3 Généralité sur les AEV
3.2 But et objectif d’une AEV
la réduction de la distance de portage de l’eau par la population ;
la mise à disposition de l’eau potable de façon permanente en toute saison et à tous les niveaux de la zone prise en compte par l’ouvrage ;
la distribution d’une eau de bonne qualité pour préserver la santé des consommateurs ;
la prise en compte du pouvoir d’achat des populations (cette eau doit revenir à l’usager le moins cher possible) ;
pour permettre les modifications ultérieures ;
le renforcement des relations inter- ethniques ;
le renforcement de l’urbanisation et le pouvoir d’attraction des étrangers.
L’adduction d’eau villageoise est généralement constituée d’un forage équipé d’un système de pompage mécanisé relié à un réservoir de stockage et à un réseau de distribution d’eau. L’eau est distribuée par des canalisations enterrées au moyen de bornes fontaines et de branchements particuliers.
(Développer les services d’eau potable, 18 questions pour agir)
Les adductions d’eau villageoises sont une bonne solution pour l’alimentation en eau potable des villages importants totalisant plus de 2000 habitants ou pour des groupes de villages et localités proches les uns des autres.
(Adduction d’eau villageoise Guide à l’usage des communes) 3.3 Composantes d’une AEV humaine pour alimenter un poste d’eau autonome ou une AEV.
3.3.2 Pompe électrique
La pompe est immergée dans le forage et elle envoie l’eau dans le château d’eau. L’énergie électrique utilisée pour faire fonctionner la pompe immergée est produite par :
un groupe électrogène : c’est le cas le plus couramment rencontré au Bénin. Le groupe est installé dans un abri où sont également entreposés les réserves de carburant, d’huile, les filtres de rechange et autres pièces détachées et outils. Le groupe est généralement équipé d’un compteur
horaire ; si ce n’est pas le cas, une horloge doit être installée dans l’abri pour pouvoir comptabiliser les heures de fonctionnement ;
un générateur solaire constitué de panneaux solaires (photovoltaïques) reliés entre eux qui fournissent un courant électrique continu à partir de la lumière du soleil. Le courant électrique passe par un « onduleur » qui se présente sous la forme d’un petit boîtier situé à proximité des panneaux et qui transforme le courant continu en courant alternatif, utilisable par la pompe. Pour de petites puissances, il existe des pompes qui fonctionnent sur courant continu ce qui permet de se passer d’onduleur et réduire les possibilités de pannes et les coûts correspondants ;
le réseau électrique de la SBEE qui constitue la source d’électricité idéale du fait du faible coût de l’énergie et parce qu’il n’y a ni entretien, ni maintenance, ni renouvellement à prévoir. Dans le cas où le village n’est pas desservi, il faut tirer une ligne électrique depuis le réseau SBEE, poser un transformateur (qui pourra desservir aussi le village) et raccorder l’armoire de commande de la pompe. Mais, faire venir le réseau coûte très cher et est soumis à certaines conditions de la SBEE.
3.3.3 Tête de forage
Elle comprend principalement le compteur volumétrique qui affiche le nombre de mettre cube (m3) produits par la pompe depuis son installation. Sa lecture quotidienne indique le volume pompé chaque jour. En mesurant le nombre de mettre cube (m3) pompés en une heure, on peut aussi calculer le débit de la pompe.
3.3.4 Refoulement
C’est la partie située entre la pompe et le réservoir qui permet d’amener l’eau de la pompe dans le château d’eau. La conduite de refoulement peut être enterrée pour aller vers le château d’eau. Une partie de la conduite sera à l’air
en acier ou en fonte.
3.3.5 Station de traitement
Elle a pour rôle de rendre potable l’eau à fournir à la population grâce à un ensemble d’équipements et de produits. Pour les AEV, une grande station de traitement n’est pas nécessaire car la plus part du temps, la source d’eau utilisée présente une qualité estimée bonne. Cependant, elle risque d’être contaminée par plusieurs facteurs (fuite sur le réseau, installation vétuste, mauvaise hygiène autour des points d’eau, etc.). Un léger traitement (chloration) suffira à rendre l’eau moins vulnérable à une possible contamination.
3.3.6 Château d’eau
Son réservoir permet de stocker l’eau refoulée par la pompe. Le stockage de l’eau permet de
constituer une réserve d’eau disponible même si la pompe est arrêtée ;
séparer la production (le pompage) de la distribution. Sinon, il faudrait pomper à chaque fois que quelqu’un veut de l’eau et arrêter dès que tous les robinets sont fermés ;
mettre le réseau en pression afin de pouvoir desservir toutes les bornes fontaines. En effet, à partir du château d’eau, l’eau s’écoule dans les tuyaux par son propre poids, donc plus le réservoir sera haut, plus l’eau pourra aller loin. C’est pour cela que selon les cas, certains châteaux sont au sol en haut d’une colline alors que d’autres doivent être surélevés pour que l’eau ait une pression suffisante pour alimenter tout le village.
Les châteaux d'eau sont soit en métal ou en polyester (lorsqu’une petite capacité est nécessaire), soit, c’est le cas le plus courant, en béton armé pour les plus grosses capacités. Le château d’eau peut être équipé d’un compteur situé en sortie de réservoir qui permet de connaître exactement les quantités d’eau distribuées. Cela est particulièrement utile pour l’exploitation lorsque les
responsabilités de production et de distribution sont dissociées.
3.3.7 Réseau de distribution
Il répartit l’eau du château d’eau vers les points de distribution : bornes fontaines et branchements privés. Il est constitué d’un ensemble de canalisations enterrées dans le sol (en PVC, en polyéthylène ou en acier galvanisé), comprenant des pièces particulières destinées à faciliter l’entretien et la maîtrise de l’eau (raccords, vannes, ventouses, regards).
3.3.8 Bornes fontaines
Ce sont les points d’eau publics qui desservent les habitants non abonnés (qui n’ont pas de branchement privé). Elles ont un grand débit et la plupart du temps sont équipées de deux robinets, ou parfois trois.
3.3.9 Branchements privés
Ces points d’eau équipés d’un compteur volumétrique sont situés à l’intérieur des concessions. Le ménage ou le service bénéficiant de ce type de point d’eau doit être abonné au service de l’eau et payer sa facture selon une périodicité fixée dans le contrat d’abonnement. Ces branchements ne sont effectifs qu’un (1) an après la réalisation de l’AEV.
3.3.10 Branchements particuliers
Ce sont des points d’eau équipés d’un compteur volumétriques situés dans les institutions du village : arrondissement, centre de santé, école etc.
(Adduction d’eau villageoise Guide à l’usage des communes) 3.4 Typologie des réseaux d’adduction d’eau
En fonction de l’ossature, on distingue deux principaux types de réseau :
Réseau maillé : les conduites qui composent ce type de réseau suivent des contours fermés formant ainsi plusieurs mailles. Ici, dans une conduite, l’écoulement peut se faire dans les deux sens.
Réseau ramifié : pour ce type, les conduites vont toujours en se divisant à partir du point d’alimentation sans jamais se refermer pour former une boucle. Ainsi, l’écoulement se fait dans un seul et unique sens.
Pour des raisons données, les deux types de réseau peuvent être associés et on parle dans ce cas de réseau mixte.
3.5 Modes de fonctionnement d’une AEV (Type de refoulement)
Une AEV peut fonctionner de deux sortes selon le type de refoulement. On distingue ainsi deux types de refoulement que sont :
Le refoulement simple
Il est utilisé lorsque la source (forage ou puits) est proche du château et que la conduite de refoulement ne traverse pas du tout la communauté à desservir. Dans ce cas, l’eau est directement refoulée dans la cuve avant d’être distribuée par la force gravitaire vers les points de desserte.
Figure 5 : Equipement du château de refoulement simple
Le refoulement – distribution
Ce système de fonctionnement est adopté pour des raisons économiques (coût de la mise en place des canalisations) lorsque la source est très distante du château et qu’une portion de la conduite de refoulement traverse la communauté à approvisionner. Dans ce cas, l’eau pompée, en direction vers le réservoir surélevé est en même temps fournie aux populations et le reste est stocké au niveau du réservoir. La conduite de refoulement joue ainsi donc le rôle de la distribution.
Figure 6: Equipement du château refoulement distribution
Au cours de notre stage nous avons approfondi nos connaissances dans la réalisation des réseaux d’adduction d’eau villageoise, les notes de calculs ainsi que le choix des équipements y afférents (pompe immergée et groupe électrogène). C’est dans l’application de ces connaissances que nous avons participé à la réalisation d’un projet que nous présenterons dans cette partie du rapport.
4 PRESENTATION DU PROJET 4.1 Cadre du projet
Les travaux du présent projet s’inscrivent dans le cadre du Programme Pluriannuel d’Appui au secteur de l’Eau et de l’Assainissement (PPEA) – Phase II. Ils sont regroupés en deux lots comme suit :
Lot 1 : Réalisation des travaux de l’Adduction d’Eau villageoise de Alafia dans la commune de Savè dans le Département des Collines ;
Lot 2 : Réalisation des travaux de l’Adduction d’Eau villageoise de Lougba dans la commune de Bantè dans le Département des Collines Ce Projet a pour objectif global de contribuer à l’amélioration de l’accès durable à l’eau potable des populations du Département des Collines. Ils sont exécutés conformément aux principaux objectifs de la nouvelle stratégie de l’alimentation en eau potable et de l’alimentation en milieu rural qui consistent à réaliser des ouvrages et d’en assurer la pérennité à travers les principes de décentralisation du processus de décision.
4.2 Différentes phases du projet
Pour atteindre ces objectifs, une série d’actions ont été menées à travers :
l’Etude Technique Préliminaire (ETP) ;
l’Etude de Faisabilité ;
l’Avant-Projet Détaillé (APD) ;
l’exécution et le contrôle des travaux de réalisation de l’AEV ;
la formation et l’appui conseil.
4.3 Bénéficiaires et parties prenantes
Les parties prenantes du projet sont les suivantes :
la Direction Départementale de l’Energie, des Recherches Pétroliers et Minières, de l’Eau et du Développement des Energies Renouvelables du Zou et des Collines à travers le Service Eau (S-Eau) assure la maîtrise
d’ouvrage ;
l’ambassade du Royaume des Pays Bas : partenaire financier, bailleur de fond du projet ;
la communauté et la commune bénéficiaire : la commune, à travers la Programmation Communale, au niveau local formule leurs besoins en eau et choisit le type d’ouvrage. En outre elle participe à la prestation du projet, au financement à l’exploitation et à la gestion des équipements. Par le biais de leur service d’intermédiation social, ellle assiste la communauté dans la détermination de l’emplacement des points d’eau ou des bornes fontaines ;
le prestataire de services : il comporte le bureau d’études qui est responsable des études, du contrôle et de la surveillance des travaux ;
l’entreprise : elle réalise l’AEV et fournit les différents équipements.
TROIXIEME PARTIE
Déroulement du stage
5 NOTE DE CALCUL POUR L’ELABORATION DU DOSSIER D’EXECUTION
5.1 Hypothèse de base
Pour les différents calculs, nous nous sommes servis des hypothèses qui se reposent sur les termes de référence et se récapitulent comme suit :
Horizon du projet : 2026 (15 ans) conformément aux Termes de
Besoin spécifique : 12l/j/habitant à l’an initial et 15l/j/habitant à l’horizon du projet (sur la base des enquêtes sociologiques)
12000 heures de fonctionnement pour les groupes électrogènes et
18000 heures pour les pompes immergées
Capacité du réservoir : 20 à 25 % de la consommation journalière (ratio généralement appliqué pour les AEV) tout en considérant la grille journalière de pompage Pression de Service : 10 mCE soit 1 bar
5.2 Besoins actuels et futurs en eau exprimés par la population 5.2.1 Population actuelle et future à desservir
L’estimation de la population est faite par localités puis pour le village concerné par le projet car l’effectif de la population est un paramètre déterminant dans l’estimation des besoins actuels et futurs en eau potable.
La projection de la population se calcule par la formule suivante : (
)
Où
Pi : l’effectif de la population à l’année initiale,
Pn : l’effectif de la population à l’horizon de projection,
T : le taux d’accroissement en %,
i : l’année initiale et n l’année de projection.
La population à desservir avec un taux d’accroissement de 2,37% donne les résultats récapitulés dans le tableau ci-dessous (CODO F. de P.) :
Tableau1 : Population actuelle et futur à desservir N° communes. Adduction d’eau villageoise version provisoire 1-2 ; Août 2007) 5.2.2 Ressource à exploiter
Le village de Lougba dispose d’un forage capable d’alimenter le réseau.
Ces caractéristiques sont les suivantes : - débit d’exploitation : 12,7 m3/h - profondeur équipée 47 m
5.2.3 Besoin actuel et futur en eau
Avec un taux d’accroissement de 2,37 %, les besoins en eau ont été estimés sur la base de la demande solvable en eau et des données démographiques projetées sur quinze (15) ans. Les besoins journaliers et par habitant tiennent compte du taux d’existence des points d’eau alternatifs et leur pérennité. Il se détermine par la formule suivante :
Où P l’effectif de la population et bs le besoin spécifique en l/j/hbt.
Les consommations journalières estimées par année sont récapitulées dans ce tableau ci-dessous (CODO F. de P.).
Tableau 2 : Besoin en eau de la population
Désignation Unité Population
l/j 62243,99 66324 105274,99 106892,01 m3/j 62,24 66,324 105,27 106,89
m3/h 2,59 2,7635 4,39 4,45
5.3 Débit et durée journalière de pompage
Le débit de pompage se détermine par la formule suivante.
Où
: débit de pompage
: consommation journalière (m3/j)
: durée de pompage moyen (10h/j)
: durée de pompage max (12h/j)
Tableau 3 : Débit d’exploitation attendu
Année 2011 2018 2026
Débit de pompage
mini moyen mini moyen mini Moyen
5,19 6,22 8,77 10,53 8,91 10,69
En nous basant sur les résultats obtenus à l’horizon du projet nous avons retenu un débit de 10m3/h.
5.4 Caractéristiques des ouvrages et choix des équipements 5.4.1 Château d’eau
5.4.1.1 Capacité de la cuve
La capacité de la cuve se détermine en faisant la somme en valeur absolue des déficits et du surplus observés au cours du pompage suivant une grille horaire dans la journée.
De la grille journalière de pompage, il ressort que :
la consommation est nulle ou inférieure à la normale pendant certaines heures (les heures de faible consommation) ;
la consommation est normale et égale au besoin horaire exprimé (les heures normales) ;
la consommation atteint 2,5 fois le besoin horaire exprimé (les heures de pointe).
La grille journalière de pompage est récapitulée dans le tableau en annexe 1.
| | Résultat
24,79 3 ; 3
30,64 3
Le château est un ouvrage à amortir sur 50 ans alors que l’horizon du projet est de 15 ans. Il est important d’avoir une marge sécuritaire pour des extensions futures. Pour ce, nous retenons une capacité théorique de 40 m3 pour la cuve du château d’eau de l’AEV. Compte tenu de la capacité du château d’eau la norme impose une forme cylindrique pour la cuve.
5.4.1.2 Hauteur sous cuve
La hauteur sous cuve (Hsc) du château d’eau est obtenue par la formule suivante :
H = cumul des pertes de charge dans les conduites entre le château et le point le plus défavorable (1) + pression de service (2) - côte TN du château d’eau (3) + côte conduite au point le plus défavorable (4).
Résultat
(1)=0.57m (2)=10m (3)=263,02m (4)=264,16m
Une hauteur sous cuve Hsc =12m est donc retenue pour le château, avec une marge de 0,29 m qui permettra d’améliorer les pressions résiduelles aux différents nœuds du réseau et favorisera les extensions futures.
5.4.2 Détermination de la conduite de refoulement
Les formules utilisées pour le dimensionnement de la conduite de refoulement sont les suivantes : la formule de BRESSE et la formule de BRESSE modifiée.
Formule de BRESSE
(1)
Formule de BRESSE modifié
1/3 (2)
3
Résultat
De (1) ; De (2) ;
La moyenne des deux diamètres théoriques donne un diamètre moyen
En se référant aux catalogues des fabricants et à la liste des diamètres commercial (nominal) qui est la suivante : 63 mm ; 75mm ; 90 mm ; 110 mm ; 125 mm ; 140 mm ; 160mm ; 180 mm ; 200 mm, avec une valeur de 95,75 mm, nous ne pouvons que choisir une conduite de 110 mm.
5.4.3 Pompe immergée et groupe électrogène 5.4.3.1 Pompe immergée
Le choix de la pompe adéquate pour le réseau se fait à base de la HMT et du débit de pompage.
La hauteur manométrique de la pompe est calculée par la formule :
HMT = Côte d’installation de la pompe (1) + côte TN du château (2) + hauteur sous cuve (3) + hauteur totale de la cuve (4) + perte de charge dans la conduite de refoulement (5) - côte TN du forage (6).
Résultat
(1)= 47m (2)= 263,02m (3)= 12m (4)=3,5m (4)= 12m (5)= 4.37E-13 (6)= 263,02m
HMT = 65,5 m d’où HMT = 70 m
A base du catalogue du constructeur « GRUNDFOS » (voir annexes), pour une HMT = 70 m et un débit de pompage de 10 m3/h la pompe choisie est de marque Grundfos de type SP 14 A-13 de diamètre 4’’ avec une puissance P = 4 kW et un facteur de puissance cosρ= 0,77.
5.4.3.2 Groupe électrogène
Sa puissance se calcule à l’aide de la formule suivante :
Quatre paramètres interviennent dans le calcul du réseau. Il s’agit :
du débit Q en L/s ;
des diamètres des conduites D en mm ;
de la perte de charge H dans les conduites et
de la vitesse dans les conduites V en m/s.
5.4.4.1 Détermination des débits par tronçons Ils ont été obtenus par les formules suivantes :
Où
Le tableau suivant résume les longueurs des tronçons ainsi que leur débit
Tableau 4: Les débits par tronçon
5.4.4.2 Détermination des diamètres des conduites, de la perte de charge et de la vitesse dans les conduites
Pour le calcul des diamètres théorique des conduites :
√
Pour le calcul du diamètre intérieur des conduites on a :
Où
: Diamètre nominal ; Épaisseur des conduites ;
: Diamètre intérieur (m).
Pour le calcul de la perte de charge, nous avons utilisé la formule de MANING STRICKLER.
Pour le calcul des côtes minimales imposées :
∑ Où
Côte minimale imposée (m) ;
Côte en aval du tronçon (m) ;
∑ Somme des pertes de charge (m).
Pour le calcul de la pression résiduelle
∑ Où
Pression résiduelle (mCE) ;
Côte minimale imposée (m) ;
Côte en aval du tronçon (m) ;
∑ Somme des pertes de charge (m).
Pour le calcul de la vitesse :
√
Où
Côtes en amont et en aval du tronçon considéré ;
Pression en amont et en aval du tronçon considéré ; Vitesse en amont ;
: Perte de charge totale sur le tronçon considéré ; Masse volumique de l’eau. (Cours d’hydraulique urbaine) Le tableau suivant récapitule les résultats obtenus :
Tableau 5:Récapitulatif de la note de calcul des conduites de distribution
6 CONDUITE DES TRAVAUX DE REALISATION DE L’AEV Tous les ouvrages en génie civil se trouvent sur le même site.
Les travaux entreprises dans le cadre de la réalisation de l’AEV de Lougba dans la commune de Bantè, département des Collines sont les suivantes :
La construction d’un Château d’Eau de 40m3 de capacité sur 12 m de hauteur sous cuve ;
La construction d’un abri groupe ;
La construction d’une station de traitement ;
La construction de bornes fontaines et regards ;
La fourniture et l’installation d’un groupe électrogène ;
La fourniture et l’installation d’une pompe immergée ;
L’équipement de la tête de forage ;
La fourniture et la pose des canalisations et accessoires ;
L’installation des équipements électromécaniques et hydrauliques.
6.1 Personnels affectés sur le chantier
Pour la bonne marche des activités un nombre de personnels est affecté sur le chantier comme l’indique le dossier d’appel d’offre (DAO). Nous avons :
Le Directeur de l’entreprise qui fait des visites régulières sur le chantier dans le but de vérifier l’état d’avancement des travaux ;
Le Directeur des travaux/ Chef de mission, il assure la coordination des travaux entre les responsables du chantier et le bureau. Il est aussi convié à des visites du chantier et assiste aussi aux réunions mensuelles de chantier;
Le conducteur des travaux de génie civil, qui est chargé de la coordination des travaux de construction du château, de l’abri groupe, de l’abri traitement eau et des autres ouvrages ;
Le conducteur des travaux hydrauliques, qui est chargé de la pose des conduites, de l’équipement du réseau, du château et des bornes fontaines ;
Le conducteur des travaux électromécaniques, qui est chargé de l’immersion de la pompe, de la mise en place du groupe électrogène et des travaux électriques ;
Le conducteur des travaux topographiques, qui est chargé de l’établissement du profil en long et du piquetage du réseau ;
Le chef chantier, il assure l’implantation des ouvrages de génie civil et d’hydraulique, et leur exécution tout en se conformant aux plans approuvés par le bureau d’étude afin d’avoir des ouvrages de qualité qui respectent les règles de l’art. Il veille en particulier:
Au respect des consignes de sécurité ;
A la bonne organisation du chantier ;
A la bonne organisation du chantier ;