OPTIMISATION DE FILTRES EN CERAMIQUE PRODUITS LOCALEMENT POUR LE TRAITEMENT A DOMICILE DES EAUX DESTINEES A LA CONSOMMATION

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REPUBLIQUE DU BENIN

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MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

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UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI

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ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY CALAVI

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DEPARTEMENT DE GENIE CIVIL

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RAPPORT DE STAGE POUR L’OBTENTION DU DIPLOME DE LICENCE

Option : Science et Technique de l’Eau THEME

Réalisé et soutenu par : Sous la direction de : Estelle O. ELEGBA Pr. Martin Pépin AINA Maitre de Conférences des Universités CAMES

MEMBRES DE JURY

Président du jury : Pr. François de Paule CODO, Ing. Master of Sc., PhD ; Maître de Conférences des Universités du CAMES

Rapporteur du jury :Mme Eléna AHONONGA, Ing.. Enseignant à L’EPAC Membre du jury : Mr Paul LANMANDJEKPOGNI, Ing. Enseignant à l’EPAC

ANNEE ACADEMIQUE : 2014-2015 4^ème promotion

OPTIMISATION DE FILTRES EN CERAMIQUE PRODUITS LOCALEMENT POUR LE

TRAITEMENT A DOMICILE DES EAUX DESTINEES A LA CONSOMMATION

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Réalisé et soutenu par : Estelle O. ELEGBA Page i

DEDICACE

A

Dieu le Père Tout Puissant, Créateur du ciel et de la terre qui ne cesse jamais de nous témoigner son amour infini et qui nous comble à chaque fois de toutes ses

grâces. C’est donc à lui que nous devons tout sur cette terre.

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Réalisé et soutenu par : Estelle O. ELEGBA Page ii

REMERCIEMENTS

C’est avec une très grande sincérité que je tiens à remercier tous ceux qui, de près ou de loin, ont participé à ces recherches. Au terme de ce travail, mes remerciements vont à l’endroit de :

DIEU, notre créateur, qui m’inspire chaque jour de ma vie ;

Pr. Martin Pépin AINA, mon maître de mémoire, pour avoir accepté encadrer ce travail et le conduire jusqu’au bout. Merci pour la confiance que vous avez placée en nous.

Dr. HOUINOU, Enseignant-chercheur à l’Université d’Abomey-Calavi, Chef du Département de Génie Civil de l’EPAC.

Professeur François de Paule CODO, Chef d’option Sciences et Techniques de l’Eau du département de Génie Civil.

Tous les enseignants et personnels de l’Ecole Polytechnique d’Abomey- Calavi, en particulier ceux du département de Génie Civil. Merci pour l’éducation et la formation que vous m’avez données.

Mes remerciements vont également à l’endroit de ma famille qui m’a toujours couverte de tout leur soutien. Que le Seigneur vous comble de ses Grâces.

Je remercie tous ceux qui ont participé à ce travail, notamment :

ING. Onésime AKOWANOU, mon encadreur de proximité, qui a suivi ce travail. Merci pour vos précieux conseils.

Les ingénieurs Mohamed DAOUDA, Belfrid DJIHOUESSI, pour les multiples efforts fournis pour la réussite de ce travail, infiniment merci.

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Réalisé et soutenu par : Estelle O. ELEGBA Page iii

Mesdames Flora ADJAHATODE, Nadia AZON et Justine DEGUENON ; merci pour toutes les marques de sympathie et pour vos conseils.

Toute l’équipe du Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau (LSTE) du Département de Génie Civil de l’EPAC, merci pour votre assistance et votre soutien.

Toute l’équipe du Laboratoire des Sciences de la FAST, merci pour votre disponibilité.

 Tous mes camarades de la 4^ème promotion pour les moments inoubliables passés ensemble, particulièrement mes camardes de stages. A tous les stagiaires du LSTE, pour l’ambiance de convivialité qui a régné tout au long de notre stage. Encore merci à chacun de vous.

Le long de ma formation, des personnes spéciales ont œuvré dans l’ombre pour ma réussite. C’est le moment pour moi de dévoiler leur identité :

A mon père Cyrille ELEGBA pour son soutien : « Merci Papa ! Que Dieu vous permette de bénéficier de votre investissement ! Amen ! »

 A ma mère Sébastiènne FAHALA ELEGBA pour son amour et ses peines consenties jours et nuits : « Merci Maman ! Que Dieu vous accorde la santé afin que vous puissiez jouir du fruit de vos efforts ! Amen ! ».

 A vous mes frères et sœurs Vicencia, Elisée, Yanelle , Audrey pour votre soutien et compréhension dans les moments difficiles.

 A ma fille et son père Mahuna HOUNSOUNON, Leandre HOUNSOUNON pour votre soutien et compréhension dans les moments difficiles.

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Merci à chacun de vous, pour le soutien moral, financier, technologique et pédagogique que vous m’avez apporté ; c’est d’une valeur inestimable à mes yeux.

A vous tous encore Merci !

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RESUME

L’accès à l’eau potable est faible au Bénin, ce qui amène certain ménages à utiliser l’eau de puits pour la consommation . Cette situation est beaucoup plus alarmante pour la population riveraine. C’est donc dans cette optique que l’utilisation des filtres en céramique a été initiée. Au niveau du laboratoire des sciences et technique de l’eau, Ce procédé de traitement est actuellement expérimenté. A titre de stage pratique de fin de formation il s’agissait pour nous d’optimiser les filtres en céramique et après pour l’efficacité de notre disque.

Les paramètres évalués sont : le débit d’écoulement après filtration, pH, conductivité, la turbidité la dureté total et le fer. Ces paramètres ont été choisis afin de voir s’il y a un relargage de minéraux dans l’eau traitée. L’échantillon d’eau utilisée est l’eau distillée. Les résultats pour le premier travail ont montré que le protocole de fabrication du disque est bon, en ce qui concerne l’efficacité du filtre,. Nous avons choisis après la conductivité la plus élevée pour la dureté totale et le fer. Nous obtenons une dureté de 4°F et la présence du fer à 0,07mg/l qui prouve un relargage de minéraux et implique la nécessité d’un pré-nettoyage des filtres avant leur utilisation.

Mots clés : filtre en céramiques, conductivité, efficacité du filtre

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ABSTRACT

Access to safe water is low in Benin, causing some households to use well water for drinking. This situation is much more alarming for the neighboring population. It is in this context that the use of ceramic filters was initiated,. In the laboratory of science and technology of water, this method of treatment is being tested. As a practical training period of training it was for us to optimize locally produced ceramic filters and after assessing the physical and chemical parameters. The parameters evaluated for the efficacy of our disc are: the flow rate after filtration, pH, conductivity, turbidity, total hardness and iron. The water sample used was distilled water. The results for the first work showed that the disc manufacturing protocol was good, as regards the efficiency of the filter, the filtration rate was 0.01 ml / the 0,006ml / l. We selected after the highest conductivity total hardness and iron. We obtained a hardness of 4 ° F, which proves that the water was soft and the presence of iron, 0.07 mg / l. Furthermore the shape of the curve of each experiment was performed.

Key Words: Ceramic filter, conductivity, filter efficiency

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Table des matières

DEDICACE ... Erreur ! Signet non défini.

REMERCIEMENTS ... ii

RESUME ... v

ABSTRACT ... v

Table des matières ... vii

LISTE DES FIGURES ... ix

LISTE DES TABLEAUX ... x

ABREVIATIONS ET SYMBOLES ... xi

INTRODUCTION ... 1

OBJECTIF : ... 3

CHAPITRE 1 : PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL ET SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE ... 4

1.1-Présentation de la structure d’accueil ... 4

1-2 Localisation de LSTE ... 5

1.3 Organigramme de la structure ... 5

1.3.1- La notion de l’eau ... 7

1.3.1.1 Les paramètres organoleptiques ... 7

1.3.1.2 Les paramètres physico-chimiques ... 7

1.3.1.3 Les paramètres microbiologiques ... 8

1.3.2 La gestion de l’accès à l’eau potable au Bénin ... 8

1.3.3 Les techniques de traitement de l’eau à domicile ... 10

1 3.4 Les techniques de sédimentation ... 12

1.3.5 1 La méthode des trois (3) récipients ... 12

1.3.6 Les techniques de désinfection ... 13

1.3.7 Les techniques de filtration ... 15

CHAPITRE 2 : DEROULEMENT DU STAGE ... 19

2.1 Matériel ... 20

2.2 Méthode ... 20

2.2.1 Fabrication des disques en céramique ... 20

2.3 Mesure expérimentales ... 22

2.3.1 Dispositifs expérimentaux ... 22

2.4 Les paramètres d’étude ... 23

2.4.1 Le débit de filtration du disque : ... 23

2.4.2 Le potentiel d’hydrogène(PH) : ... 23

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2.4.3 La conductivité ... 23

2.4.4 Turbidité ... 23

2.4.5 Les métaux : le fer ... 24

CHAPITRE 3 : RESULTATS ET DISCUSIONS ... Erreur ! Signet non défini. 3.1 Résultat et discussion ... 25

3.1.1 Aspect physique du disque ... 26

3.1.2 Evaluation des débits ... 26

3.1.3 Caractéristiques des paramètres physico-chimiques ... 27

3.1.4 : la dureté totale ... 29

3.1.5 Evaluation sur les métaux : le fer ... 29

CONCLUSION ... 30

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ... 31

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Réalisé et soutenu par : Estelle O. ELEGBA Page ix

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Situation Géographique du Centre Universitaire d’Abomey- Calavi (Dovi ,2011) ... Erreur ! Signet non défini.

Figure 2 : Situation géographique du Laboratoire des sciences et technique de l’eau (Lste, 2013) ... Erreur ! Signet non défini.

Figure 3 : Etapes du traitement de l'eau à domicile ... 11

Figure 4 : La méthode des trois récipients ... 12

Figure 5 : Le fruit, la graine et la feuille du Moringa Olifera ... 13

Figure 6 : Traitement de l'eau par désinfection solaire ... 14

Figure 7 : Traitement de l'eau par filtration sur tissu ... 16

Figure 8 : Filtre en céramique ... 18

Figure 9 : Moule circulaire pour la fabrication des disques en céramique ... 21

Figure 10 : Aspect physique des disques en céramique après filtration ... 21

Figure 11 : (a) Immersion des disques formés ; (b) Pesé du disque après immersion ... Figure 12 : Dispositif expérimental ... 22

Figure 13 : Courbe d’évolution du débit ... 26

Figure 14 : Courbe d’évolution du pH ... 27

Figure 15 : La conductivité de l’eau filtrée ... 28

Figure 16 : La turbidité de l’eau filtrée ... 29

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Evolution de la couverture en eau (2002-2015) ... 10 Tableau 2 : Tableau des valeurs de dureté ...

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ABREVIATIONS ET SYMBOLES

AEP : Approvisionnement en Eau Potable AEV: Adduction d’Eau Villageoise

BPO : Budget Programme par Objectifs

CAWST: Centre for Affordable Water and Sanitation Technology DG Eau : Direction Générale des Eaux du Bénin

DNSP : Direction Nationale de la Santé Publique EPAC : Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi EPE : Equivalents Points d’Eau

FPMF : Forage doté de Pompes à Motricité Humaine FPMH : Forages dotés de Pompes à Motricité Humaine LSTE : Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau

MDAEP : Ministère du Développement de l’Analyse Économique et de la Prospective

MES : Matières En Suspension

OMD : Objectifs du Millénaire pour le Développement OMS : Organisation Mondiale de la Santé

ONG : Organisations Non Gouvernementales ONU : Organisation des Nations Unies

PH : Potentiel d’hydrogène PNE : Partenariat National-Eau

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pS-Eau : Programme Solidarité-Eau PSI : Population Services International

SONEB: Société Nationale des Eaux du Bénin

UAC : Université d’Abomey-Calavi

USAID : United States Agency of International Development

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INTRODUCTION

L’eau est au cœur du développement durable. Les ressources en eau, ainsi que la gamme de services qu’elles peuvent rendre, contribuent à la réduction de la pauvreté, à la croissance économique et à la sauvegarde de l’environnement. De la nourriture et la sécurité énergétique à la santé humaine et environnementale, l’eau contribue à l’amélioration du bien-être social et à une croissance équitable, affectant les moyens de subsistance de milliards d’individus. (ONU 2015).

Plus de 1,1 milliard de personnes dans le monde manquent d'accès à l’eau provenant de bonnes sources, et beaucoup plus non pas accès à l'eau potable (OMS 2004, OMS 2006).

Au Bénin, la couverture du réseau d’adduction d’eau publique est faible, ce qui amène certains ménages à utiliser les eaux de puits pour la consommation (Agassounon et al, 2007). Cette situation est beaucoup plus alarmante pour les populations riveraines. Selon l’OMS (2003), pour une accessibilité raisonnable en ressource d’eau, il faut l'existence d'un point d'eau potable permanent à une distance inférieure à 200 mètres de la concession, ce qui n’est pas toujours le cas dans les zones périurbaines d’Afrique. Les puits constituent alors la principale source d’approvisionnement en eau pour ces populations. En effet, au Bénin ces sources sont envahies en saisons pluvieuses par les eaux de ruissellement et engorgées de débris, ce qui conduit à une hygiène et à un assainissement précaires (Makoutodé et al., 1999). Cette lacune est un problème de santé publique grave et pris en compte par les Objectifs du Millénaire pour le Développement (OMD), qui visent à réduire de moitié, d'ici 2015, la proportion de personnes n’ayant pas accès à l'eau potable en 2000 (Nations Unies, 2000).

Ainsi, et en réponse aux problèmes persistants des maladies d'origine hydrique à travers le monde, de nouvelles stratégies pour la fourniture de l'eau potable

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sont de plus en plus courantes, y compris le traitement de l'eau potable au niveau des ménages pour réduire l'ingestion des microbes pathogènes. Celles-ci comprennent une gamme d'options qui peuvent permettre aux individus et aux communautés de réduire les agents pathogènes microbiens ou chimiques contaminants l'eau recueillie au point d'utilisation, généralement au niveau des ménages. Ainsi, plusieurs techniques de traitement de l'eau ont été expérimentées et certaines soutenues par de vastes études ont effectivement conduit à une réduction effective des agents pathogènes et des maladies diarrhéiques chez les utilisateurs. Une de ces techniques la plus prometteuse, est la filtration en céramique. Des études récentes de dispositifs de filtration en céramique produits et commercialisés ont prouvé qu'ils constituent une barrière efficace contre les agents pathogènes microbiens et ont aussi un impact positif sur la santé des utilisateurs comparativement aux non –utilisateurs (Clasen & al, 2004a;. Clasen 2004b; Clasen et al 2005;. Clasen & al. 2006b).

C’est dans cette optique que s’inscrit alors notre travail de recherche intitulé : Optimisation de filtres en céramiques produits localement pour le traitement à domicile des eaux destinées à la consommation. Il s’agit pour nous alors de mener les travaux en deux points à savoir la fabrication des filtres et ensuite évaluer les paramètres physico-chimiques.

Pour ce faire, nous présentons dans ce mémoire une synthèse bibliographique regroupant les connaissances sur la qualité de l’eau, les différentes techniques simples de traitement de l’eau à domicile connues Ensuite, il s’agit pour nous d’identifier les matériels utilisés et la méthodologie de travail suivie pour effectuer notre rapport. Enfin, nous présentons les résultats obtenus, leurs interprétations et les discussions qui en découlent.

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CHAPITRE 1 : PRESENTATION DE LA STRUCTURE

D’ACCUEIL ET SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE

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CHAPITRE 1 : PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL ET SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE

1.1-Présentation de la structure d’accueil

Le Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau (LSTE) est un laboratoire de recherche scientifique mis en place dans le cadre du projet NUFFIC/NPT 151. Il a été créé le 26 Juillet 2010 et est dirigé actuellement par le Professeur Martin Pépin AÏNA, Maître Conférences des Universités CAMES. Il est installé à l'Université d’Abomey-Calavi et est affilié à l’Institut National de l’Eau. Le LSTE regroupe des enseignants-chercheurs, des doctorants et des ingénieurs intervenant dans les domaines ci-après :

 chimie analytique et réactionnelle ;

 microbiologie ;

 génie des procédés ;

 collecte et évacuation des eaux usées ;

 assainissement pluvial ;

 gestion et planification des ressources en eau.

Le tableau 1 ce dessous présente l’identité du LSTE.

Tableau 1: Identité du laboratoire

Raison sociale Laboratoire des Sciences et

Techniques de l’Eau

Sigle LSTE

Adresse 01 BP 2009 COTONOU

Email epac.lste@yahoo.fr

Téléphone 96-61-39-36

Date de création 26/07/2010

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1-2 Localisation de LSTE

Le laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau est situé dans l’enceinte de l’Université d’Abomey-Calavi (UAC). La salle principale occupée par le LSTE est en mitoyen à celle mutualisée d’informatique du Master CUD-UAC du département de Production et Santé Animale (PSA) de l’EPAC La figure 1 FIGURE1 : Localisation du laboratoire LSTE

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1.3 Organigramme de la structure

Le Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau dispose d’un personnel qualifié, toujours apte à transmettre ses savoirs et savoir-faire. L’organigramme du LSTE se présente comme indiqué à la figure 2 :

Figure 2 : Organigramme de LSTE

Directeur adjoint

Responsable du Matériel

Responsable Organisation Générale Responsabl

e Financier Responsable du

Développement et de la Mobilisation des Ressources

Directeur

Responsable Adjoint de recherche axe 2 Responsable

Adjoint de recherche axe 1

Responsable adjoint du Développement et de la Mobilisation des Ressources

Responsable Adjoint Organisation

Générale Techniciens

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SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE 1.3.1- La notion de l’eau

L’eau est source de vie. Elle sert à subvenir aux besoins des hommes et pour leurs activités. Elle peut être définie, en se référant à l’OMS comme une eau ne renfermant en quantités dangereuses, ni substances chimiques, ni germes nocifs pour la santé. En outre, elle doit être « aussi agréable à boire que les circonstances le permettent » (Bontoux, 1993). Ainsi, toute eau destinée à la consommation humaine doit répondre à des normes de qualité, prenant en compte les caractéristiques organoleptiques, physico-chimiques et microbiologiques (Agassounon et al., 2007).

1.2.1.1 Les paramètres organoleptiques

Ces paramètres concernent la couleur, la transparence, la saveur et l'odeur de l'eau. Considérés longtemps comme subjectifs, ces paramètres sont jugés aujourd'hui essentiels car c'est au travers que le consommateur se forge une idée sur la qualité de l'eau délivrée.

1.2.1.2 Les paramètres physico-chimiques

L’analyse des caractéristiques physico-chimiques (température, pH, conductivité, turbidité, matières en suspension) est nécessaire pour apprecier qualité de l’eau et distinguer la présence de contaminants dans l’eau. Le pH (potentiel hydrogène) mesure la concentration en ion hydrogène et sa valeur doit se trouver entre 6,5 et 8,5 conformément aux normes de qualité en vigueur au Bénin. La température est un paramètre de confort pour les usagers. Elle n’a pas d’impact significatif sur le traitement de l’eau et est recommandé à 25°C ou moins. La conductivité mesure la capacité de l’eau à conduire le courant entre deux électrodes. Elle permet d’apprécier la quantité de sels dissous dans l’eau et sa valeur guide est de 400μS/cm à 20°C. La turbidité représente la transparence d’une eau et nécessite une concentration inférieure ou égale à 5FNU la norme

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OMS. Les matières en suspension sont des particules en suspension sous forme colloïdale dont la présence dans l’eau augmente sa turbidité. La teneur limite, en termes d’exigence de qualité pour l’eau brute destinée à la consommation humaine, est de 25 mg/l (Bontoux, 1993).

1.2.1.3 Les paramètres microbiologiques

L’analyse microbiologique d’une eau de boisson est importante pour détecter la présence des germes responsables des maladies transmises par voie hydrique.

En occurrence, la recherche et le dénombrement des coliformes fécaux sont les plus communs car ces germes sont des indicateurs de contamination fécale (Bontoux, 1993). Ainsi pour assurer la potabilité de l’eau les coliformes fécaux dont E. coli ne doivent pas être détectés dans un échantillon de 100 ml.

1.2.2 La gestion de l’accès à l’eau potable au Bénin

1.2.2.1 L’approvisionnement en eau potable au Bénin

Au plan international, la République du Bénin a pris des engagements pour l’atteinte des OMD. Par conséquent, l’amélioration de l’accès à l’eau potable et aux services d’assainissement adéquats a été régulièrement définie comme l’une des grandes priorités de la Stratégie de Croissance pour la Réduction de la Pauvreté (SCRP 2007-2009).

Le Gouvernement en souscrivant aux Objectifs du Millénaire pour le Développement (OMD), s’est engagé à assurer pour le Bénin une augmentation du taux d’accès à l’eau saine jusqu’à 67,3% en 2015. En 2002, le taux de desserte dans les zones rurales du pays était de 35%, pourcentage relativement bas en comparaison avec d’autres pays de l’Afrique de l’Ouest (PNE-BENIN, 2009).

Pour faire face à ce défi, le secteur de l’Approvisionnement en Eau Potable (AEP) est en pleine évolution au triple plan : institutionnel, législatif et

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technique. En effet l’atteinte des objectifs fixés suppose la réalisation d’environ 16.000 nouveaux« équivalents points d’eau » (EPE) pour fournir de l’eau potable à 4,5 millions de personnes. Et pour l’atteindre, le gouvernement a mis en place quelques stratégies d’approvisionnement en milieu urbain et semi- urbain énoncées dans le titre suivant

1.2.2.2 L’accès des populations à l’eau potable en milieu rural et semi urbain

L’approvisionnement en eau dans les zones rurales du Bénin a toujours été un sujet important, d’autant plus que pendant la saison sèche, l’eau (potable) devient rare dans les régions du nord (IOB & BMZ, 2011). Pour résoudre ce problème, l’installation de forages dotés de pompes à motricité humaine (FPMH) a été promue par le gouvernement dès les années 1980 (IOB & BMZ, 2011). Toutefois, les pompes manuelles nécessitent une maintenance régulière et doivent faire l’objet de réparations (Silliman, Boukari, Crane, Azonsi, & Neal, 2007). Les Adductions d’Eau Villageoises (AEV) ont été établies dans les zones rurales relativement plus peuplées (au moins 2 000 habitants) depuis les années 1990 (IOB & BMZ, 2011).

1.2.23 L’accès des populations à l’eau potable en milieu urbain

En milieu urbain, beaucoup d’efforts ont été réalisés par le gouvernement. Ainsi, La SONEB alimente actuellement 69 Chefs-lieux de Communes et comptait 123.000 abonnés en Juin 2005 (ALE & DEGBEVI, 2007), un effectif qui est passé à compte 165 000 abonnés à fin décembre 2010 (MDAEP, 2013). La demande en eau est concentrée à 80% dans les grandes villes (Cotonou, Porto- Novo, Parakou et Abomey/Bohicon). Le reste provient des villes secondaires et des petites localités urbaines. Le taux de desserte en eau potable des populations est estimé à environ 50% en 2005, soit 1,48 million d’habitants alimentés (ALE

& DEGBEVI, 2007). Une partie de la population des villes s’approvisionne également par le biais de la revente de l’eau par des abonnés. Selon les

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estimations de la SONEB, environ 60 % de la population périurbaine n’a pas encore accès à l’eau potable (MDAEP, 2013). Toutefois, il est à noter que le taux de desserte en eau potable estimé à 56,8% en 2009 est passé à 63,4% en 2012 (DNSP, 2013).

Tableau 2 : Evolution de la couverture en eau (2002-2015)

2002 2007 2015

Pop (mil)

Pop (Couv

mil)

Taux (%)

Pop (mil)

Pop (Couv

mil)

Taux (%)

Pop (mil)

Pop (Couv

mil)

Taux (%)

EAU

RURAL ET SEMI URBAIN

4, 2 1,47 35 4,92 2,28 46,35 6,65 4,47 67,3

URBAIN 2,63 1,24 47,15 3,09 1,6 51,78 4,07 3,05 75 TOTAL 6,83 2,71 39,7 8,01 3,88 48,4 10,72 7,52 70,1

Source : DG Eau (Rapport d’exécution du BPO 2007)

Ce faible taux de couverture contraint alors la population à s’approvisionner à n’importe quelle source. Or, lorsque les eaux de consommation ne répondent pas à la norme de qualité, elles peuvent provoquer des infections hydriques (Pajment et Hartmann, 1989 ; OMS, 2000). Ce qui amène à penser alors à d’autres moyens de traitement des eaux à domicile.

1.2.3 Les techniques de traitement d’eau de source

Défini comme étant toute activité mise en œuvre ou toute méthode utilisée à domicile dans l’objectif de rendre l’eau potable pour la consommation des personnes, le traitement de l’eau à domicile est une méthode utilisée et vulgarisée par les Organisations Non Gouvernementales (ONG) et les organismes humanitaires tels que la croix rouge, le croissant rouge, United

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States Agency of International Development (USAID), le programme Solidarité- Eau (pS-Eau), Population Services International (PSI) etc… Les techniques simples appartenant à ce mode de traitement désigneront celles qui sont faciles à mettre en pratique et accessibles à toutes les couches sociales. Ces techniques sont pour la plupart traditionnelles et connues depuis plusieurs années.

Selon l’organisme Centre for affordable Water and Sanitation Technology (CAWST), pour obtenir une meilleure potabilisation de l’eau de boisson, le processus de traitement de l’eau à domicile comprend trois étapes complémentaires que sont la sédimentation qui permet de supprimer les grosses particules (sable, gravier et les saletés), puis la filtration qui permet d’éliminer les particules fines et quelques pathogènes, et enfin la désinfection qui élimine tous les germes pathogènes. La figure 1 ci-après illustre cette démarche

Figure 3 : Etapes du traitement de l'eau à domicile Source : CAWST

Les avantages et les inconvénients de quelques techniques simples de traitement de l’eau à domicile et de conservation durable sont présentés ci-après.

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1.2.4 Les techniques de sédimentation

La décantation ou sédimentation est un processus pendant lequel tout élément solide contenu dans l’eau se dépose naturellement ou par ajout de coagulant, au fil du temps, au fond d’un récipient (réceptacle) selon sa granulométrie. Les éléments les plus grossiers décanteront plus vite que les plus fins. Une fois déposées, les particules formées et les micro-organismes qui s’y sont fixés peuvent être retirés facilement.

1.2.4.1 La méthode des trois (3) récipients

Elle permet d’enlever les principales impuretés solides qui se trouvent dans l’eau. Pour plus d’efficacité, cette méthode peut être utilisée en complément d’une filtration. Sa mise en œuvre est simple et ne nécessite pratiquement aucun coût, aussi elle réduit de façon considérable les impuretés et les germes pathogènes. Toutefois la désinfection n’est pas totale et le temps d’exécution est long.

Figure 4 : La méthode des trois récipients

Source : Manuel de terrain pour le personnel et les volontaires Croix- Rouge/Croissant-Rouge (2008)

1.2.4.2 La purification traditionnelle

Il s’agit d’utiliser les graines d’un arbre tropical, le Moringa oleifera (Figure 3) dans le processus de traitement de l’eau. L’utilisation de ces graines préalablement réduites en poudre permet de réduire considérablement la teneur en microorganismes de l’eau traitée. Dans certains pays du tiers monde

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notamment en Afrique, on utilise les morceaux d’écorces de Boscia senegalasis qui contient un polymère pouvant agir comme un floculant (Baumann, 1984).

Figure 5 : Le fruit, la graine et la feuille du Moringa Olifera Source : http://www.wikiwater.fr/

1.2.5 Les techniques de désinfection

La désinfection est l’opération au résultat momentané permettant d’éliminer ou de tuer les micro-organismes et ou virus indésirables présents dans l’eau en utilisant des substances chimiques ou physiques.

1.2.5.1 L’ébullition

Le fait de bouillir de l’eau est une activité traditionnelle connue de tous depuis les temps anciens, pour tuer tous les microbes nuisibles à la santé et au bien-être des hommes. Elle consiste à mettre simplement au feu un récipient rempli d’eau à traiter. Les résultats sont satisfaisants car la plupart des germes pathogènes meurent à 70°C (Désille, 2012). L’eau ainsi traitée peut avoir un goût fade. Pour remédier à cela l’on peut ajouter du sel ou oxygéner l’eau en la secouant dans une bouteille (Croissant rouge/Croix rouge, 2008). L’inconvénient ici, c’est la nécessité d’utilisation de combustibles tels que le bois, le charbon ou le gaz qui peut s’avérer néfaste pour la protection de l’environnement et peut coûter cher dans le cas où la quantité d’eau à traiter est élevée.

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1.2.5.2 La désinfection solaire

La désinfection solaire est l’utilisation de l’énergie solaire pour éliminer les agents pathogènes de l’eau à boire. La méthode la plus connue est SODIS (Solar Water Disinfection). Elle consiste à exposer au soleil des bouteilles (PET ou en verre transparent) remplies d’eau à traiter pendant au moins 5 heures (Figure 4).

Il est préférable que cette eau soit claire (Samaro, 2011) pour optimiser la désinfection. En effet, cette potabilisation de l’eau est assurée par le traitement par radiation et le traitement thermique. Ce duo d’ultraviolet et de chaleur (hausse de la température) a la capacité de détruire la majeure partie des impuretés et pathogènes. Il est par ailleurs conseillé de peindre les bouteilles en plastique en noir sur la moitié de leur surface ou de les placer sur un toit. Ce traitement est lent et a un effet non durable.

Figure 6 : Traitement de l'eau par désinfection solaire

1.2.5.6 La désinfection chimique

La désinfection chimique consiste à utiliser des produits chimiques pour débarrasser l’eau de boisson de toute impureté et des germes pathogènes.

Plusieurs composés chimiques sont utilisés. On compte parmi eux l’iode, le permanganate de potassium et le chlore (OMS, 2012). C’est ce dernier qui est le

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plus répandu dans les situations d’urgence et on le retrouve sous forme d’eau de javel, de chlorure de chaux ou tablettes de chlore utilisées dans les situations d’urgence. Selon l’OMS, l’eau de boisson doit contenir entre 0,5 mg et 1 mg/l de chlore résiduel libre. Avec une bonne conservation, le caractère rémanent de ce chlore pourra éliminer tout risque de ré contamination de l’eau. Il est nécessaire que l’eau soit prétraitée, car la présence de MES matière en suspension inhibe l’action du chlore. Aussi, le chlore au contact de la matière organique produit des nitrates qui sont cancérigènes pour l’homme lors de la consommation.

1.2.6 Les techniques de filtration

La filtration est un procédé de séparation physique qui utilise le passage d’un mélange solide – liquide à travers un matériau poreux appelé filtre. La filtration est un traitement « d’affinage » qui doit permettre dans certains cas une excellente élimination : des bactéries, de la turbidité, de la couleur, des goûts et odeurs.

1.2.6.1 Filtration sur tissu

On peut facilement filtrer de l’eau avec du tissu. Cela permet d’éliminer les principales impuretés solides de l’eau ainsi que les larves d’insectes susceptibles de s’y trouver. Le tissu utilisé, de préférence du coton, doit être suffisamment épais pour bien retenir les impuretés. (Croissant rouge/Croix rouge, 2008). S’il est trop épais, la filtration durera plus longtemps. Il doit être lavé avant chaque utilisation.

(29)

Figure 7 : Traitement de l'eau par filtration sur tissu

1.2.6.2 Filtration sur sable

Par définition, cette technique est une méthode d’épuration qui consiste à faire passer l’eau à traiter à travers un lit de sable qui est en mesure de retenir un grand nombre de particules solides et de microorganisme. En effet, elle peut être considérée comme une technique de prétraitement rapide et simple qui rendrait la désinfection de l’eau plus efficace (Croissant rouge/Croix rouge, 2008).

Cependant, elle peut être aussi une solution efficace selon la description que fait Baumann (1984), d’un filtre sur sable à filtration lente qui obtient une élimination à 99-99,9% des bactéries pathogènes et des E. coli, 100% des kystes, œufs de parasites et larves de schistosomes, 98% des virus et des matières organiques. Par ailleurs, tous se rejoignent, en disant que cette méthode nécessite des couches de sables de différentes granulométries, de graviers et ou de pierres. Aussi, la technique de filtration par sable développe un biofilm qui retient les microorganismes et entraine souvent leur inactivation et leur

(30)

dégradation biologique (OMS, 2012). Néanmoins, un nettoyage régulier du filtre est nécessaire pour conserver les capacités de traitement satisfaisant et en assurer une longue durée d’utilisation.

1.2.6.3 Filtration sur céramique

La céramique est utilisée depuis des centaines d’années pour la filtration de l’eau (CAWST, 2009). Au fil du temps, la technique a pu être améliorée afin d’obtenir de meilleurs résultats. Elle consiste à utiliser une céramique poreuse pour éliminer les microbes et autres contaminants de l’eau de boisson (Brown et Sobsey, 2007).

Le filtre en céramique (figures 5 et 6) est généralement produit localement avec des matériaux locaux. En effet, plusieurs pays dans le monde tels que le Cambodge, le Nicaragua, l’Inde, le Népal, le Nigéria, le Bénin, le Ghana et bien d’autres l’ont déjà adopté (Centers for Disease Control and Prevention, 2011). Il est obtenu en mélangeant une certaine quantité d’argile et de matière organique combustible (sciure, balles de riz, enveloppe de café, jute de coco etc…). Le mélange obtenu est posé dans un moule puis pressé; il est passé enfin au four pour la cuisson et cela entrainera la combustion de la matière organique qui laissera des micropores diffusés dans toute la céramique (Roberts 2004;

CAWST 2009). Les pores d’un filtre ont généralement un diamètre qui varie entre 0.6 et 3.0 microns (Hagen et al, 2009). La plupart des producteurs imprègnent leurs filtres d’une solution d’argent colloïdale, nécessaire pour atteindre une désinfection complète de l’eau (Roberts, 2004). Cela est confirmé par Hagen et al dans leur rapport de 2009, qui stipule que l’argent est connu pour agir en tant que biocide, capable d’inactiver les bactéries et les virus.

Sur le plan microbiologique, la filtration sur céramique est très efficace contre les bactéries, les protozoaires, les helminthes, la turbidité et aussi pour le goût, la couleur et l’odeur. Par contre elle l’est moins sur les virus (Brown et Sobsey

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2006). Aussi, l’efficacité des filtres serait directement liée à la taille des pores du filtre, du débit d’eau qui le traverse et des propriétés physiques de l’eau à traiter.

Figure 8 : Filtre en céramique

Source : Brown et Sobsey, 2007(Cambodge

(32)

CHAPITRES 2 : DEROULEMENT DU STAGE

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DEROULEMENT DU STAGE 2.1 Matériel

Pour la réalisation des filtres, les matériels utilisés sont :

 L’argile : c’est le matériau de base du filtre en céramique, et il provenait de la commune de Houéyogbé, précisément de l’arrondissement de Sè situé à plus de 80 Km de Cotonou. Dans notre étude, l’argile utilisée est de couleur noire

 Les coques de riz : elles sont utilisées ici comme combustible et proviennent des riziculteurs de Zinvié.

 L’eau pour malaxer l’argile

 L’huile d’arachide pour graisser des moules

 Une balance pour peser des matériaux

 Des sachets pour conserver les pâtes

2.2 Méthode

2.2.1 Fabrication des disques en céramique

Pour mener à bien notre travail, nous avons fabriqué des filtres sous forme de disque. Cette fabrication s’est faite suivant plusieurs étapes.

D’abord, l’argile recueillie a été tamisée avec un tamis AFNOR 0,63mm.

Ensuite, les coques de riz à leur tour ont été lavées, sachées, écrasées puis tamisées avec une granulométrie de 0,63 mm. Pour la réalisation des disques de filtrage nous avons effectué un mélange suivant des proportions bien définies d’argile, de coque de riz et d’eau de robinet. Dans notre étude, le poids des coques de riz représente est de 40% du poids de l’argile. L'argile et les coques de riz ainsi pesées dans des proportions diverses, sont bien mélangées manuellement suite à l’ajout de l’eau nécessaire au malaxage. Afin de s'assurer que les coques ont été mélangées correctement, le processus de mélange a été

(34)

effectué pendant une période, et au moins pendant 10 à 15 minutes. Le tout est conservé alors dans des sachets pendants six (06) jours. Le produit ainsi obtenu est moulé et pressé grâce à la moule de la figure suivante.

Figure 9 : Moule circulaire pour la fabrication des disques en céramique Cette étape à la moule nous a permis alors de donner la forme de disque à nos filtres. Les disques ainsi obtenus sont passés à la cuisson puis subis un retrait d’eau qui varie selon la granulométrie et la proportion des combustibles. Pour éviter les cassures lors de la cuisson, les disques ont été préalablement séchés à l’air libre pendant une à deux semaines afin de les rendre secs. Le diamètre des disques obtenus est de 65 ± 5cm avec une épaisseur moyenne de 15mm.

Figure 10 : Aspect physique des disques en céramique après filtration

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2.2.2 : Fabrication du dispositif de filtration

Pour les filtres à base d’argile, l’idéal est d’effectuer la filtration dans un plastique transparent afin de faciliter l’évaluation de certains paramètres physiques tel que le débit d'écoulement. Mais sur le marché au BENIN les industries du plastique ne fabriquent pas encore des tuyaux en plastique long cylindrique transparente qui pourraient contenir les disques qui ont été faits. Par conséquent, un tube cylindrique de polyvinyle de chlorure (PVC) d'un diamètre intérieur 63 cm a été acheté dans un magasin de matériel de la place. Le tube a été coupé en des parties égales d’une longueur L= 40cm (figure10), afin de pouvoir lancer plusieurs essais à la fois.

2.3 Mesure expérimentales 2.3.1 Dispositifs expérimentaux

La figure ci-dessous montre le dispositif expérimental, le disque monté dans les tuyaux PVC cylindrique de diamètre 63 cm ont été disposés sur des potences pour permettre de lancer de la filtration. Le dispositif est composé d’une potence qui garde l’ensemble disque-filtre, d’un bécher gradué qui recueille l’eau filtrée et du disque filtre monté dans un tuyau contenant l’eau filtrer.

Figure 11 : Dispositif expérimental

(36)

2.4 Les paramètres d’étude

2.4.1 Le débit de filtration du disque :

Le débit d'écoulement d'un filtre est la quantité d'eau qui passe à travers un filtre plein saturé dans la première heure. Il a été testé sur les filtres avec de l’eau distillée sur un intervalle de période de 2h. Une quantité de 800ml d’eau a été versé dans le dispositif et le temps de filtration a été chronométré. Il a été déterminé en faisant le rapport du volume d’eau prélevé à la sortir du filtre sur le temps

2.4.2 Le potentiel d’hydrogène(PH) :

Le PH renseigne sur le caractère acide ou basique des eaux et influence de nombreuses réactions physico-chimiques. Il a été mesuré par le PH-mètre PH 3110 set3.

2.4.3 La conductivité

C’est la capacité de l’eau à conduire le courant électrique puisque la plupart de matières dissoutes dans l’eau sont sous forme d’ions. La détermination de la conductivité permet d’apprécier la quantité de sels dissous dans l’eau. Elle varie en fonction de la température : elle plus importante lorsque la température augmente cela s’explique par le fait que, la mobilité des ions augmente à cause de la diminution de la viscosité.

Elle a été mesurée à l’aide d’un conductimètre pH/EC/TDS waterproof Family selon la norme NF EN 27888(janvier 1994). Elle est fonction de la température et s’exprime en µS/cm.

2.4.4 Turbidité

La turbidité désigne la teneur d’une eau en particules suspendues qui la troublent. On mesure la turbidité en unités de turbidité néphalométriques (FNU) à l’aide d’un turbidimètre /L.E.A/LTC/4-15.

(37)

2.4.5 Les métaux : le fer

Le fer a été mesuré pour connaitre si après filtrage l’eau recueillir présente du fer. L’appareil qui a servi à mesuré le fer est le spectrophotomètre.

4 La dureté totale

Pour la mesure de la dureté nous avons :

 Verser l’eau filtré dans un tube à essai jusqu’au repère 10ml

 Ajouter 5 gouttes de réactif N°1 et agité si la couleur est bleu alors notre eau est très douce TH= 0, ce qui n’est pas le cas ici ;

 Alors on a compté le nombre de goutte de réactifs N°2 qu’il faut ajouter en agitant le tube à essai pour que la couleur vire au bleu, après 2 gouttes du réactif N°2 l’eau a viré au bleu, d’où le TH=4°F

On remarque que l’eau filtrée est une eau douce or au début l’eau ne contenait aucun ion.

Tableau 3 : Tableau des valeurs de dureté

Très douce 0 à 4°F

Douce 4 à 8°F

Moyennement douce 8 à 12°F

Assez dure 12 à 18°F

Dure 18 à 30°F

Très dure >30°F

(38)

CHAPITRES 3 : RESULTATS ET DISCUSSIONS

(39)

3.1 Résultat et discussion 3.1.1 Aspect physique du disque

Les disques après la cuisson ont subi un retrait d’eau non uniforme qui variait selon la granulométrie et la proportion de combustibles. Le diamètre final des disques est de 65 ± 5cm avec une épaisseur moyenne de 15mm.

3.1.2 Evaluation des débits

A la vue des résultats obtenus, on remarque le débit de l’eau filtré décroit en fonction du temps (figue 13). Entre 02 heures et 08 heures, le débit est passé de 0,01ml/s à 0,005 ml/s. Ainsi donc nous remarquons que plus le volume d’eau dans le filtre est élevé plus le débit est élevé. Ce résultat est en parfait adéquation avec les résultats de Piaskowy & al. (2008). Pour pallier à cela, il faut donc remplir le filtre à chaque moment afin d’avoir un débit d’eau élevé.

Figure 12 : Courbe d’évolution du débit

0,01

0,008

0,005 0,006 0,006 0,006

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012

2h 4h 6h 8h 10h 12h 14h

Débits

Temps en heure ml/s

(40)

3.1.2 Caractéristiques des paramètres physico-chimiques 3.1.2.1 Le PH

Le PH de l’eau distillée avant la filtration est de 4,7 cela montre un caractère acide. La mesure de la valeur du PH de l’eau filtrée nous montre que plus le temps de prélèvement augmente, plus la valeur du pH diminue (Figure 14). Les valeurs recueillies les six premières heures se situent dans l’intervalle de [6,24 ; 6,25] ce qui tend vers des valeurs admises pour la neutralité de l’eau. Alors que celles recueillies les heures suivantes sont plus basses, se situant dans l’intervalle [5,59 ; 5,89], ce qui vers l’acidité de l’eau. Ces valeurs recueillies sont en dessous de celles admises par la législation béninoise et par l’OMS qui sont situées dans l’intervalle [6,5 ; 8,5].

Figure 13 : Courbe d’évolution du pH 3.1.2.2 La conductivité

La conductivité de l’eau distillée est de zéro 0 µs/cm avant la filtration. Nous constatons qu’après filtration de 2h que la conductivité est de 124µs/cm et a chuté jusqu’à 24µs/cm (figure 15). Les valeurs obtenues sont très loin de la limite qui est de 400µs/cm. On peut conseiller avant filtration de l’eau domestique destinée à la consommation le dispositif soit rincé pendant une journée avec l’eau distillé.

6,25 6,24

6,24

5,59

5,81

5,66

5,89

5,2 5,4 5,6 5,8 6 6,2 6,4

2h 4h 6h 8h 10h 12h 14h

PH

Temps en heure

(41)

Figure 14 : La conductivité de l’eau filtrée 3.1.2.3 La turbidité

La turbidité de l’eau distillée au départ était de 0,51NTU. Après filtration de 2h de temps la turbidité augmente à 4,89 FNU et elle a chuté jusqu’à 1,48, 14h de temps après (figure 16). La turbidité nous renseigne sur l’eau trouble. La valeur limite pour l’eau de consommation au Bénin est de 5 FNU, ce qui nous permet de conclure que notre eau est claire.

0

124

45

40 25 24 24

24 0

20 40 60 80 100 120 140

00h 2h 4h 6h 8h 10h 12h 14h

Conductivité

Temps en heure

µs/cm

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Figure 15 : La turbidité de l’eau filtrée 3.1.4 : la dureté totale

La dureté de notre eau est égale à 4°F. Cela prouve qu’il y a vraiment eu la minéralisation de l’eau après traitement, ce qui signifie que le filtre a un impact sur la qualité de l’eau. Il faut donc penser à un bon pré-nettoyage du filtre avant de débuter la filtration.

3.1.5 Evaluation sur les métaux : le fer

La grande conductivité du filtre en céramique a été choisie pour mesurer le fer qui peut être présent dans l’eau sous forme dissoute ou en suspension. Si le fer dans l’eau de consommation n’est pas une source de contamination à proprement parler, il génère en revanche une pollution visuelle souvent problématique : au contact de l’air, le fer s’oxyde donnant à l’eau une couleur rouge (ainsi qu’une odeur caractéristique), qui déteint sur les aliments et sur les vêtements. Donc au départ le fer n’a pas été détecté dans l’eau mais après filtrage et mesure nous avons obtenue du fer qui est égale à 0,07 mg/l. Ce qui est en dessous la limite béninoise qui est de 0,3 mg/l. On remarque alors qu’au contact de l’air il y a présence de fer.

0,51

4,89

2,5

2,77

1,72 1,54

1,48

0 1 2 3 4 5 6

0h 2h 4h 6h 8h 10h 12h 14h

turbidité

Temps en heure NTU

(43)

CONCLUSION

Au terme des travaux, il a été constaté que :

 Le disque en céramique a un débit faible qui diminue au fur et à mesure que le temps augmente.

 Les paramètres physico- chimiques caractéristiques de pollution de l’échantillon brute respectent les normes de L’OMS et règlementation Béninoise de l’eau destinée à la consommation.

 Uniformiser l’épaisseur des filtres pour avoir le régler le problème liée au débit de filtration

 Les filtres en céramique sont efficaces pour les eaux destinées à la consommation

 Le relargage des minéraux s’effectue au niveau des premières heures donc le filtre doit être bien rincé avec l’eau distillée avant utilisation sur les eaux de consommation.

Toutes fois, en tenant compte des résultats obtenus et difficultés rencontrées, nous proposons pour la suite des expérimentations :

 D’augmenter les combustibles dans les disques pour le problème de débits de filtration.

 De continuer l’étude sur d’autres eaux voir l’eau de puits que certaine population utilisent

 De prendre en compte l’aspect microbiologie de l’eau.

 L’aspect économique vu le pouvoir d’achat de la population s’ils sont consciente du risque qu’ils courent, ne sont pas prêts à dépenser pour acheter ce matériel

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