La revue de la littérature est une partie très importante dans cette recherche. Elle présente certaines littératures recueillies pour mieux comprendre le but de notre sujet. Elle donne aussi une vue globale de ce que d’autres auteurs ont écrit en rapport avec le sujet traité.
Une eau potable doit répondre à des critères bactériologiques autorisés par les normes, à des critères physiques, chimiques et des critères concernant la radioactivité.
Selon les auteurs FAIR et GEYER, in water supply and wast water disposal, New York 1954, une eau de consommation doit être une eau dont :
«-N’ étant pas contaminée, donc incapable d’infecter quiconque en consomme ;
-Exempte des structures toxiques ;
-Exempte des quantités excessives de matières minérales et organiques.»
L’eau potable est donc celle dont la consommation ne produit aucun effet. Comme beaucoup de gens le croiraient, toute eau claire, limpide, inodore et sans goût n’est pas toujours une eau potable. Ce n’est que seulement par une analyse de l’eau au laboratoire que l’on peut juger sa qualité et la déclaration de sa salubrité ne se décide par confrontation des résultats aux valeurs des paramètres recommandés par les normes internationales de l’eau potable fournies par l’OMS.
Une eau potable doit répondre aux critères physico-chimiques et biologiques. L’analyse physico-chimiques décèle l’eau qui risque d’effectuer une action chimique sur les canalisations et facilite la mise au point des traitements et enlève les inconvénients relevés.
Les corps chimiques doivent être dans les concentrations exigées. Une fois ces concentrations dépassées, l’eau n’est pas potable.
Le tableau ci-dessous montre les concentrations souhaitables.
Corps chimiques |
Concentrations (max mg/) |
Composés phénoliques |
0 |
Chrome hexavalent |
0 |
Cyanures |
0 |
Sélénium |
0,05 |
Arsenic |
0,05 |
Plomb |
0,1 |
Fer |
0,3 |
Manganèse |
0,3 |
Fluorures |
1 |
Cuivre |
1 |
Zinc |
5 |
Nitrate |
25 |
Magnésium |
125 |
Chlorures |
250 |
Sulfates |
250 |
Tableau 1:les concentrations souhaitables
Source: (A. Dupont I 1981, 68).
Si la concentration de ces produits augmente plus que prévu dans l’eau, c’est dangereux pour la santé humaine.
La composition physique de l’eau potable doit aussi être dans les limites souhaitables et doit aussi dans les limites données par le tableau ci-dessous:
Température optimale |
9°-12° |
Turbidité |
5NTU |
pH |
6-8,5 |
Conductivité |
700µS/cm |
Dureté |
75mg/l |
Tableau 2:limite de la composition physique souhaitable de l’eau
L’analyse biologique doit s’assurer que l’eau distribuée ne contient pas des germes indésirables à la vie de tout être vivant.
Ces germes sont principalement :
Tous ces germes se retrouvent aussi dans les souillures fécales.
Chaque fois qu’il ya présence de ces germes, il faut les éliminer avant la distribution car une eau potable ne doit renfermer aucun de ces germes ce qui nous amène au traitement de l’eau.
Traitement proprement dit de l’eau
L’eau contient souvent 3 catégories des corps :
-corps dissous : diamètre de 0,1 à 2µm
-corps colloïdaux : diamètre ≤ 200µm
-corps en suspension : diamètre≥200µm (A. Dupont I 1981, 196).
L’objectif du traitement étant de rendre l’eau claire et potable.
Nous distinguons en générale les opérations suivantes :
-le prétraitement qui comprend :
Pour ces particules qui ne peuvent pas être décantées (vitesse de décantation très faible) et pour minimiser le coût de décantation, leur agglomération doit être provoquée par introduction des produits chimiques comme les coagulants et les floculats polymères.
-la filtration qui est l’écoulement de l’eau à travers un filtre de 0,1 à 1mm de diamètre. Les filtres sont de deux catégories: les filtres lents et filtres rapides.
-la stérilisation de l’eau : les produits chimiques non toxiques utilisés doivent être capables de détruire la matière organique par oxydation chimique.
-l’amélioration : l’introduction des éléments chimiques permet d’améliorer la qualité de l’eau.
Un captage d’une source doit être de manière simple, économique et pratique. Il dépendra de la situation topographique, de la nature du sol et de la source en présence.
Le captage est réalisé sans modifier le débit naturel de la source.
Le captage se réalise en tenant compte de la protection de l’eau contre les pollutions dues à l’accident et à la négligence ou à la malveillance.
En bref le captage sera exécuté de manière à collecter le maximum d’émergence, à éviter les infiltrations d’eau, à empêcher le passage des particules fines, à éviter tout risque de contamination après la construction et dévier les écoulements des eaux de la surface qui pourront se déverser dans la zone de captage.
Toutes fois, il ya plusieurs formes des sources, il ya aussi plusieurs formes de captage
La nature des sources de captage
La source est un emplacement où les eaux souterraines débouchent à l’air libre. (C.Gomella et H.Guerrée 1980, 29).
Selon son mode de formation, il existe 3 principales formes de sources :
-sources d’affleurement.
-sources de déversement.
-sources d’émergence.
Les sources d’affleurement sont les résultats de l’eau le long de la surface topographique de l’assise imperméable qui supporte la nappe.
Figure 3 : source d’affleurement
Source: (A. Dupont I 1981, 151).
Elles sont intéressantes à capter à cause de leur débit important et aussi tarissent rarement.
Ces sources prennent naissance dans les roches fissurées en surface. La sortie d’eau se fait respectivement à la limite d’un terrain perméable et par un certain nombre de filets liquides qui après s’être rassemblés, apparaissent dans une cuvette naturelle.
Figure 4 : source de déversement
Source :(A. Dupont I 1981 ,152).
Elles prennent naissance à la rencontre de la surface piézométrique, d’une nappe avec la surface topographique sans que substratum imperméable soit nécessairement affleurant. La couche perméable se fissure.
Figure 5: source d’émergence (Ibidem).
Après la visite effectuée sur terrain, nous classons notre source dans la catégorie des sources d’émergence.
Captage des sources d’affleurement
Les sources d’affleurement peuvent provenir de plusieurs filets dont les eaux, après s’être rassemblés, apparaissent au jour dans une cavité naturelle.
Le captage consiste à dégager ces filets, puis à recueillir et à les diriger dans une chambre de réception.
La collecte se fait par pierrées, aqueducs, galeries.
Les pierrées sont constituées par des cordons des pierres cassées rangées à la main dans des saignées pratiquées le long des filets liquides, préalablement mis à jour par déblaiement.
Les drains sont formés par des tuyaux de poterie, ou en béton perforés de trous placés dans des saignées.
Les aqueducs sont des ouvrages en maçonnerie formés de deux piédroits recouverts par une dalle jointive et encastrée dans la couche imperméable.
Les piédroits sont percés d’ouvertures, appelées barbacanes, qui recueillent les eaux.
S’il s’agit de recueillir des quantités d’eau importantes, les aqueducs ont des dimensions telles qu’ils permettent le passage d’un homme, il s’agit alors des galeries. (C.Gomella et H.Guerrée 1980,35).
Captage des sources d’émergence
Lorsque l’émergence a été bien repérée et mise à nu par enlèvement des terres de couverture, le captage consiste à installer un ouvrage étanche qui recueille les eaux à la sortie du gisement et permet leur dérivation sur la conduite d’adduction.
L’ouvrage doit être encastré dans la couche ou circulent les eaux, de manière à éviter tout mélange avec les eaux superficielles qui circulent dans les alluvions (C.Gomella et H.Guerrée 1980,36).
Captage des eaux peu profondes
Le captage directement dans une nappe, si celle-ci est peu profonde, par galeries, puits instantanés, puits ordinaires ou puits à drains rayonnants (ibidem).
La source kabizi est une source d’émergence sortant d’une roche, la chambre de captage comprend une couche d’argile, une couche de gravier pour filtrer l’eau, une crépine en tuyau PVC perforé pour éviter l’introduction des particules solides dans les conduites.
A la suite le réseau doit comprendre les ouvrages de stockage et de distribution.
Notions du dimensionnement des conduites d’adduction
Pour le calcul d’une conduite, quatre paramètres sont indispensables:
-la vitesse V;
-le débit Q;
-le diamètre D;
-la perte de charge J.
La vitesse de l’eau dans les conduites sera de l’ordre de 0,3 à 1m/s. Les faibles vitesses favorisent la formation de dépôt qu’il est parfois difficile d’évacuer. Des vitesses maximales de l’ordre de 1m/s permettent d’envisager des augmentations de consommation sans que l’usager n’en souffre trop.
Débit
Le débit nécessaire à chaque tronçon est déterminé suivant les besoins de la population. Il est exprimé en m3/s
La détermination du diamètre de la conduite découle de la formule suivante :
(Equation de la continuité):
Q=V.S (II.1)
Où Q: débit de pointe.
V: vitesse d’écoulement.
S: section de la conduite.
Avec S= (II.2)
Le débit véhiculé par une conduite étant connu, le diamètre D est choisi de façon à ce que la vitesse de l’eau reste dans une marge acceptable.
D= (II.3)
Le diamètre qui nous servira de calcul sera le diamètre normalisé directement supérieur au diamètre calculé et la vitesse d’écoulement en dépendra.
Les pertes de charges sont des énergies qui se transforment en chaleur lors de l’écoulement, elles sont dues aux frottements sur une longueur de surface. Il existe les pertes des charges régulières et singulières.
Sont celles qui se produisent dans les tuyaux dépourvus des singularités (J.Bonnin 1977,79).
La perte de charge j sera trouvé en utilisant certaines tables qui facilitent les calculs. Cette dernière peut également être trouvée selon PAVLOVSKY:
j=0,0015Q 1,774D -4,774 (II.4)
Ces tables ont été établies à partir des relations analytiques suivantes:
j= (II.5)
Où λ: coefficient de frottement qui est fonction (Re;Æ/D)
Re: nombre de Reynolds.
Re= (II.6)
(J.Bonnin 1977,80).
Æ/D: rugosité de conduite;
D:diametre de la conduite;
V:vitesse moyenne d’écoulement d’eau;
Ƴ:viscosité cinématique:10 -6 m 2/s pour l’eau;
Æ:rugosité absolue,
g: accélération de la pesanteur.
Suivant les types de tuyaux et les auteurs, λ peut être calculé comme suit:
Formule générale ou formule de Colebrook et White
=-2log ( + ) (II.7)
(C.Gomella et H.Guerrée 1980,127).
Cette formule est applicable pour tous les types des tuyaux.
Formule de PRANDTLD NIKURADSE
=1,74+2log ( ) (II.8)
(J.Bonnin 1977,80).
Elle est utilisée pour les tuyaux en aciers, en fonte et en béton armé.
Formule de Blasius
λ= (II.9)
(J.Bonnin 1977,81).
Cette formule est utilisée pour les tuyaux lisses.
K varie selon la nature de la conduite telle que spécifiée dans le tableau:
Nature de la conduite |
K |
Tube PVC neuf |
0,001 |
Tube PVC usé |
0,003 |
Tube en acier rouillé |
0,05 |
Tube en béton lisse |
0,6 |
Tube en béton brut |
1,5 |
Tableau 3 : différentes valeurs du coefficient de rugosité.
Source: (J.Bonnin 1977,80).
Pour les trois auteurs, les pertes de charges le long de la conduite sont données par la formule suivante:
j= (II.10)
(Pertes de charge unitaire)
J=j .L (II.11)
(Pertes de charge totale)
Sont celles qui sont occasionnées par les singularités (coudes, vannes, clapets, branchements etc. (J.Bonnin 1977,81).
La crépine située au départ de la conduite d’adduction dans le réservoir et ayant le rôle d’empêcher les particules solides de s’introduire dans les conduites, deux coudes placés juste à la sortie du réservoir, des coudes placés le long de la conduite, pour le branchement des conduites secondaires.
Pression au sol
La théorie de BERNOULLI appliquée entre deux sections quelconques 1 et 2 de même débit nous permet d’écrire :
Z1 + (II.12)
: Perte de charge totale engendrée dans le tronçon 1-2
γ= *g
Zi: L’énergie potentielle
: L’énergie due à la pression
: L’énergie cinématique
La somme de ces deux termes s’exprime en mètre d’eau.
: poids volumique exprimé en N/m3
V: vitesse en m/s
g: accélération de la pesanteur en m/s²
Tenant compte que est négligeable et que la pression est nulle (parce que nous ne tenons pas compte de la pression atmosphérique) nous avons :
Pression au sol= côte piézométrique-côte au sol.
Figure 6: Illustration du profil piézométrique
Ligne ADE : ligne horizontale
Ligne ABC : ligne piézométrique
Ligne AFH : ligne du sol (pose des conduites).
Ouvrage du réseau et de distribution
La chambre de captage est un ouvrage qui consiste à collecter toutes les émergences d’une source pour les conduire dans un ouvrage visitable appelé collectrice dans le cas de plusieurs sources ou dans une chambre de départ dans le cas d’une seule source.
La chambre de départ est un ouvrage qui suit directement le captage construit souvent en moellon destiné à collecter l’eau de la source avant de passer dans le réseau.
Elle est souvent compartimentée pour pouvoir décanter les particules solides dans le premier compartiment, et l’eau passe ensuite au-dessus du seuil plat pour se déverser dans le second compartiment pour le départ.
Chambre d’équilibre et la brise charge
Le rôle de la chambre d’équilibre sera d’égaliser les pressions lorsque les eaux proviennent de deux sources à des altitudes différentes.
La brise charge limitera la pression de service PVC.
Cette brise charge comprendra:
-une conduite d’arrivée munie vanne d’une limite de débit et d’un robinet à flotteur;
-un trop plein;
-une conduite de départ munie d’une crépine.
Une autre alternative serait l’installation d’un réducteur de pression dans un regard.
La chambre de purge est un ouvrage situé aux différents points bas du réseau pour faciliter l’élimination des dépôts solides contenus dans les conduites d’eau contenant des substances solides.
Un Té est placé sur la conduite principale avec positionnement d’une sortie vers le côté bas de la conduite, montage d’une vanne à bille sur cette sortie avec obligatoirement un tuyau qui rejoindra le terrain naturel en gardant la pente de 2%.
C’est un ouvrage appelé aussi purge d’air qui est construit comme celui de purge installé. Cette fois-ci aux différents points hauts du réseau pour l’élimination de l’air contenu dans les conduites. Un Té est placé aussi sur la conduite principale avec positionnement d’une sortie vers le haut.
Chambre de vanne et de sectionnement
La chambre de vanne et de sectionnement appelée aussi chambre de répartition est un ouvrage qui permet de repartir le débit dans les différents branchements du réseau. Un Té et des vannes glissières sont installés pour régler le débit dans les différents branchements.
Ouvrage de distribution
Ce sont les ouvrages de stockage et de distribution et leurs constructions ne diffèrent pas à celles des réservoirs simples à part que le trop plein se trouve à la verticale de l’aire de puisage coudé et que la base est surélevée pour permettre le puisage. S’il s’agit d’un réservoir simple, le trop plein est prolongé sous la terre jusqu’à l’endroit facile.
Sur un réseau d’alimentation est connecté en cours de bornes fontaines pour les villageois habitant le long de ce réseau. Ces bornes sont alimentées à partir des réservoirs d’accumulation construits tout près de ce réseau principal.
Les bornes fontaines que nous avons adoptées sont des bornes fontaines simples avec réducteurs de pression.
Les robinets sont des appareils permettant d’arrêter ou de régler l’écoulement de l’eau (C.Gomella et H.Guerrée 1980,231).
Il présente l’avantage d’une ouverture et d’une fermeture lente de sorte que leur manœuvre n’apporte généralement pas des perturbations sensibles dans le réseau. Ce robinet sert aussi de sectionnement en vue de faciliter les réparations éventuelles si la longueur de la conduite est importante.
Ce sont des robinets placés aux points bas de canalisation pour en permettre à la vidange. L’eau est dirigée vers l’égout les plus proches (J.Bonnin 1977,96).
Les raccords jouent le rôle:
-changement de direction ;
-prise ou emboitement(Té) ;
-diminution ou augmentation de diamètre (cône de réduction).
Les clapets ont pour fonction d’empêcher le retour de l’eau en sens inverse de l’écoulement prévu. Nous les disposons principalement aux points de puisage et dans les stations de pompages alimentant une adduction (ibidem).
Un réseau de distribution peut être soit ramifié, soit maillé ou mixte.
Figure 7 : schéma d’un réseau ramifié
Avec :
Figure 8 : schéma d’un réseau maillé
Avec :
1 : Conduite principale
2 : Conduite maitresse
3 : Conduite de raccordement
L’avantage de ce réseau est qu’il est plus économique.
Les désavantages : s’il ya une panne, l’eau n’arrive plus aux consommateurs à cause de la vitesse qui est trop petite à la fin de la conduite et que la boue peut se décanter. Dans ce cas il faut installer les chambres de purge aux points les plus bas et les chambres de ventouse aux points les plus hauts du réseau pour chasser l’air accumulé dans des conduites.
L’avantage est que s’il y a une panne l’eau arrive toujours aux consommateurs. La vitesse dans toutes les conduites est assez grande pour que la boue ne se décante pas.
Pour notre cas nous adoptons ce système du réseau ramifié car c’est celui qui est le plus employé dans des petites agglomérations et dans l’AEP en milieu rural.
Les tuyaux constituent l’élément essentiel des canalisations destinées au transport sous pression.
Les qualités que doivent avoir les tuyaux sont:
-l’étanchéité ;
-la résistance à la pression interne ;
-la résistance aux efforts intérieurs (compression, cisaillement ou poinçonnement) ;
-un coefficient d’écoulement ;
-la facilité de pose.
Selon la matière à laquelle il est fabriqué, on peut distinguer:
-les tuyaux en matière plastique ;
-les tuyaux en fonte ;
-les tuyaux en acier ;
-les tuyaux en béton.
Les tuyaux en matière plastique sont employés dans les petites distributions d’eau potable où les pressions nominales sont inférieurs ou égales à 16.Les tuyaux en PVC sont de nos jours les plus utilisés en raison de sa légèreté, résistance à la corrosion, facilitée de pose et faiblesse de perte de charge.
Les joints se réalisent à l’aide du caoutchouc ou des emboitements.
Les tuyaux en fonte sont utilisés pour des pressions nominales comprises entre 16 et 40 bars. La fonte ductile est la plus utilisée aux diamètres nominales 60 ;80 ;100 ;125 ;150 ;175 ;200 ;250 ;300 ;400 ;450 ;500 ;600 ;700 ;800 ;900 ;1000 ;1100 et 1250mm (J.Bonnin 1977,91).
Les tuyaux en acier quant à eux sont utilisés pour des longues distances de transport et aux débits élevés avec des pressions allant au-delà de 40 bars.
Les tuyaux en acier galvanisés sont réalisés comme celles des diamètres normalisés des tuyaux en fonte.
Exemples des valeurs normalisées des tuyauteries
DE (mm) |
PN |
DI (mm) |
AG |
20 |
16 |
16 |
- |
25 |
16 |
21 |
- |
32 |
16 |
26,8 |
1’’ |
40 |
16 10 |
33,6 36 |
1’’¼ 1’’¼ |
50 |
16 10 |
42 44,8 |
1’’½ 1’’½ |
63 |
16 10 6 |
53 56,6 58,4 |
2’’ 2’’ 2’’ |
75 |
16 10 6 |
63,2 67,4 69,8 |
2’’½ 2’’½ 2’’½ |
90 |
16 10 6 |
75,8 80,8 83,6 |
3’’ 3’’ 3’’ |
110 |
16 10 6 |
92.4 98,8 102,8 |
4’’ 4’’ 4’’ |
125 |
16 10 6 |
105 112,4 116 |
- - - |
200 |
16 10 6 |
- 125,8 130 |
- - - |
160 |
16 10 6 |
- 144 149,2 |
- - - |
200 |
- 180 187 |
- - - |
1’’=25,4mm
Tableau 4: valeurs normalisées des tuyaux
Source : Cours d’AEP.
Choix du système d’alimentation
Il existe deux systèmes d’alimentation entre autre le système gravitaire et celui de pompage.
Est un système d’alimentation utilisé lorsque le point de captage est situé à une altitude supérieure à celle du réservoir ou du quartier à alimenter. C’est un système d’alimentation en eau potable la plus économique et les conduites ne subissent pas les coups de bélier.
Est celui utilisé lorsque le point d’eau se situe à un niveau relativement inférieur par rapport au lieu à desservir à l’aide d’une pompe qui refoule l’eau jusqu’au niveau supérieur.
Le système d’alimentation est dicté par la topographie du lieu de captage, du cheminement de l’eau captée et du lieu à desservir.
Pour notre cas nous adoptons les deux systèmes à la fois.
Protection de la conduite de refoulement contre les coups de bélier
Comme une partie du réseau d’alimentation en eau potable sera alimentée par pompage, il devient nécessaire que les conduites subissent des coups de bélier d’où il est important de les protéger.
Le coup de bélier est un phénomène oscillatoire dont les causes principales sont les suivantes:
-arrêt brutal du moteur d’entrainement d’une pompe ou démarrage brusque de celui-ci ;
-fermeture instantanée ou trop rapide d’une vanne de sectionnement ou de robinet d’obturation placé au bout d’une conduite d’adduction. (A. Dupont II 1981,237).
Protection de la conduite de refoulement
Il n’est pas possible de supprimer totalement les effets du coup de bélier mais il convient nécessaire de rechercher leur limitation à une valeur compatible avec la résistance des installations.
Les appareils anti-bélier devront avoir pour effet:
*limiter la surpression ;
*limiter la dépression.
Les appareils les plus utilisés sont les suivants:
-les volants d’inertie (contre la dépression) ;
-les soupapes des décharges (contre la surpression) ;
-les réservoirs d’air (contre la surpression et la dépression).
Nous adoptons le réservoir d’air qui permet de limiter la surpression et la dépression. (A. Dupont II 1981,260).
Une pompe relie deux chambres l’une se trouve du côté de l’amont c'est-à-dire du côté d’aspiration l’autre à l’aval c’est à dire du coté de refoulement.
Le fonctionnement d’une pompe consiste à produire une différence de pression entre la région d’aspiration (d’entrée du liquide) et la région de refoulement (de sortie du liquide) grâce à l’organe actif (piston ou roue d’une pompe).
Il existe deux grandes catégories de pompes pour véhiculer les liquides à savoir: les pompes volumétriques et les turbopompes.
Ces deux grandes catégories des pompes diffèrent par leur fonctionnement et leur mode de construction.
Le principe de fonctionnement d’une pompe volumétrique consiste à assurer le déplacement d’un volume déterminé du liquide de la région d’aspiration vers la région de refoulement au moyen d’un mécanisme bielle manivelle qui transforme la rotation d’un arbre en translation du piston.
En principe ces pompes assurent la circulation des liquides par des variations de volume pouvant être dues du fait déplacement alternatif d’un piston ou produite par rotation continue de pièces de formes appropriées. (A.Savatier et F.Gadelle 1980,14).
D’une façon générale, les pompes volumétriques ont pour but d’élever les débits de faibles pressions à des grandes pressions.
Les turbopompes sont actuellement parmi les plus employés .Les principales raisons de ce choix sont les suivantes: ces appareils étant rotatifs et ne comportant aucune liaison articulée, leur entrainement par un moteur électrique ou à combustion interne ne présente aucune difficulté.
D’une part l’encombrement de la turbopompe est environ huit fois moindre que celui de pompes volumétriques et peut être réduit en adoptant une disposition à axe verticale.
Suivant le type de rotor et son mode d’action, il faut distinguer dans la catégorie des turbopompes:
*pompes centrifuges ;
*pompes à hélices ou axiales ;
*pompes hélico-centrifuges ou semi-axiales.
Les pompes centrifuges sont utilisées pour des hauteurs d’élévation relativement importantes (plusieurs dizaines de mètres).Les pompes hélices sont utilisées pour élever les débits importants (plusieurs centaines de l/s) à des hauteurs faibles (quelques mètres). (A.Savatier et F.Gadelle 1980,16).
Choix d’un type de pompe en fonction des caractéristiques hydrauliques de l’installation
Le choix d’un type de pompe doit être fait en accord avec les caractéristiques de l’installation envisagée: débit, hauteur manométrique et les conditions particulières d’utilisation: puits, eau salée.
Le tableau ci-dessous montre le critère de choix de la pompe:
Hauteur manométrique < 15m Débit > 100l/s |
Pompes à hélices ou hélico-centrifuges |
Hauteur manométrique > 15m Tous les débits |
Pompes centrifuges |
Zones intermédiaires |
Seules les comparaisons économiques très nettement de choisir les pompes |
Tableau 5:critères de choix d’une pompe
Source: (A.Savatier et F.Gadelle 1980,37).
Pour notre cas, nous adoptons une pompe centrifuge.