Concevoir une cuve technique

1. Les équipements de la méthode berlinoise

Pour la filtration biologique, la méthode berlinoise repose sur les pierres vivantes et l’écumage. Or, les protéines et les composés organiques dissous, se concentrent principalement dans la zone supérieure de la masse d’eau, ce qui fait que le prélèvement de l’eau superficielle par débordement est le meilleur moyen d’amener ces substances à l’écumeur afin qu’elles soient majoritairement éliminées avant toute transformation biologique. La prise d’eau en surface supprime également le film gras qui s’y forme, améliorant ainsi les échanges gazeux et la pénétration de la lumière. Pour son bon fonctionnement, le bac doit être également équipé de systèmes de régulation de température, de compensation d’évaporation, d’une éventuelle filtration mécanique, de réacteurs à calcium et/ou à calcaire, filtres fluidisés, etc. Les appareils pourront être installés et dissimulés dans la cuve technique en laissant le bac d’exposition libre pour le décor, le brassage et les habitants. Toutes ces raisons font qu’une cuve technique est un équipement pratiquement incontournable de la méthode berlinoise.

2. La cuve technique de base

L’eau déborde donc de l’aquarium par un trop plein, pour descendre dans la cuve annexe de filtration où, après avoir été traitée, elle est remontée dans la cuve principale par une pompe de relevage. La cuve technique doit être la plus grande possible pour bénéficier de certains avantages comme augmenter le volume total d’eau, pour une meilleure stabilité des paramètres et avoir la place d’y accéder confortablement. Mais sa taille dépend évidemment de l’espace que nous pouvons lui consacrer.

Les plus chanceux ont une pièce adjacente ou en sous-sol, à aménager en local technique. Dans ce cas, le problème de place ne se pose plus et cette solution élimine bien des problèmes comme le taux d’humidité et les nuisances sonores qui peuvent devenir une source de conflits avec l’entourage familial, tout en favorisant une maintenance plus discrète (voir encadré en fin d’article). Mais le plus souvent, le seul endroit disponible est sous l’aquarium, dans le meuble qui lui sert de support. La première chose à faire sera de mesurer l’espace disponible et de faire un plan de la cuve qui conviendra le mieux à nos besoins. Dans un espace très restreint, une simple cuve, sans compartimentation, peut être suffisante pour accueillir l’écumeur, une filtration mécanique, une résistance chauffante, la pompe de relevage et l’osmolateur. Mais, pour plus d’efficacité, elle devrait être compartimentée en plusieurs zones spécifiques :

2.1. Un compartiment de réception et d’élimination des sédiments

Une cuve technique digne de ce nom devrait avoir un premier compartiment servant à la réception de l’eau qui chute du trop plein du bac principal en créant une zone de turbulence. En débordant ensuite par-dessus une première cloison, elle se trouve répartie uniformément dans les compartiments suivants. Ce premier compartiment est dit aussi « de tranquillisation ». Selon la place et vos choix, vous pourrez installer à sa suite un décanteur, une décantation lamellaire ou une filtration mécanique (cf. : « En finir avec les sédiments » Zebrasomag n°3). L’élimination des sédiments est une mission primordiale de la cuve technique ce qui fait que l’on utilise plus généralement l’expression « cuve de décantation » ou encore « décantation » ou « décante » pour la désigner dans le langage aquariophile courant, même si c’est souvent une terminologie non appropriée, elle a le mérite d’être comprise par le plus grand nombre.
Un décanteur efficace demande beaucoup de place, en longueur et en largeur, en fonction de la vitesse de circulation de l’eau, ce qui est rarement réalisable. Pour pallier au manque d’espace, cette zone de décantation est souvent équipée d’une succession de cloisons basses (qui touchent le fond de la cuve) et hautes (qui laissent un espace entre la vitre du fond et la cloison).

Ce cloisonnement est hérité directement des anciens principes de filtration pour les poissons, d’eaux douces et d’eau salée. Elle servait à l’origine à maintenir des pains de mousse bleue verticalement en faisant office de filtration mécanique et biologique. En conservant  ces chicanes (schéma 1.a) le but est de rallonger le parcours de l’eau et de laisser ainsi l’opportunité aux sédiments et aux déchets organiques de se déposer dans cette zone pour y être siphonnés ultérieurement. Ils ne pourront s’y déposer et y rester que si le débit de la pompe de relevage est suffisamment faible, de l’ordre de 2 à 3 fois le volume du bac par heure. Pour ceux qui incorporent encore volontairement ces chicanes dans une cuve de filtration, prenez garde à laisser une hauteur suffisante sous les cloisons hautes, afin de ne pas obtenir l’effet contraire à celui désiré. Si cet espacement est trop court, l’eau subira un effet d’accélération en entraînant les sédiments avec elle, au lieu de les laisser décanter. La hauteur de cet espacement doit être égale ou supérieure à l’écartement entre chaque  cloison. Autrement dit, la surface de l’espacement inférieur doit être au moins égale ou supérieure à la surface d’entrée de l’eau en son point haut.

En exploitant cette idée autrement, la décantation lamellaire (schéma 1.b) est une solution plus performante et autorisant des débits plus rapides, mais qui nécessite également un espace important et dont le coût n’est pas négligeable.

La technique la plus couramment utilisée est celle d’une filtration mécanique sur ouate synthétique à base de polyamide comme le Perlon® (schéma 1.c). Ce matériau peu coûteux est facile à installer en remplacement d’un nombre important de chicanes. Un réceptacle garni de Perlon peut être mit à la suite de la première cloison ce qui économise de l’espace en assurant une bonne efficacité. Plus récent et plus radical, on peut utiliser une poche de filtration comme le Micron bag® (schéma 1.d), aux maillages de 25, 50, 100 ou 200 µ. Cette technique de filtration mécanique est extrêmement performante et élimine pratiquement tous les sédiments avec un faible encombrement. A tel point que dans ce cas, on peut se passer d’un premier compartiment spécifique en faisant arriver l’eau du bac directement dans la poche. Mais, attention : plus la filtration mécanique est fine plus le colmatage est rapide. Ce genre de filtration favorise également l’établissement d’une population bactérienne pouvant rentrer en concurrence avec l’écumeur et les pierres vivantes. Il faudra donc être extrêmement vigilant sur la fréquence de remplacement des matériaux.

2.2. Un compartiment à niveau constant

Un écumeur a besoin d’un niveau d’eau constant pour fonctionner d’une manière optimale et, à moins d’utiliser un modèle extérieur, ou de faire transiter directement l’eau du débordement par l’écumeur avant la cuve technique, il faudra lui dédier un compartiment spécial. Le niveau d’eau de ce compartiment est déterminé par la hauteur de la cloison basse le séparant du compartiment suivant. Une cloison d’une hauteur comprise entre 20 à 25 cm est généralement un bon compromis. Si la hauteur est trop haute, il est facile de surélever l’écumeur alors que si elle est trop basse cela risque de nuire à ses performances et de vous priver du choix d’écumer plus ou moins « sec » ou « humide » (écume foncée ou claire).

2.3. Un compartiment à niveau variable

Une fois traitée, l’eau remonte dans le bac principal par une pompe de relevage située dans le dernier compartiment ou encore, extérieure à la cuve technique. Dans le premier cas, il faut une hauteur d’eau suffisante pour que le corps de la pompe soit recouvert et qu’elle n’aspire pas d’air, ce qui enverrait des micros-bulles inesthétiques et préjudiciables à certains animaux (animation 2). Ce compartiment est dit « à niveau variable » parce que c’est dans ce compartiment que l’évaporation fait physiquement baisser le niveau d’eau. C’est donc l’endroit où il faut placer les capteurs de l’osmolateur qui en même temps déterminent la hauteur d’eau nécessaire au bon fonctionnement de la pompe de relevage. Plus la surface du volume d’eau de ce compartiment est faible, plus les capteurs réagissent rapidement à l’évaporation qui sera donc compensée plus fréquemment. Le bénéfice en est que les variations de salinité sont plus faibles. Un autre avantage est lors de l’utilisation d’un réacteur à hydroxyde de calcium (RAH) couplé à l’osmolateur ; les osmolations étant courtes, le RAH n’enverra qu’une petite quantité d’eau de chaux à la fois, ce qui évitera des variations de pH trop importantes. Cela permet également de coupler le brassage interne du RAH à l’osmolation, pour avoir une eau de chaux constamment saturée en hydroxyde en limitant le risque d’injection de lait de chaux dans le bac. Il est toujours préférable que l’eau de chaux soit rejetée dans le bac principal et devant une petite pompe de brassage pour optimiser sa dilution rapide dans un grand volume et minimiser la précipitation.

2.4. Prévoir la hauteur de la cuve technique

L’eau qui est remontée par la pompe de relevage permet au bac principal de déborder par son trop plein. Mais pour qu’elle déborde, Il se crée une « lame d’eau » d’une épaisseur variable en fonction du débit de la pompe, de la longueur du peigne de débordement et de l’espacement de ses dents. Elle fait en général environ 1 cm de hauteur. Il est alors facile de calculer son volume par une simple opération : L x l / 1000 = X litres. Par exemple, un aquarium de 160 x 80 cm avec une lame d’eau de 1 cm, représente un volume de 12,8 litres.
A l’arrêt de la pompe de remontée, cette masse d’eau augmentera d’autant le volume de la cuve technique. Il faudra donc prévoir lors de sa conception l’espace nécessaire pour accepter ce supplément d’eau sans déborder (animation 1). Si la cuve technique fait par exemple 100 x 60 cm, ce volume de 12,8 litres fera monter le niveau d’un peu plus de 2 cm. Appliquez un coefficient de sécurité de 2 ou 3 et vous déterminerez la hauteur minimum supplémentaire à prévoir pour les parois extérieures de la cuve technique, 6 cm dans ce cas là, qui sont bien évidemment à rajouter à la hauteur de la cloison de séparation du niveau constant ou du compartiment de réception (plus l’épaisseur du verre de la vitre de fond). Mais rien ne vous empêche de faire les parois de la cuve de filtration encore plus hautes, tant que l’accès et la manipulation des appareils qui sont dedans restent pratiques pour leur maintenance. Si vous intégrez dans le même circuit un aquarium annexe, comme un refuge ou un bac à boutures, il faudra prendre en compte également la lame d’eau qui se créera dedans.

2.5. La réserve d’eau

L’évaporation est incontournable dans nos bacs ouverts et l’osmolateur permet de la détecter et de la compenser. Ceux qui ont un point d’eau à proximité peuvent brancher un osmoseur sur cette arrivée et l’osmolateur pourra commander alors une électrovanne, ouvrant le circuit en produisant de l’eau osmosée à chaque osmolation. C’est une solution permettant une automatisation quasi totale avec un encombrement minimum. Malheureusement, la plupart du temps ce n’est pas le cas et il faudra produire l’eau osmosée ailleurs (salle de bain, W.C, cuisine, etc.) et la stocker dans un récipient à proximité de la cuve technique.

Certains modèles d’osmoseur haut de gamme proposent des fonctionnalités  optimisées par un rinçage périodique de la membrane, afin de prolonger sa durée de vie, et un contrôle par microprocesseur de sa qualité. (Vertex Deluxe Puratek, par exemple). Ceux qui sont plus doués pour le bricolage, trouveront d’autres systèmes DIY consistant à faire une dérivation en amont du restricteur de débit, doté d’une vanne à actionner manuellement de temps en temps pour effectuer ce rinçage.

Le volume de la réserve d’eau doit être calculé pour avoir une autonomie confortable en prévision d’une absence plus ou moins prolongée de l’aquariophile. Le taux d’évaporation varie en fonction de la température, donc des saisons et de l’environnement de l’aquarium. Le pourcentage moyen d’évaporation tourne autour de 1 à 2% du volume du bac. Un aquarium de 400 litres évaporant entre 4 et 8 litres par jour et ayant une réserve d’eau de 80l aura une autonomie théorique d’environ 10 à 20 jours. Cette réserve peut faire partie intégrale de la cuve technique par un cloisonnement ou peut être à côté, sous la forme d’un simple bidon en plastique alimentaire ou d’une cuve en acrylique ou en verre collé dont on privilégie la hauteur. Par exemple, un conteneur de seulement 30 cm de large par 50 de profondeur et 60 de haut contient 90 litres.

2.6. Sécuriser le système

Toutefois, avec une réserve d’eau osmosée d’un volume important, il ne faudrait pas omettre le risque qu’un dysfonctionnement de l’osmolateur puisse provoquer une compensation ininterrompue, conduisant à un débordement de la cuve technique et à une baisse de la salinité non négligeable dans le bac principal. Il est donc fortement conseillé de prendre quelques précautions supplémentaires, en l’occurrence, des capteurs de niveau haut et bas, pour éviter débordement et marche à sec des appareils.

Un autre risque potentiel est l’obstruction du tuyau de descente d’eau. On conseille souvent de prévoir à la conception de la cuve principale un deuxième tube de descente, le second servant de sécurité en cas d’obstruction du premier, spécialement quand celui-ci est muni d’une vanne servant à le noyer, afin d éviter les désagréables bruits de cascade et les gargouillements qui l’accompagne. Mais, dans les deux cas et par souci de sécurité, il est raisonnable de rajouter un capteur de niveau haut, quelques centimètres au dessus du niveau d’eau dans la colonne de débordement. Ce dernier, en cas de problème, coupant le circuit électrique alimentant l’ensemble pompe de remontée, pompe d’osmolation et pompe de l’écumeur. .

2.7. Utilités annexes de la cuve technique

Il est difficile d’envisager de ne pas contrôler les paramètres de l’eau de nos aquariums. La température et le pH sont d’une importance primordiale et la conductivité et le Redox ne manquent pas d’intérêt non plus ! Que vous utilisiez un ordinateur de gestion d’aquarium ou des mono-contrôleurs, les sondes de mesures exposées à la lumière sont susceptibles de se couvrir d’algues, coralines ou autres, et le meilleur emplacement pour les installer sera dans la cuve technique, à l’abri de l’éclairage et des animaux. Le compartiment de réception, où l’eau est en permanence renouvelée et en mouvement, sera le meilleur choix et toujours en amont des résistances chauffantes et des complémentations calciques et carbonatées.
C’est dans la cuve technique que seront placées les résistances chauffantes et la pompe de circulation du refroidisseur. Les résistances pourront être mises dans le compartiment de l’écumeur ou de la pompe de relevage, mais de préférence en aval de la sonde de température, et la pompe du refroidisseur de préférence après la filtration mécanique pour retarder l’encrassement des tuyaux. Selon la place disponible, les différents réacteurs, les filtres fluidisés et les filets à mailles (« chaussettes ») contenant charbon actif, résine anti-phosphate et anti-silicate trouveront leur place dans ou à côte de la cuve. Les tuyaux de rejet d’éluât divers (réacteurs, pompes doseuses, etc.), devront être fixés aux bords de la cuve.

3. Détails qui font la différence

On peut toujours améliorer une cuve technique et l’incorporation d’un refuge est un classique (cf. : « Les refuges » ZebrasO'mag n°4). Plus simplement, fixer un éclairage d’appoint au dessus de la cuve technique s’avère souvent bien utile. On peut aussi concevoir un système de vidange afin de faciliter les changements d’eau et l’élimination des sédiments. Pour ce faire, avant la réalisation, il faudra prévoir de surélever cette cuve afin de laisser la place aux canalisations d’évacuation. Les vitres du fond, ou latérales, pourront être percées au diamètre des passes-cloisons par lesquels passeront des tubes munis de vannes et de raccords unions. La paroi extérieure du compartiment de la pompe de relevage pourra également être munie de passes-cloisons dans le cas d’aquariums utilisant des pompes de relevage extérieures non immergeables. Et puisque l’on parle de plomberie, les tubes de descente des déversoirs devront plonger sous le niveau d’eau pour atténuer le bruit de cascade et être équipés, ainsi que le tube de remontée, de vannes pour pouvoir isoler complètement le bac d’exposition de la cuve technique en cas de besoin ou encore, noyer plus ou moins la colonne de débordement. Le tube de remontée peut avoir aussi une dérivation, constituée par un T, une vanne, du tube et d’éventuels coudes, permettant de brider le débit de la pompe de relevage et/ou d’alimenter un RAC ou un refroidisseur.

3.1. Couvrir la cuve technique *

Certains aquariophiles font le choix de couvrir leur cuve technique. C’est une option aisément réalisable avec de simples plaques en Plexiglas, polycarbonates, ou PVC expansé, préférable au verre, cassant et plus lourd. Elles sont peu coûteuses, légères et faciles à tailler aux dimensions désirées. Les avantages évidents étant de limiter l’évaporation, l’humidité et les éclaboussures dans le meuble sous l’aquarium. Ainsi que de réduire les nuisances sonores et la déperdition thermique.

Néanmoins, cela comporte également l’inconvénient de réduire les échanges gazeux et cela peut compliquer les opérations de maintenance. L’évaporation qui ne se répand plus dans l’air se condense sous les plaques et il est préférable d’adapter leur taille aux dimensions internes de la cuve, en prévoyant quelques taquets collés aux parois pour les poser dessus. Cela évitera que la condensation s’échappe par les côtés de la plaque en ruisselant sur les parois externes et dans le meuble. Un perçage des plaques d’un orifice d’environ 2 cm de diamètre permettra d’y glisser un doigt pour les enlever plus facilement. Si la chaleur de l’eau est mieux conservée en hiver, elle l’est aussi en été, ce qui n’est généralement pas souhaité.

Il appartient donc à l’aquariophile de peser le pour et le contre d’une couverture de la cuve technique et de faire un choix personnel.

3.2. Chauffer l’eau de l’aquarium et minimiser les risques *

Nous sommes nombreux à avoir eu des problèmes avec les chauffe-eaux d’aquarium. Que cela soit de les casser « bêtement » en les manipulant, qu’ils restent bloqués en position chauffe ou qu’ils « explosent » dans la cuve technique, celle-ci pouvant se retrouver à sec pour diverses raisons : dysfonctionnement de l’osmolateur, réserve d’eau de compensation de l’évaporation à sec ou encore, lors d’un changement d’eau où la cuve technique est vidée intégralement pour un grand nettoyage.

Si l’on n’a pas pris la précaution de couper le circuit de la résistance chauffante, la température de l’air ambiant étant généralement inférieure à la consigne donnée pour l’eau de l’aquarium, elle continue à chauffer jusqu’à un point de rupture. Sous l’effet de la chaleur et en l’absence du refroidissement permanent procuré par l’eau en circulation, le verre éclate en faisant disjoncter le réseau électrique. Pire encore, la vitre du fond de la cuve technique peut aussi casser ou se fendre à cause d’un choc thermique.

Un chauffage d’aquarium autonome doit au minimum être muni d’un thermostat. Evitez les mécaniques bilames, celles-ci pouvant rester collées en entrainant une surchauffe importante et potentiellement catastrophique pour les habitants de l’aquarium. Préférez un thermostat électronique, mais, en règle générale, évitez autant que possible les chauffages en verre à bas prix et souvent de qualité médiocre. Privilégiez les résistances en titane ou en polymère, qui ne cassent pas. Certaines résistances sont dotées d’un système d’arrêt et de rallumage automatiques en cas de fonctionnement à sec. Mettez le chauffage sur un circuit d’alimentation électrique que vous devez couper obligatoirement avant toute opération de maintenance. Par exemple, consacrez une ligne électrique au branchement exclusif des pompes de relevage, d’écumeur et de filtres divers, au chauffage et à l’osmolateur. Il suffira de mettre cette ligne en position « off » pour éviter bien des problèmes. Il est toujours préférable d’avoir un système de régulation de température indépendant pour piloter la résistance. Cela peut-être le circuit de température d’un ordinateur de gestion (Apex, Aquatronica, GHL, IKS, etc.) ou séparé (Biotherm, etc.).
Un avantage supplémentaire de ces thermorégulateurs est qu’ils sont aptes à prendre en charge le chauffage et le refroidissement.

Espaces et locaux techniques

Certains parmi nous ont l’opportunité d’avoir une pièce adjacente ou sous-jacente à aménager en local technique. C’est bien sur l’idéal et dans ce cas, ils ont beaucoup moins de problème d’espace. C’est une solution qui élimine les problèmes de bruit et d’humidité dans la pièce à vivre qui reçoit le bac d’exposition. L’amateur peut y effectuer ses travaux de maintenance confortablement et sans déranger ses partenaires de vie. Il pourra alors laisser libre cours à son imagination et, en fonction de la place disponible, y inclure d’éventuels refuges et autres bacs annexes particuliers tout en ayant à portée de main tout le matériel dont il a besoin.

Un effet secondaire de l’aquariophilie récifale est de nous permettre de développer un sens du bricolage que nous ne nous connaissions peut-être pas ! De fait, il est très gratifiant de concevoir et de réaliser soi-même une partie de l’équipement. La cuve technique est sans doute l’élément qui s’y prête le mieux car elle est relativement facile à planifier et à construire. Cela nous permet de l’adapter parfaitement à nos besoins particuliers, en fonction de la taille du bac et de la place dont nous disposons.

Christian SEITZ

Article de Christian Seitz, paru dans ZebrasO’Mag n° 6 d'aout 2008 (après correction de la rédaction n’engageant pas
la responsabilité de l'auteur). Adapté par l’auteur pour Cap Récifal et publié par Cap Récifal le 25 juin 2014.

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* Addendum 07/2014 : à la suite de la parution de cet article, certaines remarques de lecteurs méritaient d’être prises en compte, raison de ce rajout de texte.