Classe de qualité bactériologique pour les eaux de puits

Télécharger le fichier pdf d’un mémoire de fin d’études

ETAT D’ALIMENTATION EN EAU POTABLE

Niveau national et régional

L’OMS définit l’eau potable comme « une eau destinée à la consommation humaine qui ne doit contenir en qualité dangereuse ni substances chimique, ni germes nocifs pour la santé et doit en outre, être aussi agréable à boire que les circonstances le permettent ». [1]
La JIRAMA, Société d’électricité et d’eau de Madagascar, est le plus gros fournisseur d ‘eau et d’électricité du pays. Il s’agit d’une société d’Etat en cours de privatisation et de restructuration. Seule l’eau de la JIRAMA et celle produite, par les forages de l’alimentation en eau dans le Sud (AES) répondent aux normes de potabilité OMS dans le pays [1]. Les normes de potabilité nationales sont encore à mettre en place.
Au niveau national, la production en eau potable par la JIRAMA (80 millions de m 3 par an ) est insuffisante pour la population. La situation est différente à Antananarivo où les moyens de production couvrent les besoins actuels et prévisionnels jusqu’en 2015.
D’après différentes sources, le taux de population disposant de l’eau potable était de 21% en 1980 (DIEPA), 27% en 1994 (CNEA) et 15,7% en 1993 (INSTAT). L’exode rural et la démographie galopante pourraient être la cause d’un taux de desserte bas , voire diminuant. Mais étant donnée la forte différence entre les deux dernières valeurs, on se doit de rester prudent en quantifiant l’évolution de l’accès à l’eau potable à Madagascar. L’absence d’un système efficace de suivi et d’évaluation ne permet pas encore de disposer d’informations fiables.

Agglomération d’Antananarivo

Pour l’agglomération urbaine d’Antananarivo, l’AEP se fait majoritairement par les bornes fontaines (45%), puis grâce aux robinets individuels (24%) et robinets collectifs (22%). Seule une très faible partie des ménages utilise de l’eau non traitée de puits/sources protégés (5%) ou d’autres sources (4%) .
Par contre la partie rurale de la province utilise massivement les autres sources (59%) et les puits/sources protégés (34%), alors que seule une très faible part de cette population a accès à de l’eau potabilisée (8%).
Le réseau d’eau potable de l’agglomération urbaine d’Antananarivo est alimenté par la rivière Ikopa. Le barrage de la JIRAMA permet le prélèvement de l’eau brute de l’Ikopa (besoins estimés : 3m3/s, soit autant que le débit sanitaire total à maintenir dans les canaux de drainage urbain) qui est stockée dans le lac Mandroseza. Ce lac sert de réservoir à l’air libre pour l’AEP et aucune activité de pêche ou d’industrie n’est tolérée dans son périmètre. L’eau est potabilisée ensuite à la station de traitement de la JIRAMA sise au bord du lac, puis pompée pour être injectée dans le réseau.

Point de vue qualitatif

Le CNRE et CARE ont effectué en août 2000 une étude bactériologique sur la qualité de l’eau consommée par les ménages de différents quartiers des zones basses situées entre le canal Andriantany et la rivière Ikopa. L’eau de boisson de nombreux ménages (environ 80) d’une quinzaine de bornes fontaines a ainsi été analysée.
Si l’eau traitée sortant des bornes fontaines est généralement d’une bonne qualité bactériologique (parfois légèrement contaminée), ce n’est pas du tout le cas pour la grande majorité de l’eau stockée dans les ménages. Certaines analyses indiquent une plus grande contamination des eaux traitées (bornes fontaines) que des eaux non traitées (provenant de puits ou d’autres sources). L’analyse de l’eau de la JIRAMA à la sortie de sa station de traitement (Mandroseza) confirme sa parfaite pureté bactériologique. Cela signifie que la contamination se fait un peu le long du réseau de distribution (canalisations), mais surtout lors du transport de la borne fontaine vers le ménage et lors du stockage de l’eau à l’intérieur du ménage. Il ne suffit donc pas que l’eau soit bien traitée pour qu’elle soit potable lors de sa consommation. Par la suite nous reviendrons sur ces aspects sanitaires et de comportement de la population vis-à-vis de l’eau.

Point de vue quantitatif

Un des principes de base du nouveau Code de l’Eau consiste en la non gratuité de l’eau traitée. L’application de ce principe implique pour les ménages s’approvisionnant jusqu’alors aux bornes fontaines de devoir payer dorénavant pour chaque seau d’eau. Les tarifs actuellement appliqués par la JIRAMA sont les suivants :
o Tarifs destinés aux particuliers :
– 730 FMG/m3 (+taxes et redevances) si consommation mensuelle <10 m3
– 1730 FMG/m3 (+taxes et redevances) si consommation mensuelle >10 m3
o Tarif spécial destiné au système de facturation des bornes fontaines communales :
– 730 FMG/m3 (exonéré de taxes et de redevances)
Le seau d’eau de 15 l est en général facturé 50 FMG. Selon ce tarif, les gains engendrés par le paiement de l’eau sont de 3330 FMG par m3. Selon un modèle de gestion de recouvrement des coûts, l’association de quartier gestionnaire reverse 730 FMG/m3 à la JIRAMA et peut assurer la maintenance et le salaire d’un employé (appelé fontainier) avec le montant restant (2600 FMG/m3). 37 installations de la commune d’Antananarivo ont d’ores et déjà adopté ce mode de gestion viable.

Eaux usées domestiques

Les eaux usées domestiques peuvent elles-mêmes se diviser en eaux ménagères et eaux vannes. Ces eaux contiennent des matières en suspension et dissoutes d’origine minérale et organique telles que des graisses et des huiles de cuisine, des détergents de lavage, des constituants biologiques (bactéries, amibes, vers …). Elles renferment également d’urine et des matières fécales. Dans des zones où les dispositifs adéquats d’évacuation des eaux usées sont insuffisants ou inexistants, les populations rejettent directement leurs déchets dans la nature. Tel est le cas de notre secteur d’étude.

Dépôts de déchets

Les décharges de déchets solides se sont multipliées avec le développement urbain et le développement industriel. Ainsi, elles entraînent la contamination des eaux souterraines, à la suite d’infiltrations liées à la lixiviation des dépôts. L’enterrement des déchets ménagers et les latrines font partie des dépôts de déchets.
Face à l’insuffisance ou à l’inexistence des moyens pour l’assainissement, les gens construisent leurs WC à l’aide d’une simple fosse creusée dans le sol laissant les effluents liquides s’y infiltrer. Une enquête concernant l’évacuation des excréta de la ville d’Antananarivo a été faite [1]. Celle-ci dit que le niveau d’équipement est différent selon la structure de la zone. Les installations sont généralement réglementées dans les quartiers lotis tandis que dans les zones non structurées, comme notre zone d’étude, elles font totalement défaut. Les équipements rencontrés sont les :
· Latrines conventionnelles à fosse sèche : type le plus répandu. Il s’agit d’une simple fosse creusée dans le sol laissant les effluents liquides s’infiltrer dans le sol et n’accumulant que les solides. Une fois la fosse pleine, une autre est creusée à coté. C’est la plupart des cas dans le quartier d’Andohaniato.
· Fosses étanches : ne se rencontre en petit nombre que dans les anciens quartiers. Ces fosses sont vidées par des véhicules vidangeurs quand elles sont pleines.
· Fosses septiques : réservées aux logements de haut standing, maisons rénovées ou constructions nouvelles, raccordés au réseau d’eau courante. Dans les anciens quartiers, les fosses sont reliées au réseau d’assainissement collectif (canaux enterrés ou caniveaux d’eau pluviale). Dans les zones sans réseau collectif, les effluents liquides sont conduits vers des puisards d’infiltration.
· Fosses à vidange régulière (fûts ou autres) : presque plus pratiqué dans l’agglomération. Toujours d’après cette même enquête, la conception du système d’évacuation des excrétas ne tient pas compte des critères géologiques et hydrogéologiques de la zone concernée, mais est surtout basée sur la situation financière du ménage.
Le rejet de ces polluants dans la nature peut non seulement limiter éventuellement les quantités d’eau exploitables mais aussi engendrer des graves ennuis à la santé de l’homme.
La figure (2) ci-après présente la pollution hydrologique de l’agglomération d’Antananarivo dont fait partie notre secteur d’étude.

MÉTHODOLOGIE SUIVIE

Pendant la réalisation de ce travail, la méthodologie suivie repose sur la problématique et sur les objectifs fixés de l’étude.
La première partie consistait en une recherche des données existantes permettant de prendre connaissance de la situation. Des documents ayant trait au secteur eau et assainissement ont été recherchés. Cette recherche a permis de livrer des pistes de sources potentielles de pollution.
Huit puits ont été sélectionnés dans la zone. Chacun d’eux a fait l’objet, au préalable et tout au long de l’étude, d’une enquête portant sur :
 Sa nature (puits creusés dans la nappe, source, émergence, …)
 Sa position par rapport aux sources de contamination (latrines, fosses à ordures, canaux d’évacuation…)
 Ses caractéristiques : profondeur, diamètre, …
 Son utilisation
 La possibilité de faire des mesures piézométriques et des prélèvements d’échantillons. L’étude concerne essentiellement l’exposition de la ressource aux pollutions par les latrines, les fosses à ordures et les canaux d’évacuation et surtout l’étude du mouvement de cette pollution. Ainsi la connaissance de la qualité bactériologique de l’eau des puits a été nécessaire pour confirmer l’existence de la pollution. Ensuite, une étude géologique du terrain et quelques mesures piézométriques sont à réaliser pour pouvoir cadrer l’étude dans des applications mathématiques et surtout de trouver l’origine de la pollution.

CHOIX DE LA ZONE D’ÉTUDE

Les motifs de notre choix reposent sur le fait que la zone d’étude est composée en majorité de lotissements irréguliers avec une densité moyenne élevée. Dans ces zones, c’est la nappe phréatique locale qui soutient la quasi totalité de l’approvisionnement en eau des résidents à partir des puits. De même, les concessions ne disposent pas toutes de dispositifs adéquats d’évacuation des eaux usées. La collecte des ordures ménagères est irrégulière et les WC sont construits à l’aide d’une simple fosse creusée dans le sol laissant les effluents liquides s’infiltrer dans le sol. Ainsi, les populations, face à l’insuffisance ou à l’inexistence de réseaux d’assainissement rejettent directement des déchets dans la nature faisant courir un risque certain sur la qualité des eaux souterraines et sur la santé publique.
La forme de cuvette du terrain est aussi l’un des critères significatifs qui nous a fait choisir cette zone car la pollution y semble favorisée.

ETUDE HYDROGÉOLOGIQUE DE LA ZONE D’ÉTUDE

Nature géologique du terrain

L’étude géologique du terrain est basée sur l’aide d’une carte géologique, la réalité sur terrain et la recherche effectuée antérieurement. Parmi ces ouvrages, la thèse de RATSIMBAZAFY [4] et le mémoire de RASOARILANTO [5] permettent de définir l’environnement du terrain.
Une carte géologique de l’ensemble de Madagascar met en évidence 2 parties bien distinctes : un socle cristallin prédominant qui constitue l’ossature centrale de l’île, et sur ces bordures, des formations sédimentaires particulièrement développées le long de la cote Ouest. La région de Tananarive, située au plein centre du socle cristallin est constituée par plusieurs ensembles (voir carte de la figure 4 en annexe III) :
– Série paragnéissique du système de graphite
– Complexe migmatito-gratique
– Intrusions et coulées basiques
– Tectoniques
L’altération en zone tropicale de roches cristallophylliennes feldspathiques donne naissance aux latérites qui ne sont autre que la nature du terrain de notre site. Et même à l’œil nu, on peut affirmer qu’on a des latérites.
Pendant les visites des puits, la présence des sables fins dans le fond de certains puits a été remarquée. Cela exprime qu’il y a non seulement des latérites mais aussi des sables fins en deuxième couche.

Caractères physiques et mécaniques des latérites

En fait, ce qui nous intéresse ici, ce sont les caractères physiques et mécaniques des latérites plutôt
que leur mode de formation.
La coupe classique montre :
– Un horizon supérieur rouge, compact ;
– Un horizon inférieur généralement plus clair, friable, gardant la structure originelle de la roche, et qui se trouve en contact avec la roche saine.
Cette deuxième zone comporte à sa base une nappe phréatique plus ou moins importante. Les fluctuations de cette nappe, dans une région à alternance de saisons sèches et pluvieuses, créeront une zone limitée où se produiront des mouvements successifs ascendants et descendants du sol, et des conditions successivement réductrices et oxydantes du milieu.
Par la suite, on a une concentration et une pectisation des solutions riches en hydroxydes constituant la zone superficielle.
Pour avoir une idée de l’importance de ces horizons, nous citerons quelques chiffres pour Madagascar :
– L’horizon supérieur peut aller, jusqu ‘à 15 m dans la région du lac Alaotra.
– L’horizon inférieur structuré peut atteindre 100 m dans la région Est.
– Dans la plaine d’Antananarivo, Selon la thèse de RATSIMBAZAFY [4], le premier ne dépasse guère 6 m, le second peut atteindre 30 m sur la partie observable à Antaramanana sur l’Ikopa.
Pour notre site, ces horizons varient suivant l’altitude du terrain par sa forme de cuvette.

Les latérites de la zone d’étude

Il y a autant de variétés de latérites que de roches cristallines susceptibles de leur donner naissance. Dans notre secteur d’étude, on arrive à en identifier un certain nombre qui se différencient soit par leur structure, soit par leurs constituants. Les latérites possèdent cependant des caractères communs qu’il est important de souligner.
L’exposé qui suit comporte une vue générale sur l’ensemble des latérites que nous avons pu observer. Quelques variétés nettement représentatives seront citées à titre indicatif :
– Latérite argileuse
Elle représente l’horizon supérieur compact de la coupe classique, peu épaisse, on la rencontre presque partout. Rarement, elle dépasse 2 m.
– Latérite structurée
Elle représente l’horizon inférieur de la coupe classique. Plus épaisse, elle est de teinte bigarrée, allant du rouge violacé au blanc jaunâtre selon la nature des minéraux altérés. On reconnaît facilement la structure de la roche originelle.
Pratiquement, parmi les latérites structurées, on peut différencier des formations « tendres » et des formations « dures ».
Les latérites structurées « tendres » forment la partie supérieure qui a subi une altération plus poussée. Tandis que les latérites structurées « dures » se rencontrent au voisinage de la roche saine. Elles sont assez résistantes et plus représentatives encore de la roche d’origine car les minéraux sont à peine altérés.
La figure 5 de l’annexe IV récapitule ce qui a été dit au dessus. Elle représente le site d’Ampandrianomby qui se trouve non loin du notre.

Aquifère et nappes

La connaissance de la différence entre un aquifère et une nappe est une notion importante à savoir pour éviter une éventuelle confusion pour la suite de notre étude.
En effet, selon A. MUSY [6], un aquifère est un corps de roches perméables comportant une zone saturée suffisamment conductrice d’eau souterraine, permettant l’écoulement significatif d’une nappe souterraine et le captage de quantité d’eau appréciable. Un aquifère peut comporter une zone non saturée.
Tandis qu’une nappe est un ensemble des eaux comprises dans la zone saturée d’un aquifère dont toutes les parties sont en liaison hydraulique.
On distingue deux types de nappes : la nappe libre et la nappe captive.

Pour la nappe libre, la surface piézométrique coïncide avec la surface libre de la nappe qui est surmontée par une zone non saturée.
Pour la nappe captive, la nappe est confinée car elle est surmontée par une formation peu ou pas perméable. L’eau est comprimée à une pression supérieure à la pression atmosphérique.
Notre terrain est constitué d’une nappe libre par sa structure semblable à la définition précédente.
En effet, quatre types de nappes sont considérés comme représentatifs du notre :
· Nappes plates du plateau cristallin (figure 6)
· Nappes aux bordures des rizières ou rivière (figure 7)
· Nappes de fissures (figure 8)
· Nappes de fractures (figure 9)
Ces types de nappe sont développés avec de plus amples détails à l’annexe V.

Distinction zone saturée et zone non saturée

Au-dessous de la surface du sol, deux zones peuvent être identifiées de haut en bas (figure 10) :
· la zone non saturée , système à trois phases (solide, liquide, gaz) où seule une partie des espaces lacunaires sont remplis d’eau, le reste étant occupé par l’air du sol ;
· la zone saturée , système à deux phases (solide, liquide) où tous les pores sont remplis d’eau.

Notion de bilan hydrique ou hydrologique

Le bilan hydrique consiste à examiner au niveau d’une parcelle ou d’un bassin versant le cheminement de l’eau, à identifier les différents réservoirs et à quantifier leurs volumes suivant le principe de la conservation de masse. L’objectif de l’étude du bilan est de déterminer la quantité nette d’eau dans le sous-sol.
Lorsqu’il s’agit d’un bassin versant, on utilise souvent le terme « bilan hydrologique ».
En effet, la source d’alimentation en eau d’un bassin hydrologique est fournie par les précipitations efficaces, c’est à dire par le volume d’eau qui reste disponible à la surface du sol après soustraction des pertes par évapotranspiration réelle. L’eau se répartit en 2 fractions. Le ruissellement qui alimente l’écoulement de surface collecté par le réseau hydrographique et l’infiltration qui alimente le stock d’eau souterrain. [7]

Précipitations

Sont dénommées précipitations toutes les eaux météoriques qui tombent sur la surface de la terre, tant sous forme liquide (bruine, pluie, averse) que sous forme solide (neige, grésil, grêle) et les précipitations déposées ou occultes (rosée, gelée blanche, givre, …)[6]. Elles sont provoquées par un changement de température ou de pression.
Les précipitations efficaces, PE, sont égales à la différence entre les précipitations et l’évaporation réelle, ETR.
Les précipitations efficaces peuvent être calculées directement à partir des paramètres et de la réserve en eau finalement utilisable (RFU), par des programmes de calcul automatique. Le calcul automatique des précipitations efficaces, par maille, permet une distribution géographique ayant valeur de potentiel d’alimentation. Elle est alors évaluée en débit de surface, m3/an .km.
Pendant notre étude, allant du mois de juillet au mois de février, la saison de pluie dure trois mois (décembre 2004 en février 2005) et la saison sèche cinq mois (juillet en novembre 2004). Les précipitations d’Antananarivo ville ont été fournies par la Direction de la Météorologie. L’histogramme de la figure 11 ci-dessous représente les précipitations mensuelles. Les résultats bruts sont rapportés dans le tableau (5) de l’annexe I.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
PREMIERE PARTIE
I- Généralités
I-1- Description générale de la zone d’étude
I-1-1- Situation géographique
I-1-2- Environnement de la zone d’étude
I-1-3- Ressources en eau
I-2- Cadre politique et institutionnel de l’eau à Madagascar
I-3- Etat d’alimentation en eau potable
I-3-1- Niveau national et régional
I-3-2- Agglomération d’Antananarivo
I-4- Pollution de l’eau et ses polluants
I-4-1- Eau usée domestique
I-4-2- Dépôt de déchets
I-5- Risques sanitaires liés aux pollutions bactériologiques de l’eau
II- Description de l’étude
II-1- Méthodologie suivie
II-2- Choix de la zone d’étude
II-3- Etude hydrogéologique de la zone d’étude
II-3-1- Nature géologique du terrain
II-3-1-1- Caractères physiques et mécaniques des latérites
II-3-1-2- Les latérites de la zone d’étude
II-3-2- Aquifère et nappe
II-3-3- Distinction zone saturée et zone non saturée
I-3-4- Notion de bilan hydrologique
II-3-4-1- Précipitation
II-3-4-2- Evaporation
II-3-4-3- Ruissellement et Infiltration
II-3-5- Propriétés hydrodynamiques des aquifères
II-3-5-1- Porosité
II-3-5-2- Perméabilité
II-3-5-3- Transmissivité
II-3-5-4- Coefficient d’emmagasinement
II-3-6- Notion de piézométrie
II-3-6-1- Niveau piézométrique
II-3-6-2- Gradient hydraulique
II-3-6-3- Débit d’une nappe
II-4- Description des puits et leurs environnements
II-4-1- Différents types de Puits
II-4-1-1- Puits traditionnel
II-4-1-2- Puits moderne
II-4-2- Puits d’Andohaniato
II-4-3- Localisation des puits
II-5- Description des polluants de la zone d’étude
II-5-1- Latrines et fosses à ordures
II-5-2- Canaux d’eaux usées domestiques
DEUXIEME PARTIE
III- Méthodes d’échantillonnage et d’analyse
III-1- Travail de terrain
III-1-1- Prélèvement d’eau
III-1-2- Investigation de l’environnement de puits
III-1-3- Mesures in situ des points d’eau visités et du terrain
III-2- Travail de laboratoire
III-2-1- Présentation du LHAE
III-2-2- Choix des paramètres
xIII-2-3- Description des paramètres
III-2-3-1- Les coliformes totaux
III-2-3-2- Les coliformes fécaux ou thermotolérants
III-2-3-3- Les Escherichia coli
III-2-4- Classe de qualité bactériologique pour les eaux de puits
III-2-5- Analyse au laboratoire
III-2-5-1- Principe
III-2-5-2- Mode opératoire
III-2-5-3- Expression des résultats
III-2-5-4- Procès verbal d’essai
IV- Résultats
IV-1- Résultats proprement dits
IV-2- Constatation globale
IV-3- Commentaires
IV-3-1- Résultats météorologiques
IV-3-2- Distance par rapport à la source de contamination
IV-3-3- Profondeur de la surface piézométrique
IV-3-4 Résultats des investigations sur terrain
V- Interprétation mathématique et physique des résultats
V-1- Dynamique des écoulements en milieu poreux
V-1-1- Approche microscopique
V-1-2- Approche macroscopique
V-2- Principe du problème
V-3- Rappels sur quelques définitions
V-3-1- Teneur en eau
V-3-2- Potentiel de pression hydrostatique
V-3-3- Potentiel de gravité
V-3-4- Charge hydraulique totale
V-3-4- Conductivité hydraulique
V-4- Formulation du problème à partir du passage des équations de Navier-Stokes à la loi de Darcy
V-4-1- Cas du milieu non saturé
V-4-2- Cas du milieu saturé
IV-4-2-1- Comparaison des résultats théoriques aux résultats d’analyses
IV-4-2-2- Evaluation de la vitesse du déplacement de l’eau polluante
V-4-3- Cas particulier des puits dont les polluants sont des canaux d’eaux usées domestiques
V-4-3-1- Principe
V-4-3-2- Conclusion
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES

Télécharger le rapport complet