Manuel Pour Les Adductions Villageoises

7/24/2019 Manuel Pour Les Adductions Villageoises

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MANUEL POUR LES

ADDUCTIONS

VILLAGEOISES


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Limburgstraat 62B- 9000 Gent

tl. +32 (0)9 / 235 25 10fax +32 (0)9 / 225 66 07

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PROTOSest une ONG belge qui vise promouvoir une gestion quitable, durable et

participative de l'eau, tant dans le Nord que dans le Sud.

En 1977, un groupe dindustriels, dassistants universitaires et de jeunes diplmes pritlinitiative de constituer une nouvelle asbl, PROTOS, que avait comme but de contribuerau progrs humain dans les pays du Tiers Monde.

Actuellement, PROTOS soutient, dans quatre rgions du Sud (Hati, Equateur, Afriquede lOuest et Afrique Centrale), diffrents projets qui cherchent daugmenter leurexpertise et leurs capacits organisationnelles.Les fonds investis dans ces rgions concernent principalement le secteur delapprovisionnement en eau et de lassainissement.

De plus, PROTOS veut galement contribuer une meilleure conscientisation de lapopulation de Flandre aux menaces et dfis dans le domaine de la gestion de leau auniveau mondial.

PROTOS est une organisation indpendante, elle nest pas lie structurellement destendances philosophiques ou des organisations politiques ou sociales. La.s.b.l. estdirige par un conseil dadministration constitu dentrepreneurs, cadres, professeursduniversits et experts en dveloppement motivs et engags. Le secrtariatpermanent Gand est le point dappui des activits. Dans chacune des rgionspartenaires, un bureau rgional accompagne les organisations locales dans laprparation l excution et la gestion de projets de dveloppement.Dans ces bureaux rgionaux, un ou deux ingnieurs europens expriments apportent

leur soutien lquipe locale.

Forte de son exprience sur le terrain dans diverses rgions du Sud, PROTOS a tcharge de la conception et la rdaction du prsent ouvrage, destin aux diffrentsintervenants dans la conception de la conception et la rdaction du prsent ouvrage,destin aux diffrents intervenants dans la conception et la ralisation de projets deaupotable.


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PROTOS souhaite remercier vivement

la Direction Gnrale de la Coopration au Dveloppement (DGCD-DGOS)

pour son appui financier dans la ralisation de cet ouvrage.


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MANUEL POUR LES ADDUCTIONS VILLAGEOISES

TABLE DE MATIERES

1.INTRODUCTION ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 1

PARTIE 1 : GENERALITES

2.LA DISPONIBILITE EN EAU ----------------------------------------------------------------------------------------------- 3

2.1.Introduction ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3

2.2. Le cycle de leau --------------------------------------------------------------------------------------------------- 5

2.3. Ressources en eau ------------------------------------------------------------------------------------------------ 7

2.3.1. Types de ressources en eau ------------------------------------------------------------------------------ 7

2.3.1.1. l'eau de pluie -------------------------------------------------------------------------------------- 7

2.3.1.2. l'eau de surface ----------------------------------------------------------------------------------- 7

2.3.1.3. l'eau souterraine ---------------------------------------------------------------------------------- 7

2.3.1.4. autres ----------------------------------------------------------------------------------------------- 8

2.3.2. Choix d'une ressource en eau --------------------------------------------------------------------------- 8

2.3.2.1. des considrations culturelles et socio-politiques ---------------------------------------- 8

2.3.2.2. des considrations institutionnelles ---------------------------------------------------------- 8

2.3.2.3. exigences techniques --------------------------------------------------------------------------- 8

2.3.2.4. la quantit de l'eau (par rapport la demande) ------------------------------------------ 9

2.3.2.5. la qualit de l'eau--------------------------------------------------------------------------------- 9

2.3.2.6. les considrations conomiques ------------------------------------------------------------- 9

2.3.2.7. l'impact sur le dveloppement ---------------------------------------------------------------- 9

2.4. Les sources ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10

2.4.1. Les nappes souterraines-------------------------------------------------------------------------------- 10

2.4.1.1. la quantit de la nappe souterraine ------------------------------------------------------- 10

2.4.1.2. la qualit de l'eau souterraine -------------------------------------------------------------- 11

2.4.1.3. les diffrents types de nappes ------------------------------------------------------------- 12

2.4.2. Les types de sources ----------------------------------------------------------------------------------- 13

2.4.2.1. les sources gravitaires ----------------------------------------------------------------------- 14


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2.4.2.2. les sources artsiennes ---------------------------------------------------------------------- 16

2.4.3. Exigences en quantit ----------------------------------------------------------------------------------- 17

2.4.3.1. dbits ---------------------------------------------------------------------------------------------- 17

2.4.3.2. campagne de mesure des dbits ---------------------------------------------------------- 18

2.4.3.3. mthodes pour mesurer le dbit d'une source ------------------------------------------ 19

3.QUALITE DES EAUX NATURELLES .........................................................................................................25

3.1. Introduction -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 25

3.2. Etude de la qualit des eaux naturelles --------------------------------------------------------------------- 27

3.2.1. L'chantillonnage ----------------------------------------------------------------------------------------- 27

3.2.2. L'analyse ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 28

3.2.3. L'interprtation -------------------------------------------------------------------------------------------- 29

3.2.4. Frquence et endroit ------------------------------------------------------------------------------------- 30

3.2.4.1. prlvements lors de l'tude ---------------------------------------------------------------- 30

3.2.4.2. prlvements pendant l'exploitation ------------------------------------------------------- 31

3.3. Indicateurs bactriologiques ----------------------------------------------------------------------------------- 32

3.3.1. Enqute sanitaire ----------------------------------------------------------------------------------------- 33

3.3.2. Les bactries thermotolrants (coliformes fcaux, E.coli) -------------------------------------- 33

3.3.3. Coliformes totaux ----------------------------------------------------------------------------------------- 34

3.3.4. Autres ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 35

3.4. Paramtres physico-chimiques ------------------------------------------------------------------------------- 35

3.4.1. Introduction ------------------------------------------------------------------------------------------------- 35

3.4.2. Turbidit ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 35

3.4.3. Saveur ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 36

3.4.4. Couleur ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 37

3.4.5. Temprature ----------------------------------------------------------------------------------------------- 37

3.4.6. pH ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 37

3.4.7. Duret ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 38


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3.4.8. Gaz carbonique ------------------------------------------------------------------------------------------ 39

3.4.9. Fer et manganse --------------------------------------------------------------------------------------- 41

3.4.10. Nitrate ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 41

3.4.11. Arsenic ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 42

3.4.12. Fluor ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 42

3.4.13. Aluminium ------------------------------------------------------------------------------------------------ 42

3.4.14. Chlore ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 42

3.5. Influences sur les matriaux ----------------------------------------------------------------------------------- 43

3.5.1. Produits de ciment (bton, mortier...) ---------------------------------------------------------------- 44

3.5.1.1. agressivit --------------------------------------------------------------------------------------- 44

3.5.1.2. prvention de la destruction ---------------------------------------------------------------- 45

3.5.2. Acier galvanis ------------------------------------------------------------------------------------------- 46

3.5.2.1. agressivit --------------------------------------------------------------------------------------- 46

3.5.2.2. prvention de la corrosion ------------------------------------------------------------------- 47

3.5.3. Matriaux plastiques ------------------------------------------------------------------------------------ 47

3.5.4. Conclusion ------------------------------------------------------------------------------------------------- 47

PARTIE 2 : CONCEPTION

4.ETUDE DU BESOIN EN EAU POTABLE ................................................................................................... 48

4.1. Objectif ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 48

4.2. Besoin en eau ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 48

4.3. L'Etendue ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 49

4.4. L'Horizon ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 51

4.5. Consommation --------------------------------------------------------------------------------------------------- 52

4.5.1. La consommation spcifique -------------------------------------------------------------------------- 52

4.5.2. La consommation domestique ------------------------------------------------------------------------ 52

4.5.3. La consommation des difices publics ------------------------------------------------------------- 53

4.5.4. La consommation de commerce et d'industrie --------------------------------------------------- 54


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4.5.5. La consommation agricole domestique ------------------------------------------------------------- 54

4.6. Variation --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 55

4.6.1. Variation horaire ------------------------------------------------------------------------------------------ 55

4.6.2. Variation journalire et mensuelle -------------------------------------------------------------------- 55

4.6.3. Variation annuelle ---------------------------------------------------------------------------------------- 56

4.6.3.1. consommation domestique --------------------------------------------------------------- 56

4.6.3.2. consommation des difices publics ----------------------------------------------------- 57

4.6.3.3. consommation industrielle, artisanale et agricole ----------------------------------- 57

4.7. Collecte des donnes ----------------------------------------------------------------------------------------------- 57

4.8. Calcul du besoin ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 58

5.HYDRAULIQUE DES CONDUITES FORCEES ............................................................................................ 60

5.1. Terminologie et principes de base ------------------------------------------------------------------------------- 60

5.1.1. Vitesse ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 60

5.1.2. Ecoulement permanent --------------------------------------------------------------------------------- 61

5.1.3. Pression ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 61

5.1.4. Pression hydrostatique ---------------------------------------------------------------------------------- 62

5.1.5. Hauteur pizomtrique ---------------------------------------------------------------------------------- 63

5.1.6. Equitation de Bernoulli ---------------------------------------------------------------------------------- 65

5.1.7. Pertes de charge gnrales ---------------------------------------------------------------------------- 66

5.1.7.1. introduction --------------------------------------------------------------------------------- 66

5.1.7.2. formule de Manning ---------------------------------------------------------------------- 68

5.1.7.3. formule de Darcy-Weisbach ----------------------------------------------------------- 69

5.1.8. Pertes de charge locales ------------------------------------------------------------------------------- 73

5.1.8.1. perte de charge locale par un rduction de diamtre ------------------------------- 73

5.1.8.2. perte de charge locale par une rduction de diamtre ----------------------------- 74

5.1.8.3. perte de charge locale par une sortie dun rservoir dans un conduit ---------- 74

5.1.8.4. perte de charge locale par une entre d'un conduit dans un rservoir --------- 74


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5.1.8.5. perte de charge locale par une courbe ------------------------------------------------- 74

5.1.8.6. perte de charge locale par un courde ------------------------------------------------- 75

5.1.8.7. perte de charge locale par une vanne ------------------------------------------------- 75

5.1.8.8. perte de charge locale par un robinet boisseau --------------------------------- 76

5.1.8.9. perte de charge locale parune vanne papillon -------------------------------------- 76

5.1.8.10. perte de charge locale par unclapet de retenue ---------------------------------- 77

5.2. Calcul dune conduite simple (sans ramifications) --------------------------------------------------------- 78

5.2.1. Introduction ------------------------------------------------------------------------------------------------ 78

5.2.2. Contrle de la pression --------------------------------------------------------------------------------- 80

5.2.3. Contrle de la vitesse ----------------------------------------------------------------------------------- 84

5.3. Calcul dun rseau -------------------------------------------------------------------------------------------------- 85

5.3.1. Schma d'un rseau ------------------------------------------------------------------------------------ 85

5.3.2. Types de rseaux ---------------------------------------------------------------------------------------- 85

5.3.3. Calcul d'un rseau ramifi ----------------------------------------------------------------------------- 86

5.3.3.1. schmatisation ------------------------------------------------------------------------------ 86

5.3.3.2. calcul des dbits ---------------------------------------------------------------------------- 87

5.3.3.3. calcul des diamtres ----------------------------------------------------------------------- 88

5.3.3.4. cas particuliers ------------------------------------------------------------------------------ 94

5.3.4. Calcul d'un rseau maill ------------------------------------------------------------------------------ 96

5.3.4.1. introduction ----------------------------------------------------------------------------------- 96

5.3.4.2. mthode Hardy-Cross --------------------------------------------------------------------- 96

5.4. Conception laide dun ordinateur ------------------------------------------------------------------------ 102

5.4.1. Introduction ----------------------------------------------------------------------------------------------- 102

5.4.2. Informations gnrales -------------------------------------------------------------------------------- 103

5.4.2.1. types de logiciels -------------------------------------------------------------------------- 103

5.4.2.2. modelage ------------------------------------------------------------------------------------ 103

5.4.2.3. rgime permanent / non-permanent -------------------------------------------------- 104


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5.4.2.4. la thorie ------------------------------------------------------------------------------------- 104

5.4.2.5. prsentation des rsultats --------------------------------------------------------------- 105

5.4.3. Utilisation ------------------------------------------------------------------------------------------------- 105

5.4.3.1 contrle sur les donnes ----------------------------------------------------------------- 105

5.4.3.2. contrle sur les calculs ------------------------------------------------------------------- 105

5.4.3.3. interprtation des rsultats -------------------------------------------------------------- 106

5.4.4. Conclusion ----------------------------------------------------------------------------------------------- 106

6.PARAMETRES DE DIMENSIONNEMENT DES CONDUITES ET DES RESERVOIRS ........................................107

6.1. Les lments dun systme deau ---------------------------------------------------------------------------- 107

6.2. Dimensionnement de ladduction ----------------------------------------------------------------------------- 109

6.2.1. Dbit de dimensionnement --------------------------------------------------------------------------- 109

6.2.2. Pression -------------------------------------------------------------------------------------------------- 110

6.2.3. Diamtre -------------------------------------------------------------------------------------------------- 112

6.2.4. Vitesse ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 112

6.3. Dimensionnement du rseau de captages ----------------------------------------------------------------- 112

6.4. Dimensionnement des rservoirs ----------------------------------------------------------------------------- 113

6.4.1. Fonction et nombre de rservoirs ------------------------------------------------------------------ 113

6.4.2. Nombre de rservoirs --------------------------------------------------------------------------------- 114

6.4.3. Emplacement d'un rservoir ------------------------------------------------------------------------- 116

6.4.4. Volume d'un rservoir --------------------------------------------------------------------------------- 116

6.5. Dimensionnement du rseau de distribution --------------------------------------------------------------- 120

6.5.1. Types de rseaux -------------------------------------------------------------------------------------- 120

6.5.2. Dbits de dimensionnement ------------------------------------------------------------------------- 122

6.5.3. Pression --------------------------------------------------------------------------------------------------- 123

6.5.4. Diamtre -------------------------------------------------------------------------------------------------- 124

6.5.5. Vitesse ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 124


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7.COUP DE BELIER ............................................................................................................................. 125

7.1. Le Phnomne du coup de blier ----------------------------------------------------------------------------- 125

7.2. Calcul ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 127

7.3. Msures ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 129

7.3.1. Choix du matriel --------------------------------------------------------------------------------------- 129

7.3.2. Temps de fermeture ----------------------------------------------------------------------------------- 129

7.3.3. Longueur -------------------------------------------------------------------------------------------------- 129

7.3.4. Pression --------------------------------------------------------------------------------------------------- 131

7.3.5. Vitesse ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 131

7.3.6. Autres ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 131

PARTIE 3 : EXECUTION

8. CANALISATIONS .............................................................................................................................. 132

8.1. Description des matriaux --------------------------------------------------------------------------------------- 132

8.1.1. PVC (Polychlorure de vinyle) ------------------------------------------------------------------------ 132

8.1.1.1. le matriel ----------------------------------------------------------------------------------- 132

8.1.1.2. les classes de pression et diamtres ------------------------------------------------- 133

8.1.1.3. les joints ------------------------------------------------------------------------------------- 135

8.1.1.4. les accessoires ----------------------------------------------------------------------------- 135

8.1.2. PE (Polythylne) ---------------------------------------------------------------------------- 137

8.1.2.1. le matriel ----------------------------------------------------------------------------------- 137


8.1.2.3. les joints ------------------------------------------------------------------------------------- 139

8.1.2.4. les accessoires ----------------------------------------------------------------------------- 140

8.1.3. FD (Fonte ductile) -------------------------------------------------------------------------------------- 142

8.1.3.1. le matriel ----------------------------------------------------------------------------------- 142


8.1.3.3. les joints ------------------------------------------------------------------------------------- 143


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8.1.3.4. les accessoires ----------------------------------------------------------------------------- 145

8.1.4. AG (Acier galvanis) ----------------------------------------------------------------------------------- 148

8.1.4.1. le matriel ----------------------------------------------------------------------------------- 148


8.1.4.3. les joints ------------------------------------------------------------------------------------- 149

8.1.4.4. les accessoires ----------------------------------------------------------------------------- 149

8.1.5. Choix du matriau -------------------------------------------------------------------------------------- 151

9.ACCESSOIRES .................................................................................................................................152

9.1. Introduction -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 152

9.2. Robinets et vannes ------------------------------------------------------------------------------------------------ 152

9.2.1. Les robinets "quart de tour" -------------------------------------------------------------------------- 153

9.2.2. Les robinets "Talbot" ----------------------------------------------------------------------------------- 154

9.2.3. Les robinets-vannes ----------------------------------------------------------------------------------- 154

9.2.4. Les vannes-papillon ------------------------------------------------------------------------------------ 157

9.2.5. Les vannes flotteur ---------------------------------------------------------------------------------- 158

9.3. Ventouses --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 160

9.3.1. La ventouse simple ------------------------------------------------------------------------------------ 160

9.3.2. La ventouse deux flotteurs ------------------------------------------------------------------------- 161

9.3.4. La ventouse un flotteur et triple fonction ------------------------------------------------------- 162

9.3.5. La ventouse manuelle --------------------------------------------------------------------------------- 163

9.4. Clapets de retenue --------------------------------------------------------------------------------------------- 164

9.5. Compteurs deau ----------------------------------------------------------------------------------------------- 165

9.5.1. Fonction --------------------------------------------------------------------------------------------------- 165

9.5.2. Types de compteurs ----------------------------------------------------------------------------------- 165

9.5.2.1. les compteurs de volume ---------------------------------------------------------------- 165

9.5.2.2. les compteurs de vitesse ---------------------------------------------------------------- 166

9.5.2.3. les compteurs spciaux ------------------------------------------------------------------ 168


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9.5.3. Installation ------------------------------------------------------------------------------------------------ 168

9.5.4. Classe de compteurs d'eau -------------------------------------------------------------------------- 169

9.5.5. Choix de compteur ------------------------------------------------------------------------------------- 170

9.6. Rducteurs de pression ------------------------------------------------------------------------------------------ 171

9.6.1. Application ------------------------------------------------------------------------------------------------ 171

9.6.2. Installation ------------------------------------------------------------------------------------------------ 173

9.7. Col liers de pr ise -------------------------------------------------------------------------------------------------- 174

9.7.1. Description ----------------------------------------------------------------------------------------------- 174

9.7.2. Installation ------------------------------------------------------------------------------------------------ 176

10.OUVRAGES DART ......................................................................................................................... 178

10.1. Equipement commun -------------------------------------------------------------------------------------------- 178

10.1.1. Couvercles ---------------------------------------------------------------------------------------------- 178

10.1.2. Regards d'accs --------------------------------------------------------------------------------------- 180

10.1.3. Traverses des parois ------------------------------------------------------------------------------- 181

10.1.4. Ventilation ----------------------------------------------------------------------------------------------- 182

10.1.5. Drainage ------------------------------------------------------------------------------------------------- 183

10.1.6. Bton de propret ------------------------------------------------------------------------------------- 183

10.1.7. Vidanges / trop-pleins -------------------------------------------------------------------------------- 183

10.1.8. Dispositifs d'tanchit ------------------------------------------------------------------------------ 184

10.1.8.1. mesures de conception ------------------------------------------------------------------ 185

10.1.8.2. mesures dexcution ---------------------------------------------------------------------- 186

10.2. Le captage -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 188

10.2.1. L'air du captage ---------------------------------------------------------------------------------------- 188

10.2.2. Gnralits --------------------------------------------------------------------------------------------- 188

10.2.3. Captage par drainage -------------------------------------------------------------------------------- 189

10.2.3.1. introduction -------------------------------------------------------------------------------- 189

10.2.3.2. prparations -------------------------------------------------------------------------------- 190


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10.2.3.3. pose de la conduite --------------------------------------------------------------------- 191

10.2.3.4. drainage ------------------------------------------------------------------------------------ 192

10.2.3.5. protection du captage ------------------------------------------------------------------- 194

10.2.3.6. chambre de dpart ---------------------------------------------------------------------- 194

10.2.3.7. erreurs communment commises lors de captages de sources ------------- 195

10.2.4. Captage en sol rocheux ----------------------------------------------------------------------------- 196

10.2.5. Les sources artsiennes ---------------------------------------------------------------------------- 197

10.3. Le traitement ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 199

10.3.1. Principe -------------------------------------------------------------------------------------------------- 196

10.3.2. Bassin de sdimentation ---------------------------------------------------------------------------- 202

10.3.2.1. principe ------------------------------------------------------------------------------------- 202

10.3.2.2. application -------------------------------------------------------------------------------- 202

10.3.2.3. sdimentation directe ------------------------------------------------------------------- 202

10.3.2.4. dtection des particules ---------------------------------------------------------------- 203

10.3.2.5. dcantation verticale -------------------------------------------------------------------- 203

10.3.2.6. sdimentation horizontale ------------------------------------------------------------- 204

10.3.2.7. dimension d'un bassin de sdimentation horizontale ---------------------------- 204

10.3.2.8. dimension d'un bassin de sdimentation verticale (bassin cylindrique) ---- 205

10.3.2.9. localisation -------------------------------------------------------------------------------- 205

10.3.2.10. construction ------------------------------------------------------------------------------ 205

10.4. L'adduction -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 211

10.4.1. Puits de regard ---------------------------------------------------------------------------------------- 211

10.4.1.1. accessibilit ------------------------------------------------------------------------------- 211

10.4.1.2. matriaux ---------------------------------------------------------------------------------- 211

10.4.1.3. dimensions ------------------------------------------------------------------------------- 212

10.4.2. Ventouses ---------------------------------------------------------------------------------------------- 214

10.4.2.1. localisation -------------------------------------------------------------------------------- 214


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10.6.1.4. quipement --------------------------------------------------------------------------------- 229

10.6.2. Prise prive (branchement particulier) ------------------------------------------------------------ 229

11.POSE DES CONDUITES ----------------------------------------------------------------------------------------------- 230

11.1. LES TRANCHEES ----------------------------------------------------------------------------------------------- 230

11.1.1. Pente des tranches ---------------------------------------------------------------------------------- 230

11.1.2. Largeur des tranches -------------------------------------------------------------------------------- 231

11.1.3. Profondeur des tranches --------------------------------------------------------------------------- 232

11.1.4. Le remblai ------------------------------------------------------------------------------------------------ 233

11.1.4.1. remblai d'une tranche en dehors d'une piste -------------------------------------- 233

11.1.4.2. remblai d'une tranche sous une piste ----------------------------------------------- 234

11.2. Passage d'une rivire en siphon ------------------------------------------------------------------------------ 236

11.2.1. Un lit rocheux ------------------------------------------------------------------------------------------- 236

11.2.2. Un lit non-rocheux ------------------------------------------------------------------------------------- 237

11.3. Passage d'une riviere en arien ----------------------------------------------------------------- 239

11.4. Butes d'ancrage --------------------------------------------------------------------------------------------------- 241

11.4.1. Principe --------------------------------------------------------------------------------------------------- 241

11.4.2. Cas dune courbe horizontale------------------------------------------------------------------------ 244

11.4.2.1. sol tendre ----------------------------------------------------------------------------------- 244

11.4.2.2. sol stable ------------------------------------------------------------------------------------ 245

11.4.3. Cas d'une courbe verticale -------------------------------------------------------------------------- 246

11.4.4. Cas des Ts --------------------------------------------------------------------------------------------- 248

11.4.4.1. sol tendre ----------------------------------------------------------------------------------- 248

11.4.4.2. sol stable ------------------------------------------------------------------------------------ 248

11.4.5. Cas des cnes ------------------------------------------------------------------------------------------ 249

11.4.5.1. sol tendre ----------------------------------------------------------------------------------- 249

11.4.5.2. sol stable ------------------------------------------------------------------------------------ 249

11.4.6. Cas des extrmits des conduites ----------------------------------------------------------------- 250


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Introduction

CHAPITRE 1

INTRODUCTION

1.1. BUTETPUBLIC

Le prsent ouvrage prtend de servir de document de rfrence pour destravaux dapprovisionnement en eau potable par des systmes par gravitdans le Sud.

Il sadresse aux ingnieurs, hydrotechniciens ou quivalents dorganisations,institutions de lEtat, entreprises prives,... actives dans la conception oulexcution de tels projets. Il exige donc que les utilisateurs aient suivi une

formation de base en hydraulique et en construction.Ce livre na pas t conu pour former des gens; cependant, il peut servir la formation de techniciens dans le Sud.

1.2. METHODOLOGIE

Ce livre sest construit en plusieurs niveaux :

- connaissances gnrales : ncessaires pour la conception dun projet deaupotable.Il est conseill chacun de relire ces parties pour :

se rappeler les connaissances dj acquises

disposer dun complment ncessaire des connaissances djacquises

- informations sur le fond : ces connaissances donnent au lecteur unemeilleure vue sur la thorie sous-jacente. Ces connaissances ne sont pastoujours strictement ncessaires, mais elles vont srement contribuer labonne conception et la ralisation des projets deau potable.

Ce livre est un ouvrage de rfrence. Il peut tre lu la carte par le lecteur,suivant ses connaissances de base de celui.


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Introduction

1.3. CONTENU

Le livre est divis en trois parties :

- partie 1 : gnralits, dans lesquelles son traits :

gnralits sur la disponibilit et la qualit deau

- partie 2 : conception, o sont traits :

les besoins, la thorie dhydraulique, le dimensionnement et lecoup de blier

- partie 3 : applications. Cette partie traite :

les canalisations, les accessoires, les ouvrages dart, la pose

des conduites et le mtr

1.4. REFERENCES

Luvre est base sur nos propres expriences et sur des manuelsexistants, notamment :

manuel technique pour lapprovisionnement en eau des zones rurales;SKAT-ATOL; St.Gall 1985

Manuel dtude pour systmes gravitaires; DEA-Rwanda et GTZ;Kigali1993

Le constructeur; SPES s.a.; Lausanne 1978

Hydraulique urbaine; A. Dupont- Eyrolles; Paris 1986

Alimentation en eau potable; Auguste Vilbert; Paris

Hydraulica; Prof. Dr. Ir. J. Berlamont; KUL-Leuven

Rnovation et extension des systmes dalimentation en eau potable dansla rgion des Laves; BCEOM; Paris 1988

Drinkwatervoorziening in ontwikkelingslanden; Ann Demeulemeester;RUG-Gent 1995 (eindwerk)

Manuel dutilisation Delagua Equipment danalyse deau; Robens Institute;

UK Drinking water supply surveillance, Robens Institute; UK 1990

Les captages; CIDRI; RD Congo

Water is Life; Eric Degimbe; Tanzania

Traitement deau de surface par des prfiltres gravier; Martin Wegelin-SKAT; Duebendorf 1997

La filire mondiale de leau; PROTOS; Gand 2000


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PARTIE 1

GENERALITES


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Partie 1 : Gnralits Chapitre 2 : La disponibilit en eau

CHAPITRE 2LA DISPONIBILITE EN EAU

Dans ce chapit re :

- la disponibilit de l'eau potable pour l'homme

- le cycle de l'eau

- les diffrentes ressources en eau potable

- une description des diffrents types de sources- une description de la mesure des dbits.

2.1. INTRODUCTION

L'eau est l'lment le plus commun de notre terre.Ce n'est pas par hasard que nous appelons notre biotope la plante bleue

Bien que la terre baigne dans un environnement liquide; notre connaissance de laplace et de la fonction de l'eau reste limite. Ceci est d au fait que l'eau est unlment vivant, toujours en mouvement. Elle se prsente tour tour sous formeliquide, solide ou gazeuse, ce qui rend son tude extrmement complexe.Le plus souvent il faut se contenter d'estimations.

La provision mondiale en eau svalue globalement 1.386 millions de km3.Des grandes parties de notre globe (70%) sont couvertes d'eau, ce qui peutdonner l'impression que l'eau est disponible en abondance. Pourtant ce n'est pasle cas. L'eau est une ressource limite. La provision totale d'eau se compose de97,2% d'eau sale et de 2,8% d'eau douce. 68,7% de leau douce est condens

sous forme de glace et de neige dans les rgions polaires ou montagneuses.La quantit accessible d'eau douce est concentre dans les lacs, les rivires et lescouches terrestres superficielles. Elle ne reprsente que 0,26% du volume global,soit environ 3,6 millions de km3. Cela reprsente encore un norme volume quicorrespond actuellement, par habitant, un rservoir immense de 80 mtres delarge, de long et de haut. Nous ne pouvons cependant pas nous permettre deconsommer toute cette eau douce. Ce serait une folie de vider nos rivires et d'enfaire disparatre ainsi toute vie, avec des consquences dsastreuses pour notrecosystme et notre conomie.Une grande quantit est galement consomme par les plantes et les animaux.


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2.2. LE CYCLE DE LEAU

On a vu que l'eau peut se renouveler suivant un cycle appel cycle de l'eau .

Figu re 2.1

L'vaporation qui s'effectue au-dessus des ocans, grce l'nergie solaire,conduit la formation des nuages. Ces nouages, pousss par les vents, setransforment en pluie ou en neige suite une variation de temprature, et donnentlieu la formation des prcipitations atmosphriques. Sur les continents, l'eauainsi tombe a des destines diverses : une partie s'vapore, une autre ruisselle

ou s'infiltre. Par un systme dhydrographie de surface ou souterraine, toutes leseaux retournent finalement aux ocans.

Ce cycle de l'eau est comme sans dbut ni fin.Il est constitu par :- Les prcipitations: toutes les eaux qui proviennent de l'atmosphre et se

dposent la surface de la terre sous forme de pluie, de neige, de grle ou debrouillard.

- L'eau de ruissellement : l'eau drive directement des prcipitations ruisselant la surface de la terre et qui alimente directement les cours d'eau.Le ruissellement de surface est gal aux prcipitations moins l'infiltration etl'vaporation.


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Le ruissellement se compose de deux termes :- l'eau qui ruisselle naturellement la surface du sol;- l'eau des sources, qui est une rpartition des eaux de filtration.

Ces deux termes forment le dbit d'un cours d'eau.L'eau des sources assure principalement la constance du dbit.

L'vaporation : phnomne de perte d'eau provenant de lchauffement de l'eaudes terres (la couche superficielle) et de toutes les surfaces d'eau (rivires, lacs,mers) :L'vaporation est fonction de

- l'humidit : plus l'air est humide, plus l'vaporation est faible- la temprature : autant la temprature est plus leve, autant l'vaporation est

plus importante- le vent : plus lintensit du vent augmente, plus l'vaporation saccrot.

- L'vapo-transpiration est un phnomne de perte d'eau des vgtaux par leur

transpiration. Par cette fonction, l'eau puise par les racines au sol superficiel setransforme en vapeurs, appauvrissant ainsi les rserves du sol.

L'vaporation et l'vapo-transpiration sont les phnomnes qui ralimentent lesnuages et l'atmosphre.

- L'infiltration est le phnomne de passage de l'eau dans le sol, son parcourssouterrain jusqu' sa sortie du sol. L'eau s'infiltre dans le sol, atteint le niveau de lanappe et retourne tt ou tard un cours d'eau. Ce n'est pas donc une simpleinfiltration mais tout le processus d'infiltration, de parcours souterrain et de

rapparition la surface.

L'infiltration dpend de- la permabilit du sol : un sol argileux est impermable, un sol sableux permet

une bonne infiltration.- la saturation du sol : un sol qui contient dj beaucoup d'eau est moins

absorbant qu'un sol sec. L'eau s'infiltre difficilement dans un sol satur.- le temps de contact entre l'eau et le sol; en dautres mots la vitesse de

ruissellement :- sur une forte pente, la vitesse de l'eau est grande.

L'infiltration y est donc faible.

- sur une pente nue (sans obstacles), la vitesse de l'eau est galementgrande.

L'eau qui s'infiltre dans un sol favorable subit une filtration naturelle et peut treutilise comme eau potable dans la plupart des cas.

Appl icat ion:une bonne vgtation limite la vitesse de ruissellement et permet une bonneinfiltration de l'eau. Elle favorise par ailleurs l'vaporation et la consommation del'eau filtre. Il est donc conseill, pour la protection des bassins versants et dessources, deffectuer une analyse approfondie avant leur mise en uvre.


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2.3. RESSOURCES EN EAU

2.3.1.TYPES DE RESSOURCES EN EAU

L'eau peut tre recueillie pendant les diffrentes phases du cycle pour la

production d'eau potable:

2.3.1.1. l'eau d e plu ieDans beaucoup de pays, l'eau de pluie est collecte des toits ou d'une structurepar terre. Cette collecte des eaux de pluie est souvent une source supplmentaire,dans le cas o d'autres sources seraient par exemple trs loignes.Le problme majeur qui se pose, cest lirrgularit et la variation de pluies.Beaucoup de pays connaissent une saison de pluies mais aussi une saisonsche. Pour un usage optimal de cette eau et pour surmonter la priode sche, ilfaut construire des citernes o l'eau sera emmagasine. La collecte des eaux depluie est souvent une solution pour des foyers individuels mais pas pourl'ensemble d'une communaut.

2.3.1.2. l'eau de su rfaceL'eau qui tombe sur la terre devient l'eau de surface. Cette eau peut sinfiltrer dansle sol, mais peut aussi scouler vers une rivire, un tang ou un lac. En gnral,l'eau de surface est pollue (contact avec le sol, pollution par des activitshumaines,...) et peut connatre une grande variation en dbit et en turbidit.Les variations en turbidit constituent une difficult pour une opration effective detraitement. L'infrastructure de traitement peut tre trs complique mettre enplace et la gestion pose beaucoup dexigences qui dpassent souvent les

capacits d'une communaut rurale. La variation des dbits influencera lalocalisation et la conception des structures de prises d'eau.

Cependant, dans beaucoup de cas l'eau de surface est la plus accessible pourune communaut. Normalement, les dbits d'tiage dpassent le besoin en eaupotable, de faon que la construction des structures d'emmagasinage poursurmonter des saisons sches ne sont pas ncessaires.

2.3.1.3. l'eau so uter rain eL'eau qui sinfiltre dans le sol devient de l'eau souterraine.Cette eau peut rester pendant une certaine priode dans une nappe aquifre (un

espace souterrain qui peut contenir de l'eau et qui est entour par des couchesimpermables, p.e. argileuses ou rocheuses).

L'eau souterraine peut tre obtenue de diffrentes manires :

a ) L'eau de sources: Le captage d'une source peut tre excut par detechniciens locaux et avec des matriaux locaux. Des sources sont trsappropries l'alimentation des systmes de distribution d'eau, surtout dans lescas o on peut appliquer des systmes gravitaires. Ainsi, on peut limiter lesexigences en entretien et opration.

b ) L'eau de puits: Des puits sont construits quand l'eau se trouve uneprofondeur limite et en quantit suffisante. Normalement ils sont munis d'une


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puisette ou d'une pompe main. Dans ce cas lopration et lentretien sont trsfaciles. Pour des dbits suprieurs, une pompe moteur sera ncessaire.En gnral, les puits sont construits par des techniciens locaux avec desmatriaux locaux.

c) l'eau de forages : on ralise des forages quand on ne trouve pas d'eau debonne qualit ou en quantit suffisante une profondeur limite.La construction exige un quipement de forage et une quipe exprimente.Une pompe motricit humaine ou moteur sera toujours exige, ce quicomplique l'opration et l'entretien du forage.

2.3.1.4. autresPour la production d'eau potable on peut encore utiliser d'autres ressources,par exemple :

- l'eau de mer (aprs distillation)- le brouillard (aprs condensation).

Ces techniques ne sont qu'appliques dans les cas o il n y a pas de possibilit decollecter de l'eau de pluie ou de capter de l'eau souterraine.

2.3.2.CHOIX D'UNE RESSOURCE EN EAU

Le choix d'un type de ressource en eau pour la production d'eau potable n'est paspurement un choix technique mais est bas sur diffrents critres :

2.3.2.1. des cons idration s cu lturelles et s oc io-po lit iqu es

- quels sont les besoins et attentes de tous les usagers futurs ?- quelles sont les structures organisationnelles des usagers ?- quelle est la rpartition du pouvoir dans la communaut ?- quelles sont les capacits relatives au projet planifi dans la communaut ?- qui va et ventuellement qui ne peut pas participer ?- le projet est-il accept au niveau socio-culturel par la communaut ?

2.3.2.2. des co ns idratio ns insti tut ionn elles- quel est le cadre national en matire d'approvisionnement en eau potable ?- qui sera le propritaire ?- qui sera le gestionnaire ?

- quelles sont les exigences et les ncessits de formation et dencadrement ?- quelles sont les exigences pour la gestion du projet ?

2.3.2.3. exigen ces tech niq uescomment ralisera-t-on :- la protection- le captage- le traitement- l'approvisionnement- le stockage- la distribution

- peut-on trouver des ressources (humaines, quipement et matriaux) sur place?- les techniques sont-elles matrises localement ?


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- les usagers eux-mmes sont-il en mesure de mettre le systme en place ou y-a-t-il un besoin en appui externe pendant les oprations de construction et pourl'entretien long terme ?

- est-ce que la solution propose est adapte aux usagers (p.e. enfants, femmes)?

2.3.2.4. la quan titde l'eau (p ar rappor t la demande)- est-ce que le dbit rpond la demande (actuellement et dans le futur).- est-ce que le dbit varie durant l'anne ?- est-ce que le dbit variera dans le futur ?- est-ce que la demande variera dans le futur ?

2.3.2.5. la qu ali tde l'eau- quelle est la qualit actuelle et que sera-elle dans le futur ?- comment varie la qualit suivant les saisons ?- quelles sont les mesures de protection de la ressource ?- quelle est la qualit exige ?

- quel est le traitement exig, est-il adapt au contexte local ?

2.3.2.6. les c onsi drat io ns conom iq ues- quel sera le cot total du systme ( investissements, oprations et entretiens) ?- qui va financer le systme ?- combien va-t-il payer ?- qui va bnficier du systme ?- Y a-t-il des dsavantages pour certains usagers ?

2.3.2.7. l'im pact s ur le dvel op pemen t

- quel sera l'impact sur la sant des usagers ?- quel sera l'impact sur la vie conomique des usagers ?- quelles amliorations apportera le systme sur la condition des femmes

(allgement des tches,...) ?- quel sera l'impact sur l'environnement (rosion, nappe aquifre, vgtation,...) ?


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2.4. LES SOURCES

Dans ce livre, nous parlerons seulement de l'approvisionnement en eau par dessources. L'utilisation des sources est en gnral prfrer d'autres solutionspour diffrentes raisons :

- simplicit de captage (technique approprie)- technique accepte par la population- simplicit d'opration et d'entretien- faible cot d'investissement- en gnral traitement pas exig- peu d'effets sur l'environnement.

Cependant, il faut toujours comparer avec d'autres solutions avant de prendre unedcision finale, en se basant sur les critres sous 2.3.2.

L'eau, obtenue au niveau des sources, est une eau souterraine. Dans ce chapitre,nous traitons d'abord les nappes souterraines, puis les diffrentes sources et enfin les caractristiques les plus importantes d'une source (son dbit et la qualit deson eau).

2.4.1.LES NAPPES SOUTERRAINES

Leau qui sinfiltre travers des sols permables forme une nappe lorsquelleatteint une couche impermable. Pour un projet en eau potable, cette nappesouterraine doit fournir une eau de qualit et de quantit suffisante.

2.4.1.1. la qu anti tde la n app e so uter rain eLa quantit deau retenue dans la nappe souterraine dpend :

- des prcipitations annuelles- de la surface dalimentation des nappes (il est important de rappeler que le

bassin topographique ne correspond pas ncessairement au bassin hydrauliqueet laire gologique)

- de linfiltration. Celle-ci dpend :- de la nature de la surface dalimentation des nappes, c..d. du genre de

vgtation et de la pente.

- de la permabilit du sol (qui dpend de la nature du sol), de sastratification et de son homognit.

- de l'paisseur de la couche.

Les terrains latritiques ou autres terrains poreux ont une grande capacitdabsorption. Leurs nappes souterraines (aquifres) alimentent les cours deau.

Une fois que l'eau a atteint le rservoir souterrain, nappe ou gisement, elle yrestera rarement au repos mais tend toujours gagner les points les plus basdans le relief, o elle peut trouver une voie de sortie par laquelle elle s'chappe.Pendant lcoulement, le frottement de l'eau contre les canalicules du terrain

provoque une perte de charges. La surface de cette eau en mouvement prendraune forme caractristique. La surface de cette nappe aura la forme d'une lentille


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plus au moins aplatie selon la rsistance que rencontre l'eau dans le terrain.Elle sera gonfle dans les terrains de faible permabilit o la circulation estdifficile. Elle sera aplatie dans les formations lches de gros graviers.

Les pluies r-alimentent la nappe. Vu que les pluies sont irrgulires dans le

temps, l'alimentation de la nappe et donc son niveau dpend de la variation despluies. Lorsque le niveau de la nappe monte l'coulement par l'exutoire (la source)sera plus important pour un mme terrain. Le cheminement vers la source variedans le temps avec le niveau de la nappe.

Figu re 2.2

En plus de cette perte deau vers les sources, les nappes perdent aussi leur eaupar :- labsorption de leau par la vgtation qui se trouve au-dessus de la nappe.

Labsorption est importante pour les nappes superficielles; elle est ngligeablepour les nappes profondes.

- linfiltration vers une autre nappe plus profonde.

2.4.1.2. la q uali tde l'eau so uter rain eL'eau qui tombe sur le sol s'infiltre et subit une puration l'intrieur des terrains,dune part, grce la mise en uvre de processus biologiques de nitrification etd'autre part, grce l'intervention de phnomnes physiques et mcaniques defiltration naturelle.

a) la nitrificationLes matires organiques vhicules par l'eau se dsagrgent au fur et mesurede leur pntration dans le sol. Suite une succession de ractions chimiques derduction et oxydation ces matires organiques sont transformes en nitrates

solubles, directement assimilables par les plantes.


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Certaines conditions comme la temprature, lhumidit, loxydation, influencentbeaucoup le processus de nitrification mais la prsence de calcaire est un facteuraussi trs important.Le pouvoir nitrifiant d'un sol riche en chaux est plus lev qu'un sol pauvre enchaux.

b) la filtration naturelleCertains corps solides ont la proprit de pouvoir retenir par leur surface descorps dissous, en suspension ou collodaux (appel phnomne d'adsorption).Les microbes, qui peuvent tre vhiculs par les matires organiques vont setrouver arrts par cette adsorption.

Dans les sols sableux, la paroi est extrmement tendue car elle est forme par lasurface dveloppe des grains. Il y aura donc une haute filtration naturelle.Dans le cas des roches lgrement fissures ou dont les larges fissures sontremplies de matriaux fins, on peut galement avoir une certaine filtration

naturelle. La dure du contact avec les parois y joue un rle primordial.

En gnral, le phnomne de filtration naturelle est plus important que lanitrification.

c) la qualit de leau des nappesLa qualit de l'eau dpend :- de lpaisseur de la couche qui recouvre le sol de rtention deau. Cette couche

permet le filtrage de leau en retenant toute contamination indirecte cause parles latrines, les animaux et autres.

- de la porosit du sous-sol qui influence la vitesse de la filtration : un sous-solplus poreux donne une filtration plus rapide et donc une purification moins bonne.- le type du sol : un sol calcaire favorise la nitrification.

2.4.1.3. les d iffren ts t yp es d e nap pesOn distingue deux types de nappes : les nappes libres et les nappes captives.Les nappes libres sont celles qui correspondent une circulation libre dans desterrains permables o elles ne subissent aucune contrainte et l'intrieuredesquels elles peuvent prendre leur forme caractristique.La nappe est alimente par toute la surface du sol sous laquelle elle rgne.

Les nappes captives sont prisonnires entre deux couches impermables et leuralimentation ne s'effectue que par les affleurements du terrain permable l'intrieur duquel elles se trouvent.


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Figu re 2.3

2.4.2.LES TYPES DE SOURCES

Les sources sont des emplacements o les eaux souterraines dbouchent lasurface. Elles sont alimentes partir de la nappe aquifre.

Les caractristiques de dbit dune source dpendent du type de sol et de sous-

sol. Les sources de surface tariront rapidement aprs la saison de pluies etcouleront nouveau ds les premires pluies. Les sources provenant de


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profondes paisseurs, de rgions lointaines de captage ou les sourcesartsiennes sont en gnral plus rgulires et leur dbit minimum ne correspondpas ncessairement aux prcipitations minimums.

On distingue deux grandes catgories de sources :

- les sources gravitaires, exutoire d'une nappe libre.- les sources artsiennes, exutoire d'une nappe captive.

2.4.2.1. les s ou rces grav itairesLeau apparat la surface sans une pression.

a) les sources daffleurementLa couche dassise impermable de la nappe aquifre affleure la surface.La surface de la nappe joint le point daffleurement do se forme une source.

Si la permabilit de la nappe est faible, la source apparatra sous forme de

suintements faible dbit le long de la ligne daffleurement.

Si la couche du sol comportant la nappe est fortement permable, les sources quise trouvent aux dbouchs des canaux aquiducteurs seront plus rares, maisauront des dbits plus levs. Ceci est le cas pour des formations fissures.

Figu re 2.4

Presque toujours, l'coulement apparat une cote plus basse que celle del'assise impermable sur laquelle l'eau circule.L'eau se fraye un chemin au travers des terrains de couverture (des boulis).L'eau risque d'tre contamin dans cette couche.


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Figu re 2.5

b) les sources dmergenceElles apparaissent lorsque la surface pizomtrique de la nappe aquifrerencontre la surface topographique (du terrain). La couche impermable(substratum) qui forme la limite infrieure de la nappe ne doit pas ncessairementaffleurer la surface. Dhabitude ce type de source se trouve aux points bas, doleur dnomination secondaire sources de thalweg. Si la nappe est trop basse (endessous de la surface topographique), elle peut tarir.En plus, le dbit de ce type de source est faible, raison pour laquelle elle n'est pasadapte capter.

Figu re 2.6

c) les sources de rtentionCes sources se forment lorsque laquifre se heurte, en aval de la directiondcoulement souterrain, une couche impermable, formant en quelque sorte unbarrage naturel souterrain. Cette couche impermable peut tre doriginesdimentaire ou forme lors dune fracturation du sol.

En gnral, le dbit d'une source de rtention est plus lev et moins variable quedes autres sources. Cependant, dans une priode sche ce type de source peut

galement tarir.


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Figu re 2.7

2.4.2.2. les so u rces artsiennesLeau apparat la surface avec une pression. Le dbit est normalement pluslev que d'une source gravitaire et le dbit varie moins.Une baisse de la nappe n'a qu'une petite influence sur le dbit.

a) les sources artsiennes dans les dpressions

Elles apparaissent lorsque la couche permable rencontre la surface du terraindans une dpression de la couche impermable suprieure.

Figu re 2.8

b) les sources artsiennes dans les fissuresElles apparaissent lorsquune fissure dans la couche impermable suprieurerencontre la surface du terrain.


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Figu re 2.9

c) les sources artsiennes dmergenceElles apparaissent lorsque la couche impermable infrieure rencontre la surfacedu terrain.

Figur e 2.10

2.4.3.EXIGENCES EN QUANTITE

2.4.3.1. dbitsDans le cadre d'un projet d'approvisionnement en eau potable, deux dbits sontextrmement importants :- le dbit d'tiage : la source (ou le groupe de sources) doit tout moment fournir

un dbit qui dpasse la demande. Cette condition doit tre remplie aussi dans lespriodes de scheresse.

- le dbit de crue : les ouvrages doivent tre conus de faon qu'ils puissentvacuer le dbit total de la source (ou du groupe des sources) tout moment,

soit par le systme d'approvisionnement, soit par leur trop-plein.


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Dans beaucoup de projets, on ne porte pas d'attention cet aspect, avec lerisque que les captages se dtriorent.

Les dbits peuvent galement nous fournir l'information sur la qualit d'eau d'unesource. Cette qualit dpend du processus de nitrification et de filtration naturelle.

La dure de rtention de l'eau dans le sous-sol est un indicateur de la longueur dece processus, et peut tre mesure par :- Le dlai de raction : il y a un intervalle de temps entre la variation en

prcipitation et la variation en dbit d'une source. Le dbit d'tiage ou le dbit decrue se manifestent aprs une certaine priode de minimum/maximum desprcipitations. La longueur de cet intervalle est une indication de la qualit de lasource. Pour les bonnes sources, le dlai de raction doit tre de quelques mois.

- Le ratio dbit de crues / dbit d'tiage : le ratio est galement un signe de laqualit de la source. Pour les bonnes sources le ratio maximal est de 3.

2.4.3.2. campagne de mesu re d es dbi ts

On a vu que le dbit varie au cours de l'anne. Pour obtenir l'information fiable surle comportement, il faut que la campagne de mesure s'tale sur toute l'anne. Lesmesures du dbit doivent seffectuer mensuellement. Au dbut de la saison depluies les mesures sont plus frquentes (mesures espaces de 2 semaines)jusqu' ce qu'on constate que le dbit diminue de nouveau.Egalement, au dbut de la saison sche, on mesure le dbit toutes les deuxsemaines, jusqu' ce qu'on constate que le dbit augmente de nouveau.

Exemple d'une campagne :

date dbit10 janvier 10,2

10 fvrier 8,07

10 mars 7,05

24 mars 6,55

10 avril 4,32

24 avril 4,78

10 mai 5,55

10 juin 6,72

10 juillet 6,75

10 aot 7,72

10 septembre 8,8524 septembre 9,75

10 octobre 10,76

24 octobre 12,15

10 novembre 12,14

24 novembre 11,15

10 dcembre 10,50

On a augment la frquence pendant les mois de mars - avril (saison sche) etseptembre - novembre (saison de pluies). Le dbit d'tiage de cette anne est de

4,32 l/s, le dbit de crue est de 12,15 l/s.


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Pour dterminer le dbit d'tiage et le dbit de crue absolu, il faut mener lacampagne sur une priode longue de plusieurs annes. En gnral, unecampagne d'une telle dure est impossible. Pour pallier ce problme, on peutcomparer les statistiques des prcipitations dune anne avec les donnes d'unelongue priode et dterminer si on est dans une anne sche ou pluvieuse.

Sur cette base, on peut prendre une marge sur les dbits lors de la conception dusystme d'eau. Si on ne dispose pas de ces donnes statistiques, on peut serenseigner auprs de la population locale sur la variation des dbits et sur laprcipitation, mais il faut traiter cette information avec prudence.

Le ratio de dbit est de 12,15 / 4,32 = 2,8. Il n'y a donc pas de contra - indicateurpour la qualit d'eau de la source.

2.4.3.3. mthodes p ou r m esur er le dbi t d 'un e sou rc e

a) mesure de dbit dans un rcipient calibr

Un barrage tanche en terre est construit en aval de la source. Au-dessus, onplace un morceau de tuyau, qui conduit l'eau de la source dans un rcipientcalibr (un seau, un ft, un bac).

Il y a deux manires pour mesurer le dbit :- l'aide d'un chronomtre, on mesure le temps T en secondes ncessaires

pour remplir le rcipient avec volume V en litres. Le dbit Q de la source estdonn par la formule

Q = V/T

- on prvoit un temps de remplissage fixe T en secondes et on mesure levolume V en litres remplis.Le dbit Q de la source est donn par la mme formule

Q = V/T

Pour raisons d'exactitude, le temps T doit excder 5 secondes. Si possible, onprfre 10 secondes. Il est vident que cette mthode peut seulement treapplique dans le cas de petits dbits. Pour une source de 40 l/s par exemple, ondevrait utiliser un rcipient de 40 l/s x 5 10 s = 200 400 l/s.La mthode devient donc incommode. La limite suprieure de dbit de cettemthode est de 10 l/s

Remarque: il est toujours prfrable de construire le barrage suffisamment en avalpour permettre un coulement libre et ne pas refouler leau venant de la source.Sinon, il y aurait le risque que l'eau se cre un passage alternatif cot dubarrage. Dans ces conditions la mesure du volume du dbit ne sera que partielle.

b) mesure de dbit l'aide d'un dversoir- dversoir triangulaire :Le dversoir rectangulaire est un panneau en tle mtallique ou en bois, qui estmuni d'une rservation triangulaire. L'angle d'ouverture de cette rservation estnormalement de 60 ou 90. Si le panneau est en bois, on prend un panneau

mince avec un angle vif pour la crte du dversoir.


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Figur e 2.12

Sur base de cette lecture on peut calculer le dbit qui passe au-dessus ledversoir:

Q = 0,0083 . h 5/2(angle d'ouverture de 60)Q = 0,0144 . h 5/2(angle d'ouverture de 90)

Q : dbit en l/sh : hauteur d'eau au-dessus la crte du dversoir en cm.

Les consignes suivantes sont respecter :- chute libre- vitesse maximale de l'eau dans la rigole : < 0,15 m/s- largeur de la rigole : L > 7H- longueur de la rigole rgulire en amont du dversoir : D > 8 H et D > 1m- largeur dversoir : l > 3H- niveau minimal de la lame du dversoir au-dessus du fond de la rigole : w >3h

et w > 0,3 m- distance minimale entre l'chelle de mesure et le dversoir : > 4 H

angle d'ouverture 60 angle d'ouverture 90

hauteur (cm) dbit (l/s) dbit (l/s)

1 0,008 0,014

2 0,047 0,081

3 0,130 0,224

4 0,266 0,461

5 0,465 0,805

6 0,733 1,2707 1,078 1,867

8 1,505 2,607

9 2,020 3,499

10 2,629 4,554

11 3,336 5,779

12 4,147 7,183

13 5,066 8,774

14 6,097 10,560

15 7,245 12,548

16 8,513 14,746

17 9,907 17,159


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18 11,428 19,794

19 13,082 22,659

20 14,872 25,760

21 16,802 29,101

22 18,874 32,690

23 21,092 36,53324 23,460 40,634

25 25,981 45,000

26 28,657 49,636

27 31,493 54,547

28 34,490 59,739

29 37,653 65,216

30 40,983 70,985

- dversoir rectangulaire :

L'utilisation du dversoir rectangulaire est la mme que du dversoir triangulaire.Cependant, ce type de dversoir est davantage adapt la mesure de dbitssuprieurs 10 l/s.

Le dbit est deQ = 1,8001 . h 3/2. b

Q : dbit en l/sh : hauteur en cm d'eau au-dessus de la crte du dversoirb : largeur en m du dversoir

hauteur (cm) dbit (l/s) (largeur = 1 m)

1 1,8002 5,091

3 9,354

4 14,401

5 20,126

6 26,456

7 33,338

8 40,732

9 48,603

10 56,924

11 65,67312 74,829

13 84,375

14 94,295

15 104,576

16 115,206

17 126,174

18 137,469

19 149,083

20 161,006

21 173,231

22 185,751


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23 198,558

24 211,648

25 225,013

26 238,647

27 252,547

28 266,70729 281,121

30 295,787

Pour un dversoir avec une autre largeur que 1 m on peut lire le dbit dans letableau ci-dessus et multiplier ce dbit par la largeur du dversoir en m.exemple:

b : 1,6 mh : 14 cm

pour un dversoir de 1 m : Q = 94,295 l/s (voir tableau)pour un dversoir de 1,6 m : Q = 1,6 . 94,295 = 150,872 l/s

Le dversoir Thompson (triangulaire) est plus prcis pour la mesure de faiblesdbits que le dversoir rectangulaire. Prenons un dversoir d'une largeur d'unmtre. Pour 10 l/s, la hauteur mesure est de 3,15 cm. Pour un dbit de 11 l/s, ontrouve 3,36 cm. Il y a donc une diffrence de 2mm environ pour 1 l/s.

Pour un dversoir triangulaire de 90 et pour les mmes dbits, on trouve 13,70cm et 14,23 cm ou une augmentation denviron 5 mm. Raison pour laquelle undversoir Thompson est utilis pour la mesure de faibles dbits. En pratique, un

dversoir rectangulaire est employ pour des dbits partir de 40 l/s.


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Figu re 2.13

Pour un dversoir rectangulaire, les consignes suivantes sont respecter :

- chute libre- vitesse maximale de l'eau dans la rigole: < 0,15 m/s- largeur de la rigole: L > 7H- longueur de la rigole rgulire en amont du dversoir : D > 8H et D > 1m- largeur dversoir : l > 3H et l > 1m- niveau minimal de la lame du dversoir au-dessus du fond de la rigole :

w >3h et w > 0,3 m- distance minimale entre l'chelle de mesure et le dversoir : > 4H


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Partie 1 : Gnralits Chapitre 3 : Qualit des eaux naturelles

CHAPITRE 3QUALITE DES EAUX NATURELLES

Dans ce chap itre :

- les paramtres de l'eau et les effets sur la sant- l'tude: l'chantillonnage, l'analyse, l'interprtation- les prlvements: la frquence et l'endroit- les indicateurs bactriologiques: coliformes fcaux, E.Coli et coliformes

totaux- les paramtres physico-chimiques: turbidit, saveur, couleur,

temprature, pH, duret, gaz carbonique,...

- les influences sur les matriaux : les produits de ciment, l'aciergalvanis, les matriaux plastiques.

3.1. INTRODUCTION

Il existe plusieurs micro-organismes et substances chimiques dans l'eau.Leau possde aussi des caractristiques physiques qui dfinissent sa qualit.Certaines substances et organismes exercent un impact important sur la sant,peuvent provoquer le refus d'eau par les usagers, et d'autres substances peuvent

affecter le systme d'approvisionnement.

Selon les directives de l'OMS, il existe 128 lments chimiques, bactriologiqueset physico-chimiques qui ont un impact direct sur l'acceptabilit de l'eau. Il estdonc impossible de tester tous les lments prsents dans l'eau et pour cela ondoit choisir des priorits. La premire priorit est la qualit bactriologique, car lacontamination de l'eau potable par des organismes pathogniques constitue leplus grand risque pour la sant. Ces agents pathognes causent un nombre demaladies, qui affectent un nombre important de personnes dans une priode trsbrve. Beaucoup de ces maladies, telle que le cholra, la typhode et la dysenterie

peuvent causer des symptmes trs svres et parfois fatals. Des petits enfantssont surtout trs vulnrables aux maladies causes par ces organismes.

Les paramtres qui causent le refus, comme la turbidit, la couleur ou le got, ontgalement une haute priorit. Dans ce cas, les usagers peuvent prfrer une eau,qui semble "plus potable", mais d'une qualit infrieure cause de la prsencedes organismes pathognes.

Il y a ensuite la qualit chimique de l'eau. Elle est en gnral d'une prioritinfrieure comme elle n'affecte pas le mme nombre de personnes que lacontamination bactriologique. Toutefois, il y a des exceptions. Les lments

comme l'arsenic, le nitrate, le fluorure etc. ont des effets sur la sant quipeuvent tre visibles court terme. Le nitrate et l'arsenic peuvent galement


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affecter un large nombre de personnes, selon le type d'approvisionnement (parexemple empoissonnement par l'arsenic Bangladesh par des forages).

Le tableau ci-dessous montre que la qualit de l'eau est un facteur importantcontre l'occurrence de maladies hydriques, mais elle n'est pas le seul, et sur

certaines maladies, elle n'a pas d'influence. C'est pourquoi un programmed'approvisionnement en eau potable (potabilit selon les normes de l'OMS), axseulement sur l'eau potable, et non pas sur l'vacuation des excrtas, surl'hygine personnelle ou l'vacuation des eaux uses, a une influence minime surl'amlioration de la sant. La qualit de l'eau n'est qu'un aspect relatif la sant.L'tude de la qualit des eaux doit cadrer dans une approche globale qui envisagel'amlioration de la sant car uneinsistance trop forte sur la qualit peut mener une ngligence d'autres aspects d'une importance gale.

Infections Qualitde l'eau

Disponibilit de l'eau

Evacuationdes excrta

Traitementdes excrta

Hyginepersonnelle et

domestique

Evacuationdes eaux

uses

Maladies diarrhiques

agents viraux ** *** ** ** *** -

agentsbactriens

*** *** ** ** *** -

agentsprotozoaires

* *** ** ** *** -

Vers sans hte intermdiaire

ascaris ettrichuris

* * *** *** * *

ankylostome * * *** *** * -

oxyure * *** ** ** *** -Vers avec hte intermdiaire

ver de Guine *** - - - - -

schistosomiase * * *** ** * -

Maladies transmises par les insectespaludisme - - - - - *

filaire de Bancroft - - *** - - ***

Autres

hpatite A * *** ** * *** -

infections de lapeau et des yeux

- *** - - *** -

lgende :*** = importance significative** = importance modre* = faible importance- = pas d'importance

A part l'importance primordiale de la qualit de l'eau potable pour la santpublique, il faut aussi se rendre compte que la qualit technique de l'eau, c'est--dire surtout son agressivit ventuelle envers le matriau de construction (tuyaux,ouvrages d'art...), est d'une importance significative pour la longvit des

systmes d'adduction d'eau.


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3.2. ETUDE DE LA QUALITE DES EAUX NATURELLES

Ltude de la qualit des eaux naturelles comporte trois tapes :- l'chantillonnage- l'analyse

- l'interprtation.

3.2.1.L'ECHANTILLONNAGE

L'chantillonnage est primordial car il conditionne la pertinence de l'analyse.Il doit tre non seulement de qualit mais aussi reprsentatif de ce que l'on veutanalyser.

Les chantillons d'eau doivent tre prlevs dans des rcipients propres, rincsplusieurs fois avec l'eau analyser, puis ferms hermtiquement sans laisser debulles d'air dans le flacon. Le matriau du rcipient de prlvement est important,car sa composition ne doit pas entrer en raction avec l'eau analyser. Le quartzest le matriau le plus adapt pour la bonne conservation des chantillons mais ilest trs fragile. En gnral, en utilise le verre, le Pyrex ou des matriauxplastiques (p.e. le polythylne).

Le fait de prlever un chantillon d'eau et de le sparer de son milieu naturelentrane des modifications bactriologiques, physiques et chimiques relativementimportantes. Une variation de temprature entrane par exemple une modificationdes constantes d'quilibres des lments en suspension.Pour minimiser la chance de ces ractions, les chantillons doivent tre gards

une temprature basse (< 4).

L'chantillon doit tre reprsentatif pour l'eau que l'on veut examiner. Dans le casd'un puits, un prlvement effectu sur une eau ayant longtemps stagn n'est pasreprsentatif. L'eau a subi une influence du matriau de tubage, et des lmentsextrieurs (pollution, pluie). C'est pourquoi on doit pomper suffisammentlongtemps pour renouveler l'eau dans le puits avant de prlever l'chantillon.Dans le cas d'une eau superficielle, on veille ne pas effecteur les prlvementstrop prs du bord pour minimiser les effets de bord (p.e. mise en suspension desmatires solides, eau stagnante trop prs des rives ). Souvent il est ncessairede mler plusieurs prlvements, effectus en divers points, pour obtenir un

chantillon moyen.


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3.2.2.L'ANALYSE

La mthode d'analyse dpend des ressources disponibles. Cependant, uneanalyse dcentralise est souvent la mthode la mieux indique. Des chantillonsbactriologiques peuvent se dtriorer vite. Ils doivent tre analyss pendant les 2

heures aprs le prlvement. Si certains chantillons ne sont pas analyssimmdiatement, ils doivent tre gards une temprature de 4C ou infrieur ettre analyss dans les 6 heures qui suivent leur prlvement.Dans beaucoup de pays, il est impossible de garder les chantillons unetemprature de moins de 4C, car les laboratoires sont situs le plus souvent plus de 6 heures de parcours loin du site de prlvement. En plus, dans une eauchlore, pour empcher que le rsidu du chlore inactif avant lanalyse lesbactries se trouvant dans l'chantillon, on doit ajouter de la soude thiosulfate.C'est pourquoi on conseille d'utiliser des quipements d'analyse portables, saufdans le cas o le laboratoire se trouve tout prs du site de prlvement.

L'analyse bactriologiquepeut tre effectue par la technique de la membranemicro-filtre ou par la mthode de multiples tubes. La technique de la membranemicro-filtre est en gnral plus rapide et permet d'avoir un rsultat dans les 14 - 18heures. La mthode de multiples tubes est plus lente et demande un calculstatistique des rsultats, mais elle est plus approprie des eaux turbides.En gnral, le milieu utilis dans la technique de la membrane micro-filtre est unmilieu de lauryl sulfate. Dans ce cas, les colibacilles thermotolrants produisentdes colonies jaunes. La dtermination de la prsence des colibacillesthermotolrants se fait en comptant ces colonies jaunes. La technique de lamembrane micro-filtre est la plus adapte une analyse sur le terrain.

Seul un laboratoire d'analyse officiel peut effectuer une analyse chimiquecomplte d'une eau. Pour une analyse gnrale il faut apporter un chantillon aumoins de deux litres deau, recueillis dans un rcipient chimiquement propre (verreincolore) et en bon tat (pouvant bien se fermer). L'chantillon est transport aulaboratoire le plus rapidement possible et doit tre conserv au frais pendant letransport. L'analyse doit tre effectue sans dlai. Un chantillon ne doit pas treconserv plus de 72 heures.

Lorsqu'une analyse chimique intgrale ne peut pas tre effectue ou n'est pasrequise, on peut alors analyser l'eau avec un quipement portatif, avec lequel on

peut dterminer les valeurs chimiques les plus importants (p.e. la contenance engaz carbonique (CO2), la contenance en oxygne dissous, la duret, la valeurpH).Les mthodes et matriels utilisables sur le terrain sont :- le titrage : on ajoute l'chantillon titrer une substance chimique titrante, goutte

par goutte, jusqu' lapparition dune modification observable de llment titr,p.e. un changement de couleur. Selon la quantit de titrant ajoute, on peutdterminer les caractristiques physico-chimiques de l'chantillon titr.

- le comparateur : cet quipement est muni d'un ou de plusieurs tubes de volumeconnu. Ces tubes sont remplis dchantillon auquel on y ajoute un ractif.Lorsquil y a modification de la couleur de l'chantillon, la couleur obtenue est

compare avec une chelle de couleurs qui permet de dterminer lescaractristiques physico-chimiques de lchantillon.


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- la spectromtrie : l'chantillon est travers par un faisceau lumineux balayant lespectre visible. Le spectromtre enregistre le spectre de transmittance et letransforme aprs traitement mathmatique en unit de couleur. Cette unit decouleur correspond avec une valeur du paramtre mesur.

- la mesure par sonde portative lectrochimique : elle consiste en une sonde qui

est mise dans l'eau et en un botier, qui contient l'quipement lectronique, et quiest munie d'un petit cran permettant de lire la valeur mesure. Il existe dessondes pour plusieurs paramtres chimiques.

Pour obtenir des analyses prcises, il est recommand de s'adresser unlaboratoire reconnu, si le cot n'est pas excessif. De plus, cela permet de validerles analyses ralises par l'quipement de terrain.

En principe, une analyse physique(turbidit, couleur, got et odeur) doit treeffectue dans un laboratoire, parce qu'on doit disposer d'un quipement assezonreux. En pratique, il existe des techniques simplifies, qui permettent

d'apprcier les caractristiques physiques d'une eau, et qui peuvent treappliques sur le terrain.

3.2.3.L'INTERPRETATION

Les normes concernant les eaux potables ont t tudies et dfinies parl'Organisation Mondiale de la Sant (OMS-WHO).La grille ci-dessous donne les limites pour les substances les plus importantes.Une description plus complte se trouve dans les paragraphes suivants.

On distingue :- des produits toxiques : si leur concentration dpasse certaines limites, leurprsence peut entraner des consquences dangereuses pour la sant. Une eaupotable ne peut pas contenir des concentrations de ces substances toxiquessuprieures celles indiques dans la grille ci-dessous.

- des substances chimiques affectant la puret de l'eau : elles dterminent lapotabilit d'une eau. Pour ces substances on dfinit deux limites :

- valeur guide: c'est la concentration qui, en gnral, est acceptable;- valeur maximale : c'est la concentration qui dans des cas exceptionnels est

tolrable. Les concentrations au-del de cette valeur maximale sontdangereuses pour l'homme.


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Substance Valeur guide Valeur maximale

Bactriologiques

Tou tes les eaux des tines la con sommatio n

E.coli ou bactries coliformesthrmotolrantes

0/100 ml

Eaux t rai tes , l en tre du rseau de dis tr ib u ti on


0/100 ml

Coliformes totaux 0/100 ml

Eaux traites dans le rseau de distribution


0/100 ml

Coliformes totaux 0/100 mlPhysico-chimiques

fer 0,3 mg/l

manganse 50 mg/l

nitrate 50 mg/l 100 mg/l

arsenic 0,01 mg/l 0,05 mg/l

aluminium 0,2 mg/l

chlore 0,025 mg/l 200 mg/l

3.2.4.FREQUENCE ET ENDROIT

La frquence de prlvement dpend de la phase du projet :

Pendant l'tude on veut dterminer les risques pour la sant, la ncessit et lesmesures de traitement, et l'agressivit contre les matriaux. Pendant l'exploitation,on veut apprcier la qualit de l'eau distribue. Lorsque l'eau ne correspond pasaux normes, on essaie de dterminer les facteurs de contamination : influencesexternes, dfaillance au niveau du traitement....

Les prlvements pendant la phase de l'tude auront un caractre pluttponctuel, tandis que pendant l'exploitation il s'agit plutt d'un suivi rgulier.

3.2 .4.1. p rlvemen ts l o rs de l'tudeLe nombre de prlvements dpend de l'importance du projet. Il sera plus levpour un projet de 10.000 bnficiaires que pour une centaine de personnes.Le tableau ci-dessous donne les indicateurs et la frquence minimale en fonctionde l'analyse requise. Ces indicateurs forment un "jeu minimal" ou un "jeu critique".Ce jeu peut tre complt avec d'autres indicateurs, comme nous le verrons dansles chapitres suivants.


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Partie 1 : Gnralits Chapitre 3 : Qua

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