Approvisionnement en eau potable (et assainissement) dans
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Approvisionnement en eau potable (et assainissement) dans les PED Olivier Schlosser CIRSEE Département Santé & Environnement Plan 1. 2. 3. 4. Introduction Microbiologie de l’eau L’eau potable : définition et principes de traitement Approvisionnement et traitement de l’eau pour les petites collectivités 5. Traitement et stockage de l’eau à domicile 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 2 Origines et modes de contamination fécale des eaux d'alimentation EXCREMENTS EGOUTS ruissellement épandage SOLS STATIONS D’ÉPURATION EAUX DE SURFACE NAPPES infiltration TRAITEMENT EAU DE BOISSON 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED TRAITEMENT 3 Charge sanitaire • 10% de la charge sanitaire totale liée aux maladies • 6,3% des décès pourraient être évités par l’apport en EP, l’assainissement, la gestion des ressources et l’hygiène Diarrhées > Malnutrition > Paludisme Diarrhées : − 4% de la charge sanitaire totale − 39% de la charge sanitaire liée à l’eau, l’assainissement et l’hygiène 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 4 Dans le monde Plus de 6 milliards de personnes : − 1,1 milliard n’ont pas accès à un système d’approvisionnement en eau potable − 38% des pays rapportent que plus de la moitié de leur population n’a pas accès à un système d’approvisionnement en eau potable − 2,4 milliards ne disposent pas d’un système d’assainissement des eaux usées 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 5 Accès à l’eau potable dans le monde 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 6 Systèmes d’assainissement 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 7 Situation de l’assainissement (%) 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 8 Situation de l’assainissement (N) 104M 465M 842M 44M 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 74M 43M 102M 111M 9 Eaux souterraines et eaux de surface − Gaz dissous (O2, CO2), sels minéraux − Fines particules en suspension • Turbidité • Adsorption de micro-organismes et molécules − Matières organiques végétales et microbiennes • couleur − Bactéries hydriques et telluriques − Pollution microbienne (fécale) et chimique NH4++++ 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 10 Micro-organismes d'origine fécale Réservoir humain et animal Virus : grande spécificité d’hôte +++ − Campylobacter, Shigella, E. coli entérotoxinogènes, E. coli O157:H7, Vibrio cholerae, Salmonella, Yersinia enterocolitica − Norovirus, Rotavirus, Adenovirus, Enterovirus, Astrovirus, VHA, VHE − Giardia intestinalis, Cryptosporidium parvum, Entamoeba histolytica, Cyclospora 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 11 Micro-organismes pathogènes dans l’eau A part : Dracunculus medinensis = ver de Guinée ou filaire de Médine 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 12 Risque majeur d’infection d’origine hydrique Micro-organismes : − de dose infectante faible − résistants dans l’environnement − de virulence élevée 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 13 Evaluation Quantitaive du Risque Microbiologique : relation dose-réponse Hypothèses (≠ notion de DMI) : - pas d’effet seuil - modèle single hit exponential Cryptosporidium, Giardia beta-poisson Risque d’infection 1 0,9 R = 1 – e –rD 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 Risk modèle exponentiel 0,3 Bactéries, virus modèle β-Poisson 0,2 Risque d’infection R = 1 – (1 + E/β) 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED –α 0,1 0 0,01 1 100 10000 Exposure 14 Deux aspects essentiels 1. 90% des micro-organismes sont fixés aux particules en suspension 2. Résistance des micro-organismes aux agressions physiques et chimiques : parasites > virus > bactéries Stress des bactéries dans l’environnement : résistance 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 15 Définition : Eau potable − OMS : eau ne renfermant en quantités dangereuses ni substances chimiques, ni germes nocifs pour la santé ; en outre, elle doit être aussi agréable que les circonstances le permettent. − Code de Santé Publique Art R. 1321-2 : Les eaux destinées à la consommation humaine doivent […] : • ne pas contenir un nombre ou une concentration de micro-organismes, de parasites […] constituant un danger potentiel pour la santé des personnes; • être conformes aux limites de qualité définies au I de l’annexe 13-1. […] 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 16 Définitions − Eau Potable : « eau ne renfermant en quantités dangereuses ni substances chimiques, ni germes nocifs pour la santé ; en outre, elle doit être aussi agréable que les circonstances le permettent » (OMS) − Désinfection : élimination ou destruction des microorganismes pathogènes − Pasteurisation : destruction des micro-organismes pathogènes par la chaleur − Purification : élimination des polluants organiques et inorganiques et des particules en suspension, responsables d’une coloration de l’eau et de mauvais goûts et odeurs. 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 17 Principes du traitement d’une eau de surface Pré-traitement Coagulation, décantation Filtration sable Désinfection Stockage et distribution 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 18 La désinfection − Objectif : destruction des micro-organismes pathogènes (≠ stérilisation) − Efficacité fonction de : • • • • nature du micro-organisme concentration de l’agent chimique dans l’eau (résiduel d’oxydant), fonction de : réactions chimiques, turbidité, pH température temps de contact − Mesurée par le C.t pour un objectif d’inactivation donné (99,9% ; 99,99%) 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 19 Courbes d’inactivation pour une concentration de désinfectant donnée log N/N0 Loi de Chick : Ln(Nt/N0) = - k.t 0 k = constante cinétique = Λ.C Giardia Rotavirus E. coli t 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 20 Valeur du CT (mg.min/l) pour l’inactivation de 99% des micro-organismes à T = 5°C Chlore libre Chloramine Dioxyde de chlore Ozone 0,034-0,05 95 - 180 0,4 – 0,75 0,02 Poliovirus 1,1 – 2,5 770 - 3740 0,2 – 6,7 0,1 – 0,2 kystes de Giardia 30 - 630 1400 7,2 – 18,5 1,8 – 2,0 E. coli 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 21 Influence du niveau de contamination de l’eau à traiter log N 8 Évolution de la concentration en salmonelles pour un abattement constant de 3,5 log en 30 min 6 4 4,5 Dose infectant 1 personne / 1000 2,5 DI 10-3 0,5 30 mn 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED t 22 Le chlore dans l'eau Cl2 > HOCl > OCl- > NH2Cl > NHCl2 > RNHCl chlore actif chlore résiduel combiné chlore résiduel libre chlore résiduel total chlore résiduel A B C D A : réaction du chlore ajouté avec les agents réducteurs (H2S, Fe++, Mn++) B : réaction du chlore ajouté avec NH4+ → chloramines et composés organochlorés C : oxydation des chloramines chlore ajouté D : le chlore ajouté est du chlore libre 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 23 Eaux souterraines et eaux de surface • En pratique, pour une eau contenant de la matière organique, • il faut 8 à 15 mg/l de chlore pour éliminer 1 mg/l d’ammoniaque 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 24 Eaux souterraines et eaux de surface AZOTE ORGANIQUE NATUREL (végétaux et animaux morts, urines et matières fécales) ammonification par bactéries NH4+ 1 mg/l d'ammoniaque = 0,78 mg/l d'azote ammoniacal Eaux usées urbaines : 20 – 85 mg Ntotal /l 12 – 50 mg NH4+ / l Eaux traitée (France) : NH4+ < 0,1 mg/l 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 25 Paramètres critiques de la qualité de l’eau • Le principal risque pour la santé de l’approvisionnement en eau est microbiologique +++ • Minimum monitoring : • Paramètres simples, peu nombreux, effectués sur place et répétés fréquemment : − E. coli ou, à défaut, coliformes thermotolérants − Chlore résiduel libre − pH (si chloration) − Turbidité − Ammoniaque • associés à une inspection sanitaire régulière 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 26 Élimination des matières fécales − 250 g de matière fécale / jour − 1,5 litre d’urines − 1 kg d’ordures • Maladies du péril fécal • Maladies à vecteur • Latrines, dont la technique de réalisation dépend de la taille de la population, de la dureté du sol et de la profondeur de la nappe phréatique; • Bâti extérieur, dalle à la turque. • Nettoyage et désinfection réguliers. • Lavage des mains +++ 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 27 Approvisionnement en eau de boisson des collectivités 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 28 Approvisionnement en eau de boisson des collectivités •1. Protection de la ressource en eau •A privilégier +++ : − Définition d’un périmètre de protection en fonction des conditions géologiques et hydrogéologiques, de la concentration d’activités − Restriction des activités alentour (rejet de déchets toxiques, mines, épandages de pesticides, …) − Éloigner les sources de contamination fécale des ressources en eau (latrines, ouvrages de traitement des eaux usées, élevages, …) 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 29 Approvisionnement en eau de boisson des collectivités • 2. Puits et forages − Puits creusés manuellement : ouverts, peu protégés, exposés, contaminés (100 coliformes thermotolérants / 100 ml) : éloigner les latrines, équiper d’une pompe manuelle et d’un couvercle verrouillé − Forage et pompe mécanique • 3. Sources − Capter, recouvrir, drainer, clôturer, canaliser • 4. Eaux de pluie − Débris, excréments d’oiseaux sur le toit et dans la gouttière : entretien − Éliminer le « premier ruissellement » après une période sèche − Réservoir : couvrir ou protéger avec un grillage fin, équiper d’un robinet • IMPORTANCE DES INSPECTIONS SANITAIRES +++ 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 30 Traitement de l’eau pour les petites collectivités • Nécessaire en cas de prélèvement dans une eau de surface, toujours contaminée • 1. Prise d’eau Problème si : − − − − Faible débit en saison sèche et absence de barrage Absence de grille → prise d’eau bouchée, débris dans les installations Absence de barrage flottant → pollution (graisses, huiles, …) Absence du contrôle du débit 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 31 Traitement de l’eau pour les petites collectivités • 2. Décantation − Décanteur efficace : turbidité réduite de 90 % • Source : OMS 1997 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 32 Traitement de l’eau pour les petites collectivités • 3. Préfiltration − But : prévenir le colmatage rapide du filtre à sable en cas d’eau boueuse (turbidité périodiquement > 80 NTU) − Passage de l’eau au travers de 3 compartiments contenant des graviers de taille décroissante • Source : OMS 1997 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 33 Traitement de l’eau pour les petites collectivités •4. Filtration lente sur sable − Sable sur un lit de graviers − Hauteur : 0,5 à 1,2 m − Grattage régulier de la surface du filtre − Débit de filtration : 0,1 à 0,3 m3 / m2 / heure − Activité biologique d’épuration : fin tapis visqueux organique recouvrant le filtre ; puis effet de biofiltre de la première partie du filtre − Efficacité : jusqu’à 99 % d’abattement des microorganismes pathogènes 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 34 Traitement de l’eau pour les petites collectivités • 5. Désinfection • Chloration : − Chlore gazeux − Hypochlorite de sodium : liquide (à protéger de la chaleur et de la lumière, dans récipient fermé), possible production locale par petite unité d’électrochloration (électrolyse d’eau et de sol) − Hypochlorite de calcium : poudre ou granulés − DCCNa 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 35 Traitement de l’eau pour les petites collectivités Turbidité < 5 NTU + Mesure de NH4+ + pH < 8 Calcul du chlore à ajouter (8 à 15 mg/l pour 1 mg/l de NH4+) Mesure du chlore résiduel libre : > 0,5 mg/l (confirmation) + T > 30 MN 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 36 Traitement et stockage de l’eau de boisson à domicile • Nécessaire lorsque : − Ressource en eau non protégée et/ou non traitée − Installation d’approvisionnement en eau contaminée • Stratégie efficace et de faible coût (Mintz E.E., DCD 1995) : − Désinfection à domicile : • Hypochlorite Na ou Ca (installation alimentée par énergie solaire) − Sécurité du stockage à domicile : récipient interdisant toute contamination • Éducation → respect des règles d’hygiène +++ 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 37 Traitement et stockage de l’eau de boisson à domicile Choléra 91 familles de malade : Groupes (n) Désinfection Stockage Coproculture positive 30 0 Seau traditionnel 17.3 % 31 Chloration Seau traditionnel 7.3 % 30 0 Sorai 4.4 % Deb BC et coll, 1986 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 38 Traitement et stockage de l’eau de boisson à domicile Qualité de l’eau stockée à domicile Pays Pathogène Ressource/ robinet Eau stockée Bahrain, 1981 V. Cholera O1 0 + Myanmar, 1989 ETEC 0/20 2/40 Egypte, 1982 Strongyloïdes Ascaris 0 10 à 15 % 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 39 Traitement et stockage de l’eau de boisson à domicile • Filtration − Filtres à bougie de céramique : microfiltration ± efficace − Pierres poreuses : efficacité variable, à tester − Filtre à sable : pour diminuer la turbidité avant désinfection − Cas particulier : prévention de la dracunculose par filtration sur nylon 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 40 Taille des particules dans l'eau et procédés de filtration Taille des Particules (µm) 0,001 0,01 0,1 1 10 virus kystes de protozoaires bactéries nanofiltration osmose inverse 1000 oeufs d’helminthes colloïdes matières organiques dissoutes 100 particules d’argile zooplanctons protozoaires limons microfiltration ultrafiltration sables fins filtres en papier cordeaux de coton bobiné membranes en acétate de cellulose toiles métalliques filtres en céramique 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 41 Traitement et stockage de l’eau de boisson à domicile • Ébullition − Très efficace +++ : bactéries, virus, parasites − Durée : 1 mn − Problème majeur : la source de chaleur • 1 litre d’eau à ébullition = 1 kg de bois brûlé − Danger : brûlures − Risque de contamination après refroidissement 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 42 Le stockage de l’eau • Risque de contamination de l’eau traitée, par : − les mains +++ − les objets (gobelet…) − les animaux • La sécurité repose sur : − un récipient adapté : • jerrican en polyéthylène transparent • interdit l’introduction de la main ou d’ustensiles • ouverture de 5 à 8 cm pour remplissage et apport de désinfectant • robinet de sortie d’eau, système d’entrée d’air − un taux résiduel suffisant de désinfectant ou un conservateur 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 43 OMS Guidelines for Drinking-Water Quality, 2nd edition, 1997 Volume 3 - Surveillance and control of community supplies http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/gdwqvol32ed.pdf 08/12/2011 > SUEZ ENVIRONNEMENT - DIU Santé Publique dans PED 44
