Le biofilm : le véritable moteur biologique du biofiltre MBBR

Dans les systèmes d’aquaculture en circuit fermé (RAS – Recirculating Aquaculture Systems), les biofiltres MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) jouent un rôle essentiel dans le maintien de la qualité de l’eau.

Le principe est simple : des supports biologiques mobiles offrent une surface importante permettant aux bactéries de coloniser leur surface et de former un biofilm actif.

➡️ Voir nos supports biologiques MBBR pour biofiltration aquaculture : [lien vers catégorie médias biologiques]

Contrairement à une idée répandue, ce ne sont pas les médias plastiques qui filtrent directement l’eau. Ils constituent uniquement un habitat pour les micro-organismes. La performance du biofiltre dépend donc principalement de la qualité, de la stabilité et de l’activité du biofilm qui se développe sur ces supports.

Qu’est-ce qu’un biofilm ?

Un biofilm est une communauté organisée de micro-organismes fixés sur une surface solide et protégés par une matrice extracellulaire appelée EPS (Extracellular Polymeric Substances).

Cette matrice biologique agit comme une structure de fixation permettant aux bactéries de rester attachées au support malgré les mouvements d’eau et le brassage permanent du réacteur MBBR.

Un biofilm mature comprend plusieurs populations microbiennes :

• bactéries nitrifiantes responsables de la transformation de l’ammoniaque ;
• bactéries hétérotrophes dégradant la matière organique ;
• micro-organismes participant aux différents cycles biologiques de l’eau.

Cette diversité permet au biofiltre de fonctionner comme un véritable écosystème biologique.

Comment les bactéries se fixent-elles sur un support MBBR ?

La colonisation d’un média biologique se déroule progressivement.

1. Conditionnement du support

Dès son immersion dans l’eau, le support se recouvre d’un film organique composé notamment de protéines et de matières dissoutes. Cette première couche facilite l’arrivée des bactéries.

2. Adhésion bactérienne

Les premières bactéries se fixent grâce à différentes interactions physico-chimiques :

• forces électrostatiques ;
• interactions hydrophobes ;
• forces de Van der Waals.

Cette fixation devient ensuite permanente grâce à la production d’EPS.

3. Développement du biofilm

Les bactéries se multiplient et forment progressivement une structure tridimensionnelle capable d’assurer la nitrification.

La géométrie du support joue alors un rôle essentiel. Les médias MBBR sont conçus pour offrir :

• une surface spécifique importante ;
• des zones protégées contre le cisaillement ;
• une circulation optimale de l’eau et de l’oxygène.

➡️ Voir nos biofiltres pour systèmes RAS : [lien vers produits médias MBBR]

Le rôle du biofilm dans la nitrification

Dans un élevage piscicole, les poissons produisent continuellement de l’ammoniaque par leurs branchies et par la dégradation des aliments non consommés.

Sous sa forme non ionisée (NH₃), l’ammoniaque est toxique pour les poissons. Le rôle principal du biofilm est donc de transformer ces composés azotés.

La nitrification se déroule en deux étapes :

Oxydation de l’ammonium en nitrites

Les bactéries nitrifiantes convertissent l’ammonium (NH₄⁺) en nitrites (NO₂⁻).

Oxydation des nitrites en nitrates

Les nitrites sont ensuite transformés en nitrates (NO₃⁻), beaucoup moins toxiques pour les poissons.

Cette activité biologique nécessite :

• une forte disponibilité en oxygène ;
• une bonne circulation hydraulique ;
• une alcalinité suffisante ;
• une température adaptée.

➡️ Voir nos solutions d’oxygénation pour biofiltres et systèmes RAS : [lien vers oxygénation]

Pourquoi certains biofiltres MBBR sont-ils plus performants que d’autres ?

La quantité de médias installés n’est pas le seul critère de performance.

Un biofiltre efficace dépend de nombreux paramètres :

La qualité des supports biologiques

La surface protégée, la géométrie et la densité du média influencent directement la quantité de biomasse pouvant être fixée.

Le brassage du réacteur

Les supports doivent rester en mouvement permanent afin :

• d’éviter les zones mortes ;
• d’apporter les nutriments ;
• de renouveler la surface active du biofilm.

➡️ Voir nos équipements de pompage et circulation d’eau pour aquaculture : [lien vers pompes]

L’oxygénation

Les bactéries nitrifiantes sont très consommatrices d’oxygène. Une insuffisance d’oxygène entraîne une diminution rapide des performances du biofiltre.

➡️ Voir nos diffuseurs d’air et systèmes d’oxygénation aquaculture : [lien vers diffuseurs]

Le renouvellement naturel du biofilm

Un biofilm performant n’est pas un dépôt fixe qui doit s’épaissir indéfiniment.

Lorsque son épaisseur devient trop importante, les couches internes manquent d’oxygène et une partie du biofilm se détache naturellement sous l’effet du brassage.

Ce phénomène est indispensable :

• les anciennes cellules sont éliminées ;
• de nouvelles surfaces sont disponibles ;
• le biofilm reste biologiquement actif.

Le fonctionnement d’un MBBR repose donc sur un équilibre permanent entre :

• croissance bactérienne ;
• fixation ;
• renouvellement ;
• détachement naturel.

Optimiser la conception d’un biofiltre MBBR en aquaculture

Le dimensionnement d’un biofiltre ne consiste pas uniquement à choisir un volume de médias.

Il faut prendre en compte :

• la biomasse produite par les poissons ;
• la charge en azote ammoniacal ;
• la température d’élevage ;
• la disponibilité en oxygène ;
• le taux de remplissage en médias ;
• la vitesse de circulation dans le réacteur.

Un biofiltre correctement conçu permet :

• une meilleure stabilité de la qualité d’eau ;
• une réduction des risques sanitaires ;
• une augmentation de la densité d’élevage ;
• une optimisation des coûts d’exploitation.

➡️ Notre bureau d’études accompagne la conception de systèmes RAS, biofiltres MBBR et installations aquacoles : [lien CHF Aquaculture]

Dans un biofiltre MBBR, le support biologique n’est qu’un support d’accueil. La véritable technologie repose sur le biofilm qui colonise sa surface.

Comprendre les mécanismes de fixation bactérienne permet de mieux choisir ses médias biologiques, d’optimiser l’oxygénation et de concevoir des systèmes RAS plus fiables et plus performants.

La maîtrise du biofilm constitue donc l’un des éléments fondamentaux de toute installation moderne d’aquaculture recirculée.