l'hiver et au début du printemps. Durant cette période de l'année, l'eau de mer doit être chauffée pour produire le naissain, ce qui peut entraîner des coûts exorbitants. Par conséquent, les producteurs de la Colombie-Britannique dépendent des écloseries des États-Unis, qui peuvent leur fournir des naissains à un prix concurrentiel au printemps et au début de l'été. Ceci est d'autant plus vrai pour l'huître creuse du Pacifique et la palourde japonaise, qui représentent actuellement plus de 91 % de la production de mollusques d'élevage en Colombie-Britannique. Ces espèces ne sont pas originaires de la Colombie-Britannique et requièrent des températures relativement élevées pour croître. La production de naissains d'huîtres et de palourdes en Colombie-Britannique peut exiger le chauffage de l'eau de mer même durant les mois d'été. Par conséquent, des millions de naissains d'huîtres et de palourdes sont importés dans la province chaque année.

Les autres mollusques comme le pétoncle du Pacifique, le panope du Pacifique ou la moule bleue peuvent être élevés à des températures plus basses. Toutefois, la production de ces espèces en écloserie requiert également le chauffage de l'eau de mer afin que les producteurs aient accès au naissain tôt dans la saison de production. En outre, il peut arriver que le naissain d'espèces nouvelles ne puisse pas être importé d'un pays étranger (en l'occurrence le pétoncle du Pacifique) ou que l'importation soit restreinte (pour ce qui est du panope du Pacifique) dans le but de préserver la génétique des populations, ce qui limite encore plus le développement de la conchyliculture en Colombie-Britannique.

Le manque de naissains de mollusques et la dépendance aux sources en provenance des États-Unis constituaient les principaux enjeux abordés dans ce projet. Divers problèmes sont liés à la dépendance aux fournisseurs des États-Unis, notamment le risque de pénurie de naissains aux États-Unis, la vulnérabilité vis-à-vis du commerce, les enjeux relatifs à la réglementation et la fluctuation des taux de change.

L'écloserie Island Scallops ltée, à Qualicum Beach, a la capacité de produire des quantités importantes de naissains d'espèces variées de mollusques pour l'industrie aquacole de la Colombie-Britannique. Les bassins extérieurs de la nurserie peuvent contenir entre 250 000 et 750 000 litres d'eau, avec une capacité totale de 3,5 millions de litres. Le projet s'est concentré sur la production de naissains de pétoncles du Pacifique pour le grossissement dans les installations de l'entreprise et pour la vente à d'autres producteurs, de même que de naissains de panopes pour la vente aux producteurs de la Colombie-Britannique et de l'État de Washington. Des larves et des naissains d'huîtres ont été produits de façon régulière, mais seulement à la fin du printemps et durant l'été, alors que la température de l'eau de mer ambiante était plus élevée et que les coûts de chauffage étaient moindres. En 2011, le printemps exceptionnellement froid a provoqué un retard de plus d'un mois dans la production d'huîtres, ce qui a entraîné une diminution des ventes. L'élaboration d'une méthode de chauffage de l'eau de mer économiquement réalisable à l'écloserie Island Scallops ltée constituait une priorité en vue d'augmenter la production de naissains et de réduire les coûts d'exploitation, conditions essentielles pour fournir des naissains à prix concurrentiels à l'industrie de la Colombie-Britannique.

L'eau de mer des écloseries a toujours été chauffée à l'aide de chaudières au propane, lesquelles occasionnent des coûts énormes et s'avèrent en outre inefficaces pour les nurseries extérieures, où une bonne partie de la chaleur s'échappe des bassins exposés lorsque la température de l'air est basse. Le projet visait principalement à mettre à l'essai un système de chauffage de nurserie construit sur mesure combinant une méthode de chauffage de l'eau de mer plus économique et écoénergétique (une batterie de capteurs solaires munie d'un contrôle de la température programmable) et un dispositif visant à retenir la chaleur (une couverture de bassin sur mesure).

L'objectif du projet s'harmonisait à celui du PIAAM, qui consiste à adopter des technologies novatrices en vue d'améliorer la compétitivité de l'industrie de l'aquaculture en Colombie-Britannique, en plus de respecter les priorités du PIAAM en matière d'innovation décrites ci-dessous :

Production durable
L'élaboration d'un système de chauffage de nurserie permet de prolonger la saison de production en écloserie, augmentant ainsi la production de naissains et, par conséquent, l'approvisionnement de l'industrie conchylicole en naissains. L'adoption du nouveau système réduirait par ailleurs les coûts de production grâce à une réduction des dépenses énergétiques. L'amélioration de la disponibilité et de la stabilité des naissains canadiens contribue à la durabilité de l'industrie conchylicole.

Technologie verte
L'utilisation de technologies solaires améliore le rendement environnemental en optimisant l'utilisation de l'énergie.

Diversification accrue
Le système de chauffage de nurserie permet également d'accroître la production non seulement des espèces commerciales existantes (huîtres et palourdes), mais également des nouvelles espèces (pétoncles, panopes et moules).

Méthodologie et résultats

Dans le cadre de l'élaboration du système de chauffage de nurserie, l'entreprise Island Scallops ltée a exploré diverses options et diverses sources pour les panneaux solaires et les couvertures de bassins. Il existe essentiellement deux types de capteurs solaires utilisés pour le chauffage : les capteurs plans et les capteurs à tubes sous vide. Les capteurs plans sont les plus couramment utilisés, existent depuis beaucoup plus longtemps et sont moins chers. Toutefois, les capteurs à tubes sous vide ont été choisis pour le projet pour de nombreuses raisons :

• Les capteurs à tubes sous vide produisent plus d'énergie lorsque le ciel est couvert ou que la température ambiante est basse (durant l'hiver) que les capteurs plans.
• Les systèmes composés de capteurs à tubes sous vide sont plus efficaces par mètre carré que les systèmes équivalents composés de capteurs plans, ce qui réduit leur empreinte écologique.
• Les capteurs à tubes sous vide peuvent être remplacés individuellement, sans qu'il soit nécessaire d'éteindre tout le système, et aucune condensation ou corrosion ne se forme à l'intérieur des tubes.

Les capteurs à tubes sous vide ont été achetés en Chine pour le projet puisqu'ils coûtaient considérablement moins cher que s'ils avaient été achetés auprès de fournisseurs locaux. Les exigences particulières ont été transmises directement au fabricant afin de choisir le capteur solaire le plus approprié et de déterminer la quantité requise.

Ces exigences étaient notamment les suivantes :

• Capacité à chauffer l'eau de mer à 8 °C jusqu'à une température atteignant les 18 °C.
• Capacité à supporter un débit d'eau de mer de 400 l/min. 8 heures par jour, soit 192 000 l par jour.
• Capacité à fonctionner lorsque la température de l'air moyenne varie entre -5 °C et 5 °C durant l'hiver.

L'installation du système de capteurs solaires a été retardée en raison de retards imprévus dans la livraison de composants en provenance de Chine et des problèmes rencontrés lors de l'installation du système. Toutefois, le système était entièrement fonctionnel pour la mise à l'essai à la fin de l'hiver. L'un des défis techniques associés à l'utilisation d'un grand nombre de capteurs solaires à des conditions météorologiques largement variables était d'approvisionner le bassin de la nurserie en eau de mer à une température et à un débit constants. Ce problème a été réglé en raccordant un réservoir isolé de 50 000 l aux capteurs solaires afin d'emmagasiner et de recycler l'eau douce chauffée à l'énergie solaire. Un échangeur de chaleur en titane a été raccordé au réservoir afin de transférer la chaleur de l'eau douce réchauffée vers l'eau de mer froide, qui était ensuite pompée vers le bassin de la nurserie. Durant la journée, ce système produisait de l'eau de mer chauffée à 30 °C à un débit de 120 l/min. La température à l'intérieur du réservoir variait énormément au départ, mais elle dépassait normalement les 50 °C durant les journées ensoleillées.

Afin de mieux comprendre les variations de température et de les atténuer, un enregistreur automatique de température a été installé pour enregistrer la température de l'eau contenue dans le réservoir à des intervalles de 15 minutes durant 35 jours au début du printemps 2013. Pendant cette période, la température minimale était de 8,8 °C et la température maximale était de 57,9 °C, pour une moyenne de 31,0 ± 10,68 °C (n = 3250). La température maximale quotidienne moyenne était de 40,5 ± 10,92 °C et la température minimale quotidienne moyenne était de 22,1 ± 7,42 °C.

Les fortes variations de température dans le réservoir étaient causées par deux éléments principaux. Premièrement, malgré l'isolation, il y avait une perte de chaleur lorsque la température de l'air était basse. De plus, les capteurs solaires n'étaient pas efficaces la nuit. Ce problème a été réglé d'une part en installant un interrupteur photovoltaïque conçu pour couper automatiquement la circulation d'eau des capteurs solaires vers le réservoir durant la nuit et, d'autre part, en installant une chaudière de 330 000 BTU afin de chauffer l'eau du réservoir automatiquement lorsque la température atteignait un niveau préréglé durant les nuits froides ou les journées nuageuses.

La perte de chaleur au niveau de l'échangeur de chaleur posait également problème; en effet, la température de l'eau de mer sortant de l'échangeur avait généralement perdu 20 °C par rapport à celle du réservoir. D'autres améliorations doivent être apportées en vue d'améliorer le fonctionnement du système de chauffage de l'eau de mer et d'en accroître l'efficacité et le rendement, par exemple l'installation d'un échangeur de chaleur plus imposant et d'un meilleur système de contrôle de la température.

Malgré ces difficultés, le système de capteurs solaires s'est avéré efficace pour fournir de l'eau chauffée à l'énergie solaire, diminuant ainsi l'utilisation du propane pour chauffer l'eau de la nurserie. Pour ce qui est de la rétention de la chaleur dans le bassin de la nurserie, la difficulté consistait à trouver une couverture économique qui pourrait couvrir une distance importante et supporter des conditions météorologiques extrêmes, y compris la neige. Au départ, une couverture doublée composée de deux épaisseurs de polyéthylène 6 mil a été installée sur le dessus du bassin de la nurserie, qui faisait 43 m de long par 20 m de large et dont la capacité était d'environ 700 000 l. Toutefois, des problèmes sont survenus durant la première grosse tempête de vent de la saison. Cette couverture a donc dû être remplacée par un matériau plus robuste, en l'occurrence le polyéthylène « Panda », blanc d'un côté et noir de l'autre. Le côté blanc a été placé vers le haut pour réfléchir la lumière et le côté noir vers le bas pour bloquer la lumière. Ce matériau a très bien supporté les autres tempêtes hivernales et comporte l'avantage supplémentaire de réduire la croissance des algues dans le bassin en raison du manque de lumière. La méthode utilisée pour attacher la couverture représentait une autre difficulté technique puisque la nurserie Island Scallops ltée est située sur un sol à forte teneur en tourbe. Le plan consistait à utiliser des pieux d'ancrage vissés, mais des modifications ont été apportées à ce plan en vue de couvrir de plus grandes superficies et d'améliorer le système d'attache de la couverture. Les pieux d'ancrage ont donc été remplacés par des fondations en ciment. Afin de déterminer l'efficacité de la couverture en matière de rétention de la chaleur, on a comparé la température d'un bassin non couvert et celle d'un bassin couvert durant plusieurs semaines au début du printemps. Les deux bassins étaient continuellement alimentés en eau de mer ambiante et les températures étaient relevées chaque jour. La température dans les bassins couverts était systématiquement plus chaude de 2 ou 3 °C que celle dans le bassin non couvert, ce qui prouve que la couverture a grandement contribué à retenir la chaleur de l'eau de mer contenue dans le bassin.

Le bassin couvert a été testé avec succès dans des conditions commerciales pour la production de naissains de pétoncles au début de l'année 2013. Des larves de pétoncles produites à l'écloserie Island Scallops ltée ont été ajoutées au bassin à la fin de l'hiver et dès le début du printemps, soit environ 30 jours plus tard, certains des naissains avaient atteint la taille nécessaire (environ 1 mm) pour être transférés dans l'océan afin d'y terminer leur croissance, ce qui est relativement tôt pour des naissains produits en écloserie.

Prochaines étapes

En dépit des nombreuses difficultés rencontrées, le nouveau système de chauffage de nurserie a été intégré avec succès dans la production commerciale avant la fin du projet. De nouvelles améliorations doivent être apportées afin d'optimiser le fonctionnement du système, surtout en ce qui a trait à l'échange de chaleur et au contrôle de la température, et d'en augmenter le rendement. Le propane doit encore être utilisé en complément des capteurs solaires pour chauffer l'eau de mer la nuit et durant les périodes de basse température. Les prochaines innovations devraient donc être axées sur l'augmentation de l'efficacité générale du système et sur la réduction des coûts de chauffage de la nurserie.

Conclusion

Les résultats de ce projet ont des retombées économiques positives pour la nurserie Island Scallops ltée puisque le système a permis d'augmenter la production et de réduire les coûts d'exploitation de l'entreprise. Le système de chauffage de nurserie construit sur mesure combine efficacement une méthode de chauffage de l'eau de mer économique et écoénergétique (la batterie de capteurs solaires) et un dispositif visant à retenir la chaleur (la couverture de bassin sur mesure), ce qui en fait une option des plus intéressantes en vue d'un futur développement commercial.

En outre, la prolongation de la saison de production à la nurserie peut conduire à la création de nouveaux emplois puisque les activités de l'écloserie et de la nurserie s'en trouvent prolongées. En effet, environ quatre emplois directs ont été créés lors de l'installation du nouveau système de chauffage de nurserie et plusieurs emplois temporaires ont été créés durant la phase de construction.