3. la protection des ressources en eau - missions

Le traitement de l'eau
LE TRAITEMENT DE L'EAU
1. LA PROTECTION DES RESSOURCES EN EAU
2
1.1 Eaux souterraines
1.1.1 Migration de la pollution bactérienne
1.1.2 Périmètre de protection
2
2
3
1.2 Eaux de surface
6
1.3 Puisage, transport et stockage de l'eau
1.3.1 Puisage
1.3.2 Transport et stockage
8
8
8
2. LES PROCEDES DE TRAITEMENT
8
2.1 Choix des procédés de traitement
9
2.2 Pré-traitements
10
2.3 Floculation/décantation
2.3.1 Principe
2.3.2 Mise en ouvre
2.3.3 Analyse de l'eau
11
11
13
15
2.4 Désinfection
2.4.1 Principe de la chloration
2.4.2 Mise en oeuvre
2.4.3 Analyse de l'eau
16
17
19
22
2.5 Filtrations
23
2.6 Aération
25
3. LE DOSAGE DE REACTIFS
28
-1-
Action contre la Faim
LE TRAITEMENT DE L'EAU
Lorsque l'enquête sanitaire éventuellement complétée par des analyses de
qualité, laisse penser que l'eau peut être polluée, il est indispensable de
prendre des mesures visant à protéger les ressources contre les pollutions.
Le traitement de l'eau ne doit être considéré qu'en dernier recours, après la
mise en place de mesures préventives. Certaines circonstances rendent
cependant le traitement obligatoire: l'approvisionnement en eau des centres
de nutrition, l'approvisionnement en eau en cas d'épidémie de choléra 1 et
l'utilisation d'une eau de surface pour l'alimentation d'un camp.
1. LA PROTECTION DES RESSOURCES EN EAU
Dans le cadre des programmes humanitaires et en terme de santé publique,
le risque le plus fréquent de pollution des eaux destinées à la
consommation humaine est le risque de contamination fécale. La
protection des ressources consiste à définir un périmètre autour du point
d'eau sur lequel les activités polluantes sont écartées. Il est
schématiquement possible de différencier les ressources en eau en fonction
de leur vulnérabilité par rapport à la pollution (voir chapitre:
Identification).
1.1 Eaux souterraines
1.1.1 Migration de la pollution bactérienne
C'est le flux d'eau souterraine qui permet la migration de la pollution. En
toute rigueur, une étude piézométrique et/ou des traçages doivent être
réalisés pour définir avec précision les conditions d'écoulement. Il n'est
donc pas possible de définir à priori la propagation de la pollution
1
Cf. Chapître Le Choléra.
-2-
Le traitement de l'eau
bactérienne. On peut néanmoins donner les indications suivantes, d'après
L'OMS:
 En zone non saturée, donc en absence de flux, la migration de la
pollution est très limitée: L'OMS propose une profondeur de 3 mètres
maximum et une propagation latérale quasi-inexistante (Figure 1). On
peut néanmoins remarquer qu'en cas d'infiltration massive d'eau de
surface (forte pluie par exemple), l'entrainement de la pollution peut être
plus important.
 En zone saturée et milieu continu, pour des vitesses de flux de 1 à 3
mètre/jour l'OMS propose une distance maximale de propagation dans la
direction du flux de 11 mètres environ (Figure 2).
Figure 1: migration de la pollution Figure 2: migration de la pollution
bactérienne - zone non saturée
bactérienne - zone saturée
 En zone fracturée ou karstique, l'écoulement est difficilement prévisible
à priori mais généralement très rapide. La pollution peut donc être
transportée sur des distances considérables: c'est par exemple le cas d'un
puits réhabilité par l'AcF en Birmanie dans un contexte de micro-grès
fracturé (sous faible épaisseur de recouvrement), où la corrélation
pluviométrie/pic de pollution est nette.
1.1.2 Périmètre de protection
Sur le terrain, et plus particulièrement dans le cadre des programmes
d'urgence, il est difficile de réaliser des études de l'écoulement détaillées. A
partir de deux ouvrages (puits, forages ou rivière), il est cependant possible
-3-
Action contre la Faim
d'estimer la direction et le gradient d'écoulement, et parfois la vitesse de
filtration (voir: Les eaux souterraines, loi de DARCY). On s'appuira sur ces
données pour dimensionner le périmètre de protection, en estimant qu'un
delà de 5 à 10 jours le risque devient minimum.
En absence totale d'information, on agit avec bon sens en respectant les
principes suivants:
 La migration de la pollution se fait toujours dans le sens du flux; elle est
beaucoup plus limitée en zone non saturée.
 Plus l'eau est profonde et les terrains de recouvrements imperméables,
meilleure est la protection naturelle de l'eau souterraine.
 Les milieux continus sont généralement moins sensibles à la pollution de
surface que les milieux perméables en grands.
 En milieu continu, L'OMS propose une distance de sécurité de 15 mètres
en aval des latrines. Par prudence, on considère qu'une distance de 30
mètres est un minimum.
 Dans les terrains fissurés et les karts, il est impossible de parler de
norme.
 Toutes les sources de pollutions potentielles doivent être écartées du
périmètre immédiat du point d'eau.
-4-
Le traitement de l'eau
 Les puits et forages
Le périmètre de protection des
puits et forages en milieu
continu peut être estimé à 30
mètres autour du point d'eau
(Figure 3). Les sources de
pollution (latrines, trou à
ordure,
fosse
septique...)
doivent se trouver en dehors
de ce périmètre, et de
préférence en aval de celui-ci.
Il est important de garder une
épaisseur minimum de 2
mètres entre le fond des fosses
et le toit de la nappe.
Figure 3: périmètre de protection d'un
puits/forage - milieu continu
 Les sources
Le
périmètre
de
protection en amont des
sources est également de
30 mètres. Il doit être
matérialisé
par
une
clôture, de préférence
une haie vive. Un fossé
d’une profondeur de
0.50m doit être creusé
pour détourner les eaux
de ruissellement.
Figure 4: périmètre de protection d'une
source
Pour limiter l’érosion du périmètre de protection parfois très pentu, des
arbustes sont plantés et la zone est enherbée (attention: pas d’arbres!). Cela
-5-
Action contre la Faim
permet également de bien différencier cette zone particulière des terrains
environnants.
1.2 Eaux de surface
Les eaux de surface sont très difficiles à protéger des pollutions de surface.
Elles offrent cependant une facilité d'accès intéressante et sont donc des
ressources exploitées lors des situations d'urgence.
 Aménagement le long d'une rivière
Il est rare que l’on puisse définir la zone d’implantation de la population
qui est sonvent installée avant notre arrivée. On veillera toutefois à
organiser correctement le site, en prenant soin de limiter la pollution du
cours d’eau (drainage) et en plaçant les latrines à plus de 30m de la rivière,
en aval du site.
L’aménagement est réalisé en
tenant compte du sens de
l’écoulement et des usages de
l'eau (Figure 5).
L'eau destinée à l'usage
domestique est puisée en
amont: la zone doit être bien
définie et réservée à cet
usage. Une clôture ou une
haie vive avec un accès en
chicane permet de limiter
l’entrée des animaux. Juste en
aval, une zone est aménagée
pour
la
lessives
(et
éventuellement les ablutions).
Tous en en aval, une zone
peut
est
réservée
à
l’alimentation du bétail.
Figure 5: exemple d'aménagement le long
d'une rivière
-6-
Le traitement de l'eau
 Aménagement des mares
Les mares représentent dans certaines zones la seule ressource exploitée
comme les "ponds" Africain et les mares Asiatiques. Ce sont des "eaux de
surfaces stagnantes" qui cumulent les inconvénients: difficiles à protéger,
pas d'évacuation des pollutions en l'absence de flux, capacité à "digérer" la
pollution organiques parfois assez faible. Un exemple d'aménagement
ralisé par l'AcF en Birmanie est présenté sur la.Figure 6.
Photo légendée
Figure 6: aménagement de mare - Birmanie, AcF 1997
-7-
Action contre la Faim
1.3 Puisage, transport et stockage de l'eau
1.3.1 Puisage
La pollution de l'eau se produit souvent au niveau du
point d'eau, au moment du puisage. Il est donc important
d'aménager correctement les puits, mais également les
sources et les forages.
Un suivi de la qualité bactériologique de l'eau de forages effectué en zone
de socle par l'AcF (Soudan, 1996-1997) a montré de façon nette la relation
entre la pollution de l'eau et la qualité de la cimentation et de
l'aménagement de surface.
Les aménagements de surface sont traités dans le chapitre: Les puits.
1.3.2 Transport et stockage
Les mesures de protection ne doivent pas s'arrêter au niveau du point d'eau,
mais au moment de la consommation: il faut donc empêcher l'eau d'être
polluée pendant sont transport et son stockage.
Les récipients doivent être fermés et nettoyés régulièrement (si possible
avec une solution chlorée à 100 mg/l). Il est préférable d'utiliser des
jerricans plutôt que des seaux, car l'eau ne doit pas être prélevée avec un
gobelet, mais versée ou vidée avec un robinet. En effet, les gobelets utilisés
pour puiser restent la plupart du temps exposés au mouches et aux mains
sales...
2. LES PROCEDES DE TRAITEMENT
Dans le cadre des programmes humanitaire, l'objectif fondamental du
traitement de l'eau est de protéger les consommateurs des microorganismes pathogènes et des impuretés désagréables. Les problèmes de
toxiques sont beaucoup moins fréquents que les problèmes biologiques; ils
ne sont donc pas traités dans cet ouvrage.
-8-
Le traitement de l'eau
Une eau polluée qui est traitée reste toujours potentiellement dangereuse,
car la moindre défaillance du système de traitement peut s'avérer
catastrophique. De plus, il n'existe pas de système miracle de traitement de
l'eau: tous nécessitent du matériel, des compétences, une surveillance et un
entretien régulier. C'est pourquoi il est déconseillé de traiter l'eau à
l'échelle individuelle; mieux vaut le faire à l'échelle collective pour
surveiller les procédés.
2.1 Choix des procédés de traitement
 Procédés de traitement
Un procédé de traitement est une technique spécifique qui permet de
corriger un caractère particulier de l'eau. Le choix du procédé ou des
combinaisons de procédés se fait donc en fonction des paramètres à traiter.
turbidité
pollution fécale
fer, manganèse






stockage/décantation
floculation/décantation
filtration simple
désinfection
filtration lente sur sable
aération puis décantation ou filtration simple
 Analyse de l'eau
Des analyses rapides de l'eau brute permettent de définir les paramètres à
corriger, ainsi que des ordres de grandeurs des quantités de réactifs qui
seront necessaires. Lorsque le processus de traitement est déjà installé, un
suivi de la qualité de l'eau brute (avant traitement) permet de juger de la
variation des caractéristiques de l'eau, et donc d'ajuster les traitements en
conséquence. Ceci est particulièrement utile pour les stations de traitement
d'eau de rivière installées en situation d'urgence. L'ensemble des
paramètres est présenté dans le chapitre: La qualité et l'analyse de l'eau.
 La demande en chlore permet d'estimer rapidement le niveau de
pollution générale de l'eau à traiter (matières organiques, matières
oxydables, micro-organismes). Une eau exempte de toutes matières
oxydables n'a pas de demande en chlore, alors qu'un eau de surface
polluée peut avoir jusqu'à 6 à 8 mg/l de demande en chlore. Ce
paramètre est en fait peu imprécis, et doit être utilisé essentiellement
-9-
Action contre la Faim
comme suivi de la qualité de l'eau brute dans le temps. Sur le terrain, la
demande en chlore se mesure suivant la même procédure que le chlore
résiduel libre (voir chapitre traitement).
 La turbidité est causée par les particules en suspension dans l'eau (débris
organiques, argiles, organismes microscopiques...). Une turbidité forte
peut protéger de la désinfection les micro-organismes fixés sur les
particules: elle doit donc être la plus faible possible pour permettre une
bonne désinfection.
NTU < 5
5 < NTU < 30
NTU > 50
eau incolore, peu être chlorée ou filtrée directement
eau légèrement colorée. Ne doit pas être chlorée directement,
demande un traitement préalable (filtration, décantation)
eau colorée, demande un traitement avant désinfection (floculation)
 Le pH doit être compris entre 6 et 7.4 (DEGREMONT) pour une utilisation
efficace du coagulant Sufate d'Aluminium. Si ce n'est pas le cas, il faut
soit corriger le pH, soit utiliser un autre coagulant plus tolérant (sels de
Fer...).
2.2 Pré-traitements
Lorsqu'une eau doit être traitée, il est essentiel qu'elle soit débarassée de
ses matières en suspension. Des techniques simples permettent de "préfiltrer" les grosses particules d'une eau de surface (débris végétaux, bois
flottants, sables).
 Dispositifs de pompage
Dans le cas d'un pompage d'eau de surface, il est important de bien
positionner le tuyau d'aspiration. Plusieurs possibilité se présentent.
L'emploi d'une crépine adaptée permet d'éliminer les plus grosses
particules flottantes ou en suspension. Les diamètres usuels des orifices de
crépine de pompe de surface sont compris entre 5 et 20 mm. Ce diamètre
est choisi en fonction de la taille des particules à arréter, tout en maintenant
une vitesse d'entrée de l'eau dans la crépine inférieur à 70 cm/s 2. La crépine
2
voir coéfficient d'ouverture des crépines, chapitre: Les forages.
- 10 -
Le traitement de l'eau
doit être positionnée en pleine eau, à l'aide d'un dipositif flottant (fût,
ballon, radeau).
Une tranchée filtrante, creusée dans les alluvions de la rivière et comblée
de cailloux roulés de 10 à 20 cm de diamètre, est une technique efficace de
pré-filtration. La prépine de la pompe est alors installée dans un puits
construit en bout de tranchée (buse ou fût).
Il est également possible de disposer dans la tranchée un tuyau PVC
crépiné (grossièrement) autour duquel est déposé un massif filtrant:
cailloux de 10 à 20 cm de diamètre sur 30 ou 40 cm d'épaisseur. Le tuyau
PVC est alors directement connecté à l'aspiration de la pompe. Cette
disposition présente l'avantage, sur celle de la simple tranchée filtrante, de
pouvoir être néttoyée à contre courant.
 Stockage/décantation
Cette technique permet d'éliminer les matières en suspension décantables
ainsi qu'une partie des pathogènes. L'eau est en effet un milieu dans lequel
leur durée de vie est limité3, mais les temps de stockage ne sont pas assez
long pour les éliminer tous. Pendant le stockage se produit également une
décantation des plus gros pathogènes qui se déposent au fond du réservoir.
Toutes les matières en suspension ne sont pas décantables, notamment
celles qui colorent l'eau (coloïdes). Il est donc nécessaire de réaliser un
essai de décantation dans une bouteille; si après une heure, la majorité des
matières en suspension n'ont pas décanté, il faut faire appel à une autre
technique: la floculation.
2.3 Floculation/décantation
2.3.1 Principe
La floculation permet de réduire la turbidité de l'eau en éliminant les
matières en suspension et les colloïdes qui sont maintenus en suspension
par des phénomènes électrostatiques et d'hydratation (matières en
3
d'après l'OMS: une réduction d'environ 99% des bactéries indicatrices de pollution fécale est
atteint après 3 à 4 semaines de stockage.
- 11 -
Action contre la Faim
suspension non ou difficilement décantables, notamment les argiles et les
matières qui donnent à l'eau sa coloration). De façon induite, la floculation
permet de réduire le nombre de pathogènes présents dans l'eau en leur
permettant de décanter avec les matières colloïdales.
La floculation consiste à ajouter des produits chimiques dans l'eau, les
coagulants, qui neutralisent les colloïdes et permettent leur regroupement
sous forme de flocs. Ces flocs, suffisamment "gros et libres", sont éliminés
par décantation (ou filtration). Les sédiments, chargés des résidus de
coagulants et de pathogènes, doivent être éliminés en respectant les règles
d'hygiène de base.
Le coagulant le plus utilisé est le Sulfate d'Aluminium (Al 2(SO4)3nH2O)
que l'on trouve sous forme de poudre ou de morceaux solides. L'utilisation
de morceaux est à éviter car très difficile à réduire en poudre et peu
soluble. Sa limite d'utilisation est le pH de l'eau qui doit être compris entre
6 et 7.5: si le pH s'écarte légèrement de cette fourchette, il est possible
d'utiliser le Sulfate d'Aluminium mais la floculation peut être mauvaise et
les doses à utiliser importantes.
Il
est
alors
conseillé d'utiliser mg/l de coagulant
200
un autre coagulant,
150
le Sulfate de Fer
100
(Fe(SO4)3) qui est
Sulfate
50
plus tolérant en
d'Aluminium
0
terme
de
pH
Sulfate de Fer
4
5
6
7
8
9 10
(5<pH<9).
pH de l'eau à traiter
Figure 7: Exemple de quantité de coagulants à
utiliser en fonction du pH de l'eau
Il existe d'autres coagulants synthétiques plus polyvalents et efficaces. Ils
sont disponibles la plupart du temps sous forme liquide, ce qui peut
compliquer leur utilisation. Notons également l'existance de coagulants
naturels (semences de végétaux, fruit...) dont l'utilisation peut être
interressante à l'échelle familiale.
- 12 -
Le traitement de l'eau
2.3.2 Mise en ouvre
Les coagulants ne sont pas utilisés directement, mais sous la forme d'une
solution mère. La dose optimale à utiliser dépend de la qualité de l'eau à
traiter, et doit être déterminée par un test (jar test). Pour mettre en oeuvre la
coagulation sur le terrain, différentes étapes sont necessaires.
 Préparer la solution mère
C'est une solution à 5% qui permet d'utiliser le coagulant. Il est possible de
conserver cette solution dans un jerrycan de 20 litres, voir dans un fût de
200 litres si les besoin sont importants. Attention à bien mélanger la
solution avant chaque utilisation.
 Déterminer la dose de produit à utiliser (jar test)4
Remplir 4 seaux en plastique avec chacun 10 litres d'eau à traiter. Ajouter
dans les seaux des doses croissantes de solution mère à 5% avec une
seringue, de façon à encadrer les doses usuelles de 20 à 150 mg/l, par
exemple:
- seau 1: 4 ml de solution mère à 5%, soit 200 mg de coagulants dans 10
litres d'eau, c'est à dire une concentration de coagulant (produit
commercial) de 20 mg/l,
- seau 2: 10 ml de solution mère, soit une concentration de coagulant de 50
mg/l,
- seau 3: 20 ml de solution mère, soit une concentration de coagulant de
100 mg/l,
- seau 4: 30 ml de solution mère, soit une concentration de coagulant de
150 mg/l.
Remuer vigoureusement pendant 30 secondes, puis doucement pendant 5
minutes. Laisser reposer 1 heure et examiner les échantillons:
visuellement, un floc ressemble à un morceau de coton noyé dans l'eau. Le
dosage le plus faible qui donne de bon résultats est celui à utiliser. Si le
dosage est insuffisant, les flocs ne se forment pas, sont de petites tailles ou
ne décantent pas. Si le dosage est trop fort, il risque de rester des traces de
coagulant dans l'eau (notamment d'Aluminium) qui ne pourront plus être
éliminés facilement.
4
Il n'est pas nécessaire d'effectuer le test de floculation tous les jours si la qualité de l'eau ne
fluctue pas rapidement. De même, la solution mère peut être conservé une semaine.
- 13 -
Action contre la Faim
 Mise en oeuvre de la floculation dans le réservoir
La création des flocs est relativement rapide, si bien que la solution mère
de coagulant doit être mélangée le plus rapidement possible dans l'eau à
traiter. Deux possibilités permettent de garantir un mélange rapide et
homogène (voir paragraphe: Le dosage des réactifs):
- introduire la solution mère au niveau de l'aspiration de la pompe,
- introduire la solution au niveau du réservoir lors de son remplissage.
La mise en forme des flocs et la décantation peuvent être encouragées par
un brassage lent et régulier juste après le mélange rapide. Dans les
réservoirs circulaires, le refoulement de la pompe placé sur le coté du
réservoir permet de donner un mouvement circulaire à l'eau qui aide à la
décantation. Le temps nécessaires à une bonne décantation varie de ½
heure à ½ journée, et ne peut être déterminée avec précision qu'au travers
de tests.
Il est impératif de transvaser l'eau ainsi traitée dans un nouveau réservoir
pour la chlorer, sous peine de remettre en suspension les flocs décantés lors
du brassage de la solution de chlore. Les boues (sédiments de la
coagulation) doivent être vidangées régulièrement en prenant soin de les
épandre sans risque de contamination d'une ressource en eau ou d'un
champ cultivé: la teneur en aluminium des boues les rendent "nuisibles".
Le tableau ci-dessous présente les informations essentielles concernant le
Sulfate d'Aluminium, coagulant le plus répendu.
- 14 -
Le traitement de l'eau
Caractéristique 



Utilisation

du produit

commercial


teneur en produit actif du produit commercial: environ 17%
limite de solubilité: 688g/l
densité: 1t/m3
réactif acide: entraîne une baisse du pH de l'eau
solution mère à 5%  50 g/l  1 kg/20 lites
doses usuelles: 20 à 150 mg/l de produit commercial
 4 à 30 ml de solution mère par 10 litre d'eau à traiter.
50 kg de Sulfate d'Al. permet de traiter environ 300 à 2500 m3 d'eau
6 < Ph de l'eau à traiter < 7,5
Figure 8: Mémento du Sulfate d'Aluminium
2.3.3 Analyse de l'eau
Le pH de l'eau traitée avec un floculant est en général modifié à la baisse
(Box 1). Il est donc necessaire de le surveiller, et le cas échéant de modifier
les dosage de floculant utilisé ou de corriger le pH par l'ajout d'un nouveau
produit.
L'aluminium doit être mesurée si l'eau a été traitée avec du sulfate
d'aluminium. Sur de courtes périodes, la concentration ne doit pas dépasser
0.3 mg/l. La norme OMS pour une consommation de longue durée est de 0.2
mg/l.
Box 1: coagulants et pH
Acidification
Les coagulants minéraux (sels de fer et d'aluminium) forment un précipités
d'hydroxydes avec libération d'une certaine acidité lorsqu'ils sont mis en solution dans
l'eau:
Sel d'Aluminium
Al + 3 H2O = Al(OH)3 + 3 H+
Sel de Fer
Fe + 3 H2O = Fe(OH)3 + 3 H+
3+
3+
Cette acidité peut réagir sur certaines espèces en solution, notamment les ions
bicarbonnates: HCO3- + H+ = H2O + CO2. Elle peut donc être compensée par le
pouvoir tampon de l'eau (voir chapitre Qualité et analyses de l'eau), ou si necessaire
par l'ajout d'une base.
- 15 -
Action contre la Faim
Correction du pH
Différents produits peuvents être utilisés pour remonter le pH de l'eau:
la chaux hydratée (CaOH2)
la chaux vive (CaO)
le Carbonate de Sodium (Na2CO3)
Hydrated lime
Quicklime
Soda ash
peu soluble: 1.76 g/l à 10°C
peu soluble: 1.3 g/l à 10°C
solubilité de 305 g/l à 10°C
La chaux hydratée est le produit le plus courant, mais il est difficile à utiliser, car peu
soluble. Il est nécessaire de préparer une solution à 1 gramme par litre, et de la remuer
continuellement jusqu'à l'utilisation.
La mesure de l'alcalinité de l'eau brute permet d'estimer le pouvoir tampon de l'eau, et
donc la quantité de base à utiliser. Cependant, une approximation suffisante pour
réaliser des essais est donnée par DEGREMONT; pour compenser l'acidification induite
par le Sulfate d'Aluminium, il faut ajouter:
- en chaux environ le tiers de la dose de Sulfate d'Aluminium exprimée en produit
commercial solide,
- en carbonate de sodium entre 50 et 100% de la dose de Sulfate d'Aluminium
exprimée en produit commercial solide.
Ces dosages doivent être validés par des essais du type "jar test". Si la chaux est
utilisée pour corriger le pH de l'eau avant floculation, on peut conduire le jar test en
fixant la dose de Sulfate d'Aluminium, puis en essayant différentes doses de chaux. Il
est également possible de faire varier la dose de floculant en fonction de la dose de
chaux, afin de déterminer le meilleur compromis entre les deux.
2.4 Désinfection
Il existe de nombreuses méthodes de désinfection de l'eau, mais la plus
utilisée dans le cadre des programmes humanitaire est la chloration. Elle
permet de détruire les pathogènes présents dans l'eau 5, et de protéger l'eau
contre de nouvelles contaminations qui subviendraient au cours de son
transport ou de son stockage.
5
D'après l'OMS: des conditions normales de chloration (0,5 mg/l de chlore résiduel libre, au
moins 30 minutes de contact, pH inférieur à 8 et turbidité inférieure à 1 NTU) permettent de
réduire de plus de 99% le nombre d'E. Coli et de certains virus, mais non celui des kystes ou
ovocytes de protozoaires.
- 16 -
Le traitement de l'eau
2.4.1 Principe de la chloration
Le chlore est un oxydant: en solution dans l'eau, il va réagir avec toutes les
matières oxydables présentes, aussi bien inorganiques (Fer, Manganèse...)
qu'organique (vivantes) C'est ainsi qu'il va détruire les pathogènes en
bloquant leur activités enzymatiques. Ces actions du chlore peuvent
s'exprimer en terme de demande en chlore. Si la quantité de chlore ajoutée
à l'eau est suffisantes pour combler cette demande, le chlore non utilisé va
se retrouver sous forme libre dans l'eau: c'est ce qu'on appelle le chlore
résiduel libre (Figure 9).
Chlore ajouté
dans l'eau à traiter
Chlore consommé
ou combiné
30 mn
Chlore résiduel
libre
Figure 9: Le chlore en solution dans l'eau
Pour être sûr que la quantité de chlore ajoutée dans l'eau à traiter est
suffisante, il faut rechercher la présence de chlore résiduel libre. C'est
également ce clore résiduel libre qui permet à l'eau d'être protégée contre
de nouvelles pollutions qui subviendraient après la désinfection: cette
forme de chlore reste en effet active un certain temps et peut donc oxyder
de nouveaux pathogènes qui se présenteraient. En fonction des conditions
de stockage de l'eau, cette rémanence du chlore résiduel libre peut aller de
quelques jours à quelques heures.
Les limites de la chloration sont multiples. La turbidité doit être inférieure
à 5 NTU pour permettre une bonne désinfection. Occasionnellement, il est
possible de chlorer jusqu'à 20 NTU, mais les quantités de chlore à utiliser
seront plus importantes, le goût et l'odeur du chlore désagréables, et la
désinfection perfectible. En effet, les pathogènes fixés sur les matières en
suspension sont très difficiles à détruire et risquent de ne pas être tués alors
que la mesure du chlore résiduel libre sera positive.
- 17 -
Action contre la Faim
La chloration est beaucoup moins efficace si le pH est supérieur à 8. En
effet, le chlore se trouve sous des formes différentes en fonction du pH de
l'eau (acide hypochlorique HClO pour les valeur de pH acides, et ion
hypochloreux ClO- pour les pH alcalins). La forme la plus oxydante étant
l'acide hypochlorique, la désinfection est meilleure pour les pH acides
(DEGREMONT).
L'action de désinfection est obtenue en composant avec 2 paramètres: la
dose de désinfectant et le temps de contact entre le désinfectant et l'eau.
Toutes les doses discutées dans le présent chapitre sont calculées pour un
temps de contact de ½ heure minimum qu'il est impératif de respecter. Si le
temps de contact est inférieur, les doses doivent être supérieures. On
considère que le produit temps de contact (mn) x chlore résiduel libre
(mg/l) doit être d'environ 15 mg/min/l (environ 1 mg/mn/l suffit pour
détruire 99.9% d'une population d'E.COLI, contre environ 10 fois plus pour
le poliovirus 1, d'après DEGREMONT).
La chloration ne doit pas être faite dans des réservoirs métalliques, car le
chlore sera utilisé pour oxyder le métal. En cas d'urgence, utiliser du métal
émaillé ou peint (peinture alimentaire).
Le chlore est un gaz qui est difficile à mettre en oeuvre dans les
programmes d'urgence. On utilise donc des produits générateurs de chlore
qui libèrent du chlore lorsqu'ils sont en solution dans l'eau. Ces produits se
présentent sous différentes formes (Error! Reference source not found.)
leur concentration en chlore actif s'exprime:
- en pourcentage, avec 1% = 10 g/l
- en degré chlorimétrique, avec 1°Cl = environ 3 g/L
- en milligramme par litre, avec 1 mg/l = 1ppm = 0.0001%.
- 18 -
Le traitement de l'eau
Produit
Hypochlorite de calcium - HTH
(High Tence Hypochlorite)
Teneur en Chlore
actif
70% en poudre
Remarque
C'est le produit qu'il faut
choisir en priorité pour le
traitement collectif.
Dichloro-isiocyanurate de Sodium
60% en poudre
La présentation en tablette
(NaDCC)
1,5 g/comprimé
permet
la
distribution
familiale
Hypochlorite de Sodium
4% (ou 5%) liquide se conserve très peu de temps
eau de Javel 12°Cl (ou 15°Cl)
après ouverture
Chloramine T (chlonazone)
25% en comprimé réservé à l'usage individuel
Tableau 1: produits générateurs de chlore
Les produits générateurs de chlore utilisés sur le terain sont présentés dans
le tableau ci-dessous. Le HTH est le produit qu'il faut utiliser en priorité: il
se conserve bien (perte de 2% par an) dans un récipient non métallique,
hermétique, à l'abri de la lumière et de la chaleur. Attention cependant, car
il est très corrosif (en cas de contact, rincer abondamment avec de l'eau;
manutentionner avec précaution). Le HTH est soumis à des normes de
transport aérien très strictes et ne peut être transporté par air que dans des
containers agrées.
2.4.2 Mise en oeuvre
 Préparer la solution mère
Pour chlorer régulièrement l'eau, utiliser une solution mère à 1% (soit
10g/l) de chlore actif préparée à partir du produit générateur de chlore.
Il est en effet plus facile d'utiliser une solution qu'un produit solide. Cette
solution mère doit être conservée dans un jerrycan en plastique,
hermétique, à l'abris de la lumière et sur une période maximale d'une
semaine.
Produit
Hypochlorite de calcium - HTH à 70%
Dichloro-isiocyanurate de Sodium (NaDCC) à 1.5g par
comprimé
Hypochlorirte de Sodium - eau de Javel 12°Cl (15°Cl)
6
Dilution6
15 g/l
7 comprimés par litre
250 ml par litre
(200 ml/l)
Pour évaluer les quantité: 1 cuillère à soupe contient environ 15 mg ou 15 ml de produit. Une
cuillère à café 5 mg ou 5 ml.
- 19 -
Action contre la Faim
Erreur ! Liaison incorrecte.
Pour préparer 5 litres de
solution mère à partir du HTH,
mélanger 5 cuillères à soupe
de HTH dans un jerrycan en
plastique. Bien secouer. Ne
pas conserver plus de 3 à 4
jours.
 Déterminer la dose de produit à utiliser (jar test)7:
Remplir 4 seaux en
plastique avec chacun
Erreur ! Liaison incorrecte.
10 litres d'eau à traiter.
Ajouter dans les seaux
des doses croissantes
de solution mère à 1%
avec une seringue, de
façon à encadrer les
doses usuelles de 1 à 5
mg de chlore actif par
litre
d'eau.
Par
exemple
- seau 1: 1 ml de solution mère à 1%, soit 10 mg de chlore dans 10 litres
d'eau, c'est à dire une concentration de chlore de 1 mg/l,
- seau 2: 2 ml de solution mère, soit une concentration de chlore de 2 mg/l,
- seau 3: 3 ml de solution mère, soit une concentration de chlore de 3 mg/l,
- seau 4: 5 ml de solution mère, soit une concentration de chlore de 5 mg/l.
7
Il n'est pas nécessaire de faire cet essai tous les jours. Par contre, la mesure du chlore résiduel
libre doit être faite impérativement après chaque chloration.
- 20 -
Le traitement de l'eau
Erreur ! Liaison incorrecte.
Remuer
vigoureusement
et
laisser agir ½ heure.
Mesurer
le
chlore
résiduel libre et choisir
comme référence la
dose
qui
permet
d'obtenir entre 0,5 et 1
mg/l de chlore résiduel
libre.
 Chloration de l'eau dans le réservoir
Pour assurer un bon brassage, ajouter Erreur ! Liaison incorrecte.
la solution au moment du remplissage
du réservoir. Pour les volumes d'eau
importants, il est possible d'utiliser un
doseur automatique: Cf. le dosage des
réactifs.
Laisser agir ½ heure et mesurer le
chlore résiduel libre.
Les principales caractéristiques du produit générateur de chlore le plus
utilisé, le HTH, sont synthétisées dans le tableau suivant.
Caractéristiques
Utilisation
du produit
commercial





teneur en produit actif du produit commercial: environ 70%
limite de solubilité: 225 g/l
réactif alcalin: entraîne une hausse du pH de l'eau
solution mère à 1%  15 g/l  1 cuillère à soupe/litre
doses usuelles: 2 à 15 mg/l de HTH
 2 à 15 ml de solution mère par 10 litre d'eau à traiter.
 1 kg de HTH permet de traiter de 500 à 50 m3
 Ph de l'eau à traiter < 8
Tableau 2: Mémento du HTH
- 21 -
Action contre la Faim
2.4.3 Analyse de l'eau
 Mesure du Chlore résiduel libre
Le chore résiduel libre doit être analysé de façon routinière lorsque l'eau
est désinfectée avec un produit chloré: c'est en effet le seul moyen de
s'assurer que la désinfection a été efficace. Ces analyses doivent être faites
à différents endroits de la distribution: sortie de réservoir de désinfection,
bornes fontaines et stockage à domicile. Il est impératif de connaitre la
valeur de chlore résiduel libre au moment de la consomation d'eau par les
populations, c'est à dire à domicile.
Le chlore résiduel libre doit se situer entre 0,5 et 1 mg/l. Erreur ! Liaison
Des concentrations inférieures à 0,5 mg/l ne garantissent
incorrecte.
pas une rémanence suffisante.
Rincer le pooltesteur avant de l'utiliser. Dissoudre un
comprimé de DPD1 dans le compartiment chlore et un
comprimé phénol red dans le compartiment du pH.
Remarques:
 si le pH > 8  le chlore résiduel
Error! Not a valid link.
libre > 1 mg/l
 si le produit générateur de chlore
est la chloramine T, le chlore
résiduel se trouve uniquement sous
forme combiné: utiliser alors un
comprimé DPD 1 et un comprimé
DPD 3
 si la concentration en chlore
résiduel est très importante, les
résultats
seront
faussement
négatifs.
- 22 -
Le traitement de l'eau
Box 2: l'ébullition
L'ébullition est un procédé efficace de désinfection de l'eau, qui agit même sur les eaux
turbides. Cette méthode comporte néanmoins de sérieux inconvénients qui limitent son
utilisation aux situations ponctuelles lorsqu'aucune autre technique n'est envisageable:
 il faut en moyenne 1kg de bois pour faire bouillir 1 litre d'eau,
 l'eau doit être menée à une franche ébullition qui doit être prolongée de 2 minutes
par 1000 mètres d'altitude,
 l'ébullition désaère l'eau et lui donne un goût,
 contrairement à la chloration, il n'y a pas de rémanence du désinfectant dans l'eau.
2.5 Filtrations
Il existe différents types de filtration qui permettent chacun de traiter des
pollutions différentes de l'eau (Tableau 3).
Technique de
filtration
Filtres bougies
Filtre rapide
Filtre lent
Utilisation
Utilisation familiale
 traitement de la turbidité
 filtre Katadym: élimination des
pathogènes
 traitement de la turbidité
 traitement du fer/manganèse
Paramètres techniques
 seuil de filtration: 0,45m
 filtration Katadym : 0,2 m
 débit: de 1 à 4 l/heure



 traitement de la de la pollution 
fécale



hydraulique: 10 m3/m2/h
Filtrat: sable 1 / 2 mm, CU = 1.5
épaisseur filtrat: 0.5 à 1 mètre
Turbidité < 20 NTU
hydraulique: 0,2 m3/m2/h
filtrat: sable 0.2 mm, CU = 2
épaisseur filtrat: 0.6 à 1 mètre
de sable + 0.4 mètre de gravier
Tableau 3: Les différents filtres et leur utilisation
 Filtration sur bougie
Les filtres bougie sont bien adaptés à une utilisation familale, ou dans le
cadre d'une petite structure sanitaire. L'emploi des filtres Katadym est
recommandé, car leur seuil de filtration plus bas (0,2 m) permet un
traitement efficace contre les pathogènes.
- 23 -
Action contre la Faim
 Filtre rapide
Ces filtres permettent un traitement essentiellement mécanique de l'eau. Ils
sont donc utilisés pour traiter la turbidité, lorsqu'elle est supérieur à 20
NTU. Le principe consiste à faire passer l'eau au travers d'un lit de
materiaux filtrants de 1 à 2 mm de diamètre relativement uniforme (CU
proche de 1.5). Pour éviter un colmatage rapide du filtre, il est important
que la vitesse de passage de l'eau ne soit trop rapide. On considère qu'un
débit de 10 m3/h par m² de surface du fitre est un bon compromis. De
même, il est possible de disposer un lit de matériaux plus grossier (gravier)
avant le lit de sable pour pré-filtrer l'eau et ralentir le colmatage.
L'Acf a par exemple utilisé des filtres rapides au Soudan (Juba, AcF 1991)
pour traiter l'eau du Nil dont la turbidité est très changeante. Ces filtres
construits dans des fûts de 200 litres permettent de maintenir un niveau de
turbidité acceptable avant la désinfection. Le nettoyage est assuré par
rétrolavage.
Notons également que ces filtres peuvent être utilisés après la floculation
pour retenir les flocs. Il est dans ce cas recommandé de maintenir une
vitesse de l'eau de l'ordre de 3 à 5 m3/h par m² de surface filtrante. De tels
filtres peuvent être construits dans des réservoirs type Oxfam.
 Filtre lent
Ce procédé consiste à faire passer l'eau à travers un matériaux filtrant, à
une vitesse inférieur à celle des filtres rapides. Un débit maximum de 0.2
m3/h par m² de surface filtrante est en général satisfaisant. Une telle vitesse
permet le développement d'une grande variété d'organismes dans les
premiers centimètres de sable. Ces organismes forment une membrane
biologique (appelée schmutzdecke) qui dégradent la matières organique et
permet un traitement biologique efficace contre les pollutions fécales. Une
action sur la turbidité est également possible, mais la granulométrie fine du
sable ne permet de traiter que des eaux peu turbides: il est en effet
déconseillé d'utiliser un filtre lent lorsque la turbidité moyenne est
supérieur à 20 NTU. Une turbidité de 150 à 200 NTU est acceptable sur
quelques jours seulement, sous peine de colmatage rapide.
Le dévelopement de la membrane biologique se fait dans des conditions
particulières: elle doit toujours être sous l'eau et le flux doit être continu et
- 24 -
Le traitement de l'eau
lent. Il est donc important de dimensionner le filtre en fonction des besoins
(relation débit/surface), et de mettre en place un système de régulation de
débit pour contrôler le niveau et la vitesse de passage de l'eau dans le filtre.
Lorsque ces conditions sont remplies, il faut de une à deux semaines pour
que la membrane biologique se développe et que le filtre devienne efficace.
Lorsque le filtre se colmate, son débit diminue de façon importante.
L'entretien consiste alors à enlever les premiers centimètres de sable (2 à 5
cm), puis à remettre le filtre en fonctionnement. Lorsque l'épaisseur du lit
filtrant est d'environ 60 centimètres d'epaisseur, il faut reconditionner le
filtre en rajoutant du sable propre. Pour éviter d'arrêter la production d'eau,
on installe généralement deux filtres qui fonctionnent en paralèlle ou en
alternance.
L'utilisation de réservoir type Oxfam de 70 m3 est possible (kit disponible).
2.6 Aération
Cette technique simple à mettre en oeuvre, permet d'accélerer et de forcer
les interactions entre l'eau et l'air. Elle permet ainsi à l'oxygène de l'air
d'oxyder certaines matières dissoutes, comme le fer et le manganèse parfois
présents en quantité gênante dans les eaux souterraines. L'aération permet
également d'oxygéner l'eau et de dégazer le CO2 en exès. D'une façon
générale, l'aération permet d'éliminer les mauvaises odeurs et goûts.
Il est d'usage d'installer un diffuseur (type pommeau de douche) à l'entrée
des réservoirs de stockage pour faciliter l'aération (diminuation du risque
d'anaérobiose et de problème de corrosion dans les réseaux).
Pour traiter le Fer et le Manganèze, la technique proposée consiste à
installer en sortie de pompe à main un aérateur qui facilite l'oxydation. Les
précipités ainsi formés sont éliminés par simple décantation, ou mieux par
filtration (Figure 10). Des filtres installés par l'AcF au Cambodge ont
permis de réduire les concentrations en fer des forages de 3/15 mg/l à des
valeurs inférieurs à 0.3 mg/l.
Il faut cependant noter que les mécanismes qui régissent la précipitation du
fer dépendent de nombreux facteurs: température, potentiel d'oxydoréduction, pH... En fonction du couple pH/potentiel rédox, le fer se trouve
- 25 -
Action contre la Faim
sous différentes formes, dont certaines compléxées qu'il est plus difficile
d'éliminer de façon simple.
D'une façon générale, on peut considérer que la précipitation du fer dissous
par aération est d'autant plus rapide que le pH est élevé et l'eau proche de la
saturation en oxygène.
Figure 10: Traitement du fer & du manganèse par filtration
- 26 -
Le traitement de l'eau
Figure 11: Traitement du fer & du manganèse par aération et filtration
(d'après Parteners for Development, 1997)
- 27 -
Action contre la Faim
3. LE DOSAGE DE REACTIFS
Pour traiter des volumes d'eau importants, il est intéressant d'installer un
système de dosage pour le Sulfate d'aluminium et le HTH. Ceci permet de
contrôler efficacement les quantités de réactifs utilisés et donc d'accroître
l'efficacité des traitements tout en économisant les réactifs. Différentes
solutions peuvent être envisagées.
 Le dosage par bâche consiste à ajouter toujours le même volume de
réactifs dans un volume connu d'eau à traiter. C'est le système par lequel
on commence car c'est le plus simple à mettre en place. Il n'est
cependant pas très satisfaisant pour la floculation car le mélange n'est
pas très rapide, et le débit d'ajout du réactif n'est pas constant: il varie
avec la hauteur d'eau dans le réservoir de réactif.
fût contenant la solution
de réactif: le robinet est
ouvert en même temps
que l'arrivée d'eau. le
débit d'injection du
réactif varie avec la
hauteur de solution dans
le fut.
réservoir
sortie d'eau
arrivée d'eau
Figure 12: Ajout de réactif dans un réservoir à l'aide d'un fût
 Le dosage à débit constant consiste à installer un dispositif permettant de
maintenir un niveau constant dans le réservoir de réactif. Ce dispositif
peut être fabriqué localement ou acheté (doseur gravitaire SATTE),
Figure 13.
- 28 -
Le traitement de l'eau
fut équipé d'une
vanne à flotteur
(type chasse d'eau)
qui permet de
maintenir constant
le niveau
fut contenant la
solution mère de
réactif
arrivée d'eau
sortie d'eau
Figure 13: Ajout de réactif à débit constant
 Le dosage à débit proportionnel consiste à installer un doseur qui va
faire varier le débit d'injection de la solution de réactif en fonction du
débit d'eau à traiter. Différents matériels permettent de remplir cette
fonction (la classique pompe doseuse, le doseur rotatif PROMIX...). Le
plus simple d'emploi est le doseur DOSATRON qui peut être monté
directement sur le refoulement de la pompe.
doseur
proportionnel
commandé par le débit d'eau
qui transite dans l'appareil
réglage du rapport entre le
débit d'injection du réactif et le
débit d'eau
arrivée d'eau
fût contenant la solution mère de
réactif
Figure 14: Dosage proportionnel
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Action contre la Faim
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