Dans un biofiltre à lit mobile (MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor), les supports biologiques ne constituent pas directement le système de filtration. Ils représentent l’habitat permettant l’installation et le développement d’une communauté microbienne complexe.

La véritable épuration biologique est assurée par le biofilm qui colonise progressivement la surface des médias. Ce biofilm est constitué de bactéries, d’archées, de protozoaires et d’autres microorganismes qui fonctionnent ensemble pour transformer les composés azotés issus de l’élevage piscicole.

Dans une démarche de bureau d’études aquacoles, cette distinction est essentielle : le choix d’un média biologique ne peut pas être basé uniquement sur sa surface spécifique annoncée. Les performances réelles d’un biofiltre dépendent de l’interaction entre le support, l’hydraulique du réacteur, l’oxygénation et les conditions favorables au développement du biofilm.

➡️ Découvrez notre sélection de supports biologiques MBBR pour biofiltres aquacoles : https://aquaculturefrance.com/fr/70-bioelements-speciaux

Le biofilm : le véritable moteur de la filtration biologique

Dans un système d’aquaculture en recirculation (RAS – Recirculating Aquaculture System), les poissons produisent continuellement de l’ammoniaque (NH₃/NH₄⁺) principalement par leurs branchies.

Cette production est complétée par la dégradation des aliments non consommés, des matières fécales et des matières organiques présentes dans le circuit hydraulique.

Sans traitement biologique adapté, l’ammoniaque s’accumule rapidement et peut devenir toxique pour les poissons. La maîtrise du cycle de l’azote constitue donc un élément central dans la conception d’un système RAS performant.

Le rôle du biofilm est d’assurer la nitrification, c’est-à-dire la transformation progressive des composés azotés toxiques en formes moins dangereuses.

Cette réaction biologique se déroule principalement en deux étapes :

• Les bactéries oxydant l’ammoniac transforment l’ammonium en nitrites.
• Les bactéries oxydant les nitrites convertissent ensuite ces composés en nitrates.

Les nitrates présentent une toxicité beaucoup plus faible et peuvent être gérés par renouvellement d’eau, assimilation végétale ou procédés spécifiques de dénitrification.

La conception d’un biofiltre MBBR consiste donc à créer un environnement permettant aux bactéries nitrifiantes de disposer durablement :

• d’une surface de fixation suffisante ;
• d’un apport constant en oxygène ;
• d’un renouvellement hydraulique efficace ;
• d’une disponibilité adaptée en ammonium et en alcalinité.

Un écosystème complexe indispensable au fonctionnement du biofiltre

Un biofilm mature ne se limite pas aux seules bactéries nitrifiantes.

Il constitue un véritable écosystème dans lequel plusieurs groupes de microorganismes remplissent des fonctions complémentaires.

Les bactéries hétérotrophes participent notamment à la dégradation de la matière organique dissoute. Certaines archées interviennent également dans le cycle de l’azote, tandis que les protozoaires contribuent à la régulation naturelle des populations bactériennes.

Cette diversité biologique apporte une plus grande stabilité au biofiltre et améliore sa capacité d’adaptation face aux variations normales d’exploitation.

Pour un concepteur d’installation aquacole, il est donc indispensable de considérer le biofilm comme une communauté dynamique et non comme une simple accumulation bactérienne sur un support plastique.

L’importance de la structure du biofilm dans la performance du MBBR

Le biofilm possède une organisation tridimensionnelle complexe.

La matrice extracellulaire appelée EPS (Extracellular Polymeric Substances) constitue une véritable architecture biologique qui maintient les microorganismes fixés sur le support tout en permettant les échanges avec l’eau.

Cette matrice forme un réseau poreux traversé par des micro-canaux permettant la diffusion :

• de l’oxygène ;
• des composés azotés ;
• des nutriments nécessaires au métabolisme bactérien.

Cette organisation explique pourquoi un biofilm correctement développé peut maintenir une activité biologique importante malgré les variations de charge organique rencontrées dans les élevages intensifs.

Le dimensionnement d’un biofiltre MBBR : une approche globale

Les performances d’un biofiltre MBBR ne dépendent pas uniquement du volume de médias installé.

Un dimensionnement professionnel doit intégrer plusieurs paramètres :

• la biomasse piscicole maximale prévue ;
• la quantité d’aliment distribuée quotidiennement ;
• la production théorique d’ammoniaque ;
• la capacité nitrifiante recherchée ;
• le taux de remplissage du réacteur ;
• la vitesse de brassage des supports ;
• la disponibilité en oxygène ;
• la température et le pH de fonctionnement.

Le choix du média biologique est également déterminant. Tous les supports MBBR ne présentent pas les mêmes caractéristiques : surface protégée, comportement hydraulique, capacité de brassage, vitesse de colonisation et résistance mécanique peuvent varier fortement selon les modèles.

Le renouvellement du biofilm : un équilibre indispensable

Un biofilm performant n’est pas nécessairement un biofilm très épais.

Dans un réacteur MBBR correctement conçu, le mouvement permanent des supports provoque naturellement un renouvellement de la biomasse.

Les frottements et les collisions entre médias entraînent le détachement progressif des couches superficielles vieillissantes. Ce phénomène est indispensable pour maintenir :

• une bonne diffusion de l’oxygène ;
• une forte activité bactérienne ;
• une surface disponible pour une nouvelle colonisation ;
• une stabilité durable de la nitrification.

Le biofilm fonctionne donc selon un équilibre permanent entre croissance, maturation et détachement.

Pourquoi deux biofiltres MBBR peuvent-ils avoir des performances différentes ?

Deux installations utilisant des supports biologiques similaires peuvent présenter des résultats très différents.

La raison est simple : le support biologique n’est qu’un élément du système.

Les performances finales dépendent de l’ensemble de la conception :

• qualité de la filtration mécanique en amont ;
• hydraulique du réacteur ;
• distribution de l’oxygène ;
• gestion de la charge organique ;
• conditions physico-chimiques ;
• stratégie d’exploitation.

Une mauvaise conception hydraulique ou un manque d’oxygène ne pourra jamais être compensé uniquement par l’ajout de médias biologiques supplémentaires.

Conclusion : le biofilm au cœur de l’ingénierie RAS

Le biofilm représente le véritable cœur biologique d’un biofiltre MBBR.

Les supports plastiques fournissent simplement la surface nécessaire à son développement, mais c’est cette communauté microbienne organisée qui assure la nitrification, la stabilité biologique et la sécurité sanitaire du système d’élevage.

Pour un bureau d’études aquacoles, concevoir un biofiltre performant nécessite donc une approche globale associant biologie, hydraulique et ingénierie.

La maîtrise du développement du biofilm permet de dimensionner des installations plus fiables, plus économes en énergie et mieux adaptées aux contraintes des élevages modernes.

Chez CHF Aquaculture, l’étude des systèmes RAS intègre ces différents paramètres afin de concevoir des solutions adaptées aux objectifs de production, aux espèces élevées et aux contraintes d’exploitation.