Pourquoi une filtration biologique ?

Pour répondre à cette question de manière complète, il faudrait aborder la question du cycle de l’azote. Vous pouvez consulter la partie « chimie de l’eau » sur ce site où vous lirez une page consacrée à ce sujet (vivement conseillé)…

Dans cette section pratique, nous dirons simplement que comme les Koi (ou autres poissons) trouvent des protéines dans leur alimentation, et que ces protéines contiennent des acides aminés, les déchets produits par les Koi contiennent de l’ammoniac. Ce toxique est évacué principalement par les branchies et sans filtration biologique, l’ammoniac atteindrait une concentration mortelle pour les Koi. La filtration biologique consiste donc à « utiliser » de bonnes bactéries pour transformer l’ammoniac en d’autres déchets azotés moins toxiques (> nitrites > nitrates).

Le filtre multi chambres

C’est le type de filtre le plus utilisé, le plus populaire car il permet toutes les configurations et il peut convenir à presque tous les bassins. On le trouve dans de très nombreuses variantes et dans bon nombre de dimensions.

Les matériaux qui font la qualité d’un filtre sont les composites (polyester) et le polypropylène (PP ou PE).

Les matières "plastiques" sont souvent plus fragiles et il faut donc prendre toutes les garanties en optant pour ce matériel. Les filtres en inox ou en PP sont quant à eux très robustes mais plus chers.

Le filtre peut être monobloc avec des compartiments disposés en ligne, ou assemblés autour d’un vortex central: on retrouve également des modules séparés qui, une fois réunis, forment également un filtre multi chambres.

D’ordinaire, un filtre multi chambres comprend une filtration mécanique suivie d’une série de compartiments destinés à la partie biologique. Suivant la place ou les préférences, le filtre peut intégrer ou non un vortex; pour les petits bassins dont le débit de pompage est modeste, cela peut se révéler intéressant par contre, pour les bassins plus importants, la taille des vortex est souvent trop petite et l’efficacité reste aléatoire.
 
Dans ce cas, mieux vaut combiner un préfiltre à grille avec un filtre multi chambres classique ou opter pour un autre système de filtration mécanique. Dans tous les cas, après le vortex suit un ou plusieurs compartiments remplis de brosses.

Concernant le volume de ces filtres, il faut malheureusement constater que beaucoup de fabricants n’hésitent pas à surévaluer les performances de leurs systèmes: il faut donc éviter de prendre les indications comme une référence absolue et retenir qu’un filtre n’est jamais trop grand.

Ci-dessous un exemple de filtre multi chambres comprenant une chambre avec brosses et cinq chambres biologiques avec tapis japonais. Pour passer d'une chambre à l'autre, l'eau doit passer par des Up-Flow ce qui implique que l'eau arrive dans chaque chambre par le bas. Le sens su flux d'eau est donc ascensionnel dans toutes les chambres. Une vanne de décharge est également prévue pour tous les compartiments.

Depuis une demi-douzaines d'années, il faut constater que l'intérêt pour ce type de filtration est très nettement en baisse au profit des Combi à tambour, plus performants et nécessitant beaucoup moins d'entretien. L'offre a d'ailleurs considérablement baissée et on ne trouve plus aujourd'hui que 10 à 15 % de l'offre existante il y a quelques années.

Le filtre semi-humide ou à ruissellement

Suite à diverses opérations de marketing, le filtre semi-humide "original" qui existe depuis plus de trente ans, porte de nombreuses appellations différentes, mais le fonctionnement reste le même: les substrats sont placés dans des contenants disposés en étages et l’eau ruisselle sur les masses filtrantes.

C’est un principe très simple qui a pour désavantage de consommer plus d'énergie, de prendre de la place sur un plan vertical et il n’est donc pas toujours très facile à camoufler. Il est également source de bruit et de par sa conception, il évapore beaucoup d’eau: dans certaines applications cela reste cependant un excellent système de filtration.

C’est donc un filtre typiquement biologique qu’il faut associer à une filtration mécanique: la nitrification produit des sédiments et même si certains l’utilisent de façon autonome (fermes d’élevage, piscicultures qui jettent les supports régulièrement après colmatage), en bassin d’ornements il est indispensable de lui associer une bonne préfiltration. Une variante existe sous forme de réservoir cylindrique fermé qui doit être alimenté en air.
 
Tous ces filtres à ruissellement apportent une oxygénation et selon le type de support, le rendement va de bon à très bon. Enfin, selon l’importance de la charge organique, de l’écume peut se former au pied de ces filtres et il faut donc prévoir un bac de rétention afin d’empêcher l’écume de rejoindre le bassin. Les bioballes peuvent servir de médias, tout comme certaines céramiques à faible porosité afin d’éviter un colmatage trop rapide.

Les spécialistes préfèreront des medias tels que les Bacteria Home ou Bacteria House, ou encore la mousse de verre dont la porosité est extrême... Ces medias rendent le filtre à ruissellement terriblement efficace.

Le filtre fluidisé, moving bed

Initialement, le principe reposait sur le passage ascensionnel de l’eau à traiter à travers un lit de sable. Le sable étant maintenu en suspension simplement par le flux de cette eau à traiter.
Si le sable utilisé comporte des particules de 0,1 à 1mm, la surface de colonisation pour les bactéries peut atteindre facilement 40000m²/m³: c’est le record que détient ce type de filtre !

Expérimenté dans certaines centrales d’épuration d’eaux usées (centrales pilotes aux USA, Canada et aussi en Europe), ce procédé a permis d’obtenir d’excellents résultats. De même en aquariophilie, le système a été exploité sous diverses variantes: nitrification, réduction des phosphates avec billes d’oxydes... toujours avec le même succès.

Par contre, en bassin à Koi, ce type de filtre fluidisé est très rarement utilisé car trop capricieux: la moindre variation de débit modifie la vitesse dans le réacteur et dans ce cas, le lit fluidisé peut s’effondrer dans le filtre et devenir inutile.

Vu ce gros défaut, le principe a été modifié, le moving bed est né !

Au lieu d’utiliser le flux d’eau pour mettre un media en suspension, un dispositif d’aération met en mouvement des medias type Hel-X. Le filtre constitué d’une cuve de bonne taille est traversé simplement par l’eau à traiter. Les diffuseurs créant un mouvement de convection, les medias sont ainsi continuellement en mouvement et sont maintenus dans le filtre par de grandes crépines.

La tendance actuelle associant filtre à tambour et moving bed permet de réduire de manière considérable la taille des filtres : cet avantage combiné au fait que le système est autonettoyant, ce type de filtre est maintenant devenu un must. Un autre procédé combinant le moving bed et une chambre avec du tapis japonais est également très apprécié car il offre une dynamique plus intéressante. En cas de défaillance de la flore bactérienne, par exemple suite à un traitement, on constate un démarrage plus rapide et plus net de la filtration biologique.

Les filtres à beads

Les beads sont de petites perles en polypropylène servant de support aux bactéries nitrifiantes: après le sable, ce média est celui qui présente le meilleur rapport surface / volume, puisqu’un mètre cube de beads représente environ 1350 m² de surface.

Le filtre, dont le réservoir est de même constitution que celui d’un filtre à sable, est alimenté par une pompe : l’eau traverse un lit de substrat, du bas vers le haut, qui est principalement situé à la partie supérieure du réservoir.

La densité des beads est inférieure à 1 et de ce fait ils forment un épais matelas statique qui reste en suspension dans le filtre et qui piège les plus petites particules. Ce type de filtre est à la fois un bon filtre mécanique et biologique !

Les orifices d’alimentation et de refoulement sont munis de crépines qui empêchent les perles de sortir avec l’eau épurée. Il convient de prévoir au minimum un préfiltre à grille avec ce filtre à beads sous peine de colmatage et/ou entretien journaliser nuisant à la biologie du filtre.

Avec un principe de fonctionnement identique, de nombreuses marques proposent ces filtres à beads dans diverses variantes: certains possèdent vannes multivoies, pompes à air... alors que d’autres sont simplement constitués d’un réservoir... Les beads sont également disponibles dans d’innombrables variantes (formes, dimensions, matières...)

Très utilisé dans les pays anglo-saxons, le filtre à beads peut se suffire à lui-même: cependant, vu sa lenteur à réagir au niveau biologique, il est parfois préférable de l'associer à un second filtre biologique. Il forme un duo parfait s'il est assisté d'un complément de tapis japonais: ainsi, en début de saison, ou suite à un traitement, les bactéries se développent très bien dans les tapis, ce qui compense le retard du filtre à beads qui nécessite toujours un peu plus de temps.

A noter que si le filtre à beads permet à la fois une filtration mécanique et biologique, il est indispensable de l’alimenter avec de l’eau qui sera préalablement préfiltrée et bien oxygénée (préfiltre à grille ou tambour) sous peine de se colmater rapidement et de provoquer une série de gros problèmes. Voilà typiquement un bon matériel qui malheureusement est souvent très mal utilisé….

Divers

La description des différents processus de filtration biologique s’achève ici, cependant il existe sur le marché d’autres filtres.

Les filtres "tonneaux": ces petits récipients bon marché remplis de médias en plastique ou de pierres  ne conviennent pas pour les bassins. Trop petits, mal oxygénés, ils ne permettent pas à eux seuls d’épurer un bassin. Les plus élaborés peuvent à la limite servir à filtrer un petit bassin préformé de 500 litres ou un bac de quarantaine, sans plus...

Les filtres à mousses: mêmes si les mousses sont d’excellents supports bactériens, ces filtres sont à éviter en bassin à Koi car ils se colmatent très (trop) rapidement en bassin. Pour avoir expérimenté de nombreux processus (filtres pression - haute pression à mousse) je peux conclure que ceux-ci permettent d’obtenir des eaux très limpides mais uniquement pour des bassin à poissons rouges d'une contenance maxi de 10 m3.

Si tel est votre cas, optez pour un filtre de marque qui proposent maintenant des produits solides faciles d'entretien et munis de lampes UVC puissantes. Oase étant leader sur ce produit, le modèle FiltoClear peut convenir parfaitement pour ces petits bassins. L'avantage étant que la sortie d'eau étant sous pression, il est possible d'animer une petite cascade ou une lame d'eau, avec la seule pompe de filtration.

En résumé

En filtration biologique, les filtres se déclinent en trois catégories dont la première comprend les cultures bactériennes immergées statiques, la seconde, les substrats arrosés et enfin, les systèmes fluidisés. Les trois catégories sont toutes très performantes et chacune offrent avantages et inconvénients.

La première, la plus classique avec tapis japonais est éprouvée depuis des dizaines d’années mais nécessite un peu plus de place. La réaction au développement bactérien est inégalée.

Les filtres à ruissellement sont sans conteste les plus efficaces mais provoquent des nuisances sonores et peuvent contribuer à amplifier des variations de température de l’eau du bassin.

Les moving bed sont très efficaces et devraient poursuivre une belle évolution: le rendement est nettement meilleur, les appareils sont moins encombrants et l’entretien facilité.
Mais le point faible de cette filtration ne repose que sur un seul type de média, assez lent à être colonisé, ce sont donc des filtres qu'il faut idéalement combiner avec un autre dispositif.

Sans cet inconvénient et précédé d'une bonne filtration mécanique (tambour ou filtre à tamis), le moving bed est un excellent épurateur biologique.