Cours AEP [PDF]

Zitiervorschau

Ecole Africaine des Métiers de l’Architecture et de l’Urbanisme (EAMAU) Institut Inter-état d’Enseignement Supérieur et de Recherche

Filière Gestion Urbaine

Note de cours

GESTION DE L’EAU ET DES DECHETS DANS UN ENVIRONNEMENT URBAIN : Aspect AEP

CHAPITRE 1

GENERALITES SUR L’AEP

Rappel des objectifs du chapitre : A la fin de ce chapitre, les élèves doivent maîtriser : les objectifs de la mise en place d’un système d’AEP ; la notion de source d’approvisionnement en eau potable ; la notion de cadres et de limites (portées) d’un projet d’AEP ; les différentes étapes dans la mise en place d’un système d’AEP ; les normes de potabilité d’une eau de consommation.

1.1. Objectif de la mise en place d’un système d’AEP L’eau, c’est la vie dit-on ; la disponibilité de l’eau est une condition essentielle au développement socio-économique de toute communauté. Les vielles grandes civilisations ont été établies à proximité des points d’eau (rivières, lacs, mers), là où l’accès à l’eau était facile. Aujourd’hui, les villes ne sont plus nécessairement à proximité des points d’eau ; même si c’est le cas, l’eau disponible n’a pas toujours la qualité requise pour répondre aux besoins des populations ; le plus souvent, elle n’est même pas en quantité suffisante. Il a donc fallu que l’homme développe des techniques d’adduction d’eau. La mise en place d’un système d’alimentation (Adduction) d’eau a pour objectif : « De fournir en quantité suffisante une eau de bonne qualité à la population d’une agglomération » Cette conception de l’objectif de l’AEP soulève un certain nombre de questions dont : Comment interpréter la notion de : − bonne qualité, − quantité suffisante. La notion de bonne qualité est définie par des normes pour chaque pays ; l’organisation Mondiale de la Santé (OMS) a également défini les normes d’une eau potable. Quelques unes de ces normes sont donnés dans le chapitre 4 qui porte sur la Production de l’eau. 2

Les difficultés dans la détermination de la « quantité suffisante d’eau » à fournir à une population peuvent être mieux appréciées en analysant les interrogations suivantes : − de quelle quantité d’eau une personne a – t – elle besoin chaque jour ? − que dire des besoins en eau des différentes personnes : (de différents ages) d’une même famille ? d’une maison à une autre de la même ville ? d’une ville à une autre d’une même région d’un pays ? d’une région à une autre d’un même pays ? etc. − les besoins en eau d’un individu sont – ils les mêmes : d’une heure à une autre dans la même journée ? d’un jour à l’autre de la même semaine, du même mois ou de la même année ? Dans la réalité, les besoins en eau d’une personne donnée varient dans le temps et dans l’espace. L’expérience a également montré que plus l’homme dispose d’eau, plus il en consomme. Au plan technique, il faut alors produire l’eau potable ; c'est-à-dire, la prélever de son gîte naturel à l’état brut, et s’il y a lieu, la traiter, puis la distribuer. La distribution implique le transport de l’eau potable produite jusqu’aux prises d’eau des immeubles. De nos jours, l’exploitant d’un service des eaux ne doit plus se préoccuper uniquement des usagers, mais aussi de l’environnement. Dans le cadre de l’Alimentation en Eau Potable (AEP) des agglomérations, il doit chercher à réduire au maximum les impacts nuisibles à l’environnement et causés par : − la production de l’eau potable, − son acheminement vers l’agglomération ; − son stockage temporaire éventuellement, − sa distribution Le cycle hydrologique (figure 1.1) a montré que l’eau est une ressource naturelle renouvelable ; cependant, sa répartition inégale sur la terre la rend plus disponible à certains endroits que d’autres ; d’autre part, là où elle est disponible, sa mauvaise gestion peut contribuer à sa détérioration, voire sa disparition. 3

Les figures 1.1 et 1.2 montrent deux représentations du cycle de l’eau dans un environnement urbain.

Milieu Naturel

6

7

Milieu Naturel

J

6 13 3

3 A

B

a

b

C

D

H

V

12

I

Λ

1 2

a

10

b

8 9 11

K 4

5

Sous – sol Figure 1.1 : Schématisation du cycle de l’eau en ville 1. Eau de lavage et filtrats de la déshydratation des boues de la station de traitement. 2. fuites d’eau dans les canalisations d’amenée et de distribution et dans les réservoirs. 3. Eau évaporée par les utilisateurs (ou par évapotranspiration) 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Fuites d’eau dans les circuits de consommation et trop plein de leurs réservoirs. Eau rejetée directement par les utilisateurs dans le milieu naturel. Eaux pluviales tombées sur les agglomérations. Eaux prélevées directement par les usagers dans le milieu naturel. Trop plein des réservoirs d’orages F Fuites d’eau des égouts et des émissaires Eaux drainées par les égouts et les émissaires dans le milieu naturel par défaut d’étanchéité (drainage des nappes ou des sources) 11. Filtrats non recyclés de la déshydratation des boues ou déchets de l’usine d’épuration 12. Eau épurée rejetée au milieu naturel 13. Eau réutilisée après traitement complémentaire.

4

Pluie (2)

Ruissellement (3)

Réseau 1.2.2 Le Σ bilan hydrologique

Traitement primaire

D’égouts

Comme le volume total d’eau sur terre est pratiquement constant, le cycle hydrologique global peut être considéré comme un système fermé pour lequel il n’y a ni entrée ni sortie d’eau. Cependant, il existe plusieurs sous systèmes hydrologiques ouverts Traitement ceux que l’ingénieur Traitement (espaces de référence plus restreints) qui sont justement est Consommateur 5 Σ secondaire généralement amené à analyser. A ces sous systèmes, on peut appliquer le principe de la des boues conservation de la masse en considérant la ressource eau : c’est le bilan hydrologique. L’expression générale du bilan hydrologique s’écrit (1)

dS Distributiondt

I– 0=

1.1 (5)

Avec

5

Déchets solides

S = emmagasinement d’eau dans le système ; I = entrées d’eau par unité de temps ; Usine de traitement O = sortie d’eau par unité de temps ; dS/dt = variation de l’emmagasinement d’eau par unité de temps. dt = intervalle de temps considéré pour l’établissement du bilan La figure 1.4 présente le schéma de principe pour l’application du bilan hydrologique.

Milieu naturel (4)

(1)

Eau potable

(4)

Milieu récepteur

(2)

Réseau d’égouts

(5)

Déchets solides

(3)

Eau usée

Figure 1.2 : L’eau dans le Système urbain 5

La pollution du milieu naturel (gîtes d’eau) provient généralement des rejets d’eau, surtout de leur qualité avant le rejet. L’action humaine affecte donc les quantités disponibles et la qualité des eaux. Les pollutions induites par les activités humaines peuvent être d’ordre physique (eaux chaudes ou froides, matières minérales ou organiques en suspension, radioactivité), chimique (polluants minéraux ou organiques), bactériologiques (micro-organismes, virus, bactéries). Les pollutions peuvent être diffuse (engrais, produits phytosanitaires), ponctuelles ou localisées (stockages des produits polluants, décharges, puisards, aéroports) ou linéaires (routes, autoroutes, voies ferrées).

1.2. Les gîtes d’eau Les eaux provenant de la précipitation représentent la quasi-totalité des apports d’eau au sol. Après une précipitation abondante, trois processus peuvent intervenir : − Une partie des eaux précipitées s’infiltrent dans le sous sol et contribue à l’alimentation des eaux souterraines : c’est l’infiltration. − Une autre partie s’écoule vers le réseau hydrographique et les surfaces d’eau libre : c’est le ruissellement de surface. − Une dernière partie s’évapore et retourne dans l’atmosphère.

1.2.1. Les ressources en eau souterraine 1.2.1.1. Les sources La source constitue l’exutoire de la nappe ou du gisement. Son débit varie selon la nature des terrains dans lequel l’eau circule et de la charge piézométrique de l’eau au point de sortie. Le coefficient de perméabilité intervient pour accentuer ou diminuer le bombement de la surface supérieure de la nappe, selon que les terrains sont faiblement ou très perméable. Pour une même source, le débit varie donc avec la hauteur ou puissance de la nappe, hauteur qui est notamment en rapport avec l’intensité des précipitations atmosphériques ; car c’est l’intensité de la précipitation qui conditionne l’infiltration de l’eau pluviale.

6

1.2.1.2. Différents types de sources 1.2.1.2.1. Source d’affleurement Une vallée ouverte dans une formation perméable, calcaire fissuré ou sable, et qui atteint, dans le fond, une couche imperméable ou moins perméable (calcaire compact) présente, en général, sur ces flancs, une ligne de sources au contact de l’imperméable (figure1.3). Ces sources se manifestent en un point par lequel l’eau pourra se frayer plus facilement un passage. Dans le cas d’une source d’affleurement, l’écoulement apparaît presque toujours à une cote plus basse que celle de l’assise imperméable sur laquelle l’eau circule. L’eau se fraye, en effet, un chemin au travers des terrains de couverture où elle risquera, d’ailleurs, de se contaminer (figure 1.4).

Figure 1.3 : Source d’affleurement

Figure 1.4 : Ecoulement à l’approche de la surface

1.2.1.2.2. Sources de déversement Quand une vallée est ouverte dans des formations fissurées en surface seulement, comme dans le granit, l’eau apparaît au point de rencontre des fissures. Ce sont des sources de déversement (figure1.6). Leur débit est ordinairement faible. Source de déversement S’

Source d’émergence

S S’

S

Granit

Figure 1.6 : Source de déversement

Figure 1.7 : Source d’émergence (1er cas)

1.2.1.2.3. Source d’émergence Si le fond de la vallée n’atteint pas l’imperméable, des sources S et S’ (figure 1.7) peuvent prendre naissance au point de rencontre de l’écoulement avec la surface 7

topographique. Ces sources sont alimentées par la partie supérieure de la nappe : elles sont appelées sources d’émergence. Elles peuvent tarir si la nappe est trop basse. Il se peut qu’au point de rencontre avec la surface topographique, la nappe ne trouve pas d’exutoire mais qu’en fond de vallée, au passage des alluvions qui la tapissent ordinairement, l’eau surgisse, remontée de la nappe par une cassure verticale du terrain. Elle s’étale alors en formant un bassin naturel envahi, ordinairement, d’une abondante végétation et à partir duquel s’effectue un écoulement en direction du ruisseau ou de la rivière proche. C’est un autre aspect de la source d’émergence et le plus intéressant car le tarissement est peu probable. La remontée s’effectue avec une certaine pression H, résultant de la différence d’altitude entre le dessus de la nappe et la sortie (figure 1.8).

Figure 1.8 : Source d’émergence (2e cas)

1.2.1.2.4. Emergence descendue Il peut arriver que sous l’influence de l’érosion, des falaises calcaires s’effritent et que les matériaux s’accumulent à leur base. Si ces calcaires reposent sur un fond imperméable, il peut se faire qu’un écoulement qui, normalement, devait s’effectuer au pied de la falaise (en S), apparaisse en réalité un peu plus loin (en S’), après un passage dans les éboulis (figure 1.9). S’ est dite émergence descendue. Il y a dans ce cas, danger de pollution entre S et S’.

8

Figure 1.9 : Source descendue

Les eaux souterraines forment la quasi-totalité des stocks d’eau liquide globalement présents sur les continents. Les eaux peuvent apparaître en surface dans les cours d’eau (figure 1.10a) ou sous la forme des sources (figure 1.3 à 1.9). Mais elles sont généralement stockées dans des aquifères dans le sous sol : nappes libres, nappes artésiennes (figure 1.10 et 1.13).

Figure 1.10 : Types de nappes alluviales

9

VALLEE N

N N

Z. Active E Z. Passive

E

Z. Stagnante

M

Figure 1.11 : Cheminement de l’eau dans une nappe

Zone de recharge de la nappe

Nappe Niveau de

la nappe

J

Figure 1.12 : Puits artésien ordinaire

Figure 1.13 : Puits artésien jaillissant

Dans les îles ainsi que dans les zones côtières, l’eau douce cohabite avec l’eau salée dans le sous-sol (figures 1.14 et 1.15)

ILE

MER H

h

Eau douce

ρ1

Eau salée

ρ2

Zone d’eau saumâtre

A

Figure 1.14 : Répartition des zones d’eau douce et salée dans une île

10

CONTINENT

MER

Eau douce Eau salée

Figure 1.15 : Répartition des zones d’eau douce et salée dans une zone côtière

1.3. Les contraintes dans la réalisation d’un projet d’AEP 1.3.1. Les besoins en eau et les activités humaines L’évaluation des besoins est une activité très délicate. Elle dépend de la façon dont on se sert de l’eau. Comme il a été vu au 1.1, les besoins en eau d’un individu varient dans le temps et dans l’espace ; ils varient également avec l’activité que fait la personne ; ils dépendent enfin du mode de vie de la personne. Il est important de signaler le gaspillage de l’eau dû au mauvais fonctionnement de l’appareil (fuîtes d’eau dans les douches et w.c.) et à un mauvais comportement de l’usager (la quantité d’eau utilisée pour se laver les mains en laissant le robinet ouvert est loin plus importante que la quantité nécessaire à une telle opération).

1.3.2. Les données techniques pour l’étude Elles ne sont généralement pas disponibles. − Le débit du cours d’eau sur le site d’un barrage doit être estimé à partir d’autres données, généralement la pluviométrie qui elle-même dans la réalité varie dans l’espace et dans le temps. − La population destinataire est inconnue ; elle doit être estimée en fonction des horizons de la prévision ; l’évolution de la population dépend de l’évolution de la ville. − L’utilisation de l’eau d’un cours d’eau à l’amont d’un barrage n’est pas toujours prévisible au moment de sa conception. 11

− Les besoins des services publics, des commerces et des industries dépendent aussi de l’évolution et du développement socio-économique de la ville.

1.4. Les étapes dans la mise en place d’un système d’AEP 1.4.1. Position du problème La mise en place d’un système d’AEP est la solution à un problème qui peut être présenté en une série de questions dont : − Pourquoi réaliser un tel projet ? − Pour qui faut – il réaliser le projet (population, activités économiques, etc.) ? − Comment réaliser le projet ? − Combien coûtera la réalisation d’un tel projet ? − Quelles sont les sources de financement possible d’un tel projet ?

1.4.2. Initiative du projet − La mise en place d’un système d’AEP peut être une initiative de la collectivité concernée. − Un individu ou un groupe d’individus appartenant ou non à la collectivité peut prendre l’initiative du projet. − L’initiative du projet peut provenir d’une décision politique (surtout en période de compagne électorale).

1.4.3. Etude d’un avant projet d’AEP − Etude de données • Bien se pénétrer du sujet • Récolte des informations et données techniques avec tout ce que cela peut présenter comme difficulté. • Identifier les captages possibles • Relever et noter l’altitude des captages ainsi que l’altitude moyenne de l’agglomération adduction gravitaire ou par refoulement. − Examen des besoins • Evaluation des besoins (voir chapitre 4) • Prendre en compte les extensions futures si nécessaire. 12

− Dégrossissage de l’avant projet • Examen des différents tracés possibles de l’adduction en prenant en compte les chemins et routes existants ; noter les obstacles à franchir : ponts, rivières, routes, voies ferrées, etc. • Identification et examen des emplacements possibles du ou des réservoirs. • Passer aux détails Le captage (voir chapitre 4) L’usine de traitement (s’appuyer sur les spécialistes disponibles en la matière ; voir chapitre 4) L’adduction (voir chapitre 6) Les réservoirs (voir chapitre 5) La distribution (voir chapitre 7)

13

CHAPITRE 2

PRODUCTION DE L’EAU POTABLE

Rappel des objectifs du chapitre : A la fin de ce chapitre, les élèves doivent maîtriser la notion : de besoins et demande en eau d’une agglomération ; sur les techniques de captage des eaux (de surface et souterraines) ; sur les techniques de traitement des eaux (de surface et souterraines).

2.1. Généralités sur la notion de production de l’eau potable La première phase dans l’établissement d’un système d’Alimentation en Eau Potable (AEP) est la production de cette eau potable. Cette phase comporte différentes parties qu’on peut énumérer d’une façon non exhaustive comme il suit : − évaluation des besoins en eau potable ; − identification des points potentiels de captage d’eau ; − captage ; − transport s’il y a lieu, vers une station de traitement ; − traitement s’il y a lieu (transformation de l’eau brute captée en eau potable) ; − stockage s’il y a lieu. Le transport et le stockage seront respectivement traités dans les chapitres 5 (Transport) et 6 (réservoirs). Au début de ce chapitre, il convient de définir, de clarifier ou de préciser quelques notions. Un besoin est une nécessité exprimée par un individu ou un groupe d’individus (une collectivité), une activité (industrie, commerce, etc.). Le besoin peut également être défini comme la quantité d’eau nécessaire pour une utilisation donnée. Dans l’étude des besoins et de la demande en eau, il faut distinguer : − le besoin unitaire ou élémentaire : c’est la quantité d’eau nécessaire pour une certaine utilisation au niveau d’un usage particulier : une douche, un lavabo, un W.C., un robinet de puisage, etc. 14

− le besoin global par jour pour un usager : c’est la somme des besoins unitaires découlant de l’utilisation que l’usager peut faire de l’eau chaque jour. − la demande : c’est la quantité d’eau à prélever dans le milieu naturel à chaque instant de la journée pour garantir (ou couvrir) les différents besoins, en prenant en compte toutes les pertes, depuis le prélèvement jusqu’à l’utilisation.

2.2. Besoins et demande en eau potable 2.2.1. Besoins en eau d’une population L’évaluation des besoins unitaires est très complexe parce qu’elle dépend de la façon dont l’eau est utilisée : − La quantité d’eau nécessaire pour une douche varie d’un milieu à un autre ; d’un individu à un autre dans le même milieu et d’un instant à un autre pour le même individu dans le même milieu (quand il fait froid et quand il fait chaud ; une douche après un type d’activité, sport ou travail salissant). − L’importance de la chasse (volume d’eau nécessaire pour une chasse dans un W.C) varie d’un type de réservoir de W.C. à un autre et pour le même type de réservoir, d’une installation à une autre (suivant le réglage effectué par le poseur ou l’utilisateur). − L’évaluation des besoins doit prendre en compte un certain gaspillage dû à l’état de fonctionnement du système d’adduction, à un mauvais réglage de la machine (appareil sanitaire) ou à une mauvaise gestion de l’usager. Le besoin est donc un paramètre circonstanciel : il se rapproche du minimum technique si l’eau est rare (ou chère compte tenu du prix de revient de la production) et s’en écarte beaucoup si l’eau est abondante, peu coûteuse ou gratuite. En général les besoins en eau d’une population ou d’une ville dépendent : − des normes et modes de vie des habitants, − du climat de la région, − des activités commerciales, industrielles et agricoles dans l’agglomération, − du coût et de la qualité de l’eau. Remarque : Dépendamment de la quantité d’eau dont on dispose, l’homme s’organise pour l’utiliser complètement. C’est pour cette raison qu’on observe une très grande 15

fluctuation des besoins élémentaires établis par divers auteurs pour différents pays (tableau 2.1). Tableau 2.1 : Besoins élémentaires de certains pays par litre et par jour Pays

Boisson cuisine

Lavage vaisselle

Lavage linge

Hygiène

W.C

Divers

Total

G.B

4,6

13,7

13,7

45,5

49,9

46

132

Belgique

4

11 à 20

11 à 20

38

42

22

128 à 146

R.F.A

3à6

4à6

20 à 40

30 à 55

20 à40

26 à 30

100 à 170

Suède

10

20

20

55

50

9

164

U.S.A

11

14

33

170

-

11

240

2.2.1.1. Besoins à usage domestique On distingue ci-dessous, des chiffres moyens pour différents usages (hors gaspillage) de l’eau dans une maison : − Chasse d’eau W.C :

8 à 10 litres/usage

− Lavabo :

10 litres/usage

− Douche :

100 litres/usage

− Bain :

150 à 200 litres/usage

− Machine à laver la vaisselle : 10 couverts :

50 litres/cycle

12 couverts :

80 litres/cycle

− Machine à laver le linge : 4 kg :

80 à 100 litres/cycle

5 kg :

120 à 220 litres/cycle

Pour avoir les besoins totaux, il faut y ajouter ceux de la climatisation, de l’arrosage et du lavage de voitures (50 à 150 litres/jour/habitant).

16

2.2.1.2. Besoins des services publics Les besoins de certains services publics sont présentés ci-dessous : − Ecoles sans douches ou piscines

100 l/jour/élève

− Hôpitaux

100 - 600 l /jour/lit

− Bâtiments publics

40-60 l/jour/employé

− Arrosage chaussée

1 l/jour/m²

− Arrosage jardin

5 - 10 l/jour/m²

− Abattoirs : • Gros bétail

300-500 l/tête

• Petit bétail

220-300 l/tête

− Piscines

100 - 200 m3/jour

− Bains publics

160-180 l/visiteur

Un important besoin à couvrir est celui de la lutte contre l’incendie pour laquelle il faut prévoir au droit de chaque « poteau d’incendie » un débit permettant de fournir 60m3/h pendant 2 heures, avec une pression de 1 bar. Les besoins du service d’eau pour les usines de traitement d’eau (lavage des filtres), les réservoirs et le réseau peuvent atteindre 2 à 3% des volumes produits. Pour le réseau d’assainissement, ceux pour les chasses et les ouvrages peuvent représenter 1 à 2 % des volumes totaux utilisés par la ville, au total 3 à 5 %.

2.2.1.3. Besoins des commerces et des bureaux Les besoins par type de commerce ou de bureau sont les suivants : − Maisons de commerce : • Sans restaurant ni climatisation

100 à 400 l/j/employé

• Avec restaurant et climatisation

400 à 500 l/j/employé

− Boulangerie

150 à 250 l/j/employé

− Coiffeur

200 à 300 l/j/employé

− Restaurant

15 à 20 l/j/visiteur

− Hôtel

200 à 600 l/j/lit

− Bureaux : • Sans cantine ni climatisation

10 à 30 l/j/employé

• Avec cantine ou espaces verts

30 à 100 l/j/employé 17

• Avec cantine + climatisation générale − Boucherie

100 à 225 l/j/employé 250 à 400 l/j/employé

2.2.1.4. Besoins des industries Ces besoins peuvent être classés suivant l’usage qu’on en fait à l’intérieur de l’usine : refroidissement, chaudière, procédé, eau de lavage, eau pour l’évacuation des déchets, etc. Le tableau 2.2 indique l’estimation de la quantité d’eau nécessaire à la fabrication de certains produits. Tableau 2.2 : Les besoins des industries Produits

Norme : m3

Acier

6 à 300

Rayonne

400 à 11 000

Savon

1 à 35

Plastique

1à2

Papier

80 à 1 000

Carton

60 à 400

Essence

0,1 à 40

Coton (teinturerie)

7 à 35

Bière

8 à 25

Sucre

3 à 400

N.B. : Les quantités les plus importantes en volume sont celles des eaux de refroidissement.

2.2.1.5. Autres besoins en eau On peut citer d’autres besoins tels que : − les besoins agricoles ; − les besoins des centrales thermiques ; − etc. Le Tableau 2.3 indique les besoins des centrales thermiques

18

Tableau 2.3 : Besoins des centrales thermiques Réchauffement accepté Circuit ouvert

Thermique : 35m3 /s Nucléaire : 40m3 /s

7° 10°

Circuit fermé

20 à 30 fois moins

0,2°

Prélèvement pour une tranche de 1 000 MW

Remarque : Pour la France, les consommations quotidiennes globales sont en général estimés comme suit : − Communes rurales

150 l/j/personne

− Communes moyennes

200 à 250 l/j/personne

− Grandes villes

350 à 400 l/j/personne

Pour les pays en voie de développement, l’OMS préconise une valeur de 35 à 40 l/j/personne. Généralement on peut estimer qu’une installation d’alimentation en eau pour une collectivité plus ou moins centralisée nécessiterait une fourniture d’eau d’environ : − 0,3 l/s pour 1000 personnes lorsque l’eau est surtout distribuée par les bornes fontaines publiques ; − 1,5 l/s (ou plus) pour 1000 personnes lorsqu’il a prédominance de branchements particuliers (maisons ou cours).

2.2.2. Demande en eau 2.2.2.1. Définition C’est la quantité d’eau qu’il faut mobiliser au niveau de la ressource pour pouvoir faire face au ″besoin quantitatif″. Il faut ajouter aux besoins réels, les pertes de transfert et les divers types de gaspillage pouvant se produire entre le captage et l’utilisation. 19

La différence entre les besoins et la demande dépend de l’efficacité de la chaîne de fourniture et du bon réglage du dispositif interne de mise à disposition. Cette dernière considération qui dépend de l’utilisateur, est fonction de la perception que ce dernier a de ce que représente pour lui ″l’eau″, pour son activité et pour son mode de vie. La demande est finalement une donnée très complexe et très sensible aux conditions extérieures à la structure de production. Dans le cas des réseaux d’alimentation en eau : la demande est la quantité d’eau qu’il faut prélever (à la source : réservoir s’il y en a un) pour l’amener à l’utilisateur après un traitement éventuel pour lui permettre de faire face à ses besoins. Suivant l’intervalle de temps considéré, on aura une demande : − horaire ; − journalière (quotidienne) ; − hebdomadaire ; − mensuelle ; − annuelle. La demande peut porter sur : − des valeurs moyennes ; − la pointe évaluée en fréquence de dépassement. Elle pourra couvrir les besoins purement domestiques, les besoins municipaux, collectifs ou industriels, actuels ou futurs. Le terme ″demande″ doit donc toujours être précisé en lui adjoignant un qualificatif (horaire, journalière, etc.). La demande doit enfin s’apprécier en termes statistiques permettant de préciser les valeurs significatives et les écarts. Ces éléments sont essentiels pour la fiabilité et la sécurité de la distribution.

2.2.2.2. Demande face aux besoins spécifiques La demande d’un réseau à l’aval d’un réservoir, sur une période d’une journée au moins (jour, semaine, mois, année), est égale aux besoins spécifiques (élémentaires) des différents usagers corrigés des diverses pertes.

20

La demande horaire n’est pas égale à la somme des besoins horaires corrigés des pertes ; car, tous les besoins horaires ne se manifestant pas à la même heure, il y a foisonnement. Par contre, il y a pointe horaire dans la journée lorsqu’il y a quasi simultanéité pour certaines utilisations (la toilette, la cuisine, etc.). A partir de l’ensemble des demandes horaires le long de l’année, on peut mettre en évidence un maximum de la pointe horaire certains jours de l’année. La figure 2.1 montre une variation journalière de la demande ; on peut observer que la pointe représente 1,4 fois la moyenne horaire.

demande horaire / demande horaire moyenne

1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

0

5

10

15

20

25

30

heures

Figure 2.1 : Modulation journalière de la consommation d’eau

2.2.2.3. Consommation aux temps de pointe Aux temps de pointe il y a simultanéité pour certaines utilisations. Pour tenir compte de cette simultanéité on utilise un coefficient nommé : coefficient de pointe. Il représente le rapport entre la consommation au temps de pointe et la consommation moyenne pour un intervalle de temps donné. Ainsi il peut être horaire, journalier, hebdomadaire, etc. − Le coefficient de pointe horaire (= heure de pointe/ heure moyenne du jour considéré) conditionne le plus souvent le dimensionnement des conduites de distribution et des réservoirs. On admet souvent un coefficient de pointe horaire de 1,6 mais la valeur de ce coefficient peut varier sensiblement d’un service à l’autre, ainsi que l’emplacement des heures de pointe au cours de la journée ; elles se manifestent principalement au début de la matinée, au moment des repas, au coucher du soleil. Les besoins industriels se manifestent principalement pendant les heures de travail.

21

− Le coefficient de pointe journalière (= jour de pointe/ jour moyen) conditionne le plus souvent le dimensionnement des installations, si l’on admet que la permanence du service public est un objectif primordial et que la régulation inter journalière est assurée par les réservoirs. Très variables suivant les services, il est souvent compris entre 1,3 et 1,8 mais il peut dans certaines régions, notamment dans les régions touristiques où la simultanéité est très forte, dépasser 1,8.

2.2.2.4. Les pertes Les pertes représentent l’ensemble des fuites sur l’ensemble du réseau d’adduction d’eau. Elles varient suivant le type de tuyaux utilisés, leur vétusté, la nature du terrain et évidemment aussi la qualité de l’entretien des équipements. On considère qu’il est difficile de réduire les pertes à moins de 10% (par rapport à la production) même pour un réseau neuf, et que 15% de pertes caractérisent un réseau en bon état et très bien entretenu. C’est au-delà de 20% que l’on doit réagir et organiser des campagnes anti-fuites (ou envisager de changer des tuyaux). Les pertes chez les abonnés correspondent aux fuites du réseau interne et aux fuites des points de distribution (80% proviennent des W.C.)

2.2.2.5. Demande en eau et mode de vie La demande en eau n’est pas une variable exogène ; elle dépend de la situation socio-économique. Le diagramme de la figure 2.2 montre les rapports entre ressources en eau, demande et les facteurs socioéconomiques.

Ressource en eau

Facteurs économiques et sociaux

Mode de vie

Demande de ressources nouvelles et qualité

Figure 2.2 : Demande en eau et facteurs externes

22

La relation étroite entre le mode de vie et la demande en eau est mise en évidence par le tableau 2.4. Tableau 2.4 : Demande et mode de vie Lieu de résidence Population rurale Maison individuelle Immeubles collectifs : - HLM - Grand luxe Bureau

Demande en eau 12 à 50 m3 / habitant /an 110m3 60 m3 200 m3 25 m3 / employé 150 m3/habitant 140 m3/habitant

Paris Lyon New York

500 m3/habitant

2.2.2.6. Demande en eau et démographie 2.2.2.6.1. Prévision de la demande Les responsables de la gestion de l’eau se trouvent confrontés à la nécessité de faire des prévisions d’évolution de la demande en eau avec les principaux objectifs suivants : − planifier la gestion des ressources en eau pour la satisfaction des différentes demandes ; − planifier le développement des systèmes de production, adduction et distribution de façon adéquate ; − prévoir les ressources financières provenant des ventes d’eau dans un cadre tarifaire donné ; − prendre les décisions journalières de gestion qui permettent de minimiser les coûts tout en maintenant la qualité et la sécurité du service. Le contexte socio-économique ainsi que la politique mise en place influencent énormément la demande en eau d’une collectivité. Dans les pays industrialisés, les évolutions du passé sont bien connues ; la politique du secteur de l’eau est bien structurée ; l’évolution de la demande en eau est bien maîtrisée.

23

Dans les pays en voie de développement et intermédiaires, seule une fraction de la population a accès au réseau de distribution d’eau potable. L’évolution de la demande en eau n’est pas maîtrisée ; la mise en place d’une politique cohérente de développement de l’alimentation et de la desserte en eau qui tient compte des contraintes de la mobilisation des fonds d’investissement nécessaires, du développement de l’efficacité technique des sociétés distributrices d’eau dans le respect des équilibres financiers ainsi que de la capacité des usagers à payer l’eau peut conditionner le développement de la demande en eau.

2.2.2.6.2. Estimation de la population Des modèles mathématiques et des graphiques permettent l’estimation de la population aux différents horizons. Les principaux facteurs qui influencent l’évolution de la population sont entre autres : − le développement des activités économiques ; − l’accroissement de la population (naissances, décès et migration). L’estimation d’une population peut se faire à court, à moyen ou à long terme. D’une manière générale, les sources d’information utiles aux prévisions démographiques sont à rechercher dans : − les recensements nationaux − les statistiques d’immigration et d’émigration ; − les statistiques de naissance et de décès ; − les plans d’aménagement du territoire fixant les règles d’urbanisation. − Les estimations à court terme L’estimation à court terme se fait pour une durée qui varie de 1 à 10 ou 15 ans. On utilise : − la progression arithmétique ; − le taux constant en pourcentage ; − la progression géométrique ; − la méthode du taux décroissant ; − le prolongement graphique d’une tendance.

24

Progression arithmétique

dy = Ku dt y = population t = temps (année) Ku = constante du taux d’accroissement uniforme On peut écrire :

∫

y2 y1

t2

dy = K u ∫ dt t1

y1 = population au recensement précédent le dernier (au temps t1) y2 = population au dernier recensement (t2) L’intégration donne :

Ku =

y2 − y1 t2 − t1

d’où l’on peut écrire la relation suivante

y=

y2 − y1 (t − t2 ) t2 − t1

qui est l’expression de la progression arithmétique de l’estimation à court terme de la population. t = la fin de la période de prédiction y = population estimée à la fin de cette période L’utilisation de cette méthode nécessite la connaissance de la population aux temps t1 et t2 25

Taux constant en pourcentage

Pour des intervalles de temps égaux, cette méthode utilise un pourcentage d’accroissement constant. Exemple : Supposons qu’une population passe de 90 000 à 100 000 en 10 ans. Le pourcentage d’accroissement sera

100000 − 90000 = 11% 90000 Pour les 10 prochaines années, on peut estimer 100 000 + 0,11x100 000 = 111 000 habitants Pour une bonne estimation par cette méthode, il faut connaître la population à des intervalles de temps réguliers : t ; t+∆t ; t+2∆t ; et constater que le pourcentage d’accroissement est constant. Progression géométrique

dy = K p ⋅ y équation différentielle à variables séparables. dt Avec Kp = accroissement constant en pourcentage par unité de temps. En intégrant, on obtient

Kp =

ln y2 − ln y1 t2 − t1

Une estimation géométrique de la population serait

ln y = ln y2 + K p (t − t2 )

26

Méthode du taux décroissant

On peut écrire

dy = K D ( z − y) dt où Z= limite de saturation de la population à être estimée et KD l’accroissement constant par unité de temps en pourcentage

∫

y2 y1

t2 dy = K D ∫ dt t1 ( z − y)

L’intégration donne

yn = y2 + ( z − y1 )(1 − e− kD ∆t ) Pour une estimation à court terme d’une population dans une région limitée (∆t = tn – t2). − Les estimations à long terme (10 à 50 ans) Elles demeurent beaucoup moins précises que l’estimation à court terme à cause des changements qui peuvent intervenir dans les facteurs d’évaluation. Méthode logistique

On sait que toute population va se développer d’après une courbe en S. Sur un papier logistique (papier spécial de probabilité), une telle courbe devient une droite. Ce qui facilite son extrapolation. Cette méthode présuppose trois données de population également espacées dans le temps. Ces années sont choisies de façon que la première donnée soit au début de la période de données disponibles, la deuxième vers le milieu de la courbe et une autre vers la fin des données récentes.

27

Yc =

K 1 + 10( a +bx )

Où Yc = ordonnée de la courbe x = intervalle de temps à partir de X0

2Y0Y1Y2 − Y12 (Y0 + Y2 ) K= Y0Y2 − Y1 a = log

K − Y0 Y0

Y ( K − Y1 )  1 b =  log 0  n Y1 ( K − Y0 )  n intervalle de temps entre X0 , X1 et X2 par exemple 20 ans ou 40 ans. En résumé, on a :

K 1 + 10( a +bx ) 2Y0Y1Y2 − Y12 (Y0 + Y2 ) K= Y0Y2 − Y1

Yc =

a = log

K − Y0 Y0

Y ( K − Y1 )  1 b =  log 0  n Y1 ( K − Y0 )  Méthode de comparaison graphique avec d’autres agglomérations

Cette méthode consiste à comparer le comportement d’une cité A pour laquelle on veut estimer la population à d’autres agglomérations B, C, D, E qui dans le passé on atteint la population actuelle de la cité A. La méthode présuppose que le développement de la cité A dans les années futures se fera de façon identique à celui connu dans les années passées par les cités B, C, D et E. 28

Remarque : L’estimation de la population n’est pas aussi facile que cela pourrait sembler l’être. Dans la mesure du possible, il faut recourir à l’expertise d’un démographe lorsque le projet prend une certaine ampleur.

2.2.3. Les débits de dimensionnement des installations 2.2.3.1. Les modèles de consommation Le modèle déterministe qui a présidé au dimensionnement de la plupart des installations actuellement en service a consisté à dimensionner les installations de manière à couvrir toutes les contingences qui peuvent survenir au cours de leur fonctionnement. Ce déterminisme consiste à couvrir l’événement horaire le plus contraignant au cours de n’importe quel jour de l’année de référence. Le modèle probabiliste utilise la loi des grands nombres pour minimiser les diamètres des conduites des grands réseaux, notamment la probabilité d’ouverture simultanée par des abonnés (taux de satisfaction de 90% par exemple). Dans ces conditions les lois de continuité en hydraulique ne sont plus applicables. La détermination des diamètres des conduites est alors numérique.

2.2.3.2. La chaîne Traitement

de

production :

Captage,

Adduction,

Le débit de production est donné par la formule suivante :

Q prod =

D jm × C ps × Cpj ηt × ηr × T

Qprod : le débit de production en m3/h ; Djm : demande journalière moyenne ; Cps : coefficient de pointe saisonnière ; Cpj : cœfficient de pointe journalière ; ηt : pertes de traitement (4 à 5%) ; ηr : pertes de distribution (10 à 20%) T : temps de fonctionnement de l’installation concernée (captage, adduction d’eau brute, station de traitement) en heure

29

Le débit d’adduction d’eau potable est donné par :

Qadd =

D jm × Cps × C pj ηr × T

où T est le temps de fonctionnement de la conduite d’adduction d’eau potable en h ; Qadd, le débit d’adduction en m3/h, les autres paramètres étant ceux définis plus haut.

2.2.3.3. La distribution Le réseau de distribution est dimensionné sur la base de débit de pointe horaire :

Q ph =

D jm × C ps × Cpj × Cph ηr × 24

Qph : débit de pointe horaire en m3/h; Cph : coefficient de pointe horaire. Suivant son rôle, le stockage sert de tampon entre la production et la consommation. On a :

Qprod ≤ Qph 2.3. Captage des eaux 2.3.1. Captage des eaux souterraines 2.3.1.1. Les gisements d’eaux souterraines Dans le choix d’un point d’eau, d’après le Conseil Supérieur d’Hygiène publique en France, il faut rechercher avant toute autre solution, celle qui permet de trouver en quantité suffisante, des eaux naturellement pures. On ne devra pas alors recourir aux eaux de surface pour les traiter que lorsqu’il sera impossible, dans des conditions économiques acceptables, de faire appel aux eaux souterraines. La figure 2.3 schématise le captage des différents types de gisements d’eaux souterraines.

30

Figure 2.3 : Schéma synthétique de captage des différents types de gisements

2.3.1.2. Captage des sources 2.3.1.2.1. Cas d’une source d’affleurement Le captage de telles sources à l’abri de toutes contaminations de surface ou autres s’effectue grâce à la construction d’une galerie établie au sein même du gisement. Dans le but de recouper le maximum de filets liquides, et si plusieurs sources apparaissent le long d’un affleurement, l’implantation de la galerie de captage pourra être faite selon une direction sensiblement perpendiculaire au sens de l’écoulement souterrain, soit, en gros, parallèlement au fond de la vallée. Dans le cas d’une source unique, il sera préférable de pénétrer, au contraire, perpendiculairement au flanc de la vallée. Tout dépendra du parcours présumé de la circulation souterraine en liaison avec la source. La considération de l’altitude du plan d’eau à la sortie de la source guidera le choix de la profondeur du captage. Si les conditions de stabilité de l’ouvrage sont satisfaisantes, on ne ménagera pas de radier de façon à recouper éventuellement des diaclases dans cette zone (figures 2.4 et 2.5). Le captage pourra donc s’effectuer par le radier, mais dans l’hypothèse de la galerie parallèle au fond de la vallée, il s’effectuera principalement sur le côté où le piédroit côté coteau sera ajouté pour faciliter l’entrée de l’eau.

31

Figure 2.4 : Captage d’une source d’affleurement

Figure 2.5 : Protection de la galerie de captage

L’ouvrage de tête qui sera construit à la sortie de la galerie d’accès recevra les eaux du captage dont une partie ou la totalité sera, suivant le cas, utilisée pour les besoins à satisfaire ; il faudra donc avoir la possibilité d’évacuer éventuellement le trop plein à l’ancien lit, ruisseau ou rivière (figure 2.6).

32

Figure 2.6 : Dispositions types de l’ouvrage de tête

2.3.1.2.2. Cas des sources d’émergences Si la source apparaît en flanc de coteau (premier cas envisagé), son captage se présentera d’une manière analogue à celui d’une source d’affleurement. Si elle apparaît en fond de vallée (deuxième cas), cas assez fréquent, il suffira pour atteindre le gîte géologique, de dégager l’émergence, c’est-à-dire de mettre à nu la cassure après enlèvement des terrains de couverture. La cassure peut être relativement proche du sol. Dans ce cas, un simple pavillon en maçonnerie recouvrira l’émergence à partir de laquelle l’eau sera évacuée par un canal en maçonnerie (figure 2.7). Une maçonnerie en pierres sèches stabilisera les parois inclinées de l’excavation. Si la cassure est profonde, il faudra l’atteindre en traversant les terrains de couverture eu moyen d’un puits qui, en fait, sera une cheminée étanche d’un bout à l’autre (figure 2.8).

Figure 2.7 : Pavillon de captage 33

Figure 2.8 : Captage d’une source d’émergence profonde

N.B : Dans tout captage de source, il faut se souvenir qu’il est hasardeux parfois, de modifier l’altitude de l’émergence naturelle d’une source. En la surélevant artificiellement, nous pouvons avoir un détournement des filets vers des exutoires plus bas. En abaissant le plan d’eau par pompage direct dans la source, en vue d’obtenir un débit supérieur à celui fourni naturellement, nous risquons de voir arriver des eaux d’une autre origine.

2.3.1.3. Captage dans les sables et graviers (gisements peu profonds) Le captage des gisements peu profonds se fait soit : − au moyen de puits verticaux ; − au moyen de drains horizontaux ; − au moyen de puits à drains rayonnants. Dans le cadre du captage au moyen de puits verticaux, pour obtenir, les meilleurs débits, il y a toujours avantage à prévoir un ouvrage de grand diamètre dans le but de limiter la vitesse de l’eau à son arrivée dans le puits. Il faut cependant, rester dans des limites raisonnables, car des diamètres trop importants nécessitent la mise en œuvre d’une énergie coûteuse. 34

Pratiquement, le diamètre utile du puits, c'est-à-dire le diamètre de l’excavation faite dans la formation aquifère, et qui ne doit pas être confondu avec le diamètre intérieur du puits, est compris entre 1,80 m pour les puits dans les alluvions et 2,50 m pour les puits dans les formations fines (sable de dune, par exemple). Un puits rationnellement établi s’alimente par sa périphérie dans toute l’épaisseur de la nappe aquifère. La figure 2.9 montre la constitution d’un puits vertical. Un cuvelage cylindrique en béton armé bien étanche est descendu au travers des terrains de couverture et vient s’encastrer dans la tête des terrains aquifères. Son but est d’isoler l’ouvrage des venues éventuelles d’eau de surface et limiter ainsi les risques de pollution. Il est complété, près de la surface du sol, par une dalle circulaire en béton armé qui a un double rôle : empêcher le cuvelage de descendre et isoler l’ouvrage des infiltrations superficielles. Le creusement du puits sera poursuivi d’environ 1,00 m à 1,50 m dans le substratum, afin de pouvoir effecteur un pompage au débit maximal.

Figure 2.9 : Coupe d’un puits de captage

La construction d’un puits est une opération délicate qui doit être conduite rationnellement. Elle suit quatre (4) phases (figure 2.10) : − phase 1 : fonçage du cuvelage. On exécute le fonçage du cuvelage d’avant-puits ; le cuvelage descend par son propre poids au fur et à mesure que l’on extrait à 35

l’aide dune benne, les terres comprises à l’intérieur. Les maçonneries se poursuivent donc à partir du milieu du sol et s’arrêtent nettement en dessous du niveau statique de la nappe. Pour limiter les frottements du terrain contre le fût de l’avant-puits au fur et à mesure de sa descente, la base des maçonneries présente un léger fuit extérieur. Elles reposent sur un rouet métallique formant trousse coupante. − phase 2 : fonçage des viroles. En vue de la mise en place des buses captantes, on dispose, concentriquement au cuvelage et dans l’hypothèse où ce dernier présente un diamètre intérieur de 2 m, des viroles pleines en tôle d’acier de 1,8 m de diamètre chargées en tête par des gueuses de fonte ou poussées par des vérins et qui descendront, comme précédemment, à mesure de l’extraction des terrains enserrés par le tubage (à la benne preneuse dans les sables, au trépan puis à la benne preneuse dans la traversée de terrains durs). − phase 3 : mise en place des buses captantes. La colonne de buses captantes est assemblée à terre puis descendue à l’intérieur du tubage précédent. − phase 4 : gravillonnage et arrachage de viroles. Dans cette phase, il est procédé au gravillonnage sous l’eau de l’espace annulaire compris entre le tubage et la colonne captante pendant que, progressivement, le tubage est arraché. Ainsi, l’opération terminée, les gravillons auront été arrosés d’eau chlorée ou permanganatée en vue d’éliminer toute cause de pollution de ce coté. Les drains sont des ouvrages d’une certaine longueur ; ils sont établis au sein de la nappe selon un profil qui présente une légère pente vers un ouvrage d’extrémité étanche où sont aménagés des appareils de pompage (figure 2.11) La longueur des drains dépend du débit à extraire ; elle est généralement supérieure ou égale à 100m. La technique des puits à drains rayonnants (figure 2.12) consiste essentiellement à capter l’eau au moyen de drains horizontaux foncés à partir d’un puits vertical qui, lui n’est pas captant mais joue plutôt un rôle de collecteur de l’eau des drains. La station de pompage est généralement établie directement au dessus du puits ; il faut alors prendre toutes les précautions requises pour éviter la pollution de l’eau.

36

Terrain de couverture

Nappe

Terrain de couverture

Nappe

1,80 Aquifère

Aquifère

Substratum

Substratum

Phase 2 : Fonçage de viroles ∅ 1,80

Phase 1 : Fonçage du cuvelage

Terrain de couverture

Nappe

Nappe

Aquifère Aquifère

Aquifère Aquifère

Substratum

Phase 3 : Mise en place des buses captantes

Terrain de couverture

Substratum

Phase 4 : Gravillonnage et arrachage des viroles

Figure 2.10 : Phases de construction d’un puits

Figure 2.11 : Coupe d’un drain captant 37

Figure 2.12 : Captages d’eaux par drains rayonnants

2.3.1.4. Captage dans les terrains fissurés Si la prospection géologique, la documentation régionale, laissent prévoir en profondeur une circulation aquifère possible, sanitairement bien protégée le gîte peut être atteint à l’aide de puits conçus exactement de la même façon que ceux décrits pour les captages dans les terrains meubles.

38

Si le puits tombe sur un réseau de diaclases bien alimentées, le débit sera bon, mais l’ouvrage peut aussi bien ne recouper que des filets secondaires ou la craie compacte et, dans ce cas le résultat est médiocre ou mauvais.

2.3.1.5. Captages profonds Lorsqu’une nappe a été reconnue dans un étage géologique profond ; il est nécessaire, en vue de la capter, d’avoir recours à des travaux en général très délicats : les forages. Les forages sont différents des puits par leurs dimensions ; en général, leur diamètre est plus petit, et ils sont exécutés à des profondeurs plus grandes, quoique cette distinction revête des exceptions. Ils ont en général une durée de vie de 10 ou 15 ans. Ils périssent par ensablement progressif ou par colmatage. L’agressivité de certaines eaux est aussi à l’origine d’usures prématurées. Quand le captage s’effectue dans les sables fins, l’exploitation devient délicate. En terrains cohérents fissurés, les aléas sont moins grands ; mais dans les sables fins, on n’aura recours à ce mode de captage qu’après avoir épuisé toutes les autres possibilités. Parmi les méthodes de forage, on peut citer : − Forages par percussion avec tiges pleines Ils ne sont utilisés que pour les profondeurs faibles. Un trépan accroché à des tiges pleines, est soulevé puis lâché brutalement sur la roche qu’il désagrège. Un outil, dit soupape soit à clapet, soit à boulet, permet d’extraire les débris. − Forages par percussion au câble Le trépan, surmonté d’une tige assez lourde, est accroché à un câble et soumis à des mouvements rapides provoquant le martèlement et la désagrégation de la roche. L’enlèvement des déblais se fait comme dans le cas des forages par percussions avec des tiges pleines. − Forage par percussion avec tiges creuses Les tiges creuses sont parcourues par un courant d’eau qui débouche par deux évents situés sur le trépan. Ces injections d’eau empêchent le coincement de l’outil contre les parois. La circulation de cette eau est entretenue par une pompe installée en surface. L’eau remonte, avec tous les débris du forage, dans l’espace annulaire compris entre le forage et les tiges. Le matériel est très lourd et nécessite la mise en œuvre d’une importante énergie. 39

− Forage au rotary Il peut être utilisé, soit un trépan spécial, soit un outil terminé par une couronne en acier denté très dur, ou munie de diamants industriels. Dans leur construction, les forages ne sont pas toujours exécutés avec un diamètre uniforme. Les difficultés croissant généralement avec la profondeur, on est amené à réduire progressivement le diamètre du trou. On obtient finalement un forage télescopique. Quand le forage a été exécuté sur une certaine hauteur, les terres, qui se tenaient grâce à l’injection d’eau boueuse, sont maintenues alors par un tubage. En cas de changement de diamètre, un recouvrement des tubages est effectué sur une certaine hauteur (une dizaine de mètres). Lorsque le dessus de la couche aquifère est atteint, le tubage est arrêté et on descend, à l’intérieur de l’ensemble télescopique, une colonne de tubes de diamètre uniforme appelée colonne d’exploitation. Il est procédé ensuite à la cimentation de l’espace annulaire compris entre la colonne d’exploitation et les tubages télescopiques. Il faut maintenant poursuivre le forage dans la couche aquifère (ceci peut se faire au rotary). Une fois la côte voulue atteinte, la crépine du puits est mise en place ; elle joue le rôle des buses captantes des puits ordinaires. C’est l’un des éléments essentiels d’équipement du forage et son choix demande à être effectué avec soin. Cette crépine est constituée par un tube, le plus souvent en acier inoxydable ; il est percé de nombreuses fenêtres, dont les plus petites dimensions seront fixées soit d’après la granulométrie de l’aquifère, soit d’après celle du gravier d’apport. La mise en place de la crépine peut s’effectuer de diverses manières.

2.3.1.6. Effet du pompage sur le profil piézométrique d’une nappe. Considérons une nappe d’épaisseur H montrée à la figure 2.13. Creusons un puits de section circulaire, de rayon r, descendu jusqu’au substratum supposé horizontal ; fixons un repère hox. En l’absence de tout pompage, l’eau, dans le puits s’élève à la hauteur initiale H. En pompant un débit constant Q0, au bout d’un certain temps, un régime d’équilibre va s’établir ; autour du puits, la nappe va s’affaisser en forme d’entonnoir 40

appelé « cône d’affaissement » ou « cône de rabattement » ; la hauteur d’eau dans le puits sera constant et égal à h. La différence (H-h) s’appelle la dénivellation de pompage ou rabattement qu’on désigne ∆. h R r

∆ H h

x O Figure 2.13 : Nappe s’écoulant vers un puits en pompage

Le débit de pompage Q est fonction du rabattement ∆ qui lui-même est fonction de la perméabilité du sol ; lorsqu’on énonce le débit d’un puits, il convient de le faire suivre de la valeur du rabattement ∆. A cet effet, il est quelquefois fait appel à la notion de débit spécifique qui est le débit extrait pour une dénivellation de 1 mètre, soit Q/∆ ; il s’exprime en m3/h/m si Q est exprimé en m3/h et ∆ en mètres. L’expression du débit d’un puits est développée à partir du profil de la courbe piézométrique et est donnée pour les nappes libres par :

Q=

Kπ ( H 2 − h2 ) R ln   r

En log décimaux, cette formule devient :

Q=

Kπ ( H 2 − h2 ) R 2,3ln   r 41

Avec Q en m3/s K (coefficient de perméabilité) en m/s H, h, R et r sont en m R s’appelle le rayon d’influence, c'est-à-dire la distance entre l’axe du puits et le point où l’affaissement est quasi nul (le front de réalimentation). Il est démontré que le rayon d’influence R dépend du coefficient de perméabilité K ainsi que du débit Q. NB: Plusieurs autres considérations dont la théorie des puits ne sauraient être intégrées au programme de ce cours. Il est conseillé aux élèves désireux d’en savoir plus de consulter les ouvrages d’Hydraulique souterraine.

2.3.1.7. Amélioration de la perméabilité autour d’un puits Les alluvions sont constituées par des éléments de grosseurs variables dont il résulte une structure interne, formée d’un enchevêtrement d’éléments moyens et grossiers dans les vides desquels des éléments fins forment le remplissage (figure 2.14). Généralement, le départ de ces éléments fins, dans une certaine mesure, ne doit pas nuire à l’équilibre de l’édifice graveleux. Leur présence ne facilite pas le passage de l’eau à travers la structure initiale ; si par un mécanisme quelconque on provoque le départ des éléments fins, on favorise le passage facile de l’eau à travers la structure (amélioration de la perméabilité autour du puits) (figure 215).

Figure 2.14 : Constitution d’une alluvion

42

Figure 2.15 : Effet de pompage sur les grains d’une alluvion

Considérons les tranches 1, 2, 3, autour du puits ; lors d’un pompage, les vitesses moyennes d’afflux de l’eau vers le puits dans ces différentes tranches seront caractérisées par V1, V2 et V3. Les vitesses vont décroître au fur et à mesure que l’on s’éloigne du puits étant donné que, pour le même débit, la section de passage de l’eau augmente (figure 2.16). Or, l’entraînement de particules d’une certaine grosseur dépend de l’intensité de la vitesse. En déposant autour du puits, une grille (de retenue des particules) dont les ouvertures de diamètre D, ne permettent pas le passage des éléments moyens et grossiers, mais laissent passer les éléments fins, l’effet du pompage serait l’extraction des particules fines de la structure autour du puits, augmentant ainsi la perméabilité autour du puits. Ce résultat est obtenu en effectuant lors de la réalisation du puits de « pompage de formation » avec des débits très élevés par rapport au débit d’exploitation. En désignant par S, la section ; C la circonférence du puits et h la profondeur d’eau par rapport à la base du puits ; on a alors : S1 = C1 h1 ;

S2 = C2 h2

et S3 = C3 h3

43

Niveau d’eau avant le pompage

h1 h2 h3 ligne de la base du puits

C3 C2 C1

C

Figure 2.16 : Sections d’écoulement autour du puits

Remarque : La formule donnant le débit extrait d’un puits artésien en nappe captive (figure 2.17), est de la forme :

Q=

2Kπ e ( H − h ) R ln   r

Figure 2.17 : Pompage dans une nappe captive 44

2.3.1.8. Conséquence de la déformation de la piézométrique de la nappe au cours des pompages

surface

Comme cela a été vu en 2.3.1.6, l’effet de pompage modifie la surface piézométrique de la nappe.

2.3.1.8.1. Répercussion sur une nappe alluvionnaire Dans le cas d’une nappe en charge sur une rivière, le pompage dans un puits établi près des rives peut attirer une quantité d’eau de la rivière d’autant plus grande que le puits sera proche de la rive et que le rabattement sera plus important (figure 2.18). Il faut alors prendre des dispositions appropriées pour éviter la contamination de la nappe par les eaux de surface véhiculées par la rivière.

Figure 2.18 : Déformation d’une nappe par pompage ou par drainage

2.3.1.8.2. Répercussion sur une nappe en bord de mer La hauteur h de la lentille d’eau douce sous le niveau de la mer varie comme (H-h =hf) (figure 2.19).

H

O h

MER

Eau douce Eau salée

Figure 2.19 : Surface deséparation séparation etàsalée à l’état statique Figure 4.19 : Surface de desdes eauxeaux doucedouce et salée l’état statique 45

Lorsqu’un puits est établi dans une zone côtière en vue de pomper l’eau douce, la déformation de la surface piézométrique par le pompage va entraîner une diminution de (H-h), donc une diminution de h (figure 2.20) La surface de séparation des eaux douces et salées va, de ce fait, monter et il y a risque d’entraîner, par la base du puits, une eau saumâtre si le rabattement de la nappe est trop grand. En considérant les paramètres de la figure 2.20, on peut éviter une telle contamination en respectant la condition suivante : P < h’ Avec h’ = 30Np Np = niveau d’eau dans le puits (au moment du pompage et après équilibre) par rapport au niveau de la mer. P = profondeur du puits au-dessous du niveau de la mer

Figure 2.20 : Déformation de la surface de séparation des eaux douce et salée en compagne

.

46

2.3.2. Captage des eaux de surface L’utilisation des eaux de surface en alimentation en eau des populations nécessite certaines réserves et il y a lieu de procéder à un traitement approprié avant de les livrer à la consommation. Il arrive souvent, cependant, qu’en l’absence d’eaux souterraines en quantité suffisante, on soit obligé d’avoir recours à ce mode d’alimentation dont les inconvénients peuvent être résumés comme suit : − température variable de l’eau ; − composition chimique variable ; − contamination possible par pollution en amont ; − eau moins agréable à boire que celle issues des réserves souterraines, surtout si les moyens de traitement appliqués sont mal adaptés ; − plus grande vulnérabilité que les eaux souterraines par grande sécheresse. En revanche, les avantages sont appréciables : sécurité quant à la permanence du débit (sauf sécheresse excessive) et facilité de la prise. Nous examinons successivement : − le captage en rivière ; − le captage à partir d’un barrage réservoir ou d’un lac naturel ou artificiel. Rappelons que pour ces captages, le géologue agréé devra donner son avis et définir les périmètres de protection correspondants.

2.3.2.1. Captage en rivière La prise en rivière doit toujours être effectuée en amont des agglomérations pour prévenir les pollutions provenant d’un rejet d’eaux usées ou résiduaires quelconques à la rivière. La prise peut s’effectuer : − soit dans le fond du lit (figure 2.21) après dragage et remplissage avec de gros graviers autour de la crépine d’aspiration. Il faut toutefois vérifier que la rivière ne charrie pas trop de matériaux fins tels que l’argile ou des limons qui pourraient colmater rapidement la crépine ; − soit dans le fleuve ou la rivière même (figure 2.22) à une certaine distance des berges. La prise elle-même doit être protégée par une estacade pour éviter la 47

détérioration pour les corps flottants et aussi dans un but de signalisation aux mariniers si la rivière est navigable ; − soit sur la berge, à une profondeur convenable, dans le but d’éviter d’une part l’influence des fermentations du fond du lit et d’autre part la présence éventuelle d’hydrocarbures ou de mousses à la surface de l’eau. C’est le dispositif auquel on a le plus souvent recourt. Il peut être très simple (figure 2.23) si la rivière est propre et si le débit puisé est modeste. Pour un débit plus important et si l’eau de la rivière est chargée, la prise qui, de toute manière est protégée à l’entrée du canal par une grille grossière (écartement des barreaux : 50 à 100 mm) nettoyée manuellement, sera complétée à l’aval par un dégrillage plus fin constitué par une ou plusieurs grilles en série verticales ou inclinées dont l’écartement des barreaux peut descendre jusqu’à 3 mm. D’ordinaire, on effectue un dégrillage moyen (écartement 20 mm) avec une grille unique. Ce dégrillage est le plus souvent automatique et s’effectue dès que le colmatage est tel que la perte de charge à amont - aval de la grille dépasse une valeur fixée à l’avance entre (0,05 et 0,15m). Il est bon de compléter le canal par un seuil d’arrêt des alluvions (figure 2.24).

Figure 2.21 : Prise dans le fond du lit

Figure 2.22 : Prise au milieu de la rivière

Figure 2.23 : Prise sur berge. Cas simple

48

Figure 2.24 : Prise sur berge. La rivière charrie un débit important

A la prise proprement dite, peuvent être adjoints des postes divers (déshuilage, tamisage, préchloration), de façon à n’envoyer sur les installations de traitement par l’intervention éventuelle de l’usine d’eau brute (ce qui est le cas le plus général) qu’une eau déjà bien préparée.

2.3.2.2. Collecte à partir d’un barrage-réservoir ou d’un lac Un barrage-réservoir peut être établi de deux manières : − soit sur le fleuve ou la rivière elle-même et, en général, près des sources où les vallées sont plus encaissées ; − soit dans un bassin naturel distinct du lit du fleuve ou de la rivière dans lequel l’eau est amenée par un canal alimenté par ces cours d’eau. Cela peut être une grande cuvette où les accumulations risquent de causer moins de dommages que dans le bassin principal et où le sous-sol revêt des qualités d’imperméabilité plus grandes. C’est un cas d’espèce pour chaque barrage et, outre les précautions à 49

prendre pour son établissement et sa construction, il y a lieu d’examiner le comportement de l’eau ainsi accumulée, considération applicable également à toute réserve dans laquelle l’eau ne se renouvelle que lentement, tels que les lacs naturels et les étangs profonds. L’eau diffère de celle transportée par un cours d’eau par une stratification de la température, d’une part, et par stratification de la composition d’autre part. Notons que l’eau douce atteint sa masse volumique maximale pour 4°C ; de 0 à 4°C, elle va en augmentant ; elle décroît par contre avec la température quand celle-ci dépasse 4°C. La faune et la flore interviennent différemment avec la profondeur. Dans les couches éclairées de la surface il y aura, par la flore, une libération d’oxygène et une consommation de CO2. Mais, plus profondément, les poissons, les bactéries vont consommer de l’oxygène et rejetteront du CO2. Il en résulte, pour l’eau, une stratification de composition. La couche insolée sur une épaisseur variable sera bien oxygénée et relativement épurée. La zone profonde sera riche en matières organiques et en co2 mais, risque d’être très pauvre en O2. Cependant, cette vue d’ensemble de l’évolution de la qualité de l’eau selon la profondeur peut revêtir des aspects divers avec la composition de l’eau d’apport qui concourt à l’alimentation de la retenue. Si le bassin drainé par le cours d’eau alimentaire du barrage ne reçoit pas d’effluents nocifs industriels ou autres, ce qui doit être la règle, la retenue aura un hypolimnion et la surface de séparation des deux couches s’appelle la thermocline) encore suffisamment oxygéné et sera du type oligotrophe. Au contraire, si les précautions sanitaires (définitions des périmètres de protection) n’étaient pas prises ou si elles devenaient insuffisantes, la retenue risquerait d’évoluer vers l’eutrophisation c’est-à-dire l’enrichissement du milieu en matières fertilisantes (phosphore, azote etc.), aboutirait à des modifications symptomatiques telles que production accrue d’algues et autres plantes aquatiques, insuffisance d’oxygène pour l’hypolimnion et la retenue, dégradation de la pêche, etc. N.B : En France, la circulaire du 10/06/76 sur l’assainissement des agglomérations précise qu’en cas de contournement d’une réserve d’eau destinée à l’alimentation publique, le tracé de tout ouvrage d’évacuation d’eaux usées devra être établi à une distance minimale de 35 m des berges. Il est à noter : 50

− qu’aucun problème d’eutrophisation n’est à craindre si la retenue peut être vidangée partiellement, ou mieux, totalement au moins une fois l’an, − qu’aucune dégradation de l’eau n’est également à redouter si le cours d’eau alimentaire ne reçoit aucun déversement d’eaux usées ou résiduaires, − qu’il y a lieu de s’en tenir à une profondeur de retenue de l’ordre de 10 à 20 m afin que l’eau du barrage reste suffisamment oxygénée. Dans l’impossibilité de créer une telle retenue «et qu’on doive s’orienter vers un lac artificiel non curable ou difficilement curable, on devrait toujours faire procéder, en plus d’étude physique et chimique habituelle, à une étude limnologique, écologique et biologique du biotope qui va prendre naissance. Les considérations ci-dessus montrent combien la prise en lac naturel pourtant fort séduisant a priori, peut poser des problèmes aux exploitants devant la tendance à l’eutrophisation de ces belles réserves. Pour un lac assez profond, le maximum de profondeur se situant au centre, les meilleurs conditions semblent être réunies en effectuant la prise loin des rives, à une trentaine de mètres sous le niveau de la surface, au moyen d’une conduite se situant à plus de 5 à 6 m au-dessus de ce fond.

2.3.3. Captage des eaux de pluies Dans de nombreuses parties du monde, des captages d’eau de pluie et des réserves de stockage ont été construits depuis les temps anciens. Quelques uns sont encore utilisés. L’eau de pluie est récupérée lorsqu’elle s’écoule des toits ou ruisselle sur des surfaces préparées à cette intention. Dans beaucoup de pays d’Europe, d’Afrique et d’Asie, la récupération de l’eau de pluie était très utilisée pour l’alimentation en eau domestique, particulièrement dans les zones rurales. Cela se pratique encore dans certains pays. Cependant, lorsqu’on a commencé à installer des distributions sans canalisation pour l’alimentation, l’importance de l’eau de pluie comme source d’alimentation a nettement diminué. Dans les régions arides où les gens vivent surtout dans un habitat dispersé, la récupération de l’eau de pluie peut constituer la seule alternative. Dans les pays en voie de développement, l’eau de pluie est parfois utilisée comme complément à l’alimentation en eau par canalisation. Il convient d’examiner le cas de la récupération de l’eau de pluie dans les pays où la pluie intervient sous forme d’orage d’intensité considérable, avec des intervalles 51

durant lesquels il n’y a pratiquement pas de pluie. Il faut alors un dispositif adapté pour l’interception et le stockage de l’eau. Une eau de pluie raisonnablement pure peut être collectée à partir des toits de tuiles, d’ardoises, de tôles ondulées ou en aluminium et stockée dans une citerne. Les toits en chaume ou en plomb ne conviennent pas en raison des risques qu’ils font courir à la santé. La gouttière du toit doit être en pente régulière vers la conduite de reprise car si elle présente des points bas, il se formera des accumulations d’eau qui attireront les moustiques (figure 2.25).

Figure 2.25 : Dispositif de captage d’eau de pluie

La citerne sera placée à proximité de la maison, de façon à ce que les tuyaux de descente soient aussi réduits que possible. Elle doit être rigoureusement étanche, et protéger du froid et de la chaleur. On évitera de la placer contre un bâtiment car la moindre fuite serait génératrice d’humidité. On utilisera le moindre repli de terrain pour l’enterrer à proximité de la maison, tout en limitant les terrassements. Souvent construite en maçonnerie, la citerne sera réalisée en béton armé avec enduit étanche intérieur, si elle et d’assez grande capacité. Dans ce cas la forme cylindrique est assez économique. Elle reposera sur le sol par l’intermédiaire d’une forme en gros béton de 0,15 à 0,20 m d’épaisseur. La couverture sera constituée soit par une dalle plate, soit par une coupole mince. Elle sera aménagée de façon à en faciliter l’accès, notamment grâce à un trou d’homme garni de tampon en béton armé ou en fonte ou en tôle. On s’efforcera de recouvrir la citerne d’une couche de terre de 0,30m d’épaisseur

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moyenne, de façon à mettre l’eau à l’abri des variations de températures. En dehors du tuyau d’arrivée et d’aspiration, on placera un trop-plein. La conduite de descente sera aménagée de sorte que les premières eaux d’une pluie chargée d’impuretés qui se sont déposées sur le toit durant la saison sèche ne puissent pas se mélanger au réservoir d’eau claire et soient évacuées à l’extérieur. Pour cela on utilise un citerneau, capacité avec flotteur qui dirige le flot d’eau sur la citerne dès que celui-ci a été rempli. Si un tel dispositif est en général indiqué, par contre, il ne permet pas de recueillir les pluies de faible débit. Aussi est-il préférable dans ce cas de doter la citerne d’un filtre à gravier et à charbon activée. La surface du filtre doit être en rapport avec la surface de la toiture et surtout avec la nature des précipitations. Il faut éviter le filtre s’il on veut recueillir l’eau des précipitations orageuses qui sont très abondantes. L’eau de citerne est souvent polluée par les poussières qui peuvent recouvrir les toits, et, comme elle peut séjournée longtemps dans la citerne où des dépôts sont fréquents, il est prudent de la filtrer avant consommation avec un filtre à charbon. La quantité d’eau de pluie qui peut être obtenue par le captage de l’eau du toit dépend essentiellement de la surface du toit et de la pluviométrie locale annuelle. Une pluviométrie de 1 mm sur 1 m2 fournira environ 0,8 l d’eau compte tenu de l’évaporation et des autres pertes. Exemple : Pour un toit mesurant 5 m x 8 m en plan, avec une pluviométrie annuelle moyenne de 750 mm, la quantité d’eau de pluie susceptible d’être recueillie peut être estimée à : 5 x 8 x 750 x 0,8 = 24000 litres par an Ou

24000 = 66 litres par jour 365

En tenant compte de certaines années qui sont plus sèches que la moyenne et aussi des saisons sèches de durée exceptionnelle, le toit et le stockage sont à prévoir pour un débit supérieur d’environ 50 % aux besoins en eau des populations qui dépendent de l’approvisionnement avec un stockage suffisant. Le captage du toit de l’exemple pourrait en année sèche fournir encore quelques 40 litres par jour ce qui correspond à une consommation de base d’eau de boisson d’une famille de six personnes. On peut estimer le volume de stockage nécessaire pour un ménage en calculant le volume d’eau qui serait utilisé au cours de la plus longue période sans 53

pluie prévisible. Pour une saison sèche moyenne de trois mois, le volume de stockage nécessaire serait : 3 x 30 x 40 = 3600 litres Pour permettre de supporter de longues périodes sans pluie dans les années entièrement sèches un surplus de 50 % devrait être prévu et le volume de stockage serait alors de 5400 litres.

2.4. Traitement des eaux L’eau constitue l’élément majeur du monde minéral et biologique. C’est également le vecteur privilégié de la vie et de l’activité humaine. En tenant compte des usages domestiques, industriels et agricoles, la consommation moyenne d’eau par an et par habitant est d’environ 100 m3 dans les pays en voie de développement et peut atteindre 1500 m3 aux USA. Cependant l’eau dont nous disposons dans la nature n’est pas souvent directement utilisable pour la consommation humaine ni pour l’industrie ; car elle n’est pas suffisamment pure. Lors de sa circulation dans le sol ou à la surface de la terre, l’eau se pollue et se charge en matières en suspension ou en solution : particules d’argiles, déchets de végétation, organismes vivants, sels divers, matières organiques, gaz. Les composés présents dans les eaux naturelles peuvent être classées schématiquement en deux catégories : les substances dissoutes (minérales et organiques) et les particules en suspension. La présence de ces différentes impuretés impose le traitement des eaux avant son utilisation pour les rendre aptes aux applications envisagées (par exemple la consommation). Considéré souvent comme un symbole de pureté l’eau est progressivement devenu le produit alimentaire le plus surveillé et est soumise à ce titre aux normes de qualité les plus sévères. Cela a eu pour conséquence d’amplifier la technicité requise pour la production de l’eau potable. Le traitement de l’eau peut alors faire l’objet de divers cours plus ou moins spécialisés.

2.4.1. Caractéristiques d’une eau potable Une eau est dite potable quand elle satisfait à un certain nombre de caractéristiques la rendant propre à la consommation humaine. Les normes s’appuient sur des travaux médicaux établissant les « doses maximales admissibles » (quantités de substances qu’un individu peut absorber sans risque, tous les jours de sa vie, avec une marge de sécurité confortable). 54

Les normes sont réparties en sept (7) groupes : − Les paramètres organoleptiques : ces paramètres concernent la couleur, la transparence, la saveur et l’odeur de l’eau. cependant ces critères n’ont pas de valeur sanitaire directe. Une eau peut être trouble, colorée ou avoir une odeur particulière et néanmoins être consommable. − Les paramètres physico-chimiques : il s’agit des caractéristiques de l’eau telles que le pH, la température, la concentration en minéraux, la conductivité… Ces caractéristiques sont en relation avec la structure naturelle de l’eau. − Les paramètres concernant les substances indésirables : ce sont des substances pouvant avoir une incidence sur la santé sans provoquer de désagréments à court terme et dont la présence est tolérée en faible quantité. Il s’agit par exemple des nitrates, du fluor… − Les paramètres concernant les substances toxiques : les normes fixées sont sensiblement inférieures aux seuils considérés comme acceptables en toxicologie, c’est pourquoi les teneurs tolérés sont très faibles. Ces paramètres concernent entre autres le plomb et le chrome. − Les paramètres microbiologiques : l’eau ne doit pas contenir de bactéries ou de virus pathogènes. Par contre, les germes banals y sont admis mais en faible quantité, en effet puisque l’eau est un milieu vivant, une vie bactérienne inoffensive et limitée y est normale. − Les pesticide et produits apparents : beaucoup de substances appartiennent à cette catégorie ; leur présence dans l’eau est limitée à de très petite quantité. − Les paramètres concernant les eaux adoucies ou déminéralisées : les eaux adoucies ou déminéralisées doivent tout de même contenir une teneur minimale en calcium ou en magnésium (pour la dureté) et en bicarbonate (pour l’alcalinité). Le tableau 2.5 donne les normes légales ou recommandées d’eau potable pour l’Union Européenne et les Etats-Unis. Un tiret (-) indique qu’il n’y a pas (encore) de norme préconisée.

2.4.2. Principes des procédés de traitement Pour épurer l’eau il faut généralement combiner plusieurs traitements élémentaires dont les bases peuvent être physiques (techniques séparatives), chimiques (oxydation, désinfection) ou biologiques et qui ont pour objet d’éliminer les matières en suspension puis les substances colloïdales et enfin certaines substances dissoutes (minérales ou organiques). 55

Tableau 2.5 : Normes de potabilités d’une eau Paramètres

Union Européenne

Etats-Unis

pH

de 6,5 à 9

de 6,5 à 8,5

Chlorures (Cl-) en mg/l

max 200

max 250

Sulfates (SO42-) en mg/l

max 250

max 250

Magnésium (Mg2+) en mg/l

max 50

-

Sodium (Na+) en mg/l

max 150

-

Potassium (K+) en mg/l

max 12

Aluminium (Al3+) en mg/l

max 0,2

max 0,2

Argent (Ag+) en µg/l

max 10

max 100

Cuivre soluble (Cu) en mg/l

max 1

max 1,3

Fer soluble (Fe) en mg/l

max 0,2

max 0,3

Fluorures (F-) en mg/l

max 1,5

max 4

max 0,005

max 0,05

Nitrates (NO3-) en mg/l

max 50

max 45

Nitrites (NO2-) en mg/l

max 0,1

max 3

Oxydabilité (O2 au KMnO4) en mg/l

max 5

-

Zinc (Zn2+) en mg/l

max 5

max 5

Paramètres physico-chimiques

Substances indésirables

Manganèse (Mn) en mg/l

Ammonium (NH4+) en mg/l

max 0,5

Substances toxiques Chrome soluble (Cr) en µg/l

max 50

max 100

Cyanures (Cn-) en mg/l

max 0,05

max 0,2

Phosphore (P) en mg/l

max 5

Plomb (Pb) en µg/l

max 50

max 15

Arsenic (As) en µg/l

max 50

max 50

Nickel (Ni) en µg/l

max 50

-

Mercure (Hg) en µg/l

max 1

max 2

Cadmium (Cd2+) en µg/l

max 5

max 5

La séparation des particules solides et de l’eau peut se faire selon deux principes différents, à savoir, l’action directe de la pesanteur par simple décantation en fonction du poids spécifique des particules et la filtration sur un milieu granulaire (en général du sable). Toutefois en raison de la grande dispersion de taille des particules, on cherche à faire grossir les éléments en suspension en réduisant d’abord les forces 56

électrostatiques qui les maintiennent écartés, grâce à des coagulants, puis en augmentant les collisions entre les éléments déstabilisés pendant la floculation, ce qui fait grossir les éléments en suspension tout en augmentant le poids et la vitesse de chute. Cela, conduit à un flocon plus facile à décanter et à filtrer. Dans la mesure où les colloïdes présents dans les eaux naturelles sont toujours chargés négativement, les coagulants utilisés sont des sels minéraux à cations polyvalents, principalement les sels de fer et d’aluminium. Lorsque les eaux brutes, après traitement physique préalable, comportent des matières organiques dissoutes en quantité appréciable, de l’ammoniaque, du fer ou du manganèse des algues ou encore une couleur prononcée, une oxydation préalable permet d’en faciliter l’élimination par des traitements de clarification et d’affinage. Les traitements spécifiques comme par exemple les procédés d’adsorption, principalement sur charbon actif visent à éliminer des composés organiques dissous du type pesticides, solvants chlorés, hydrocarbures,… Les traitements de correction ou d’équilibre (neutralisation, décarbonatation et reminéralisation) sont donc susceptibles d’être utilisés. La figure 2.26 montre les principales étapes du traitement d’une eau destinée à l’alimentation.

Prise d'eau

Dégrillage Pompage

Coagulation/Floculation sédimentation

Filtration

Addition de produits chimiques Bassin Floculation Décanteur

Désinfection Polissage Réserve

Distribution

Addition de produits chimiques

Filtres Bassin mélange rapide

Boues Pompage basse pression

Pompage haute pression

Figure 2.26 : Etapes de traitement d’une eau potable.

2.4.2.1. Les prétraitements Avant de procéder au traitement de l’eau, il faut la débarrasser de façon simple des éléments les plus grossiers qui pourraient gêner la mise en œuvre des procédés plus complexes. 57

On utilise pour cela des moyens mécaniques : − le dégrillage ; − le dessablage et le débourbage ; − le tamisage. Le dégrillage sert à protéger les pompes et les canalisations contre des corps flottants grâce à des barreaux espacés de 5 ou 10 centimètres qui sont nettoyés manuellement ou mécaniquement avec si possible, rejet dans une conduite d’évacuation. Les macro- tamis permettent, grâce à des mailles de 0,3 à 3 mm montées sur des chaînes sans fin qui sont mues mécaniquement, de déverser dans un canal d’évacuation les éléments fins retenus : il s’agit essentiellement des matières en suspension, débris de végétaux et d’animaux, d’insectes, de mollusques, de crustacés d’eau douce, d’alluvions, d’algues, d’herbes, etc. Le dessablage a pour but d’extraire des eaux brutes les graviers, sables, et particules minérales plus ou moins fines pour éviter les dépôts, protéger les tamis, pompes et autres appareils contre l’abrasion, éviter les surcharges des stades de traitement suivants. Le débourbage est une étape de traitement qui précède la clarification dans le cas d’eau très chargée en limons ou en sable fin. Il est utilisé principalement en amont des décanteurs principaux quand la teneur en matières en suspension de l’eau brute est supérieure à 2 g/l.

2.4.2.1.1. Préoxydation Pratiquée en début de traitement, la préoxydation a plusieurs objectifs : − l’élimination de l’azote ammoniacal ; − l’élimination du fer et du manganèse (l’oxydation de ces éléments les transforme en hydroxydes insolubles facilement séparables du liquide par décantation et filtration). − l’élimination de la couleur ; − l’amélioration de la clarification ; − le maintien de la propreté des installations de traitement c'est-à-dire la lutte contre la prolifération d’organismes (algues, phytoplanctons) qui ne sont pas pathogènes mais qui nuisent au bon fonctionnement de certains ouvrages comme les décanteurs et les filtres. 58

2.4.2.1.2. Préchloration Le chlore est introduit dans l’eau sous forme de chlore gazeux (Cl2) ou d’hypochlorite de sodium (NaClO). Lorsque le chlore est introduit dans une eau contenant de l’azote ammoniacal ou des amines, il se forme dans un premier temps des composés de substitution, les chloramines. Dans un second temps, une dose accrue de chlore détruit ces chloramines en les oxydant en azote gazeux. La préchloration présente toutefois l’inconvénient de former des composés organiques chlorés dont les trihalométhanes (THM) qui peuvent avoir des effets nocifs sur la santé de l’homme. La préchloration est remplacée sur la plupart des usines : − soit par une chloration au seuil (maximum de formation des monochloramines) qui offre l’avantage de protéger les décanteurs sans l’inconvénient de la formation des THM ; − soit par une préozonation ; − soit par une suppression totale de la préchloration. Dans les deux derniers cas, l’azote ammoniacal est alors éliminé : − soit par procédé biologique ; − soit par le chlore en fin de traitement après élimination des matières organiques.

2.4.2.1.3. L’oxydation par le dioxyde de chlore Le dioxyde de chlore (ClO2) est également un très bon oxydant. Son efficacité vis-à-vis de la couleur est supérieure à celle du chlore. Elle l’est également vis-à-vis des goûts. Parmi les avantages de ces réactifs on peut citer qu’ils oxydent rapidement le fer et le manganèse, il permettent donc l’élimination de ces métaux. ClO2 permet aussi de dégrader un certain nombre de composés organiques, sans former de trihalométhanes indésirables. Enfin, tout comme le chlore, le dioxyde de chlore aide à maintenir la propreté des ouvrages de décantation et de filtration. L’oxyde de chlore ne réagit pas avec l’azote ammoniacal et ne permet pas de l’éliminer. Il donne naissance à des sous produits, tels que les chlorites et les chlorates, que l’on soupçonne toxiques.

2.4.2.1.4. Préozonation Utilisée en remplacement de la préchloration sur les eaux chargées en matières organiques et en algues, la préozonation présente les avantages suivants : 59

− pas de formation de sous produits chlorés (trihalométhanes) ; − elle favorise la coagulation floculation décantation (phénomène de polymérisation des matières organiques et des colloïdes). Les doses d’ozones utilisés sont de l’ordre de 0,3 à 0,5 mg d’ozone par mg de carbone organique total (COT).

2.4.2.1.5. L’oxydation par le permanganate de potassium Le traitement des eaux de consommation par le permanganate de potassium n’est pratiqué que dans le cas d’eaux brutes riches en fer et en manganèse. En effet, KMnO4 est plus efficace que les autres oxydants vis- à- vis de l’oxydation de ces deux métaux mais il est environ trois fois plus coûteux.

2.4.2.2. Aération Dans les bassins aérés, une aération mécanique fournit de l’oxygène dissout pour le traitement de l’eau brute. Un type de système d’aération est constitué de soufflantes qui amènent l’air à des tubes poreux disposés près du fond du bassin. Il en résulte une production de bulles fines qui se trouvent régulièrement dispersés au sein de l’eau à traiter.

2.4.2.3. La clarification C’est au cours de cette étape que sont extraites de l’eau brute les matières en suspension et les matières colloïdales, principales responsables de la turbidité de l’eau. Elle vise à clarifier l’eau et à la rendre bactériologiquement pure et exempte de micropolluants. Dans sa forme la plus complète la clarification fait appel à des processus de séparation liquide solide : la décantation, la filtration qui seront précédés, pour les particules les plus fines essentiellement les colloïdes, de traitement de précipitation et de croissance de ces particules : la coagulation, la floculation. Ces deux procédés de type physico-chimiques, ont pour but de créer avec les colloïdes, des agrégats suffisamment lourds pour qu’ils puissent être séparés du liquide par simple décantation. De plus une grande partie de la matière organique dissoute contenue dans l’eau se trouve retenue à la surface des flocs et sera donc éliminée.

60

2.4.2.3.1. La coagulation Les particules colloïdales caractérisées par leurs dimensions très faibles (< 1 µ) possèdent la propriété de se maintenir en équilibre au sein de l’eau sous l’effet de forces électrostatiques de répulsion. Pour éliminer ces particules, on introduit dans l’eau des réactifs chimiques appelés « coagulants » dont l’hydrolyse conduit à la déstabilisation des colloïdes et à la formation de précipités insolubles. Les colloïdes déchargés sont alors absorbés sur les précipités, l’ensemble forme un « floc » qui tombe très lentement. L’action de ces réactifs étant instantanée, leur injection dans l’eau doit être accompagnée d’une agitation violente créée gravitairement par des chutes, des étranglements, des obstacles, etc. ou au moyen d’agitateurs rapides à l’hélice. Les réactifs coagulants utilisés sont généralement des sels de métaux trivalents de fer et aluminium. Les principaux sont le sulfate d’alumine, le polychlorure d’aluminium, le chlore ferrique… La coagulation est un phénomène très complexe ; aussi la méthode la plus sure et la plus rationnelle pour déterminer dans chaque cas la nature du réactif à utiliser et les quantités à mettre en œuvre doit s’appuyer sur l’expérience. Par la coagulation, on obtient également l’élimination de la couleur due aux matières organiques dissoutes ou colloïdales ainsi que la disparition de nombreux polluants.

2.4.2.3.2. La floculation La floculation aura pour but d’accroître le volume, le poids et la cohésion du floc formé. Ce grossissement est obtenu par la création d’une turbulence modérée favorisant la collision entre les particules de floc. Ces turbulences sont créées soit par le mouvement hydraulique de l’eau traversant des chicanes ou des plaques perforées, soit au moyen d’agitateurs mécaniques à brassage lent (agitateur à pales) installés dans des bassins, l’ensemble constituant le floculateur.

61

Dans certains cas on a recours à des produits appelés « floculants » ou « adjuvants de floculation » qui permettront également une meilleure capture des colloïdes et augmenteront la vitesse de sédimentation du floc. Les floculants les plus couramment utilisés sont des macromolécules organiques naturelles (alginate de sodium) ou des polymères organiques de synthèses (polyacrylamides).

2.4.2.3.3. La décantation Le floc étant formé, il reste à instaurer un régime hydraulique qui lui permettra ainsi qu’à toutes les particules en suspension de se déposer dans un ouvrage d’où l’on pourra les évacuer commodément. C’est le but de la décantation et le rôle des décanteurs. Depuis les années 70, les décanteurs quelque soit leur principe de fonctionnement hydraulique, sont équipés plus ou moins systématiquement de modules lamellaires (ou tubulaires ou de plaques parallèles ; figure 2.27). Les lamelles ont un rôle double : -

augmentation des débits hydrauliques (ou de la surface de décantation) ;

-

amélioration de la qualité de l’eau clarifiée.

Le tableau 2.6 rassemble pour chaque catégorie décrite ci-dessous, quelques exemples de décanteurs et leurs performances typiques en traitement de clarification d’eau de rivière. − Les décanteurs statiques Ces décanteurs ne font pas intervenir les procédés destinés à optimiser la floculation au sein du décanteur. Ils sont circulaires ou rectangulaires, raclés ou non. Ils sont généralement à flux horizontal. Les vitesses hydrauliques sont comprises entre 0,5 et 2 m/h. L’épaississement des boues est faible (moins de 5 g/l). Ils doivent être précédés d’un ou de plusieurs organes de floculation.

62

Figure 2.27 : Décanteur lamellaire. Principe Tableau 2.6 : Principales familles de décanteurs Type

Exemples

Floculateur

Vitesse apparente sur la zone de décantation m/h

Décanteur statique

à flux horizontal ou vertical

en tête ou intégré

0,5 – 2

1-5

sans lamelle (pulsator)

intégré

3–5

2 – 10

avec lamelles (superpulsator pulsator lamellaire)

intégré

6 – 10

sans lamelles (turbocirculator)

intégré

2–3

5 – 10

avec lamelles (Densadeg)

en tête

15 – 22

20 - 40

Décanteur à lit de boue

Décanteur à recirculation de boues

Concentration des boues extraites g/l

− Les décanteurs à lit de boues Dans les décanteurs à lit de boue, les boues formées par la floculation constituent une masse en expansion à travers laquelle l’eau passe de manière régulière et uniforme. De cette manière on augmente les chances de rencontre des particules colloïdales qui traversent une zone plus concentrée en flocs. L’eau brute à traiter est introduite à la base du lit de boues et flocule en passant à travers le « lit filtrant » 63

rencontrant progressivement des couches de plus en plus denses et concentrées (figure d’un pulsator). − Les décanteurs à recirculation de boues (figures 2.28 et 2.29) Ce type d’appareil est caractérisé par un dispositif, en général interne, permettant de ramener une partie des boues épaissies dans la zone de floculation (à l’aide d’un racleur). Le rôle de cette recirculation est d’accroître la masse de contact présente dans le floculateur ; elle augmente ainsi la probabilité de chocs entre particules, permet de diminuer le temps nécessaire à une bonne floculation et assure une densité supérieure du floc. Ces appareils sont généralement cylindro-conique, la partie centrale où est situé le dispositif de recirculation jouant le rôle de floculateur (Turbocirculator).

Figure 2.28 : Schéma de principe du Densadeg

2.4.2.3.4. La flottation La flottation permet, dans le cas d’eau peu trouble mais riche en matières organiques et en algues, de remplacer efficacement la décantation. Située après la floculation, la flottation sépare le floc formé par entraînement en surface à l’aide de fines bulles d’air. Les boues extraites par raclage en surface sont généralement plus concentrées que celles d’un décanteur convention. La flottation est à recommander pour :

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Figure 2.29 : Vue de dessus du Densadeg de Morsang III

− les eaux peu chargées en matières en suspension (eaux de lacs, de barrages, par exemple) ; − les eaux produisant un floc léger décantant mal ; − les eaux riches en plancton qui, par suite de l’activité chlorophyllienne des algues, ont tendance à être saturées en oxygène, ce qui contrarie la décantation et provoque une remontée du floc, dans le cas de l’utilisation de la décantation. La flottation possède en outre, les avantages suivants : − grande souplesse d’emploi : le démarrage de l’installation est très rapide, pratiquement instantané ; − épaississement des boues : les boues produites peuvent dans certains cas être dirigées directement vers le système de déshydratation, sans qu’il soit nécessaire de mettre en œuvre une étape d’épaississement intermédiaire. Quelque soit le procédé de séparation (décantation ou flottation) utilisée, la plus grande partie des matières en suspension est éliminée au cours de cette étape, la fraction restante sera séparée du liquide par la filtration.

2.4.2.3.5. La filtration Le procédé général de filtration consiste à faire passer l’eau à travers un milieu poreux qui est le plus souvent du sable. Les processus mis en œuvre sont de nature physique et biologique. 65

Selon la vitesse d’écoulement de l’eau à travers le milieu filtrant, les processus biologiques sont plus ou moins importants. Ils sont généralement favorisés par des vitesses lentes. Ainsi, suivant l’objectif recherché, on effectue : − soit une filtration rapide (vitesse comprise entre 5 et 10 m3/m2/h) − soit une filtration lente (vitesse de quelques mètres cubes par jour). -

La filtration rapide (figure 2.30)

La filtration rapide s’applique à des eaux préalablement traitées. Pour une eau floculée et décantée ou flottée et c’est le cas le plus fréquent en traitement d’eau de surface, la filtration aura pour but d’obtenir une clarification poussée de l’eau par l’élimination des dernières particules en suspension qui n’auront pas pu être retenues par le décanteur. La rétention des particules se fera : − pour les grosses particules, par simple effet de tamisage dans la partie supérieure du filtre, − pour les particules les plus fines, par effet de paroi à différents niveaux à l’intérieur du même filtre. Le pouvoir d’arrêt du filtre sera d’autant plus grand que le diamètre des grains sera faible et que le temps de séjour de la particule dans le filtre sera long, les chances de rencontre avec la surface d’un grain étant ainsi accrues. Le choix de la granulométrie du milieu filtrant, de la hauteur des couches et de la vitesse de filtration jouera un rôle fondamental sur l’efficacité de ce procédé. Avant d’atteindre une perte de charge maximale et éviter le colmatage du filtre, il faut laver le filtre. Le lavage s’effectue en général à contre courant en envoyant de bas en haut un débit d’eau et un débit d’air, l’air permettant d’agiter le sable et de détacher les particules fixées sur les grains, l’eau permettant d’évacuer ces particules. La filtration s’effectue généralement sur une couche unique de sable. Elle peut être également réalisée sur deux ou plusieurs couches : filtration sur filtres multicouches (en général sable et anthracite). La filtration rapide est réalisée par passage de l’eau à travers un lit filtrant à des vitesses de 4 à 15m/h.

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Figure 2.30 : Filtration rapide

-

La filtration lente (figure 2.31) Elle constitue à elle seule un traitement quasiment complet de l’eau brute. Ce procédé est de plus en plus remplacé par les traitements physico-chimiques

(coagulation, floculation, décantation, etc.). Dans ce procédé, l’eau à traiter, débarrassée de la majeure partie des matières en suspension par des traitements de dégrossissage et de préfiltration est admise sur des filtres à sable où elle percole à une vitesse très lente (0,5 à 5m/jour) Il se forme à la surface du filtre une accumulation de particules vivantes et inertes qui conduit à la formation d’une couche au sein de laquelle règne une activité 67

biologique. C’est l’action des micro-organismes (algues et bactéries) présents dans ce film et des métabolites qu’ils excrètent qu’assurera la biodégradation et l’assimilation de nombreuses substances minérales et organiques véhiculées par l’eau brute. A ces processus biologiques s’ajoutent des effets purement physiques de rétention des particules solides et des micro-organismes dans le milieu filtrant.

Figure 2.31 : Filtration lente

2.4.2.4. Traitements d’affinage Les prétraitements physiques, la préoxydation et la clarification, constituent les procédés de base pour traiter une eau superficielle. A ces procédés, peuvent s’ajouter un traitement d’affinage par adsorption combiné ou non à une oxydation par l’ozone de l’eau clarifiée.

2.4.2.4.1. Traitement d’affinage par ozonation Il précède généralement une étape d’adsorption sur charbon actif en grains. Cette combinaison permet une réduction importante de la matière organique et du potentiel de formation des sous-produits d’oxydation et de désinfection. L’ozone, outre ses propriétés désinfectantes, réagit avec les substances minérales comme le fer et le manganèse pour former des oxydes insolubles. Il élimine efficacement la plupart des goûts et des odeurs ; il transforme certaines molécules à longue chaîne, en molécules plus courtes, de poids moléculaire plus faible ; ces molécules sont généralement plus facilement biodégradables. Il contribue aussi à la destruction de micropolluants comme les phénols et certains détergents et pesticides.

2.4.2.4.2. Traitement d’affinage par adsorption L’adsorption définit la propriété de certains matériaux de fixer à leur surface des molécules extraites de la phase liquide ou gazeuse dans laquelle ils sont immergés. Parmi les matériaux adsorbants, le charbon actif est actuellement le plus utilisé en traitement d’eau potable. 68

Le charbon actif est un squelette carboné d’origine organique, minéral ou végétal qui, par oxydation ménagée à haute température a acquis une intense porosité. Grâce à l’importante surface développée, le charbon est un adsorbant qui peut retenir à sa surface des molécules de toutes tailles. Il est utilisé pour éliminer les matières organiques responsables de développement de goûts et d’odeurs, de nombreux polluants et micropolluants tels que les phénols, les hydrocarbures, les pesticides, ainsi qu’à l’élimination du carbone organique dissous.

2.4.2.5. La désinfection La désinfection a pour objectif la destruction de tous les organismes pathogènes à la sortie de l’usine. Elle doit être effectuée de manière à maintenir un résiduel bactériologique sur tout le réseau de distribution afin d’éviter toute dégradation de la qualité de l’eau par prolifération de micro-organismes. Son efficacité dépend de plusieurs facteurs dont : − le pouvoir létal du désinfectant employé, en général chlore, dioxyde de chlore et ozone ; − le temps de contact réel du réactif avec l’eau à traiter ; − les conditions physico-chimiques ambiantes (pH, température, turbidité,…) ; − la qualité des traitements en amont.

2.4.2.6. Les traitements spécifiques Les traitements spécifiques concernent principalement les eaux souterraines (élimination du fer, manganèse, nitrates) et la mise à l’équilibre de l’eau avant distribution. Ils peuvent être divisés en 2 types de procédés : − les procédés par voie chimique pour la remise à l’équilibre de l’eau ; − les procédés par voie biologique pour le fer, le manganèse et les nitrates ou parfois l’azote ammoniacal.

2.4.2.6.1. Traitement spécifique par voie chimique Pour son transport jusqu’au robinet de l’usager, l’eau sera véhiculée au moyen de canalisations généralement en fonte et en acier. Or, la présence d’oxygène dans l’eau et son contact avec le métal entraînent le déclenchement de processus

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électrochimiques qui se traduisent par une dissolution du fer et conduisent par là même à l’altération des conduites. C’est le phénomène de corrosion. Pour lutter contre ce phénomène, on cherchera à créer à partir des bicarbonates de l’eau et su fer des canalisations un dépôt à la surface de celles-ci qui constituera une couche protectrice empêchant ainsi la poursuite de la corrosion. Si l’eau contient une certaine quantité excédentaire de CO2, un traitement devra être mis en œuvre pour l’éliminer ou le transformer. C’est la neutralisation. Elle a pour but de ramener le pH de l’eau à une valeur voisine de son pH d’équilibre. Plusieurs types de procédés peuvent être mis en œuvre : − l’aération généralement effectuée en tête ou en fin de traitement ; − l’addition de réactifs alcalins : dans ce cas la neutralisation peut être réalisée soit en totalité à la sortie de l’installation sur l’eau traitée ou en tête de l’installation dans certains cas particuliers (déferrisation, démanganisation), soit partiellement à l’entrée de l’installation lors d’un ajustement du pH de floculation puis achevée en fin de traitement par ajout de réactifs (chaux, soude). Si l’eau est trop incrustante et que la minéralisation de l’eau est élevée, il est alors nécessaire de diminuer la teneur en sel de calcium et de magnésium : c’est la décarbonatation. Elle vise donc à éliminer une partie des bicarbonates présents dans l’eau, l’autre partie devant permettre le dépôt de la couche protectrice. Le traitement est obtenu par introduction d’une base forte, telle que la soude qui en réagissant sur les bicarbonates entraîne la formation de précipités. Si la teneur en bicarbonates ou en calcium est trop faible, il s’avère nécessaire d’augmenter ces paramètres : c’est la reminéralisation ou recarbonatation. Elle vise à augmenter les teneurs en minéraux en vue de permette la formation de la couche protectrice. Il existe plusieurs procédés dont : − si l’eau présente une quantité suffisante de CO2 libre, on pratiquera une filtration sur un matériau à base de carbonate de calcium ; − si la teneur en CO2 libre est insuffisante on mettra en œuvre une addition successive de gaz carbonique et de chaux.

2.4.2.6.2. Traitement spécifique par voie biologique − Elimination des nitrates Deux procédés peuvent être envisagés : la dénitratation, au moyen de résines échangeuses d’ions qui est le procédé physicochimique le plus répandu, mais qui pose 70

toutefois le problème des éluats contenant de fortes concentrations de nitrates et chlorures de sodium, et la dénitrification biologique, qui transforme l’ion nitrate en azote gazeux. Plusieurs techniques de dénitrification ont vu le jour, fondées sur l’utilisation, soit de bactéries autotrophes en présence de soufre, soit de bactéries hétérotrophes qui nécessitent l’addition d’une source carbonée. Ces procédés biologiques sont nécessairement suivis d’une filtration sur charbon et désinfection. − Elimination de l’azote ammoniacal L’ion ammonium est éliminé par nitrification. En dehors de la chloration, c’est le procédé de nitrification biologique qui est le plus couramment utilisé. Il consiste à provoquer la transformation de l’ammoniaque en nitrates au moyen de bactéries nitrifiantes fixées sur support (la pouzzolane) où circule l’eau. − Déferrisation – démanganisation L’élimination du fer et du manganèse consiste à les faire passer de leur forme dissoute à une forme oxydée insoluble qui peut être retenue par filtration. Deux procédés peuvent être utilisés : le procédé physicochimique dans lequel les étapes d’oxydation et de filtration sont séparées, le procédé biologique où l’action catalytique des bactéries, du fer ou du manganèse accélère l’oxydation.

2.4.3. Les filières de traitement Quelque soit la qualité de la ressource à traiter, la filière de traitement mis en œuvre doit conduire à l’obtention d’une eau répondant aux normes sur l’eau potable. La complexité d’une filière de traitement est directement reliée à la qualité de la ressource à traiter. Ces ressources peuvent être classées selon quatre (4) types en fonction des valeurs maximales des principaux paramètres de potabilités (tableau 2.7). Pour chacune de ces classes d’eau, une ou plusieurs filières de traitement sont envisageables.

2.4.3.1. Classe de qualité 1 : désinfection Certaines eux souterraines dont la qualité varie peu, ne nécessitent que la mise en place d’un traitement de désinfection.

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Tableau 2.7 : Classification des ressources en eau – Classes de qualité d’eau brute Classes de qualité d’eau brute 1

2

3

4

Bactériologie Coliformes totaux (/100ml)

< 50

< 50

< 5 000

< 50 000

Coliformes fécaux (/100ml)