Système de décantation lamellaire

Contexte et justification

Partout dans le monde, des catastrophes de grande ampleur surviennent. Qu’elles soient d’origine humaine (p. ex. guerres, conflits armés, etc.) ou qu’elles soient le résultat de phénomènes naturels (p. ex. ouragans, tsunamis, etc.), elles amènent des populations à vivre dans l’état d’urgence (Dorea et al., 2006). Dans le contexte des pays développés, l’aide apportée aux populations affectées arrive habituellement très rapidement et est très efficace pour subvenir aux besoins des sinistrés. La situation est très différente dans les pays en voie de développement. L’aide apportée doit souvent provenir de l’extérieur du pays à cause des ressources limitées auxquelles ces pays ont accès pour venir en aide aux sinistrés. De plus, la fréquence des catastrophes naturelles et leur intensité ont augmenté drastiquement depuis les années 1900 et ce de manière beaucoup plus marquée dans les pays en voie de développement (Pisarenko & Rodkin, 2006).

Au-delà des effets immédiats directs, les catastrophes peuvent avoir différents effets indirects sur la santé des populations affectées. Les infrastructures servant à combler les besoins primaires des populations touchées peuvent avoir été détruites, contaminées, être hors de portée ou simplement inexistantes. Ces populations peuvent donc être forcées de vivre dans des conditions inadéquates en termes d’installations sanitaires, de salubrité des lieux, de quantité et de qualité d’eau consommée, de quantité de nourriture disponible et de protection face aux maladies. L’accès à une eau propre à la consommation est donc un élément essentiel pour le rétablissement de ces besoins. Notamment, l’approvisionnement en eau potable permet de prévenir la contamination et la propagation des maladies diarrhéiques qui sont un facteur très important de morbidité et de mortalité post-catastrophe et sont souvent dues à la consommation d’eau contaminée par des excréments et à la quantité insuffisante d’eau pour l’hygiène. (Conolly et al., 2004; Waring & Brown, 2005; Dorea, 2012).

En situation d’urgence, les eaux de surface sont habituellement utilisées comme source d’approvisionnement pour les populations affectées (Clarke & Steele, 2009). Ces eaux doivent obligatoirement être traitées et désinfectées dans le but de fournir de l’eau potable pour combattre la propagation des maladies de contamination fécale-orale. Pour ce faire, les agences humanitaires ont recours à des équipements permettant le traitement des eaux qui peuvent être envoyés et installés rapidement sur le terrain. Ces systèmes peuvent être modulaires, c’est-à-dire transportables en pièces détachées pouvant être assemblées sur place, mobiles, ceux-ci requérant un transport du système déjà assemblé pour permettre une installation sur place plus rapide, ou ils peuvent être des technologies dites «au point d’utilisation» qui permettent un traitement directement à l’emplacement où le consommateur requiert l’eau (Dorea et al., 2006). Bien que ces systèmes aient déjà été utilisés avec succès lors de situations d’urgence, certains problèmes spécifiques aux technologies utilisées subsistent.

Par exemple, le succès des systèmes de traitement «au point d’utilisation» dépendent de la capacité des populations affectées à effectuer le traitement eux-mêmes, ce qui peut poser un problème dans les pays où l’éducation n’est pas adéquate. Également, plusieurs systèmes de traitement centralisés (mobiles et modulaires) utilisent la filtration comme technologie de traitement. Ces systèmes se sont parfois avérés inefficaces à traiter une quantité suffisante d’eau lorsque la turbidité de l’eau brute est élevée à cause d’une accumulation trop rapide de particules dans les filtres (Dorea, 2012; Luff, 2004). La qualité de l’eau à traiter étant inconnue à priori, la flexibilité des systèmes en termes de capacité à traiter différentes qualités est primordiale. Le prix de ces systèmes de traitement semble également représenter un problème pour les organismes humanitaires (Luff, 2004).

Traitement des eaux en situation d’urgence humanitaire

En situation de crise humanitaire dans les pays en voie de développement, l’alimentation en eau de consommation peut être interrompue pour certaines populations. Les raisons expliquant ce problème incluent : la destruction des équipements de traitement par les phénomènes naturels, la contamination des réserves, l’inaccessibilité à l’eau due aux phénomènes naturels et humains (guerre, gestes politiques concernant l’eau, etc.) ou l’insuffisance des ressources disponibles. Citons, par exemple, la destruction des systèmes d’approvisionnement en eau potable et des pompes d’eaux souterraines sur les côtes de l’océan Indien à la suite du Tsunami du 26 décembre 2004 et l’intrusion d’eau salée dans plusieurs sources qui a rendu la plupart des systèmes d’approvisionnement en eau complètement inutilisables (Clasen and Smith, 2006).

Lors de ces situations d’urgence, plusieurs facteurs favorisent la prolifération des maladies. Ainsi, il arrive très souvent de voir des épidémies de maladies diarrhéiques survenir pendant les crises humanitaires. En fait les maladies transmises par la voie fécale-orale peuvent être responsables de plus de 40% des décès durant la phase immédiate (aiguë) d’une situation d’urgence (Connolly et al., 2004). Des études ont montré que ces épidémies sont souvent causées par les facteurs de transmission suivants : des sources d’eau contaminées (par contamination fécale), la contamination de l’eau pendant le transport de celle-ci, la faible quantité d’eau disponible, les piètres conditions d’hygiène, incluant l’absence de savon et de lavage des mains, et la nourriture contaminée (Connolly et al. 2004 et Brown et al. 2012). Rappelons ici que les infections diarrhéiques aiguës sont les maladies les plus importantes reliées à l’eau, l’assainissement et l’hygiène (Water, Sanitation and hygiene : WASH) (Checkley and Checkley 2008).

Les maladies en lien avec l’eau peuvent être catégorisées selon leurs voies de transmission. Selon Mara & Feachem (1999), les quatre catégories principales de transmission sont les maladies hydriques (waterborne diseases), les maladies liées aux lavages avec de l’eau (water-washed diseases), les maladies d’origine aquatique (water-based diseases) et les maladies reliées à l’eau par vecteurs (water related/insect vectors). Plusieurs de ces maladies sont reliées à l’utilisation d’une eau contaminée par des excréments (maladies hydriques) et à un manque d’hygiène adéquate (maladies lavées par l’eau) ce qui aide à la prolifération des maladies diarrhéiques. L’approvisionnement en eau d’une qualité adéquate et en quantité suffisante pour l’hygiène permet donc de contrer ces problèmes de contamination. (Mara and Feachem, 1999; Dorea, 2012). Les rétablissements de l’accès à l’eau, de l’assainissement et de l’hygiène sont donc vitaux pour la santé publique lors d’une situation d’urgence (Dorea, 2012; Fewtrell, 2005). Lorsque ces crises surviennent dans les pays en voie de développement, les autorités locales n’ont souvent pas les ressources nécessaires pour rétablir ces services de bases. Elles font alors appel aux organismes humanitaires non gouvernementaux (ONG) pour venir en aide aux populations affectées. L’accès à de l’eau sécuritaire pour la consommation, pour les installations sanitaires et l’hygiène étant un point central dans le combat contre les épidémies de maladies diarrhéiques, cet aspect est au coeur du travail de ces ONG.

Objectifs de traitement

L’approvisionnement en eau comprend deux éléments importants soient la qualité et la quantité de l’eau produite. Dans les situations d’urgence, la quantité est plus importante que la qualité principalement à cause des problèmes d’hygiène tel que mentionné précédemment (Smith et Reed, 1991). Selon Esrey et al., (1985) la réduction médiane des maladies diarrhéiques est plus importante à cause d’une plus grande disponibilité de l’eau (25%) qu’à cause d’une augmentation de sa qualité (16%) ou de l’amélioration des précédés d’élimination des déchets fécaux (22%) (Checkley and Checkley, 2008). Ceci ne signifie pas que la qualité de l’eau n’est pas à considérer puisque la transmission des maladies découle aussi de la contamination de la source utilisée. Ceci signifie plutôt qu’il existe un compromis à faire entre la quantité et la qualité. Ainsi en temps normal dans une station de production d’eau potable dans les pays développés le problème est: comment atteindre des standards de qualité très élevés?

Par contre, en situation d’urgence dans les pays en voie de développement, le problème est plutôt : quelle qualité d’eau est suffisante pour produire une quantité d’eau élevée tout en réduisant suffisamment les risques liés à la consommation d’eau? Pour répondre à cette question, et à plusieurs autres questions concernant l’intervention humanitaire en situation d’urgence, le «Sphere Project» a été mis sur pied. Ce projet est le fruit d’une initiative de plusieurs organismes non-gouvernementaux et du mouvement de la Croix-rouge et du Croissant-rouge. Leur objectif étant d’améliorer leurs réponses aux crises humanitaires et de se garder responsables envers leurs actions, le Sphere Project a permis d’identifier un ensemble de standards minimums concernant les aspects suivants du travail en situation d’urgence : l’approvisionnement en eau, l’assainissement, la promotion de l’hygiène, la nutrition et la sécurité alimentaire, le besoin d’un abri et d’équipements de survie et les soins de santé (Sphere Project, 2011). Cela est détaillé dans la section suivante.

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Table des matières

Résumé
Abstract
Liste des tableaux
Liste des figures
Liste des équations
Remerciements
1.Introduction et objectifs
1.1. Contexte et justification
1.2. Structure du document
2.Revue de littérature
2.1. Traitement des eaux
2.2. Traitement des eaux en situation d’urgence humanitaire
2.2.1. Contexte
2.2.2. Objectifs de traitement
2.2.3. Le Sphere Project
2.2.4. Le compromis entre qualité et quantité
2.2.5. Technologies de traitement disponibles
2.2.6. Décanteur lamellaire
2.3. Système de décantation lamellaire
2.3.1. Coagulation
2.3.2. Floculation
2.3.3. Sédimentation
2.4. Essais au traceur
2.5. Jar tests
3.Travaux antérieurs
3.1. Phase I : Juin- Décembre 2011
3.1.1. Tests de floculation
3.1.2. Premier prototype
3.1.3. Test du prototype
3.1.4. Résultats
3.2. Phase II : Février-Juillet 2013
3.2.1. Amélioration du système
3.2.2. Modifications
3.2.3. Design final, résultats et recommandations
3.3. Suite : Phases III et IV : Maîtrise 2012-2014
3.4. Objectifs
4.Méthodologie
4.1. Montage pilote
4.1.1. Alimentation en eau brute, échantillonnage et mesure du débit
4.1.2. Coagulation
4.1.3. Floculateur
4.1.4. Décanteur
4.1.5. Eaux traitées
4.1.6. Consommables et autres
4.2. Protocoles
4.2.1. Essais au traceur
4.2.2. Essais de traitement d’eau
4.3. Plan expérimental
4.3.1. Essais au traceur
4.3.2. Essais de traitement d’eau
5.Résultats et discussion
5.1. Essais au traceur
5.2. Essais de traitement d’eau
5.2.1. Perte de charge et gradient de vitesse
5.2.2. Décanteur seul et choix du type de floculation
5.2.3. Configuration optimale pour des eaux brutes de 300 UTN
5.2.4. Configuration optimale pour des eaux brutes de 50 à 300 UTN
5.2.5. Vérifications supplémentaires et analyse générale
5.2.6. pH, alcalinité, alun et température
5.3. Phase IV
5.3.1. Inde 2014
5.3.2. Conception
5.3.3. Matériaux et manufacturier
5.3.4. Suite et fin du projet
6.Conclusion et recommandations
6.1. Conclusion
6.2. Recommandations
Bibliographie
Annexe A: Essais de Jar Tests
8.1. Introduction
8.2. Méthodologie
8.3. Résultats et discussion
8.3.1. Observations qualitatives
8.3.2. Résultats quantitatifs : Méthode de brassage
8.3.3. Résultats quantitatifs : Méthode d’évaluation de la dose optimale
8.3.4. Résultats quantitatifs : Technique de jar test
8.3.5. Résultats quantitatifs : analyse statistique
Annexe B : Résultats bruts des Jar tests
Annexe C : Résultats des essais de traitement d’eau des phases antérieures (I et II)
10.1. Résultats de la phase I (Juin-Décembre 2011):
10.2. Résultats de la phase II (Février – Juillet 2013) :
Annexe D : Résultats bruts des essais au traceur
Annexe E : Résultats bruts des essais de traitement d’eau (phase III)
Annexe F : Caractéristiques des consommables utilisés
13.1. Traceur
13.2. Kaolin
13.3. Coagulant (Alun)
13.4. Floculant (Polymère)