Innover avec les étudiants: un projet de recherche interdisciplinaire et interprogramme en aquaponie

La recherche appliquée au collégial est stimulante et ajoute une plus-value au parcours scolaire des étudiants. Avec l’aide de la Vitrine technologie-éducation (Collecto) et une subvention du Programme NovaScience, nous avons pu mettre sur pied un projet innovant d’aquaponie qui a su susciter la curiosité de nos étudiants.

Les prémices du projet

À l’automne 2018, la Vitrine technologie-éducation nous a approchées pour sonder notre intérêt à mettre sur pied un microécosystème aquaponique associé à des objets connectés, étant donné notre expertise respective en biologie (Chantale) et en informatique (Sonia). C’est avec un peu de nervosité, mais beaucoup d’excitation, que nous avons sauté à pieds joints dans ce projet de recherche appliquée.

Il est apparu très tôt dans l’élaboration du projet qu’il serait nécessaire d’obtenir un soutien financier extérieur, entre autres pour l’achat du matériel. Nous avons donc décidé de proposer notre projet au Programme NovaScience (volet 2: soutien aux projets) du ministère de l’Économie et de l’Innovation du gouvernement du Québec. En effet, notre projet s’inscrivait dans 2 des thématiques du Programme NovaScience:

• Enrichissement des sciences et de la technologie au postsecondaire
• Développement de pratiques professionnelles en enseignement des sciences et de la technologie

L’aquaponie était un objet de recherche tout nouveau pour nous, car ce n’est pas quelque chose qui est habituellement enseigné au collégial.

Ce projet nous est apparu comme une chance de nous former en continu pour acquérir une certaine expertise dans un domaine spécialisé.

Rares sont les occasions où les enseignants du collégial en biologie ou en informatique sont sollicités pour leur expertise. Introduire des projets de recherche appliquée dans nos cours et dans des activités parascolaires nous permet d’introduire une culture scientifique dans notre collège et d’offrir à nos étudiants, des programmes de Sciences, lettres et arts, de Sciences de la nature et de Sciences informatiques et mathématiques, une occasion unique d’enrichir leur formation au sein du réseau collégial.

Notre objet de recherche était clair et concret: mettre sur pied un microécosystème aquaponique automatisé (MAA) fonctionnel.

Qu’est-ce que l’aquaponie?

L’aquaponie est une technique pouvant être utilisée tant pour la production de nourriture pour l’alimentation humaine que pour la culture de plantes décoratives. L’aquaponie se base sur l’ interrelation entre 2 systèmes de production de biomasse:

• un système qui vise une production animale, comme l’élevage de poissons
• un système qui vise une production végétale, comme la culture de fruits, de légumes ou de plantes aromatiques

Principe de l’aquaponie (Source: Maxime Albors, 2017)

Le projet

Notre projet comportait 5 objectifs spécifiques:

• Installer un microécosystème aquaponique (MA) fonctionnel
• Créer un système de capteurs pour le MA
• Optimiser un MA à capteurs intégrés
• Automatiser le MA à capteurs intégrés
• Développer des applications pédagogiques utilisant le microécosystème aquaponique automatisé (MAA)

L’idée est de concevoir un système aquaponique, avec des poissons non comestibles et des plantes comestibles, qui est automatisé grâce, entre autres, aux informations reçues de sondes et de capteurs. Ce matériel électronique nous permet ainsi de collecter différentes variables qui s’intègrent automatiquement à une base de données. Nous pouvons ensuite analyser les résultats obtenus pour mieux comprendre la dynamique de notre système aquaponique et ajuster nos interventions sur celui-ci pour éviter que son équilibre soit perturbé.

La mise en place de ce projet de recherche nous permettait d’encourager le travail collaboratif, et ainsi, de favoriser le partage d’expertise entre nos disciplines.

À l’hiver 2019, dans le cadre du cours Biologie II, 26 étudiants ont participé à la mise en place du système aquaponique. Le groupe a été divisé en 3 équipes. Chaque équipe travaillait sur un aspect spécifique:

• les systèmes aquaponiques
  • recensement des différentes sortes de systèmes aquaponiques déjà existants
  • détermination du système qui serait le plus approprié à utiliser au collège
• les animaux du système
  • identification des poissons pouvant être intégrés au système et de leurs caractéristiques
• les végétaux du système
  • identification des végétaux compatibles avec l’environnement du système aquaponique et les poissons choisis

Les étudiants devaient produire une revue de la littérature et synthétiser les informations trouvées. Pour Chantale, c’était stimulant de travailler avec les étudiants, car son groupe et elle pouvaient constater l’évolution du système aquaponique au fil de la session. Le projet a permis de créer différents petits laboratoires de biologie et de contribuer à la tenue de nombreux échanges à teneur scientifique.

En ce qui a trait au volet informatique, le microécosystème aquaponique automatisé s’est inscrit dans le Projet d’intégration en sciences informatiques et mathématiques. L’aspect informatique comportait 3 dimensions principales:

• installation d’un système de capteurs pour les données mesurées
• création d’une base de données pour sauvegarder automatiquement les données du système à des intervalles de 3 minutes
• création d’une plateforme de suivi des variables obtenues accessible à distance

Plus concrètement, les étudiants de Sonia ont participé à l’installation de capteurs pour mesurer le pH, la température et la luminosité. De plus, ils ont créé une base de données sur un serveur distant pour entreposer les données recueillies.

Le travail informatique a été réparti entre différentes équipes:

• La 1re a travaillé sur les capteurs et l’Arduino.
• La 2e a pris la relève avec le Rasberry Pi.
• La 3e a développé le site web.
• Un étudiant a également pris l’initiative de travailler sur le volet génie logiciel.

Avec l’appui de notre collège, nous avons pu créer notre microécosystème aquaponique de la grosseur d’un chariot à projecteur. Celui-ci a évolué dans le temps.

Montage du système aquaponique initial

Nouvelle version de notre système aquaponique

Nous avons également créé un groupe de recherche en aquaponie ouvert à tous les étudiants du collège. L’idée était de leur offrir une opportunité de s’initier à la recherche, en plus de valoriser l’engagement étudiant. Une dizaine d’étudiants se sont portés volontaires. Ils ont pris conscience que la recherche n’est pas quelque chose d’instantané: cela nécessite de lire, d’analyser les informations, de planifier des expériences réalistes et accessibles, et ce, sans garantie que ces expériences seront fonctionnelles du premier coup. Les activités du groupe de recherche ont été mises sur pause avec l’arrêt des activités en présentiel entraîné par la pandémie associée à la COVID-19.

Les retombées du projet

Ce projet a donné lieu à un bel engouement pour la recherche appliquée au sein de notre cégep. Nous avons créé un projet collectif qui a su susciter l’intérêt pour l’aquaponie et, plus largement, pour une agriculture de proximité au cégep, mais aussi auprès d’autres institutions scolaires. Certaines écoles secondaires et primaires nous ont approchées pour en savoir davantage sur l’aquaponie, car c’est un projet, dans sa version de base, assez facile à concrétiser et dont le coût est raisonnable. Avec cet intérêt grandissant pour l’aquaponie, nous prévoyons mettre sur pied une page web présentant l’avancement de notre projet et les données recueillies. Nous souhaitons créer un système ouvert (open source) où tout le monde collabore et contribue à faire avancer le projet.

De plus, ce projet d’aquaponie ne s’arrête pas à des composantes biologiques et informatiques, il fait également appel à la chimie, aux mathématiques, à la physique, etc. Nous pouvons vraiment créer un projet interdisciplinaire en favorisant la collaboration.

C’était plaisant au cours de l’hiver 2019 de travailler en temps réel avec les étudiants pour faire avancer le projet. Ceux-ci ne couraient plus les notes. Ils étaient curieux d’appliquer la science dans un contexte complètement différent de ce qu’ils font habituellement en classe.

Avec ce projet de recherche appliquée, nous avons pu faire le pont vers ce que les étudiants qui poursuivront en sciences à l’université risquent de réaliser une fois rendus à la maîtrise ou au doctorat.

Nous sommes très enthousiastes pour la suite du projet. Nous imaginons déjà promouvoir des initiatives vertes par le biais notre système et du comité vert déjà existant au sein du cégep. Par exemple, nous pourrions proposer aux étudiants d’animer des ateliers scientifiques auprès de leurs pairs pour les sensibiliser à adopter des comportements écoresponsables. De plus, une fois le système aquaponique implanté, rien ne nous empêche de faire pousser d’autres plantes. Pourquoi ne pas mettre sur pied un mur vert au sein du collège? Bref, les possibilités sont immenses!