Un petit nano en gestation

Jean Jaubert a écrit:Le 4 octobre 2013

Bonjour à tous,

Certaines objections formulées sur la présente rubrique, consécutivement aux remarques que Joé vous a communiquées de ma part, sont, à mes yeux, infondées, confuses, insidieuses et totalement injustifiées.

Aussi, ai-je décidé d’intervenir pour tenter de mettre les choses au point.

Cependant, la présente intervention est à usage unique. Il n’y en aura pas d’autre car je ne tomberai pas dans le piège d’une polémique.

Le procédé que j’ai breveté en février 1988 et que j’ai dénommé MICROCEAN le 25 juillet 1988 (date du dépôt de la marque) concerne un principe (le pouvoir épurateur, et plus généralement stabilisateur des paramètres physicochimiques, d’une couche épaisse de sédiment comportant une zone riche en oxygène et une zone hypoxique) et la façon de le mettre en œuvre pour équilibrer écologiquement un aquarium. J’en ai eu l’idée en 1979, plus de 20 ans avant que Ronald SHIMEK ne parle de DSB dans la littérature (article publié en 2001 dans Aquarium Fish Magazine).

Sa mise au point fut l’aboutissement d’une très longue série de travaux.

Mes premiers travaux (au milieu des années cinquante) furent très empiriques car les moyens dont je disposais étaient très rudimentaires. Par la suite, ils furent fragmentaires parce que la gestion de mes laboratoires et l’organisation des expéditions lointaines que je conduisais pour étudier les récifs de coraux ne me laissaient guère le temps de m’occuper de mon hobby.

Les principales étapes de ces travaux sont décrites dans un article intitulé (Scientific considerations on a technique of ecological purification that made possible the cultivation of reef-building corals in Monaco : Considérations scientifiques sur une technique de purification écologique qui a permis de cultiver des coraux constructeurs de coraux à Monaco) (Jaubert, 2008)

Référence : Jaubert, 2008. Scientific considerations on a technique of ecological purification that made possible the cultivation of reef-building corals in Monaco. Husbandry in Public Aquaria 16–21 April 2007, Burgers’ Zoo, Arnhem, The Netherlands. Series, vol. 2. R.J. Leewis and M. Janse (eds.), pp. 115-126 2008 Burgers’ Zoo, Arnhem, the Netherlands.

Cet article résume les propos que j’ai tenus, en 2007, à Arnhem (Hollande) au cours d’un colloque scientifique international qui rassemblait une centaine de spécialistes de la culture des coraux en aquarium venus du monde entier. Ma communication avait été très appréciée et les référés qui avaient publié l’article qui en résumait le contenu n’avaient rien trouvé à redire.

Cet article, vous pouvez le télécharger en recopiant l’adresse suivante dans votre navigateur Internet: http://www.jaubert-microcean.com/BEST_MICROCEAN_fr/MICROCEAN_files/Proceedings%20CHS%202007.pdf

Mais, pour ceux d’entre vous qui maîtriseraient mal la langue de Shakespeare, j’ai recopié, ci-dessous, avec leur traduction, les paragraphes les plus pertinents. En effet, je les utilise pour étayer le reste de mon intervention.

Although I was keeping reef-building corals in the laboratory I could not use them to investigate their physiology because they were neither healthy enough nor enough numerous to allow valuable scientific experiments. In this regard I decided to carry out experiments on the seafloor. For this purpose I designed and built respirometers (Jaubert, 1977) and other underwater devices. During experiments carried out in Aqaba (Jordan), in 1979, I uncovered that reef sediments were sinks for nitrate (unpublished results).

Bien que je conservais des coraux constructeurs de récifs dans mon laboratoire, je ne pouvais pas les utiliser pour étudier leur physiologie parce qu’ils n’étaient, ni suffisamment en bonne santé, ni suffisamment nombreux pour que je puisse faire des expérimentations scientifiques valables. Aussi, avais-je décidé de faire mes expériences au fond de la mer. Dans ce but, j’avais conçu et construit des respiromètres (Jaubert, 1977) et d’autres appareils étanches. Au cours d’expériences réalisées à Aqaba (Jordanie), en 1979, j’ai découvert que des sédiments récifaux étaient des puits de nitrate (résultats non publiés).

From the literature (Koike and Hattori, 1978; Sorensen, 1978) I understood that heterotrophic denitrifying bacteria living in hypoxic and anoxic layers of organic-rich marine sediments were responsible for this phenomenon.
By “respiring” nitrate to oxidize organic compounds these bacteria were converting nitrate into molecular nitrogen. Immediately I thought that by creating a hypoxic sediment layer in my aquariums I could make use of this process to eliminate nitrate.

En étudiant la littérature (Koike and Hattori, 1978; Sorensen, 1978), j’avais compris que des bactéries hétérotrophes dénitrifiantes vivant dans les couches riches en matières organiques et pauvres en oxygène (hypoxiques et anoxiques) étaient responsable de ce phénomène. En “respirant” les nitrates pour oxyder des composés organiques ces bactéries convertissaient les nitrates en azote moléculaire. Immédiatement, j’avais imaginais qu’en créant une couche hypoxique, dans mes aquariums, je pouvais tirer parti de ce processus pour éliminer les nitrates.

A simple way to create a hypoxic layer in my aquarium was to turn off the under-gravel filters. I disconnected the airlift of the under-gravel filter of one of the aquariums inside which I was keeping corals. But since this airlift was also used to stir and aerate the aquarium water I kept it and connected it to a strainer fixed above the sand (Figure 2). As PVC T connections were fixed to its upper extremity this airlift was also doing the work of a basic protein skimmer (Figure 2). This light skimming may have played a significant role. By discarding brownish foam it may have contributed to remove colored organic matter from the water of this aquarium (as well from that of other tanks I equipped later with this simple system), which never became yellowish although I never used activated carbon to filter it.

Une manière simple de créer une couche hypoxique était d’arrêter le filtre sous gravier. Aussi, avais-je débranché l’exhausteur du filtre sous gravier de l’un de mes aquariums dans lequel je conservais des coraux. Cependant, comme cet exhausteur servait aussi à brasser et à aérer l’eau, je l’avais conservé et connecté à une crépine qui collectait l’eau au-dessus du sédiment (Figure 2). Comme de raccord PVC en forme de T étaient fixés à son extrémité supérieure, l’exhausteur jouait le rôle d’un écumeur rudimentaire (Figure 2). Ce léger écumage a peut-être joué un rôle non négligeable. En rejetant une mousse brunâtre, cet exhausteur rudimentaire a pu contribuer à extraire la substance jaune de l’eau de cet aquarium (idem pour d’autres bac équipés plus tard de la même manière) qui ne devint jamais jaunâtre bien que je n’avait jamais utilisé de charbon activé pour le filtrer.

Eight months later the “miracle” occurred. The corals that were surviving in this aquarium started to grow. Measurements made with a spectrophotometer confirmed that nitrate had virtually disappeared from a concentration of 70 mg.l-1 of NO3 - (representing a theoretical rate of removal of 0.2 mg a day). To repeat this experiment I decided to dismantle a
2,000 liters tank and restock it from scratch with live sand, live rocks, corals and fish that I had collected in the Red Sea. The first results were excellent (Jaubert, 1981).

Huit mois plus tard, un “miracle” se produisit. Les coraux survivants se mirent à pousser. Les mesures, effectuées à l’aide d’un spectrophotomètre, confirmèrent ce que je supposais, à savoir que les nitrates avaient quasiment disparu alors que leur concentration initiale était de 70mg par litre de NO3- (ce qui représentait une diminution théorique moyenne de 0,2 mg par jour). Pour répéter cette expérimentation, j’avais entièrement démonté un bac de 2.000 litres et je l’avais réinstallé avec du sable vivant, des roches vivantes, des coraux et des poissons que j’avais collectés en mer Rouge. Les premiers résultats furent excellents (Jaubert, 1981).

Références :
Jaubert, J., 1977. Un appareil autonome et automatique permettant la mesure et l’enregistrement in situ du métabolisme d’organismes marins, spécialement conçu pour être utilisé en plongée. In: Rapports de la Commission Internationale pour l’Exploration Scientifique de la Mer Méditerranée, 24:149-151
Jaubert, J., 1981. Le circuit fermé marin sans filtre: premiers résultats. Vie Marine, 3:47-52.
Koihe, I. and A. Hattori, 1978. Denitrification and Ammonia Formation in Anaerobic Coastal Sediments. Applied and Environmental Microbiology, 32(2): 278-282.
Sorensen, J., 1978. Denitrification Rates in a Marine Sediment as Measured by the Acetylene Inhibition Technique. Applied and Environmental Microbiology, 36(1): 139-143.

Donc, pour résumer ce qui précède, je rappelle :
a) que j’ai découvert, en 1979 en faisant des expérimentations in situ en mer Rouge, que certains sédiments récifaux contenant des matières organiques étaient des puits de nitrates;
b) que j’ai presque immédiatement eu l’idée d’en appliquer le principe pour éliminer les nitrates dans aquarium contenant des coraux et des poissons;
c) que j’ai testé la première fois ce principe en débranchant simplement l’exhausteur d’un aquarium équipé d’un filtre sous gravier (en fait sous sable grossier) dans lequel des coraux ne survivaient pas très longtemps;
d) qu’après avoir testé ce principe pendant 7 ans, j’ai présenté les résultats que j’avais obtenus au cours du deuxième congrès international sur les aquarium organisé, en 1988, par le Commandant Jacques Yves Cousteau qui, à cette époque, dirigeait le Musée océanographique de Monaco.

A cette époque, personne n’avait encore réussi à conserver durablement des coraux constructeurs de récifs dans des aquariums en circuit fermé. Aussi, cette communication, annoncée par Cousteau dans son allocution d’ouverture du congrès, avait-elle fait l’effet d’une bombe et des scientifiques du monde entier étaient venus voir mes aquariums à la faculté des Sciences de Nice

Le contenu de cette présentation a fait l’objet d’un article scientifique (Jaubert, 1989) : Jaubert J., 1988 (1989). An integrated nitrifying-denitrifying biological system capable of purifying seawater in a closed circuit system. In: Proceedings of the second International Aquarium Congress, Monaco. Bulletin de l’Institut Océanographique Monaco 5: 101-106.

Une lecture superficielle de cet article, de même que celle du texte du brevet, déposé en 1988, a conduit de nombreuses personnes à faire des essais privilégiant la principale méthode de mise en œuvre du procédé décrit dans ces documents. Cette méthode consiste à déposer une couche de sédiment grossier sur une grille située à quelques centimètres du fond d’un aquarium.

C’est notamment le cas des américains qui ont testé ce procédé et ont rendu compte de leurs travaux dans des articles où ils ont présenté mon procédé sous la dénomination JAUBERT NNR SYSTEM. Et c’est bien compréhensible car c’est cette méthode que j’ai utilisée dès le départ (pour le motif que j’ai exposé ci-dessus) et c’est celle que j’ai le plus souvent utilisée, par la suite.

Certains de ces auteurs américains, notamment Bob GOEMANS et Sam GAMBLE (avec lesquels j’ai longuement conversé, en 1999) ont flashé sur ce qu’ils avaient baptisé « plenum » et lui ont attribué un rôle qu’il n’a peut-être pas. En effet, aucun article, répondant à des critères scientifiques rigoureux, ne démontre que le plénum est autre chose qu’un espace facilitant la micro percolation du sédiment produite par les variations de pression induites par les forces de l’hydrodynamisme à l’interface eau – sédiment (advection).  

En conséquence, tant que l’on n’aura pas démontré que le plénum est le siège d’une biogéochimie spécifique à cet espace, je continuerai à croire qu’il facilite simplement la micro percolation du sédiment. Cependant, bien que je ne l’aie pas personnellement constaté, je crois que Julian SPRUNG a peut-être raison de penser qu’un plénum épais est utile parce qu’il ralenti l’encrassement du sédiment par des particules très fines (qui s’accumulent peut-être sur le fond du bac après avoir traversé la grille?).

Maintenant, le moment est venu de parler de la méthode DSB.

Cette méthode est apparue en 2001 dans la littérature aquariophile (article de Ronald SHIMEK publié dans Aquarium Fish Magazine). C’était plus 10 ans après que j’ai eu l’idée de breveter (en février 1988) et de dénommer MICROCEAN (le 25 juillet 1988, date du dépôt de la marque) le procédé que j’avais découvert en 1979 et qui consiste à exploiter le pouvoir épurateur d’une couche épaisse de sédiment comportant une zone riche en oxygène et une zone hypoxique pour équilibrer écologiquement un aquarium récifal.

Ronald SHIMEK ne pouvait ignorer ce procédé dont la presse aquariophile américaine avait longuement parlé. Aussi, cette chronologie démontre-t-elle, sans contestation possible, que SHIMEK s’est, sans le dire, très fortement inspiré de mes écrits et de ceux de ses collègues. En effet, le procédé, que j’ai breveté plus de 10 ans avant qu’il ne parle de DSB, constitue le coeur de sa méthode alors les questions de granulométrie et d’absence de plénum, dont il fait tout un plat et que les revendications de mon brevet n’excluent absolument pas (il faut les lire), ont un rôle secondaire. Certes, le paragraphe « Description » de mon brevet privilégie la méthode de mise en oeuvre de mon procédé selon laquelle un sédiment grossier est déposé sur une grille située à une distance (qui n’est pas précisée) du fond de l’aquarium, mais ces revendications autorisent toutes les méthodes possibles de mise en oeuvre et rien n’indique qu’il est indispensable de laisser un espace d’eau confinée entre la couche active qui peut être poreuse ou fibreuse et le fond de l’aquarium. En conséquence, il est clair que la méthode que Ronald SHIMEK appelle DSB est l’une des façons possibles de mettre en oeuvre mon procédé.

Cela dit, mon brevet (tombé aujourd’hui dans le domaine public) comporte une erreur d’interprétation qui n’a strictement rien à voir avec la présence ou l’absence d’un plénum. Cette erreur concerne de la manière dont fonctionne le principal espace de réaction (la couche de sédiment comportant une zone riche en oxygène et une zone hypoxique). Elle est due aux limites des connaissances scientifiques de l’époque. A cette époque, le phénomène d’advection (découvert beaucoup plus tard par des chercheurs allemands) était inconnu. Aussi, avais-je cru que la diffusion était le seul moteur qui permettait aux substances dissoutes de traverser l’espace de réaction alors que ce moteur est, à la fois, la diffusion et la micro percolation provoquée par le phénomène d’advection. Cependant, il est clair que cette erreur d’interprétation ne remet nullement en cause le caractère parfaitement fonctionnel du procédé MICROCEAN tel qu’il est défini et décrit dans les documents auxquels j’ai fait référence dans les paragraphes précédents.

Enfin, il me semble nécessaire de faire la distinction entre principe et méthode. Le procédé que j’ai breveté n’est pas une simple méthode. C’est avant tout un principe qui consiste à utiliser le pouvoir épurateur d’une couche épaisse de sédiment comportant une zone riche en oxygène et une zone hypoxique pour équilibrer écologiquement un aquarium récifal.

Une méthode, à l’image d’un protocole expérimental, décrit exactement ce qu’il faut faire pour obtenir un résultat. En revanche, un principe autorise différentes méthodes de mise en oeuvre. C’est le cas de mon procédé.  

Il est clair que les deux méthodes (la méthode avec plénum dénommée NNR JAUBERT SYSTEM ou JAUBERT) et la méthode sans plénum (dénommée DSB) fonctionnent très bien. Et il est tout aussi clair que ces deux méthodes exploitent le même principe qui consiste à équilibrer écologiquement un aquarium récifal en utilisant le pouvoir épurateur, et plus généralement stabilisateur des paramètres physicochimiques, d’une couche épaisse de sédiment comportant une zone riche en oxygène et une zone hypoxique.

La méthode avec plénum (NNR JAUBERT SYSTEM ou JAUBERT) est celle que j’ai le plus souvent utilisée et que j’utilise encore aujourd’hui dans la plupart de mes aquariums. Cette année, j’ai entrepris de tester une variante de la méthode sans plénum (DSB). Il s’agit effectivement d’une variante car j’ai utilisé des sédiments moins fins que celui que SHIMEK recommande. Et les premiers résultats sont concluants. Elle semble fonctionner aussi bien avec du sédiment grossier (1-3mm) qu’avec du sédiment fin (0,1-1mm). Cependant, à ce jour (4 octobre 2013) mes essais sont trop récents et pas assez nombreux pour je puisse en tirer des conclusions définitives.

En résumé, contrairement à ce que certain on cru, ou voulu faire croire de façon parfois insidieuse, il n’y a strictement rien de nouveau.

Les deux méthodes donnent de bons résultats. Aussi les aquariophiles peuvent-ils continuer à utiliser la méthode qu’ils préfèrent.

Avec l’espoir que les choses soient maintenant suffisamment claires, je vous adresse mes salutations très cordiales.

Jean Jaubert
Docteur en océanographie, Docteur ès Sciences.
Ancien Professeur de biologie marine à l'Université de Nice (France).
Ancien Directeur de l'Observatoire océanologique européen (Conseil de l'Europe et Principauté de Monaco).
Ancien Directeur scientifique et Chef d'expédition de la fondation Cousteau ("THE COUSTEAU SOCIETY" Etats-Unis d'Amérique) et de l’équipe Cousteau (France).
Ancien Directeur du Musée océanographique de Monaco.