Innovations technologiques récentes en aquaculture - Rohana P. Subasinghe, David Curry, Sharon E. McGladdery et Devin Bartley

Rohana P. Subasinghe
Fonctionnaire principal spécialiste des ressources halieutiques (aquaculture)
Département des pêches de la FAO
Rome, Italie

David Curry
Old Farmhouse, Carnbo
Kinross, KY13 0NX
Royaume Uni

Sharon E. McGladdery
Aquatic Animal Health, Oceans and Aquaculture Science
Department of Fisheries and Oceans Canada
200 Kent Street (8N180)
Ottawa, Ontario K1A 0E6
Canada

Devin Bartley
Fonctionnaire principal spécialiste des ressources halieutiques (pêches continentales)
Département des pêches de la FAO
Rome, Italie

Introduction

L’aquaculture a devant elle de nombreux défis pour la décennie à venir, notamment dans la lutte contre les maladies et les épizooties, la domestication et l’amélioration des cheptels, le développement d’aliments et de procédés d’alimentation adaptés, les techniques d’écloserie comme d’élevage, ainsi que la gestion de la qualité de l’eau. Tout cela représente un champ considérable pour les biotechnologies et autres technologies. La biotechnologie en aquaculture peut se décrire comme l’application scientifique de concepts de biologie qui améliorent la productivité et la viabilité économique de ses différents secteurs industriels (Liao & Chao, 1997). La Convention sur Bio-Diversité définit les Biotechnologies comme «toute application technologique qui utilise les systèmes biologiques, les organismes vivants ou leurs dérivés, pour fabriquer ou modifier des produits ou des procédés pour un usage spécifique». La biotechnologie comprend un grand nombre d’approches qui peuvent améliorer la production et la gestion de l’aquaculture de subsistance ou commerciale. Même si certaines de ces technologies sont nouvelles et modernes, d’autres ont une longue histoire comme par exemple la fermentation et la fertilisation des bassins pour l’amélioration de la disponibilité en nourriture. De nombreuses biotechnologies modernes sont basées sur le développement rapide de la connaissance en biologie moléculaire et génétique. Les principaux secteurs de la biotechnologie qui intéressent l’aquaculture sont les mêmes que ceux de l’agriculture. Le développement de la connaissance requis pour une optimisation sure de l’innovation biotechnologique en aquaculture est particulièrement important, et présente tout un ensemble de défis, dus à la diversité des espèces élevées et aux systèmes de production utilisés. Une considération clé sur fond de transfert technologique au secteur de l’aquaculture est que celui ci devrait se faire en respect de la protection de la diversité biologique des écosystèmes aquatiques et de l’impact potentiel sur l’autonomie et l’économie des communautés rurales et des moyens de subsistance des populations. L’accent mis sur les biotechnologies et leur contribution à la sécurité alimentaire, au recul de la pauvreté et l’augmentation des revenus est croissant et nous devons nous préparer à affronter ces défis et développer ces technologies de manière responsable.

Innovations dans la Reproduction

La mise en application des principes de la génétique pour améliorer la production des animaux aquatiques connaît un retard considérable comparé aux secteurs des productions végétales ou du bétail. Il n’existe que très peu d’espèces aquatiques élevées qui aient été sujettes à des programmes d’amélioration génétique (Gjedrem 1997); cependant, les biotechnologies et la génétique ont un grand potentiel dans l’augmentation des productions et l’amélioration de leur durabilité écologique. Les biotechnologies peuvent être appliquées pour augmenter la reproduction et les chances de succès des stades précoces de développement des organismes élevés, aussi bien qu’augmenter les périodes où gamètes et juvéniles seront disponibles. La génétique a également le potentiel pour répondre à de nouveaux marchés sur des critères de goût ou d’esthétique. Vraisemblablement, les biotechnologies peuvent fournir des voies d’amélioration sur la reproduction et la survie d’espèces en voie de disparition, et ainsi contribuer à identifier et préserver la biodiversité du milieu aquatique. Les technologies de la transgenèse peuvent améliorer les taux de croissance, et les tailles marchandes, les taux de conversion des aliments, la résistance aux maladies, la question de la stérilité ou la tolérance aux conditions environnementales extrêmes. Dans le secteur de la crevetticulture, les crevettes transgéniques sont mentionnées (Mialhe et al., 1995), quoiqu’il n’y ait aucun développement pour un élevage commercial à ce jour (Bachère et al., 1997; Benzie, 1998). Cependant, l’utilisation d’organismes transgéniques en aquaculture, comme dans d’autres secteurs, est une question très controversée et l’éducation du consommateur ou son acceptation sont des sujets qui doivent être considérés.

L’élevage de la carpe ou du tilapia en Asie bénéficie de la recherche en génétique, notamment par le développement de marqueurs génétiques spécifiques. Ces marqueurs consistent en petites séquences spécifiques du code génétique qui peuvent permettre de localiser les gènes dont le rôle est important dans la croissance, le déterminisme du sexe ou la sensibilité aux maladies (Kocher et al., 1998). De telles techniques ont déjà donné des résultats en matière d’amélioration des espèces pour certains poissons d’élevage. Les techniques traditionnelles, utilisées par des générations d’éleveurs en Asie, ont sélectionné comme géniteurs des poissons sur un phénotype désirable. Cette pratique a bien souvent conduit à des situations de consanguinité et une réduction de l’optimum de performance (Chen Defu and Shui Maoxing, 1995). En améliorant la compréhension de la génétique dans des millions de petites exploitations en Asie est une tâche ardue, notamment si l’on considère que l’approche traditionnelle s’est concentrée sur le développement d’un stock ressource destiné à une distribution aux éleveurs.

Le projet GIFT (Genetic Improvement of Farmed Tilapia) pour l’Amélioration Génétique du Tilapia d’Elevage en Asie est un exemple de programme axé sur la génétique d’une espèce importante pour l’aquaculture. Le projet a travaillé sur des hybrides de tilapia du Nile et de souches élevées dans la région, avec pour objectif de développer des lignées pures et de distribuer des souches aux performances améliorées aux éleveurs. Le programme relève d’une collaboration entre l’ICLARM (International Centre for Living Aquatic Resources Management - Centre International pour la Gestion des Ressources Aquatiques Vivantes) basé en Malaisie, des instituts de recherche en Malaisie, aux Philippines, au Royaume Uni et aux USA. Le programme n’a pas encore atteint pleinement sa phase commerciale, et le tilapia amélioré est encore en cours d’évaluation par les scientifiques des différents pays qui participent au programme d’amélioration. Le programme (http://www.iclarm.org/resprg_1f.htm) a cependant montré le potentiel considérable d’amélioration de la production en élevage. Des projets similaires pour les espèces importantes de carpes pourraient amener des bénéfices considérables, notamment parce que la production d’alevins pour ces espèces est en général plus centralisée que dans le cas du tilapia et donc la diffusion d’un stock amélioré pourrait se faire aisément.

Pour de très nombreuses espèces de poissons d’eau douce élevées, il existe une différence des taux de croissance entre les sexes. Le développement de techniques de production de populations monosexe reste donc importante. Historiquement, les éleveurs ont surtout dépendu de l’utilisation d’hormones pour induire la reversion, ou le croisement avec hybrides pour donner des sexes ratio modifiés de la descendance et produire des poissons, tous du même sexe, comme chez le tilapia par exemple. Cependant, ces techniques ne sont pas sans inconvénients. L’utilisation d’hormones dans l’alimentation des animaux a été une préoccupation importante des consommateurs et les croisements utilisés pas forcément les meilleurs en termes de productivité pour la ferme. Les méthodes alternatives pour produire des populations monosexe sont celles, entre autres, du clonage par transplantation de noyau et de la gynogenèse. Le clonage a été possible chez la carpe il y a plus de trente ans (Zhu et al., 1985) et donne une base utile pour la production d’alevins femelles. Chez plusieurs espèces de carpes d’intérêt commercial, les femelles ont des taux de croissance supérieurs aux mâles au cours de la première année de leur vie, ainsi les éleveurs préfèrent les populations «tout femelles». Les alevins pour une telle population peuvent être produits pour certaines espèces de carpes, notamment le carassin doré (Carassius auratus gibelio), qui peut se reproduire par gynogenèse (production monosexe femelle). La gynogenèse induite artificiellement est également utilisée avec succès depuis de nombreuses années en Chine pour produire des lignées pures de carpe commune, carpe argentée ou d’ornement (Cyprinus carpio) (Jian-Fang Gui and Qi-Ya Zhang, 2000).

Dans le cas du tilapia, les males sont préférés pour l’élevage car ils grossissent plus vite que les femelles. Récemment, des populations tout mâle ont été produites à partir de l’utilisation de chromosomes YY de poissons mâles, parfois appelés «super mâles». Ce sont des descendants du croisement de mâles avec des femelles produites par reversion hormonale de mâles génétiques. Un quart de la descendance a une configuration de type YY de leur chromosome sexuel au lieu du XY normal. Lorsque l’on croise un mâle YY avec une femelle XX, on produit un nombre important d’individus XY, mâles (Figure 1).

La différenciation sexuelle ne dépend pas uniquement des chromosomes XY/XX de sorte qu’une petite partie de la descendance (normalement moins de 5%) est femelle, mais cette technique permet aux éleveurs la liberté de travailler avec une des meilleures espèces d’élevage et sans recours à l’utilisation des hormones pour des poissons destinés à l’alimentation humaine (Mair et al., 1999). Cette technique est maintenant bien développée pour le tilapia et la recherche est en cours pour un bon nombre d’autres espèces de poissons. Dans la mesure ou les réticences du consommateur à se voir proposer des poissons issus de traitements hormonaux ne sont pas là de s’estomper, les techniques du super mâle devraient connaître un essor notamment pour l’élevage destiné aux marchés d’export. La production de super femelles est une technique complémentaire qui peut également être utilisée.

Pour certaines espèces de poisson d’élevage, la maturation précoce et avant taille marchande constitue une contrainte majeure pour la production. L’énergie utilisée pour la gamétogenèse est détournée de l’allocation de croissance et dans certains cas, comme le tilapia par exemple, les bassins se retrouvent emplis de poissons sous taille. C’est un problème majeur en Afrique avec le tilapia du Nil/Dans ce type de situation, l’ensemencement avec des alevins stériles peut être utile. Les techniques utilisées pour cela incluent l’utilisation de poissons ayant un jeu de chromosome supplémentaire (Thorgaard, 1986) et donc polyploïdes (tri ou tétraploïdes), ou un choc thermique ou de pression durant les phases précoces de développement embryonnaire pour une rétention chromosomique qui, souvent, induit la stérilité. Ces techniques de triploïdisation ou tétra- ont été utilisées chez de nombreuses espèces comme le carassin (Carassius auratus), la carpe à grosse tête (Aristichthys nobilis), la carpe argentée (Hypophthalmichthys molitrix) et la carpe commune (Cyprinus carpio) (Jian-Fang Gui & Qi-Ya Zhang, 2000).

Figure 1. Production d’une descendance toute mâle par utilisation de mâles YY.

L’élevage des vivaneaux (essentiellement Lutjanus spp.) a été limité par la fourniture par les pêcheries. Des chercheurs du sud des Etats Unis ont cependant réalisé des progrès considérables dans la maîtrise de l’écloserie pour une espèce, le vivaneau sorbe, L. analis, et procèdent aujourd’hui a des essais de grossissement (Benetti et al., 2001). A l’Université de Miami, la production d’œufs de cette espèce a pu être obtenue par un jeu sur les facteurs environnementaux plutôt que l’utilisation d’hormones. On peut espérer que cette technique permettra une production d’œuf toute l’année. Des résultats analogues ont été obtenus par l’Oceanic Institute à Hawaï sur le vivaneau rouge L. campechanus (Oceanic Institute News, 2000).

Les techniques moléculaires sont également porteuses de promesses pour leurs applications à l’aquaculture dans la mesure où elles apportent une information précise et pertinente sur la diversité génétique des stocks naturels et permettent le marquage génétique des animaux inclus dans les programmes de reproduction (Subasinghe et al., 2000). Les programmes efficaces de reproduction et de sélection nécessitent en effet de pouvoir identifier et tracer les pédigrés des individus. Le marquage physique sur les stades précoces des organismes est difficile mais les techniques non invasives, telles que les marqueurs génétiques utilisant des séquences microsatellites ou les profils de taille d’amplification AFLP (AFLP pour «amplified fragment length polymorphisms»), ont été développées et utilisées pour tracer les pédigrés et dresser des cartes de liaison de pour identifier des QTLs (quantitative trait loci, gènes codant pour des caractère qui ont une valeur en termes de production comme le taux de croissance, la résistance à une maladie ou la tolérance thermique) (Garcia et al., 1996, Benzie, 1998, Moore et al., 1999; Agresti et al., 2000).

Une attention grandissante est portée sur la domestication des espèces de pénéides. Afin de minimiser l’impact de l’environnement et optimiser l’utilisation de la diversité génétique, l’aquaculture de la crevette doit briser sa dépendance actuelle sur les post-larves issues du milieu naturel (Wang 1998). Les larves sauvages sont, en général, moins chères et parfois plus performantes que celles produites en écloserie mais il existe un risque constant et inévitable d’introduire des agents pathogènes dans la filière d’élevage. De plus, il existe une prise collatérale ou annexe non négligeable d’autres organismes. Les récents progrès faits en élevage larvaire, nutrition et zootechnie ainsi que l’amélioration génétique des crevettes d’élevage permettent d’envisager une réduction sensible de la dépendance des captures en milieu naturel dans le futur. Par exemple, citons le succès considérable du développement de stocks SPF (specific pathogen free) indemne de pathogène spécifique de Penaeus vannamei, dont certains sont disponibles sur le marché. Il existe des initiatives similaires sur la crevette géante tigrée (P. monodon) mais lesquelles n’ont donné que des résultats très préliminaires pour l’instant.

La régulation endocrine de la reproduction a été appliquée sur un très grand nombre d’espèces de poissons, avec cependant des avancées plus modestes chez les crevettes ou les mollusques. Les résultats récents de la recherche indiquent qu’il existe un traitement potentiel de la gonade inhibant une neuro-hormone, la GIH, qui pourrait déclencher la reproduction en évitant les effets secondaires de l’épédonculation (Keeley 1991; Wang et al., 2000). La recherche sur la purification de la GIH de crevette est toujours en cours mais les études de la structure et de la fonction de la GIH montrent des résultats intéressants sur la capacité de peptides à contrer les effets inhibiteurs de la GIH sur la reproduction. Il reste de nombreux travaux à réaliser et la collaboration entre les secteurs de la recherche, de la production et agences de moyens dans différentes régions, pourrait aider à l’avancement de ces travaux.

Gestion des Maladies

La production de stocks d’animaux indemnes de pathogènes spécifiques (SPF) ou résistant à des pathogènes spécifiques (SPR) sont deux objectifs complémentaires développés dans les programmes de gestion de géniteurs de crevettes. Les pathogènes spécifiques considérés par ces programmes sont ceux listés par l’Office International de Epizooties, OIE, et qui représentent des difficultés potentielles en termes de commerce aussi bien que d’élevage (OIE, 2000, 2001). Les crevettes SPF sont produites en sélectionnant des animaux qui sont apparemment indemnes de pathogènes, en les utilisant comme géniteurs, et en élevant leur descendance dans des conditions sanitaires sous contrôle strict. Les crevettes SPF sont utilisables pour le commerce de juvéniles vers des pays ou des zones indemnes de maladies ou encore pour le redémarrage d’élevages après un épisode de maladie et désinfection des. Les crevettes SPR, elles, sont développées au travers d’un programme de reproduction sélective d’individus ayant survécu à des challenges infectieux ou des épisodes infectieux par des agents pathogènes spécifiques. Ce type d’animaux représente un potentiel énorme pour améliorer la production dans des zones endémiques, mais ne seraient pas justifiées dans des zones indemnes dans la mesure où elles peuvent être des porteurs sains de ces mêmes pathogènes. Ces approches spécifiques ont été appliquées avec succès aux USA, Venezuela, Polynésie Française sur P. vannamei et P. stylorostris (Bedier, 1998). Les deux approches produisent des animaux qualifiés de grande santé (‘high health’ ou HH), cependant, bien des animaux SPF se comportent mal confrontés aux autres pathogènes dans la mesure où leur mode de production dans des conditions de stérilité empêchant le développement de défenses à des agents plus communs mais également bénins (Browdy, 1998). Si les caractéristiques immunitaires et physiologiques des souches SPR sont héritables, elles peuvent conférer des améliorations significatives des performances au niveau des fermes. Si l’on va plus loin, il y a un potentiel pour une approche non spécifique sélectionnant des lignées disposant d’une grande immunité non spécifique et une grande tolérance aux stress physiologiques qui en général prédisposent aux infections par des opportunistes (Bedier, 1998). Compte tenu de la contribution important de P. monodon à la production globale de crevettes et les pertes économiques liées aux maladies, il apparaît judicieux de s’intéresser au développement de stock d’animaux résistants sur une base spécifique ou non, et ce notamment pour P. monodon.

Les maladies infectieuses sont à l’heure actuelle le problème majeur pour l’aquaculture de la crevette comme des autres espèces. De plus, les maladies émergentes préoccupent de manière croissante ce secteur. Les méthodes conventionnelles pour traiter ces maladies, tels les traitements chimiques, ne sont pas efficaces pour bon nombre de ces pathogènes (notamment dans le cas des virus) et dans ces conditions, les techniques moléculaire reçoivent un intérêt grandissant pour le dépistage et l’identification. De plus, ces techniques permettent d’avancer plus avant dans la connaissance de la pathogénie, et ouvrent la voie de nouveau programmes de contrôle et de prévention ou même de traitement des maladies (vaccins à ADN par exemple). La sensibilité et la spécificité accrues des sondes nucléiques (DNA or RNA) permettent une amélioration de la détection précoce des maladies et de l’identification des infections sub-cliniques et des porteurs sains. De façon concomitante, il y a eu une baisse des besoins en traitements curatifs tels que les antibiotiques ou abattage et désinfection. Cela a été particulièrement utile dans le la sélection de stocks de géniteurs de crevettes pour briser le cercle vicieux des infections maintenu depuis des années par la transmission accidentelle de pathogènes viraux des géniteurs à leur descendance.

En aquaculture de crevettes, des sondes moléculaires sont disponibles dans le commerce pour le virus IHHN et le baculovirus de type-A (Durand et al., 1996), alors que le développement est encore en cours pour les autres virus tels as white spot, SEMBV, MBV, TSV, HPV, YHV. Ainsi que noté précédemment, les sondes à acides nucléiques sont très sensibles et peuvent détecter des infections avant l’apparition de signes cliniques. De plus ces sondes peuvent être conçues pour une très haute spécificité permettant une plus grande précision d’identification qu’auparavant (Walker and Subasinghe, 1999). Il s’agit là d’un progrès pour la discrimination entre des agents relativement proches et par conséquent dans les capacités d’intervention et de gestion des maladies en réduisant les coûts liés au contrôle. La capacité augmentée à détecter les agents pathogènes dans les phases précoces réduit le recours aux antibiotiques utilisés de façon curative ou prophylactique en élevage.

Les cultures de tissus in vitro existent pour la détection et l’isolement de virus ou de bactéries intracellulaires chez les poissons (FAO and NACA, 2001; OIE, 2000; Groff and La Patra, 2000; Chi et al., 1999), mais elles nécessitent une maintenance spécialisée et sous assurance qualité pour assurer une utilisation optimale aux besoins de santé des poissons (Lorenzen et al., 1999; Ariel and Olesen, 2001). Il existe également des cultures non immortalisées pour les invertébrés. Un effort de recherche considérable a été placé dans le développement et la maintenance de cultures cellulaires chez les crustacés mais les résultats jusqu’à présent restent marginaux (Shimizu et al., 2001; Wang et al., 2000; Walton and Smith, 1999; Ghosh et al., 1995; Toullec, 1995). De nombreux chercheurs ont développé des cultures primaires mais la plupart ont échoué à les maintenir en culture (Le Groumellec et al., 1995). La situation est identique chez les mollusques (Buchanan et al., 1999, 2001; Cheng et al., 2001; LaPeyre and Li, 2000). De nouveaux efforts de recherche pour le développement de cultures cellulaires chez les mollusques et les crustacés sont nécessaires de sorte à permettre des options supplémentaires pour l’étude des agents infectieux intracellulaires comme c’est le cas aujourd’hui pour bien des pathogènes de poissons.

Les échanges d’animaux aquatiques entre pays ont dans certains cas été à l’origine de la dissémination de maladies. Des standards et techniques de diagnostic fiables et sensibles sont nécessaires pour sécuriser de tels échanges et s’assurer que les animaux aquatiques ne sont pas les vecteurs responsables de dissémination de pathogènes. Lorsque les outils moléculaires sont validés sur le terrain, ils sont particulièrement utiles à cet égard (FAO 2000). Par exemple, disposant de sondes appropriées pour les pathogènes des crevettes, les crevettes vivantes ou leurs produits pourraient être certifiés indemnes de ces pathogènes spécifiques, et ainsi améliorer la confiance en l’industrie de la crevette, et faciliter l’accès aux marchés.

Au de là du dépistage de pathogènes, les méthodes de biotechnologie utilisées peuvent également l’être pour assurer d’autres paramètres de l’état de santé, comme hématocrite, leucocrites, numération et formule sanguine, production de radicaux oxydatifs, activité myeloperoxydase et fonctions phagocytaires. De telles techniques existent pour les analyses de protéines, immunoglobulines, lysozyme, cortisol et ceruloplasmine à partir d’échantillons de plasma. Des méthodes, telles que les tests d’agglutination pour tester des anticorps après immunisation, peuvent être complétées de test en immunologie, comme test enfluorescence d’anticorps (FAT) et enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) (e.g., Bachère et al., 1995; Noel et al., 1996; Austin 1998; Mishra, 1998; Crawford et al., 1999; Romalde, 1999; Pernas et al., 2000; Meloni and Scapigliati, 2000; Munoz et al., 2000; Nadala and Loh, 2000: Shelby et al., 2001). De même, des échantillons de leucocytes, issus de sang de poisson ou des organes hématopoïétiques, peuvent être testés sur plaques pour hémolyse ou enzyme labelled tag (ELISPOT) pour déterminer des niveaux d’anticorps. L’ELISPOT peut être utilisé pour quantifier de façon précise les taux d’immunoglobuline ou les cellules secrétant des anticorps de façon non spécifique et sont utilisés en immunodiagnostic (Anderson, 1995).

L’un des besoins les plus urgent pour la gestion de la santé en aquaculture est l’établissement de standards pour l’évaluation quantitative du statut sanitaire du spectre large des espèces élevées. Des progrès de ce point de vue ont été réalisés pour certaines espèces de poisson, cependant la connaissance, pour ce qui est de la santé (et du stress) des crustacés et des mollusques, reste insuffisamment développée. Les techniques mentionnées ci-dessus pourraient être utilisées pour développer des tests prédictifs simples et rapides pour une utilisation de terrain et par des techniciens de terrain, des vétérinaires et des éleveurs eux-mêmes. Compte tenu de ce qui précède, le littérature fournie sur les indices physiologiques des animaux aquatiques (tout spécialement les mollusques) comme indicateurs de la qualité environnementale (Handy and Depledge, 1999), de tels tests pourraient trouver une application dans des dispositifs d’alerte précoce notamment dans les écloseries ou les pertes dues aux maladies peuvent être aiguës et catastrophiques (e.g., Weirich and Reigh, 2001).

Stimuler les mécanismes spécifiques et non spécifiques de défense de l’hôte dans un effort de contrôle des maladies représente un potentiel considérable pour réduire l’impact et les pertes causées par les maladies. Les immunostimulants et les stimulants non spécifiques de l’immunité sont incorporés à l’aliment pour renforcer les défenses et la protection. Ces méthodes, cependant, restent très limitées, notamment chez la crevette, même si le grand nombre de ces produits disponibles sur le marché reflète l’intérêt qui y est porté comme une manière alternative d’augmenter la survie face aux maladies. A ce jour, toutefois, les résultats des essais biologiques de ces produits commerciaux ont été très variables; et de plus amples recherches sont nécessaires pour déterminer précisément les mécanismes de leur action et évaluer leurs coûts comme leurs bénéfices (Flegel, 1996; Subasinghe et al., 1998).

Les probiotiques sont en général administrés comme un additif alimentaire vivant qui agit sur l’animal en améliorant les équilibres microbiens de la flore intestinale pour optimiser la présence d’espèces no toxiques. Une flore intestinale stable est une aide pour l’hôte à résister aux invasions de pathogènes, particulièrement celles qui se font par voie gastro-intestinale. Les antibiotiques réduisent les flores de sur des spectres plus ou moins larges, et les probiotiques peuvent contribuer en post traitement à restaurer l’équilibre des flores intestinales. Les probiotiques sont largement utilisés en élevage mais leur utilisation en aquaculture reste encore une nouveauté. Cependant, un usage croissant en est fait pour lutter contre certains germes opportunistes, comme par exemple le Vibrio harveyi luminescent, et dans certains cas cet usage réduit l’usage des antibiotiques en écloserie de crevettes. La suppression de la prolifération de bactéries pathogènes, comme les Vibrio spp., dans les écloseries de crevettes a pu être effective par l’introduction ou inoculation de souches non pathogènes de souches ou d’espèces de bactéries, qui sont autant de compétiteurs sur la ressource en métabolites. C’est une procédure qui est prometteuse pour son efficacité et son faible coût, mais qui demande encore à être affinée dans les concentrations et les volumes utilisés pour un contrôle effectif des germes pathogènes. Des probiotiques efficaces et relativement bon marché demandent également une recherche complémentaire pour une optimisation des souches utilisées et l’évaluation économique des produits proposés.

En marge de la production d’animaux pour la consommation, l’aquaculture a d’autres objets importants pour le bien-être humain. Les organismes aquatiques sont souvent adaptés aux conditions environnementales extrêmes et ainsi fournir des modèles uniques de recherche en biologie et physiologie. De plus les études les aspects cellulaires et moléculaires du développement des organismes aquatiques pourraient fournir des avancées sur les mécanismes de pathogenèse chez l’homme (Wright et al., 2000).

Technologies de la nutrition

Actuellement, un des débats les plus échauffés concerne l’utilisation de farines de poisson et autres protéines d’origine animale dans l’aliment utilisé en aquaculture (Naylor et al., 2000; Forster and Hardy, 2001). Même si les farines de poissons sont utilisées pour leur contenu en protéines de haute qualité, il existe des désavantages à cette utilisation dans son coût élevé et la labilité de l’approvisionnement. Les prises de poissons sauvages sont en déclin et il y a une préoccupation croissante sur le plan environnemental (eutrophisation, pollution due à l’excès de déchets), des préoccupations éthiques liées à l’utilisation de farines pour des espèces naturellement non carnivores, et des préoccupations sociales à utiliser des farines pour l’aliment de poisson quand elles pourraient être utilisées pour l’alimentation humaine (notamment dans les régions où la sous alimentation existe). Même si les plus gros utilisateurs de farines de poissons sont les secteurs de l’élevage terrestre, et que l’aquaculture du saumon, du bar, de la dorade et des crevettes utilise des espèces qui ne le sont pas pour l’alimentation humaine, les préoccupations des consommateurs motivent à rechercher des sources de protéines végétales et de sources stables. Les biotechnologies offrent des possibilités de développement d’alternatives aux farines de poissons, notamment les protéines végétales, par l’amélioration de la production et les techniques de traitement. D’autres techniques offrent des améliorations dans la disponibilité de l’aliment.

Les protéines végétales présentent un potentiel pour résoudre le problème de la pollution par le phosphore dans la mesure où les plantes contiennent des niveaux inférieurs de phosphores à ceux trouvés dans les protéines animales. L’utilisation de protéines d’origine végétales dans l’aliment pour aquaculture peut aussi aider à réduire la pression exercée sur les stocks naturels de poissons. La recherche dans ce domaine se concentre sur l’étude de différentes espèces de plantes et de mélanges de protéines animales et végétales comme nouvelles sources protéiques pour l’aliment des crevettes (Mendoza et al., 2001), des mollusques (Shipton and Britz, 2000) et des poissons (Ogunji and Wirth, 2001). De plus, les levures constituent une autre source de protéines étudiée chez les poissons (Oliva-Teles and Goncalves, 2001), ainsi que des lipides végétaux comme substituts aux huiles de poissons (Ng et al. 2000). Une des difficultés dans l’utilisation des protéines végétales dans l’aliment des animaux aquatiques est le besoin de traitements appropriés pour détruire les composés anti-nutritionnels qui peuvent se révéler néfastes au poisson. Les chercheurs examinent la possibilité de gérer ces composés en produisant des enzymes d’inhibition. Ces enzymes aident le poisson à faire un usage optimum du phosphore disponible dans les aliments à base de protéines végétales (Papatryphon and Soares, 2001; Vielma et al., 2000; Van Weerd et al., 1999; Papatryphon et al., 1999; Storebakken et al., 1998).

Un des points critiques affectant le succès commercial des productions de poissons, mollusques et crustacés a été la dépendance vis à vis de la disponibilité en juvéniles de qualité pour l’ensemencement (Sorgeloos, 1995). Bien que les besoins nutritionnels de la plupart des espèces de poissons, mollusques et de crustacés aient été identifiés, la production d’écloserie pour la plupart des espèces dépend encore d’aliments vivants tels que les microalgues, le rotifère Brachionus et les Artemia.

Plus de 15 espèces de diatomées sont utilisées en écloserie pour l’alimentation des larves de crevettes et alevins de poissons. La sélection de ces espèces a été menée essentiellement sur la base d’essais erreurs plutôt que sur une approche scientifique. Les systèmes de production d’aliments vivants dans les pays en voie de développement reste une tâche difficile. Ceux-ci posent les problèmes du coût et des volumes de production, ainsi que de la valeur nutritionnelle et des contaminations microbiennes. Ces problèmes ont créé un champ nouveau pour les biotechnologies et la recherche s’efforce de trouver des suppléments efficaces et peu onéreux aux micro algues vivantes, la production d’algues lyophilisées, des microparicules, et des levures modifiées. Ces travaux ont connu des avancées substantielles (Garcia-Ortega et al., 2001; Oliva-Teles and Goncalves, 2001). Plus de recherche est cependant nécessaire dans cette direction notamment pour réduire la dépendance vis à vis du microplancton vivant dans les écloseries de poissons et de crevettes.

Les nauplii d’Artemia constituent la nourriture vivante la plus utilisée en aquaculture de crevettes (Sorgeloos and Leger, 1992). Des progrès considérables ont été réalisés en améliorant la valeur nutritionnelle de ces crustacés planctoniques au travers de la sélection de souches et de lots, de l’efficacité de la désinfection des cystes et de la décapsulation (Garcia-Ortega et al. 2001), de l’élevage des nauplii, de l’enrichissement et du stockage au froid (Sorgeloos, 1995). L’amélioration de la qualité nutritionnelle des Artemia par bioencapsulation (enrichissement), notamment par des acides gras poly insaturés et des vitamines, a améliorer la larviculture en termes de qualité, de survie, de croissance et de résistance au stress (Merchie et al., 1995). La bioencapsulation a également été appliquée pour l’administration de vaccins par voie orale, de vitamines ou autres traitements (Lavens et al., 1995; Robles et al., 1998), notamment pour les écloseries de poissons (Majack et al., 2000; Touraki et al., 1996, 1999) et de crevettes (Uma et al., 1999). L’effort de la recherche en bioencapsulation et utilisation de proies vivantes comme nourriture et vecteur de différents composés destinés à améliorer les survies et la santé des stades larvaires des animaux aquatiques mérite d’être prolongé avec une forte priorité.

Dans l’avenir, le développement de l’aquaculture dépendra de la capacité des éleveurs et des transformateurs de produire et mettre sur le marché un produit accepté des consommateurs. La demande croissante des consommateurs pour un produit assurant qualité et sécurité est reconnue et considérée. Là encore, les biotechnologies ont un rôle à jouer, spécialement pour améliorer et évaluer la sécurité, la fraîcheur, la couleur, le goût, la texture, les caractéristiques nutritionnelles et la durée de vie de ces produits. Les outils sont déjà en cours de développement, ou disponibles sur le marché, pour la détection de toxines, de contaminants ou de résidus dans les produits d’aquaculture (Jellet et al., 1999; Quilliam, 1999; Marr et al., 1992, 1994; Pleasance et al. 1992).

Les outils biotechnologiques peuvent également être utilisés pour identifier et caractériser des ressources aquatiques nouvelles, comme celles qui sont en danger. Le code génétique des organismes aquatiques peut maintenant être analysé, et des loci quantifiés pour des caractères bénéfiques pour l’aquaculture (e.g., croissance rapide, résistance aux maladies ou la tolérance au froid). Les études peuvent également améliorer notre connaissance de la régulation et de l’expression des gènes, du déterminisme du sexe, de la définition des espèces, des stocks et des populations (Alcivar-Warren, 2001; Agresti et al., 2000; Davis and Hetzel, 2000; Ward et al., 2000; Moore et al., 1999; Sakamoto et al., 1999; Liu et al., 1999Cross et al., 1998; Poompuang and Hallerman, 1997). Cela peut être approché par la sélection sur des gènes marqueurs, la transgenèse et la cryopréservation des gamètes et des embryons.

Les progrès dans ce domaine vont nécessiter d’adapter les techniques moléculaires sophistiquées aux espèces aquatiques de sorte à améliorer notre compréhension des processus biologiques impliqués. Par exemple, l’approche des transferts de gènes in ovo a été développée pour de nombreuses espèces terrestres ou dulçaquicoles mais reste inexplorée pour les espèces marines. Ces techniques sont nécessaires pour l’analyse de l’expression et de la régulation des gènes. De plus, ces méthodes demandent d’être développées pour la culture de tissus d’organismes marins. Ces études devraient renforcer l’utilité des espèces marines comme modèles de recherche biomédicale.

La bioremédiation est également un autre champ prometteur pour les biotechnologies dans une approche de l’utilisation de microorganismes et macroorganismes pour le traitement des rejets toxiques (Srinivasa Rao and Sudha, 1996). Même si cette procédure a été utilisée dans bien des situations, telle le traitement des eaux usées, son application aux rejets d’aquaculture, de crevettes entre autre, reste assez novatrice. Il existe des produits disponibles sur le marché, essentiellement des préparations bactériennes, mais, pour la plupart, leur mode d’action et leur efficacité restent à être évaluées scientifiquement. De plus, au-delà des microorganismes, des mollusques bivalves, des algues ou des holothuries (concombres de mer) etc ont été testés pour leur capacité à réduire les charges organiques et réduire les excédents en nutriments générés par l’aquaculture. Diverses préparations de bioremédiation ont été développées pour éliminer les nitrates et autres déchets organiques des fonds de bassins, pour réduire le stress physiologique induit par les produits chimiques etc..., dans les bassins de crevette. De nouveaux produits vont faire leur apparition très certainement compte tenu de l’effort constant de recherche dans ce domaine; toutefois, il sera impératif de procéder à des essais de terrain pour évaluer l’efficacité, le coût et les bénéfices de ces produits en systèmes d’élevage.

Parallèlement à la question de la bioremédiation, vient celle de l’amélioration de l’alimentation. Le développement de l’aquaculture ces dernières années s’est entre autre attaché à étudier la question d’une prise alimentaire plus efficace. Des circuits de télévision immergés sont utilisés pour étudier le moment où les poissons sont à satiété, de sorte à stopper l’alimentation des animaux et éviter ainsi l’accumulation d’aliment non consommé sous les cages. Plus récemment, des instituts de recherche tel l’Ifremer^[7] se sont penché sur l’utilisation de distributeurs à la demande pour lesquels les poissons apprennent à déclencher la distribution d’aliment. Ces méthodes ont montré des résultats prometteurs et pourraient être utilisées pour de nombreuses espèces de poissons en élevage. L’Ifremer a démontré les fluctuations mensuelles et journalières de la demande en aliment du bar européen (IFREMER, 2000). L’apprentissage des poissons à déclencher eux-mêmes la distribution lorsqu’ils ont faim, présente des avantages en termes de réduction du coût de l’aliment, augmentation des taux de conversion et réduction des déchets et de la pollution. L’Ifremer envisage également de développer des stabilisateurs de faeces pour des espèces comme le turbot ou le bar qui ont des excréments relativement liquides. Des additifs stabilisant les matières fécales pourraient permettre de préserver les eaux voisines des cages d’élevage.

Systèmes d’élevage

Un développement technologique notable dans l’élevage en eau douce aux USA a accompagné celui de l’aquaculture du tilapia en élevage en circuit fermé. La production américaine cependant est encore en compétition avec les produits de pays comme la Chine, le Costa Rica, l’Equateur, le Honduras où les coûts de production sont nettement inférieurs du fait d’investissements moins lourds. Si cela rend fragile la pérennité de l’aquaculture du tilapia aux USA, il y a un intérêt à diversifier cette approche à d’autres espèces comme la carpe ou la perche qui peuvent bénéficier de températures ambiantes plus basses.

Une avancée technologique récente a été en salmoniculture le design nouveau des cages. Par le passé, l’industrie a typiquement utilisé des cadres métalliques rectangulaires pour supporter les structures pour les fllets des cages, ainsi que les pontons et plates-formes. A l’exception des bassins d’élevage pour quelques espèces marines en Asie, le design général des cages a été plutôt standard pour la plupart des autres espèces de poissons marins tant en Asie qu’en Europe. Au cours de dernières années, cependant, la tendance a été pour le développement de cages circulaires avec des structures de support en plastic et ne disposant plus de pontons. L’entretien et la gestion des cages se font à partir de bateaux. L’aliment des poissons n’est plus distribué à la main ou par des canons mais par des machines automatiques sur les cages et avec des capacités jusqu’à 100 tonnes d’aliment. Les visites par le personnel de la ferme sont ainsi réduites, réduisant du même coup, le coût de production. Comme le prix du saumon a diminué, l’utilisation de ces technologies progresse et les élevages s’intègrent de sorte à réduire les coûts de production et maintenir les bénéfices. L’évolution vers l’utilisation de ces cages circulaires gérées à partir de bateaux n’a pas encore été vue en Europe pour l’élevage du bar et de la dorade mais pourrait être une tendance pour ce secteur dans les années qui viennent.

Si l’aquaculture commerciale de poissons marins continue sa croissance, l’élevage off-shore devrait connaître une utilisation grandissante par rapport aux sites traditionnellement utilisés. Le saumon atlantique a principalement été élevé dans des eaux proches de la côte, mais cela a conduit la production à des problèmes environnementaux, y compris celui de l’insertion esthétique de ces structures dans le paysage. Sur des sites off-shores, la dilution des rejets, leur évacuation sont facilitées par les plus grands volumes et échanges d’eau. De plus, les sites offshores offrent une plus grande stabilité de la salinité. Des cages développées spécialement pour une utilisation off-shore ont été mises sur le marché récemment, telles les cages rectangulaires Ocean Spar® ou la cage SeaStationTM a double cône. La SeaStation 3000TM est une cage qui peut-être immergée à 40 pieds sous les eaux de surface, en dehors de la zone de haute énergie, afin de réduire les riques d’endommager les cages ou de nuire aux poissons en cas de houles trés fortes (Oceanic Intitute 2001).

Le filet en double cône est suspendu sur une colonne verticale flottant centrale et peut être immergé de façon permanente, avec administration d’aliment à travers un tuyau depuis la surface. L’accès se fait par l’intermédiaire d’une portière à fermeture éclaire sous l’eau et le nettoyage des filets est réalisé chaque jour par des plongeurs. En cas de tempête sévère, les structures peuvent être immergées sous les eaux de surface. Une cage de l’Oceanic Institute de 24 mètres de diamètre, de 15 mètres de haut, ancrée à 10 m sous l’eau à 3 km de la côte et par 30 mètres de fond a été utilisée pour élever des lots de 70 000 alevins de ‘moi’ (Polydactylus sex.lis) à 3-400 grammes en 4-5 mois. La technologie pétrolière a contribué beaucoup au design de ces cages off-shore. Un autre point de convergence avec cette industrie a été l’utilisation de plates-formes pétrolière recyclées en structure d’élevage offshore. Le coût très élevé du désarmement des plates-formes de forage à la fin de leur vie économique rend l’idée séduisante même si jusqu’à présent le coût même de la conversion reste un obstacle en soit (Bugrov et al., 1994; Osborn and Culbertson, 1998). Aux USA, une politique nationale pour l’aquaculture récemment formulée a identifié l’aquaculture comme un des deux grands champs de recherche et développement. Le second est celui des systèmes clos (parfois qualifiés de «urbains»), incluant les technologies de recirculation pour des installations à terre (NOAA, 2001). Ceci montre certainement une future direction de l’aquaculture.

Un autre développement récent dans les systèmes d’élevage a été l’utilisation des systèmes en circuit fermé. Ces systèmes se sont avérés avoir un potentiel intéressant notamment pour la réduction de la consommation d’aliments. Même si les expériences pour élever les crevettes sans changement d’eau datent des années 1970 à Tahiti, et 1980 à Hawaï et en Caroline du Sud, les pilotes réalisés aux USA n’ont jamais connu de transfert vers le secteur commercial. Un projet de ferme commerciale au Bélize en 1998 - initiallement prévu pour protéger la ferme de l’introduction des maladies - a repris ces projets en maintenant les matières particulaires aérobiques et en suspension dans les bassins d’élevage. Ceci facilite la nitrification des rejets (contribuant ainsi à la protection de l’environnement) par les bactéries des bassins. Tant que le système est aéré, les conditions sont maintenues compatibles avec l’élevage des crevettes et le.oculat bactérien créé dans l’eau contribue directement à l’alimentation des crevettes. De sorte que le contenu en protéine et en farines de poisson de l’aliment est considérablement réduit. Les systèmes clos de ce type peuvent également être installés à l’intérieur de bâtiments et il existe actuellement plusieurs projets pilotes pour avancer dans cette direction, tant aux Etats Unis qu’en Asie.

Les exigences élevées en oxygène dissout pour bien des espèces de poisson rend plus difficile ce type de système pour réduire la demande en protéine pour la production de poissons chat en système clos par exemple où on pourrait attendre une optimisation de la consommation d’aliment et une réduction de son taux protéique (Boyd and Tucker, 1995; Tucker et al., 1996).

Amélioration des Technologies de l’Aquaculture

La pratique du «sea ranching» qui consiste à produire des juvéniles en écloserie et les lâcher en mer pour leur croissance ultérieure remonte à plus de cent ans. Des succès notables ont été enregistrés, par exemple avec le cardeau hirame (Paralichthys olivaceus), mais également des échecs lorsque les facteurs prédisposant les pêcheries à de faibles recrutements ou des pertes augmentées n’avaient pas été suffisamment compris (Howell et al., 1999). Avec l’amélioration de la compréhension des facteurs assurant le succès du sea ranching, de nouvelles espèces et de nouveaux sites sont maintenant visés. Des pays comme les Etats Unis, la Norvège, l’Australie et la Chine ont lancé des projets de soutien des stocks pour une variété d’espèces. Afin d’améliorer les échanges d’information sur cette question, le Premier Symposium International sur l’Amélioration des Stocks et le Sea Ranching a été organisé en Norvège en 1997 (Howell et al., 1999) et un second à Kobe, Japon en janvier 2002. Sea-ranching peut constituer une approche utile pour augmenter les débarquements, lorsque les habitats sont adéquats et l’effort de pêche correctement régulé (Welcomme and Bartley, 1998).

Conditionnement Avant Commercialisation

Un secteur intéressant s’est révélé ces dernières années qui le stockage temporaire du thon rouge du nord (Thunnus thunnus) pour en améliorer la qualité de chair. Les tous premiers développements de cette activité ont eu lieu en Australie avec le thon rouge du sud (Thunnus maccoyii), en réponse à une baisse des captures dans le sud de l’Australie. Les débarquements de cette espèce migratoire en Australie ont atteint jusqu’à 21 500 tonnes en 1982 mais avec des quotas de pêche plus sévère ont chuté en 1989 à 5 265 tonnes. La qualité du produit étant relativement médiocre, les valeurs de ce produit à l’exportation ont considérablement diminué et ainsi des compagnies associant pêche et aquaculture ont commencé à placer en cage des poissons de 2 à 4 ans pour une période de conditionnement de 3 à 5 mois. L’amélioration de la qualité de la chair de ces poissons a permis de les vendre sur le marché à très haute valeur du sushi au Japon où les prix du poisson sont de 18 $ US le kilogramme, soit jusqu’à 620 $ par poisson. Depuis 1997, l’embouche de thon est devenue le secteur de l’aquaculture australienne le plus rentable (Brown et al., 1997).

Des techniques analogues ont été utilisées par les pêcheurs en Méditerranée (Malte, Croatie et Turquie) au cours de ces dernières années, plaçant en élevage des thons capturés au cours d’une période relativement courte de mai à juillet. Au cours de cette période, les poissons réalisent une migration pour la reproduction, et la qualité de la chair est assez pauvre, et conséquemment les prix bas. Les poissons sont placés en cage jusqu’en novembre ou décembre et nourris avec des harengs ou des maquereaux. A la fin de la période d’engraissement, les poissons ont retrouvé une meilleure condition et répondent aux exigences de qualité pour l’exportation sur le marché japonais où les prix sont élevés. Les cages utilisées pour le stockage et le transport des poissons sont des structures de grande taille allant jusqu’à 100 mètres de circonférence et qui peuvent demander plus d’une semaine de transport dans la mesure où des distances de 300 kilomètres peuvent séparer les zones de capture des zones d’embouche.

La pêche du thon rouge, sur le déclin et vraisemblablement en danger, pour les stocks Atlantiques a été le sujet de controverses, et il y a ainsi un intérêt pour le développement cette technique d’élevage qui réduit la dépendance vis à vis des stocks naturels. Il y a un autre point litigieux qui est l’utilisation pour l’engraissement des thons d’espèces de poissons également destinés à la consommation humaine aussi bien en Australie qu’en Méditerranée (se reporter à la section sur l’alimentation). Il y a là un défit majeur pour cette espèce migratoire piscivore.

Conclusion

Les biotechnologies en aquaculture, ainsi que les autres innovations technologiques ont montré un impact positif sur le succès de la diversification en aquaculture, les possibilités d’investissement et les échanges internationaux de technologie. Le développement de la biotechnologie en aquaculture devrait fournir des moyens de produire des animaux en bonne santé et avec des taux de croissance élevés, tout en respectant l’environnement. Cependant, ce développement va grandement dépendre sur le désir et la volonté des producteurs de travailler main dans la main avec les scientifiques et de l’assistance de la communauté internationale des donneurs auprès des pays en voie de développement pour une recherche dans ce domaine, l’établissement de capacités et le développement d’infrastructures. L’amélioration des échanges d’information et les discussions entre scientifiques, chercheurs et producteurs de différentes régions sur leurs problèmes et leurs résolutions devraient indubitablement aider cet important secteur à se développer plus avant et augmenter la production durable d’animaux aquatiques à l’échelle globale.

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