SOCIO-ECONOMIQUES ... 11
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CHAPITRE 3 : ETAT DES LIEUX DU SYSTEME D’AEP DE PORTO-NOVO ... 16
CHAPITRE 4 : EVOLUTION DE QUELQUES INDICATEURS DE PERFORMANCE ... 29
CHAPITRE 5 : DEFINITIONS, OBJECTIFS, OUTILS ET METHODES DE CONCEPTION DU MODELE DE SIMULATION ... 40
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CHAPITRE 6 : TRAITEMENT DES DONNEES ... 45
CHAPITRE 7 : MODELISATION ET SIMULATION ... 63
CHAPITRE 8 : PRESENTATION DES RESULTATS ... 70
CHAPITRE 9 : ANALYSE ET INTERPRETATION DES RESULTATS ... 81
CHAPITRE 10 : RECOMMANDATIONS ET PERSPECTIVES ... 85
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DEDICACES
Je dédie ce travail :
A mes très chers parents pour leurs sacrifices et leurs encouragements durant toutes mes études.
Mahudjro Claude ANATO
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REMERCIEMENTS
A Dieu le Père Tout Puissant,
Toi le Maître de l’Univers, l’Alpha et l’Omega, l’Eternel des armées, toute la gloire te revient. Merci pour Ton assistance et pour toutes les bénédictions insondables dont Tu m’as comblé tout au long de mon cursus.
Grâce à Toi, ce travail a pu connaître une fin.
Mes remerciements vont à l’endroit de :
Pr. Mohamed SOUMANOU, Directeur de l’École Polytechnique d’Abomey-Calavi, Professeur titulaire des Universités ;
Pr. Clément AHOUANOU, Directeur adjoint de l’École Polytechnique d’Abomey- Calavi, Maître de Conférences des Universités ;
Dr. Gossou Jean HOUINOU, Maître Assistant des Universités, spécialiste en mines et topographie ; Chef du département de Génie Civil de l’EPAC;
Dr. David BABALOLA, Docteur Ingénieur en Hydraulique, Directeur Général de la SONEB pour m’avoir permis d’effectuer ce stage à la SONEB ;
Je tiens à témoigner ma profonde gratitude à mon maître de mémoire Taofic BACHAROU, Docteur Ingénieur en Hydraulique, Maître assistant des Universités CAMES pour m’avoir confié ce sujet pertinent, et avoir accepté de m’encadrer pour ce travail. Vous avez cru en ce travail et à son aboutissement depuis le début, recevez ici toute ma considération et ma reconnaissance.
Mr SEVI Alexis, Ingénieur en hydraulique, Expert contrôle à la SONEB, Enseignant à l’INE pour m’avoir aidé durant la rédaction de ce mémoire de fin de formation.
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Mes remerciements vont également à l’endroit de tous ceux qui se sont intéressés de près ou de loin à cette humble œuvre et qui ont contribué à sa concrétisation, particulièrement à : Tous les Enseignants de l’EPAC en général, et en particulier ceux du département du Génie Civil à savoir :
Professeur Edmond ADJOVI, Professeur Titulaire des Universités CAMES ;
Professeur Martin Pépin AINA, Maître de conférences des Universités CAMES ;
Professeur Gérard GBAGUIDI AÏSSE, Maître de Conférences des Universités CAMES ;
Professeur Victor GBAGUIDI, Maître de Conférences des Universités CAMES ;
Professeur Mohamed GIBIGAYE, Maître de Conférences des Universités CAMES ;
Professeur François de Paule CODO, Maître de Conférences des Universités CAMES ;
Docteur Crépin ZEVOUNOU, Maître Assistant des Universités CAMES;
Docteur Ezéchiel ALLOBA, Maître Assistant des Universités CAMES ;
Docteur Léopold DEGBEGNON, Maître Assistant des Universités CAMES ;
Docteur Mathias SAVY, Maître Assistant des Universités CAMES ;
Docteur Adolphe TCHEHOUALI, Maître de conférences des Universités CAMES ;
Docteur Noël DIOGO, Enseignant à l’EPAC ;
Docteur Tonalémi Epiphane WANKPO, Enseignant à l’EPAC, Docteur Fidèle TONON, Enseignant à l’EPAC ;
Docteur Luc ZINSOU, Enseignant à l’EPAC ;
Docteur Léonce DOVONON, Enseignant à l’EPAC ; Docteur Agathe HOUINOU, Enseignante à l’EPAC ; Docteur Peace WENDEOU, Enseignante à l’EPAC ; Ingénieur Maxime ASSOGBA, Enseignant à l’EPAC ; Ingénieur Eléna AHONONGA, Enseignante à l’EPAC ; Ingénieur Jean DEGBEGNI, Enseignant à l’EPAC ;
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Mr Jésugnon Ezéchias KANHO, Ingénieur en Génie Civil pour sa disponibilité et son soutien ;
Mr Kévin AHOUANDJINOU, Ingénieur en eau et assainissement à la SONEB pour sa disponibilité et son soutien ;
Mr Candide HOUNGNANDAN, Ingénieur en eau et assainissement à la SONEB pour sa disponibilité et son soutien ;
Mr Hervé MASSENON, Chef département à la direction du Développement, de la Planification et des Etudes à la SONEB
Mme Olivia ALLADAKAN Directrice du Développement, de la Planification et des Etudes à la SONEB
A tous mes Oncles et Tantes qui ont su, même éloignés par la distance être à mes côtés et me soutenir ;
Aussi, j’aimerais bien adresser mes vifs remerciements à tous mes camarades de promotion pour l’amitié ainsi que les moments d’entraide, de solidarité et de joie partagés.
Enfin, à tous ceux qui de près ou de loin ont contribué à la rédaction de ce travail.
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LISTE DES FIGURES
Figure 1-1 : Situation géographique de la ville de Porto-Novo [3]... 5 Figure 1-2 : Réseau hydrographique de la ville de Porto-Novo [4]. ... 7 Figure 1-3 : Carte administrative de Porto-Novo [3] ... 10 Figure 3-1: Graphe d'évolution du volume d’eau dans la bâche en fonction des heures de la journée ... 24 Figure 3-2 : Graphe d'évolution de la hauteur d’eau dans le château en fonction des heures de la journée ... 25 Figure 3-3 : Graphe d’évolution de la pression au pied du château en fonction des heures de la journée ... 25 Figure 4-1 : Graphe d’évolution des volumes d’eau produite et vendue par mois ... 30 Figure 4-2 : Graphe d’évolution du nombre total d’abonnés et du nombre d’abonnés actifs et par mois ... 30 Figure 4-3 : Graphe d’évolution de la consommation moyenne par abonné par mois .... 31 Figure 4-4 : Graphe d’évolution du rendement du réseau par mois ... 31 Figure 4-5 : Graphe d’évolution de la production d’eau annuelle de 2006 à 2015. ... 32 Figure 6-1 : Courbe de modulation de charge de la bâche ... 45 Figure 6-2 : Courbe de modulation de la consommation journalière du mois de janvier . 46 Figure 6-3 : Courbe de modulation de la consommation journalière du mois de mars .... 47 Figure 6-4 : Courbe de modulation de la consommation journalière du mois de février . 47 Figure 6-5 : Courbe de modulation de la consommation journalière du mois de mai ... 48 Figure 6-6 : Courbe de modulation de la consommation journalière du mois d’avril ... 48 Figure 6-7 : Courbe de modulation de la consommation journalière du mois de juillet ... 49 Figure 6-8 : Courbe de modulation de la consommation journalière du mois de juin ... 49 Figure 6-9 : Courbe de modulation de la consommation journalière du mois d’août ... 50 Figure 6-10 : Courbe de modulation de la consommation journalière du mois de septembre ... 50 Figure 6-11 : Courbe de modulation de la consommation journalière du mois d’octobre.51 Figure 6-12 : Courbe de modulation de la consommation journalière du mois de novembre ... 51 Figure 6-13 : Courbe de modulation de la consommation journalière du mois de décembre ... 52
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Figure 6-14 : Courbe de modulation de la consommation horaire... 54
Figure 6-15: Courbe hauteur-volume du château ... 55
Figure 6-16 : Histogramme d’évolution des mois de productions maximales de 2006 à 2015. ... 56
Figure 6-17: Histogramme d’évolution des mois de productions minimales de 2006 à 2015. ... 57
Figure 6-18: Courbe de niveaux de la zone d’étude généré dans Surfer ... 62
Figure 7-1 : Modélisation du réseau de distribution d’eau de Porto-Novo sur EPANET ... 65
Figure 8-1: Courbe de niveaux de pression à 1heure 1er cas ... 70
Figure 8-2 : Courbe de niveaux de pression à 7heures 1er cas ... 71
Figure 8-3 : Evolution de la pression ou niveau dans le château d’eau 1er cas ... 71
Figure 8-4 : Graphe d’évolution production-consommation 1er cas ... 72
Figure 8-5 : Graphe d’évolution de la perte de charge unitaire sur la conduite principale (DN-600PEHD) 1er cas ... 72
Figure 8-6 : Courbe de niveaux de pression à 1heure 2ème cas ... 73
Figure 8-7 : Courbe de niveaux de pression à 7heures 2ème cas ... 73
Figure 8-8 : Evolution de la pression ou niveau dans le château d’eau 2ème cas ... 74
Figure 8-9 : Graphe d’évolution production-consommation 2ème cas ... 74
Figure 8-10: Graphe d’évolution de la perte de charge unitaire sur la conduite principale (DN-600PEHD) 2ème cas ... 75
Figure 8-11 : Courbe de niveaux de pression à 1heure 3ème cas ... 75
Figure 8-12 : Courbe de niveaux de pression à 7heures 3ème cas ... 76
Figure 8-13: Evolution de la pression ou niveau dans le château d’eau 3ème cas ... 76
Figure 8-14 : Graphe d’évolution production-consommation 3ème cas ... 77
Figure 8-15: Graphe d’évolution de la perte de charge unitaire sur la conduite principale (DN-600PEHD) 3ème cas ... 78
Figure 9-1 : Courbe de distribution des vitesses dans les conduites ... 83
Figure 9-2 : Courbe de distribution des pertes de charges unitaires dans les conduites .. 83
Figure 9-3 : Courbe de distribution des débits dans les conduites ... 84
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LISTE DES TABLEAUX
Tableau 2-1 : Répartition de la population de Porto-Novo. ... 11
Tableau 3-1 : Caractéristiques des forages [1] ... 18
Tableau 3-2 : Caractéristique des pompes immergées [1] ... 20
Tableau 3-3 : Taux d’utilisation du champ de captage [1] ... 21
Tableau 3-4 : Evolution de la longueur du réseau de distribution en Km [1] ... 28
Tableau 6-1: calcul des demandes aux nœuds... 60
Tableau 8-1: Récapitulatif des résultats de quelques paramètres par cas ... 80
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LISTE ANNEXES
ANNEXE 1 : Schéma hydraulique de Porto-Novo ... 90
ANNEXE 2 : Mésure de pression et de débit à l’entrée du réseau ... 90
ANNEXE 3 : Armoires de commande de la station de Ouando ... 91
ANNEXE 4: Schéma synoptique de l’usine d’eau de Ouando ... 91
ANNEXE 5: Sélection des points dans Google Earth pour l’établissement des courbes de niveau ... 92
ANNEXE 6 : Salle de préparation de la solution de chaux ... 92
ANNEXE 7 : Salle de préparation de la solution de chlore ... 93
ANNEXE 8 : Plan parcellaire géo référencé avec le réseau d’eau Potable de la ville de Porto-Novo ... 94
ANNEXE 9 : Plan du réseau avec les diamètres des conduites ... 95
ANNEXE 10: Résultats de quelques analyses d’Eau ... 98
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LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS
AEP : Alimentation en Eau Potable PVC : Polychlorure de vinyle UAC: Université d’Abomey- Calavi
EPAC : Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi SONEB : Société Nationale des Eaux du Benin HMT : Hauteur Manométrique Totale
INSAE : Institut National de la Statistique et de l’Analyse Economique RGPH : Recensement Général de la Population et de l’Habitat
CO2 : Dioxyde de Carbone pH : potentiel Hydrogène DN : Diamètre Nominal
DAF : Direction des Affaires Administratives et Financières
DAGDC : Direction des Affaires Générales du Développement et de la Coopération SBEE : Société Béninoise de l’Energie Electrique
OMS : Organisation Mondiale de la Santé AC : Conduite en Amiante Ciment
PEHD : Polyéthylène à Haute Densité
DDOP : Direction Départementale de l’Ouémé Plateau
USEPA: United States Environmental Protection Agency/ Agence des Etats Unis pour la Protection environnementale
NRMRL: National Risk Management Research Laboratory IWA : International Water Association
mce : mètre colonne d’eau
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LISTE DES UNITES
m.s.m : mètre sur mer 𝑘𝑚 : Kilomètre
𝑘𝑚2 : Kilomètre carré 𝑚 : Mètre
𝑚3 : Mètre cube 𝑚𝑚 : Millimètre 𝑐𝑚 : Centimètre
𝑚3 /ℎ : Mètre cube par heure 𝑚3 /𝑗 : Mètre cube par jour 𝑚3 /𝑠 : Mètre cube par second
𝑚3/𝑎𝑏𝑜𝑛𝑛é /𝑚𝑜𝑖𝑠 : Mètre cube par abonné par mois 𝑚/𝑘𝑚 : Mètre par kilomètre
𝑚/𝑠 : Mètre par second 𝑙 : Litre
𝑙/𝑠 : Litre par second 𝑙/ℎ : Litre par heure
𝑚𝑔/𝑙 : Milligramme par litre ℎ𝑟 : Heure
ℎ/𝑗 : Heure par jour
ℎ𝑏𝑡/𝑘𝑚2 : Habitants par kilomètre carré
% : Pourcentage
° : Degré
°F : Degré Français
°C : Degré Celsius
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RESUME
Ce travail s’inscrit dans le cadre de l’analyse du fonctionnement du réseau d’eau potable de la ville de Porto-Novo en vue de sa bonne gestion.
Une analyse des données statistiques et cartographiques obtenues sur le réseau a été faite. Les courbes de modulation de charge de la bâche et de la consommation horaire ont été construites et ont montré que la valeur du coefficient de pointe horaire de consommation est 1,86 et celui de charge maximale sur la bâche est 1,1 pour une consommation moyenne des abonnés de 215,004 l/s. Les logiciels AutoCAD, EpaCAD et EPANET ont été utilisés pour créer le modèle du réseau et procéder à son calage, avant d’effectuer les simulations hydrauliques. Les résultats obtenus révèlent que le réseau d’eau potable de la ville de Porto-Novo est confronté à un problème de faible pression, généralement inférieure à la pression admissible 0,3 bar pendant les heures de forte consommation. L’analyse des résultats issus de la simulation a conduit à la formulation d’un certain nombre de recommandations à court, moyen et long termes afin d’améliorer la gestion du fonctionnement du réseau.
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ABSTRACT
This work is part of the analysis of the functioning of the drinking water network of the city of Porto-Novo with a view to its good management.
An analysis of the statistical and cartographic data obtained on the network was made. The load modulation curves of the tarpaulin and the hourly consumption were constructed and showed that the value of the hourly consumption peak coefficient is 1.86 and that of maximum load on the tarpaulin is 1.1 for an average consumption Of subscribers of 215,004l/s. AutoCAD, EpaCAD and EPANET were used to create the network model and calibrate it before performing the hydraulic simulations. The results show that the drinking water system in the city of Porto-Novo is confronted with a problem of low pressure, generally lower than the permissible pressure 0.3 bar during the hours of high consumption. Analysis of the results of the simulation led to the formulation of a number of short-, medium- and long-term recommendations to improve the management of the network's operation.
INTRODUCTION
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INTRODUCTION
La ville de Porto-Novo est la capitale politique du Benin. Elle dispose de l’un des réseaux d’eau potable les plus denses et les plus vieux. En effet, le premier système d'Alimentation en Eau Potable de Porto Novo a été réalisé pendant la période coloniale (1950-1960) et a fait l’objet de plusieurs extensions amenant le linéaire de son réseau de distribution à 574 km en 2015 [1].
La gestion et le suivi du fonctionnement du réseau à travers les points de captage, les stations de pompage, le stockage, les réservoirs, le château d’eau sont manuels. Compte tenu de l’explosion démographique, de l’extension des zones habitables ainsi que des problèmes inhérents à l’entretien du réseau, sa gestion et son suivi ont commencé par poser de sérieux problèmes conduisant ainsi à la diminution du rendement et de la qualité du service attendu.
De ce fait, il se pose la nécessité d’une gestion intégrée à travers le contrôle depuis le captage, le stockage, le traitement jusqu'à la fourniture de l’eau aux bénéficiaires en passant par le transport dans les canalisations basée sur les outils de simulation de l’écoulement à l’intérieur des conduites et au niveau des ouvrages annexes.
C’est ce qui justifie notre mémoire dont le thème est : «ANALYSE DU SYSTEME D’ALIMENTATION EN EAU POTABLE DE LA VILLE DE PORTO-NOVO : SIMULATION DU RESEAU»
La rédaction est structurée en quatre parties :
- la première partie est consacrée à la présentation de la ville de Porto-Novo ;
- la deuxième partie porte sur l’état des lieux et à l’analyse de la situation actuelle du système d’AEP de la ville de Porto-Novo ;
INTRODUCTION
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- la troisième traite de la modélisation hydraulique et de la simulation du réseau ;
- la quatrième partie présente les résultats issus de la simulation, les analyses et les recommandations.
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PREMIERE PARTIE : PRESENTATION DE LA
VILLE DE PORTO-NOVO
CHAPITRE 1 : CADRE PHYSIQUE ET ADMINISTRATIF
Rédigé par Mahudjro Claude ANATO Page 4
CHAPITRE 1
: CADRE PHYSIQUE ET ADMINISTRATIF Cadre physique
Situation géographique
Située au sud du Bénin à 30 km de Cotonou, la ville de Porto-Novo est localisée entre 6°30 de latitude nord et 3°30 de longitude Est. Elle est limitée :
- au nord par les communes d’Akpro-Missérété et d‘Avrankou - au Sud par la commune de Sèmè-kpodji ;
- à l’Est par la commune d’Adjarra ;
- à l’Ouest par la commune des Aguégués.
La ville de Porto-Novo couvre une superficie de 52 km² soit 0,05% du territoire nationale. Son altitude est d'environ 30 m.s.m. La ville est implantée sur la partie Nord de la lagune [2].
CHAPITRE 1 : CADRE PHYSIQUE ET ADMINISTRATIF
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Figure 1-1 : Situation géographique de la ville de Porto-Novo [3].
Climat
La Municipalité de Porto-Novo jouit d’un climat tropical humide appelé climat subéquatorial. Ce climat est caractérisé par une forte humidité (75% en moyenne par an) et des températures variant entre 21,9°C et 32,8°C. L’année se divise en quatre saisons dont deux saisons sèches (mi-Novembre à mi-Mars et mi-Juillet à mi-Septembre) et deux saisons de pluie (mi-Mars à mi-Juillet et mi-Septembre à mi- Novembre).
Sur le plan pluviométrique, une moyenne de 1200 mm est enregistrée à
CHAPITRE 1 : CADRE PHYSIQUE ET ADMINISTRATIF
Rédigé par Mahudjro Claude ANATO Page 6
Porto-Novo durant ces dernières années [2]
De Décembre à Janvier, souffle l’harmattan, un vent froid et sec qui crée une forte amplitude thermique pendant la journée.
Relief, géologie
La municipalité de Porto-Novo a un relief très peu accidenté, elle est bâtie sur un plateau de terre de barre argilo-sableux et présente de faibles pentes allant de 2 % à 8 % vers la lagune. Elle comporte deux dépressions marécageuses (Zounvi, Donoukin) et des dolines qui constituent des accidents majeurs du site. D’une altitude de moins de 60m, le relief présente par endroit des entailles ; ce sont de petites et moyennes dépressions aux pentes très peu marquées.
La Municipalité de Porto-Novo dispose de trois (03) types de sols : - les sols des plateaux : sols ferralitiques, de couleur rouge et à
texture sablo- argileux (terres de barre) ;
- les sols de bas de pente : sols de coloration brune claire, à texture sableuse et faciles à travailler, ils se situent en bordures des bas-fonds marécageux, soit dans des dépressions fermées ;
- les sols des bas-fonds : ce sont des sols hydro morphes
CHAPITRE 1 : CADRE PHYSIQUE ET ADMINISTRATIF
Rédigé par Mahudjro Claude ANATO Page 7
Figure 1-2 : Réseau hydrographique de la ville de Porto-Novo [4].
Cadre administratif
Historique de la ville de Porto-Novo
Selon la tradition orale, les origines de Porto-Novo remonte vers la fin du 17è siècle autour du mythe des trois chasseurs yoruba venus du Nigéria pour créer le 1er quartier : « Accron ». Les dissidents « adja » de la région Ouest-Allada ont suivi au 18è siècle les yoruba avec l’installation de Tê-Agbanlin créant ainsi le palais royal « Honmè ». A partir du 18è siècle, les explorateurs portugais, hollandais, anglais, et français avaient organisé ce commerce lucratif qui a conduit à la colonisation et à la traite
CHAPITRE 1 : CADRE PHYSIQUE ET ADMINISTRATIF
Rédigé par Mahudjro Claude ANATO Page 8
des esclaves noirs. Ainsi naquit la cité qui s’est progressivement organisée dans le temps pour devenir « Hogbonou » pour les adja, « Adjatchê » pour les yoruba mais aussi « Porto-Novo » pour les explorateurs et les Anglais en 1861. Le deuxième protectorat établi le 14 avril 1882 sous le règne du roi Toffa, marqua la présence de l’installation de l’administration coloniale française. La colonie du Dahomey fut créée et Porto- Novo en est la capitale par décret du 22 juin 1894.
Porto-Novo a gardé, malgré les aléas de l’histoire et l’ascension de la ville de Cotonou, son statut de « capitale du Bénin ». La ville a été cependant dépouillée de ses attributs de capitale vers les années 60 et 70 avec le transfert de la Présidence et des Ministères à Cotonou. Avec l’avènement du Renouveau Démocratique en 1990, le statut de capitale du Bénin a été confirmé à nouveau et la ville connaît un nouvel essor avec la mise en œuvre d’un programme spécial de réhabilitation dont le principal objectif est de lui redonner ses attributs de capitale du Bénin.
Cette densité historique et humaine a produit aussi des paysages urbains spécifiques marqués par des contrastes et des harmonies originales. Le paysage urbain se caractérise par plusieurs types d’architecture dont les plus significatifs sont : L’architecture traditionnelle, L’architecture coloniale, L’architecture de type afro-brésilien, l’architecture religieuse, l’architecture contemporaine
L’identité culturelle propre à la ville de Porto-Novo repose sur le triptyque des croyances ancestrales et le syncrétisme religieux que
CHAPITRE 1 : CADRE PHYSIQUE ET ADMINISTRATIF
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constituent la croyance en un Dieu suprême, créateur de l’univers et le culte des ancêtres connu sous l’appellation « Vodoun » en goun ou « Orisha » en yoruba. Les langues couramment parlées sont le Goun et le Yoruba et plus tard le français qui s’est imposé comme langue officielle de travail
L’administration de la ville de Porto-Novo
L’administration de la ville de Porto-Novo est réglementée par l’arrêté
L’administration de la ville de Porto-Novo est réglementée par l’arrêté